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　　大阻抗協(xié)同機器人“越境”了嗎？

　　國際金屬加工網(wǎng)　2020年11月05日

　　先進制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業(yè)典型研討會

　　【文/歌唱者】2015年11月第17屆上海工博會期間，發(fā)那科在中國地區(qū)正式推出當(dāng)時全球阻抗最大的協(xié)同機器人CR-35iA，一舉“名聞江湖”。

　　據(jù)悉，CR-35iA機器人手腕部最大阻抗可達(dá)35kg，體育運動直徑達(dá)1813mm；作為一款協(xié)同機器人，完善的安全可靠功能使CR-35iA可以在沒有安全可靠柵欄隔離的情況下，與人在同一個內(nèi)部空間組織工作，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、機床上下料等組織工作中。

自此，協(xié)同機器人的阻抗覆蓋范圍不斷擴大，從最早的10kg擴大到20kg，從UR16e、安川HC20DT到遨博i16、節(jié)卡Zu18等產(chǎn)品的問世，大阻抗協(xié)同機器人頻繁地出現(xiàn)在人們的視野中。

　　然而，有真蘚科青蘚現(xiàn)代工業(yè)機器人，協(xié)同機器人給人的印象就是小巧與靈巧，當(dāng)阻抗不斷增大之后，如何確保協(xié)同機器人的精準(zhǔn)掌控、安全可靠性等。更加關(guān)鍵性的是，真實的市場需求在哪？

　　多大才是大阻抗？

　　從ABB的500g阻抗雙管協(xié)同機器人YuMi，到阻抗35kg的FANUCCR-35iA，再到阻抗能夠達(dá)至110kg甚至是更大的柯馬AURA協(xié)同機器人，不禁讓人開始思考，協(xié)同機器人的阻抗到底多少合適？多大的阻抗才算是大阻抗？

　　遨博智能副總裁黃沈軍指出，一般意義上，阻抗超過10kg，方可指出是大阻抗協(xié)同機器人。

在艾法特CTO孫愷博士看來，只有體育運動直徑在1.7m及以上，阻抗超過20kg才能算是大阻抗。即使是把體育運動直徑1.3m、阻抗12kg的機器人延長連桿，其仍然不能定義為大阻抗，而此產(chǎn)品并不存有明顯的技術(shù)技術(shù)難度。

　　大族機器人副總經(jīng)理王光能指出，協(xié)同機器人阻抗的下限主要取決于減速機等核心零部件。一般20kg阻抗以下機器人下肢用增益減速器，當(dāng)協(xié)同機器人阻抗突破20kg后，則須要將增益減速器換成RV減速器，這將使機器人本體變得笨重，協(xié)同機器人靈巧小巧的競爭優(yōu)勢也將受限。

目前，市場對協(xié)同機器人的阻抗是有很大明確要求的，一般將協(xié)同機器人阻抗掌控在16kg是大部分顧客的選擇。雖然機器人本身有自重，與此同時更要更要配上不少零部件以及夾爪等，可能會導(dǎo)致超過鋼架等難題，這使一些顧客對阻抗超過12kg的協(xié)同機器人會產(chǎn)生擔(dān)憂。

　　事實上，要回答這個難題，更加關(guān)鍵性的是看人的鋼架下限在什么水平。畢竟協(xié)同機器人的主要目標(biāo)還是替代育苗組織工作，而20kg阻抗以上的組織工作，人組織工作業(yè)較少，因此不是協(xié)同機器人主要的組織工作覆蓋范圍，孫愷強調(diào)道。

　　即使如此，市場上超過16kg的協(xié)同機器人并不少見。越疆科技研發(fā)副總經(jīng)理劉主福表示，透過與眾多液壓閥、終端顧客的交流及市場調(diào)查，越疆科技發(fā)現(xiàn)某些大阻抗機器人在應(yīng)用過程中，也須要與人可視化、協(xié)同等；而現(xiàn)代工業(yè)機器人不僅存有難以與人安全可靠可視化協(xié)同的難題，其使用體驗也較差，難以適應(yīng)小批量多品種的快速通用化生產(chǎn)需求。

這正是協(xié)同機器人的優(yōu)勢所在，與此同時也是大阻抗協(xié)同機器人逐漸極大地提高的原因。

　　大阻抗帶來的那些挑戰(zhàn)？

　　雖然協(xié)同機器人剛度偏強，故而在增大阻抗的情況下，一般單廂延長紐韋爾角，組織工作直徑減少。

　　高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）指出，協(xié)同機器人之所以稱為協(xié)同，安全可靠性是確保其能夠與此同時實現(xiàn)人機協(xié)同的基礎(chǔ)，阻抗的增大，意味著其協(xié)同的性能會受到很大程度的打折，須要透過其他方式展開補償，如傳感器、軟件算法、附加外設(shè)等，在很大程度上會對成本形成很大的考驗。

在安全可靠難題確保上，目前市面上大部分的協(xié)同機器人采用的主要是圣夫龍的方式與此同時實現(xiàn)安全可靠，仍然屬于智能卡的安全可靠防雷，存有碰撞傷害的風(fēng)險，在本體質(zhì)量和阻抗很大的情況下，為達(dá)至允許的神經(jīng)科學(xué)限制，協(xié)同安全可靠模式下能大幅展開減速。

　　但雖然機器人自身安全可靠屬性，沖擊、夾住的危險性依然較大，不少廠家在此基礎(chǔ)上增加聽覺化解方案，這又對部署內(nèi)部空間有較大明確要求，與此同時也存有聽覺盲點和死角等關(guān)鍵性點。

　　對此，越疆科技采用了非接觸電子皮膚主動防雷的協(xié)同機器人方案，透過非智能卡傳感機理，在距人體10-20cm的距方可與此同時實現(xiàn)外物感知，展開碰前防雷，而此化解方案使協(xié)同機器人安全可靠最大速度由0.25m/s到1m/s。

　　孫愷指出，在確保安全可靠性的基礎(chǔ)上，盡量提高協(xié)同機器人的運行速度，這對下肢扭矩檢測精度明確要求將大大提高，大阻抗協(xié)同機器人如何達(dá)至而此明確要求才是主要難題。

此外，參照大阻抗的工業(yè)機器人，不難發(fā)現(xiàn)，隨著阻抗的逐步增加，機器人的掌控技術(shù)難度將極大，對機器人的效率和穩(wěn)定性也帶來了一系列挑戰(zhàn)，協(xié)同機器人也不例外，阻抗與此同時也是負(fù)擔(dān)。

　　節(jié)卡機器人CTO許雄博士告訴「高工機器人」，為化解上述關(guān)鍵性點，節(jié)卡機器人自主研發(fā)了雙編碼器全閉環(huán)掌控策略、動力學(xué)轉(zhuǎn)矩前饋策略、安全可靠掌控策略-力矩限制及圣夫龍三大核心技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，JAKA Zu 18誕生了，其自重（含電纜）僅35kg，阻抗自重比高達(dá)1:1.94，臂展為1073mm。

　　為了應(yīng)對更大的阻抗，JAKA Zu 18協(xié)同機器人對大小臂桿都展開了優(yōu)化設(shè)計，提升了大小臂桿的強度與剛度，使在大阻抗作用下大小臂桿的變形量更小。

但更重要的難題是，終端用戶是否對大阻抗協(xié)同機器人有真正的需求，在大阻抗機器人應(yīng)用場景中，一定要人機協(xié)同嗎？

　　據(jù)黃沈軍介紹，隨著協(xié)同機器人的應(yīng)用越來越多，很多顧客提出了大阻抗的明確要求（主要是16kg和20kg），但這不能說是協(xié)同機器人的發(fā)展趨勢，畢竟大阻抗除了負(fù)重載荷滿足了應(yīng)用需求，更要考慮其剛性、速度、臂展等，與現(xiàn)代工業(yè)機器人相比，大阻抗協(xié)同機器人在某些條件下，并不具備競爭優(yōu)勢，因此大部分的大阻抗協(xié)同機器人還是以試探性應(yīng)用為主，其場景主要是搬運、碼垛等。

相較于輕量型協(xié)同機器人，大阻抗的機器人雖然阻抗的增大，絕對精度會出現(xiàn)很大程度的降低，因此其主要應(yīng)用場景還是集中在定點的搬運、包裝、碼垛等領(lǐng)域。越疆科技結(jié)合非智能卡電子皮膚系列化的大阻抗協(xié)同機器人產(chǎn)品，目前已經(jīng)在工件上下料、食品包裝等領(lǐng)域得到應(yīng)用，顧客透過非智能卡的安全可靠防雷，兼顧了安全可靠與效率。

　　市場需求的產(chǎn)物

　　存有即合理，產(chǎn)品始終是緊跟市場需求的。協(xié)同機器人阻抗越來越大，本身也是為了化解某些細(xì)分場合中替代人力的難題，同樣部分企業(yè)的產(chǎn)品行為也只是來自其觀察到的市場需求而已。

　　至于對大阻抗協(xié)同機器人是否“越境”的看法，黃沈軍指出，產(chǎn)品本身不會存有明顯的“界限”，它會根據(jù)事物發(fā)展的規(guī)律去尋找應(yīng)用的拓展；透過產(chǎn)品線的補充及產(chǎn)品技術(shù)的突破，來達(dá)至行業(yè)發(fā)展的新契機，為企業(yè)增加一個新的業(yè)務(wù)增長點。甚至未來，協(xié)同機器人與現(xiàn)代工業(yè)機器人之間將逐步融合、互相借鑒，而后在定位各自適合的場景。

大阻抗協(xié)同也只是學(xué)習(xí)借鑒了現(xiàn)代工業(yè)機器人，正如工業(yè)機器人正在逐步增加力傳感器一樣，因此不能簡單地定義為產(chǎn)品“越境”，更應(yīng)該稱之為融合共生?；ハ嘟梃b，共同“打怪”。

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