* Z$ a% t. J( i* C: a5 G0 \ 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(cuò)，這一期我們來聊聊協(xié)作機(jī)器人。 個(gè)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(gè)概念引爆了一個(gè)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(shí)實(shí)在在的現(xiàn)實(shí)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
& d0 _6 j/ U1 R- I/ r1 V; n 結(jié)語 % h6 e# k+ o4 h
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(jì)的機(jī)器人”，用老百姓的話說，這貨不是豬隊(duì)友，跟他在一起玩時(shí)，他既不會(huì)自爆也不會(huì)爆你，大家手牽手，都是好朋友。 ![]() ISO的定義強(qiáng)調(diào)兩個(gè)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(shí)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(shí)，ISO 15066 也是2016年才發(fā)布這么一個(gè)初稿，后續(xù)要細(xì)化還有很長的路要走。也正是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的模糊，所以只要去掉圍欄，只要能拖動(dòng)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(shí)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。 9 I. u! ^: w: L6 M8 d9 ?$ O
主動(dòng)防御式 X& f5 o9 A5 h/ J& U
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(dòng)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(shí)，機(jī)器人高速做生產(chǎn)工作，而當(dāng)人進(jìn)入虛擬空間時(shí)，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(gè)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(shí)，機(jī)器人高速工作；當(dāng)人進(jìn)入中空間時(shí)，機(jī)器人慢速工作；而當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入內(nèi)空間時(shí)，機(jī)器人二次減速，龜速工作，此時(shí)機(jī)器人與人非常靠近，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(shí)，機(jī)器人又自動(dòng)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(shí)卻很骨感。實(shí)際應(yīng)用場景卻要復(fù)雜得多，如何判斷人在哪一個(gè)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(shí)施非常困難，實(shí)際的案例中也只是實(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)，四周不需要安全圍欄，在無外界干預(yù)時(shí)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(shí)，機(jī)器人速度減慢，信號燈顯示黃色；當(dāng)人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，會(huì)對人員造成傷害時(shí)，機(jī)器人緊急停止，信號燈以紅色表示。 ![]()
?1 l# G( V0 R, k) d$ W' e0 @0 E緩沖式 1 X. v; d8 t7 X8 Y# g
由于主動(dòng)防御實(shí)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(shí)，既能做緩沖降低傷害，同時(shí)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(jià)格也相當(dāng)高，限制了其應(yīng)用。而且很多時(shí)候機(jī)器人并不是整體包裹，比如基座、末端法蘭露出，其實(shí)仍免不了安全隱患。 ![]()
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力控式
# w; @5 @/ }% N" c1 Z 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(gè)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(shí)，或者受到外界的其他力時(shí)，則判斷遇到了不可繼續(xù)的阻礙，機(jī)器人則自動(dòng)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(shí)現(xiàn)的策略。于是，目前大眾所認(rèn)識(shí)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(gè)大的方向。以UR為首的高性價(jià)比方案，通過監(jiān)測電流來實(shí)際力控，結(jié)構(gòu)相對簡單，容易實(shí)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(shí)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，投入大，周期長，回報(bào)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力控，這種其實(shí)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(gè)擦邊球。價(jià)格嘛~~~~呵呵呵呵呵呵~~~~~
l2 z% R# `" ]% Y3 k1 G ![]() ~7 i0 e5 n9 J/ x- N) R( F" `
非主流式
; B1 ^/ z" O! z" i( J: a 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(shí)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(dòng)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(gè)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(shí)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(shí)在太大了，限制了構(gòu)型與使用，價(jià)格上仍是偏貴，但相比iiwa來說，簡直白菜價(jià)。 典型案例：慧靈 ![]() 氣動(dòng)方案：來自氣動(dòng)界霸主FESTO的杰作，采用氣缸實(shí)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(jià)格嘛，我想應(yīng)該也挺哇塞的~~~~~. a8 ^, V; X4 f+ h; g0 Y
![]() 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(shí)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(duì)。 ![]()
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看得不過癮？沒關(guān)系，未完待續(xù)![]() " Y/ W! i2 V! a& R" x, S
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發(fā)表于 2021-8-28 15:47:09
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