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自從17年開始寫公眾號以來,，DELTA、SCARA,、六軸都已經(jīng)寫過了,，在大的門類中，就只剩下協(xié)作還未寫過，沒錯,，這一期我們來聊聊協(xié)作機(jī)器人,。 個人認(rèn)為，就目前而言,，協(xié)作機(jī)器人并不存在,，或者說目前還處于協(xié)作機(jī)器人的初級階段，只不過在機(jī)器人行業(yè)幾十年未有突破的情況下,，“協(xié)作”這個概念引爆了一個風(fēng)口,，但凡能拖拉示教與碰撞檢測功能的機(jī)器人都敢自稱協(xié)作機(jī)器人。 協(xié)作雖假（或者說協(xié)作雖未到火候）,，但協(xié)作機(jī)器人所引出的模塊化、輕量化的概念卻有實實在在的現(xiàn)實意義,。 目 錄 協(xié)作機(jī)器人介紹 協(xié)作機(jī)器人的門派之分 協(xié)作機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu) 協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用 * N* N5 W9 u$ i) w9 o
結(jié)語
6 I9 w: _% ?8 \* M+ _4 c7 p5 ? 協(xié)作機(jī)器人介紹 關(guān)于什么是協(xié)作機(jī)器人,，網(wǎng)上已經(jīng)有大量文章描述了定義與愿景，這里不廢話,，按照ISO/TS 15066文檔中對機(jī)器人的描述是“為能夠與人員在協(xié)作工作區(qū)內(nèi)直接交互而設(shè)計的機(jī)器人”,，用老百姓的話說，這貨不是豬隊友,，跟他在一起玩時,，他既不會自爆也不會爆你，大家手牽手,，都是好朋友,。 ![]() ISO的定義強(qiáng)調(diào)兩個關(guān)鍵詞：“協(xié)作工作區(qū)”和“直接交互”。協(xié)作,，安全為先,，所以ISO 10218自然更強(qiáng)調(diào)協(xié)作機(jī)器人是安全的，所以才能實現(xiàn)機(jī)器人與人共享協(xié)作工作區(qū),，但是什么安全,，ISO就說不清了，只有一句“不應(yīng)該產(chǎn)生傷害”的概述,。那么什么叫傷害,，這誰說得清，相同的力道一拳過去,，練家子可能啥事兒沒有,，一般人可能就暈過去了。 ![]() 這也難怪,，畢竟標(biāo)準(zhǔn)總是落后于現(xiàn)實,，ISO 15066 也是2016年才發(fā)布這么一個初稿，后續(xù)要細(xì)化還有很長的路要走。也正是因為標(biāo)準(zhǔn)的模糊,，所以只要去掉圍欄,，只要能拖動示教，只要有碰撞檢測,，只要看起來像協(xié)作,，都自稱協(xié)作機(jī)器人。說得更直接點(diǎn),，現(xiàn)在的現(xiàn)象是,，只要看起來像UR，都是協(xié)作機(jī)器人,。 協(xié)作機(jī)器人的門派之分 都是實現(xiàn)人機(jī)協(xié)作,，都是為了去掉傳統(tǒng)的圍欄，采用的策略卻各不相同,。 - Q2 h; p5 w' k, e% G
主動防御式 5 M4 g/ L- _# ~5 N- U7 ?' K) ]5 t
這是一種兼顧協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器的理想模式,，即在機(jī)器人周邊劃分不同的區(qū)域，由傳感器監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的動態(tài),，傳感器可能是光幕,，可能是視覺，可能是激光測距傳感器,，用來代替圍欄,，創(chuàng)造出虛擬空間。 當(dāng)人在虛擬空間以外時,，機(jī)器人高速做生產(chǎn)工作,，而當(dāng)人進(jìn)入虛擬空間時，機(jī)器人減速或者暫停,。這里更多是軟件層面的安全系統(tǒng),，所用的機(jī)器人甚至不一定是現(xiàn)在所謂的協(xié)作機(jī)器人，傳統(tǒng)的機(jī)器人也可以,。 比較理想的設(shè)置是,，在機(jī)器人的周邊劃分成在三個區(qū)域，姑且稱為外空間,，中空間,，內(nèi)空間，當(dāng)人處于外空間時,，機(jī)器人高速工作,；當(dāng)人進(jìn)入中空間時，機(jī)器人慢速工作,；而當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入內(nèi)空間時,，機(jī)器人二次減速，龜速工作，此時機(jī)器人與人非�,？拷�,，一旦機(jī)器人與人發(fā)生碰撞，機(jī)器人停止,。當(dāng)人遠(yuǎn)離機(jī)器人時,，機(jī)器人又自動按人所在的空間對應(yīng)不同的速度工作。 理想很豐滿,，現(xiàn)實卻很骨感,。實際應(yīng)用場景卻要復(fù)雜得多，如何判斷人在哪一個空間,、如何保證傳感器的穩(wěn)定性,、如何定義慢速/龜速，如何自行恢復(fù)等等根據(jù)不同的應(yīng)用場景都有相當(dāng)復(fù)雜的組合,，所以這種策略的實施非常困難,，實際的案例中也只是實現(xiàn)了部分策略。 典型案例：FANUC雙重防碰撞安全檢測技術(shù),，策略也比較簡單。此功能可在人機(jī)作業(yè)的環(huán)境中,，在機(jī)器人周邊構(gòu)成一個虛擬的安全作業(yè)區(qū)域,，當(dāng)人員進(jìn)入該區(qū)域觸發(fā)安全機(jī)制時，機(jī)器人暫停當(dāng)前的工作,，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)人員,，避免受到傷害的情況。 當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)作時,，四周不需要安全圍欄,，在無外界干預(yù)時機(jī)器人全速運(yùn)行，信號燈以綠色表示,；當(dāng)人員進(jìn)入預(yù)警區(qū)時,，機(jī)器人速度減慢，信號燈顯示黃色,；當(dāng)人員進(jìn)入危險區(qū),，會對人員造成傷害時，機(jī)器人緊急停止,，信號燈以紅色表示,。 ![]()
2 J$ w; A& z! s' W! ~! @1 H緩沖式 ! V) j6 `8 X$ `/ i. M' S! U7 j
由于主動防御實在哪保周全，于是衍生出另一種補(bǔ)救方式——電子皮膚,。即在傳統(tǒng)機(jī)器人上包裹一層軟材料,，并發(fā)生碰撞時，既能做緩沖降低傷害，同時這種材料本身也是一種傳感器,，可以感知外界的力,，達(dá)到協(xié)作的安全目的。 典型案例：Staubli的TX2 touch,，從碰撞檢測感知上看,，反應(yīng)非常靈敏。 然而,，目前電子皮膚的技術(shù)仍是開發(fā)階段,，成熟產(chǎn)品少，價格也相當(dāng)高,，限制了其應(yīng)用,。而且很多時候機(jī)器人并不是整體包裹，比如基座,、末端法蘭露出,，其實仍免不了安全隱患。 ![]() R8 m# }: N$ E0 f5 Z) @8 _/ o
- `6 Q' r* ^" V ]% l2 q力控式 9 I2 i4 w" Q9 D% U4 U0 t# h7 |2 q
力控式是目前協(xié)作領(lǐng)域最常用的方式,。設(shè)想假定裝配某一個產(chǎn)品的力是2KG的力,，機(jī)器人固定輸出2KG左右的力，超過2KG時,，或者受到外界的其他力時,，則判斷遇到了不可繼續(xù)的阻礙，機(jī)器人則自動停止,，人為介入,，防止傷人。從安全方面來,，也是退而求其次,，挺好的策略，而且也是相對容易實現(xiàn)的策略,。于是,，目前大眾所認(rèn)識的UR式協(xié)作機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 再分細(xì)一點(diǎn),，力控又分成三個大的方向,。以UR為首的高性價比方案，通過監(jiān)測電流來實際力控,，結(jié)構(gòu)相對簡單,，容易實現(xiàn)，性能上力控的精度自然要差很多,，但是對于追逐潮流來說已經(jīng)夠了,。 另一派是以KUKA為首的力傳感器方案,，采用高精度的應(yīng)變片，實現(xiàn)精確的力控,，什么壓蛋不破,，刺手不傷，釘刺氣球不破,，都是經(jīng)典DEMO,，然而，因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，成本高,，投入大，周期長,，回報慢,，敢入局，能入局的玩家甚少,。 還有就是在末端增加六維力傳感器來實現(xiàn)精準(zhǔn)力控,，這種其實是比較成熟的技術(shù)，在協(xié)作概念未火之前已經(jīng)有較多的使用,，只是搭著協(xié)作的風(fēng)打了個擦邊球,。價格嘛~~~~呵呵呵呵呵呵~~~~~
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3 m+ n: o7 s1 E+ R+ N非主流式 . S6 Z3 E8 r: p" P
上述只是列舉了典型方式，也有不少廠家是采用了綜合的方案,，比如使用了協(xié)作機(jī)器人,，還包裹了緩沖材料，或者還增加了安全區(qū)域檢測,，組合還是挺多的。 另外也有一些小眾方案,。 直驅(qū)電機(jī)：前面講的UR類協(xié)作是通過監(jiān)測電流實現(xiàn)力控有很大的局限性,，原因是UR類協(xié)作機(jī)器人的模組的驅(qū)動是由電機(jī)加減速機(jī)組成，減速機(jī)本身有較大的靜摩擦力,，而且相同規(guī)格的差別還挺大,，所以如果是較小的力，電機(jī)這邊根本看不到電流變化,。直驅(qū)電機(jī)正好彌補(bǔ)了這個缺點(diǎn),，既能輸出足夠大的力，外界的力又直接被電機(jī)感知,，故能實現(xiàn)非常順滑的力控,，穩(wěn)定性也要比應(yīng)變片好得多。然而~~~~~上帝是公平的,，目前直驅(qū)電機(jī)的功率密度仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想需求,，相同的扭矩,，直驅(qū)電機(jī)的體積實在太大了，限制了構(gòu)型與使用,，價格上仍是偏貴,，但相比iiwa來說，簡直白菜價,。 典型案例：慧靈 ![]() 氣動方案：來自氣動界霸主FESTO的杰作,，采用氣缸實現(xiàn)了協(xié)作。不管是想法還是技術(shù)還是顏值,，都是相當(dāng)哇塞,，價格嘛，我想應(yīng)該也挺哇塞的~~~~~9 @9 p* R5 a8 x! a$ }
![]() 學(xué)霸方案：要說協(xié)作的鼻祖,，不得不提Rethink的悲劇人生,。引領(lǐng)協(xié)作潮流，又不得不賣身求存,，技術(shù)路線完全拋棄成熟的減速機(jī),，幾乎都是采用自研的結(jié)構(gòu)，只可惜,，時代看上了學(xué)霸,，但市場沒看上~~~~~向?qū)W霸致敬，希望早日歸隊,。 ![]()
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: P7 Q: `& }3 r' i& l4 ]$ V, R看得不過癮,？沒關(guān)系，未完待續(xù)![]() 1 N/ E5 H8 X1 ?2 y" G+ Y3 H4 y0 R
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發(fā)表于 2021-8-28 15:47:09
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