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　　大阻抗協(xié)同機(jī)器人“越境”了嗎？

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)　2020年11月05日

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

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

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

自此，協(xié)同機(jī)器人的阻抗覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，從最早的10kg擴(kuò)大到20kg，從UR16e、安川HC20DT到遨博i16、節(jié)卡Zu18等產(chǎn)品的問(wèn)世，大阻抗協(xié)同機(jī)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(jī)器人，協(xié)同機(jī)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(jī)器人的精準(zhǔn)掌控、安全可靠性等。更加關(guān)鍵性的是，真實(shí)的市場(chǎng)需求在哪？

　　多大才是大阻抗？

　　從ABB的500g阻抗雙管協(xié)同機(jī)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(jī)器人，不禁讓人開(kāi)始思考，協(xié)同機(jī)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(guò)10kg，方可指出是大阻抗協(xié)同機(jī)器人。

在艾法特CTO孫愷博士看來(lái)，只有體育運(yùn)動(dòng)直徑在1.7m及以上，阻抗超過(guò)20kg才能算是大阻抗。即使是把體育運(yùn)動(dòng)直徑1.3m、阻抗12kg的機(jī)器人延長(zhǎng)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(jī)器人副總經(jīng)理王光能指出，協(xié)同機(jī)器人阻抗的下限主要取決于減速機(jī)等核心零部件。一般20kg阻抗以下機(jī)器人下肢用增益減速器，當(dāng)協(xié)同機(jī)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(jī)器人本體變得笨重，協(xié)同機(jī)器人靈巧小巧的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也將受限。

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

　　事實(shí)上，要回答這個(gè)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(jī)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(jī)器人主要的組織工作覆蓋范圍，孫愷強(qiáng)調(diào)道。

　　即使如此，市場(chǎng)上超過(guò)16kg的協(xié)同機(jī)器人并不少見(jiàn)。越疆科技研發(fā)副總經(jīng)理劉主福表示，透過(guò)與眾多液壓閥、終端顧客的交流及市場(chǎng)調(diào)查，越疆科技發(fā)現(xiàn)某些大阻抗機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程中，也須要與人可視化、協(xié)同等；而現(xiàn)代工業(yè)機(jī)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(yàn)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(jī)器人的優(yōu)勢(shì)所在，與此同時(shí)也是大阻抗協(xié)同機(jī)器人逐漸極大地提高的原因。

　　大阻抗帶來(lái)的那些挑戰(zhàn)？

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

　　高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）指出，協(xié)同機(jī)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(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同的基礎(chǔ)，阻抗的增大，意味著其協(xié)同的性能會(huì)受到很大程度的打折，須要透過(guò)其他方式展開(kāi)補(bǔ)償，如傳感器、軟件算法、附加外設(shè)等，在很大程度上會(huì)對(duì)成本形成很大的考驗(yàn)。

在安全可靠難題確保上，目前市面上大部分的協(xié)同機(jī)器人采用的主要是圣夫龍的方式與此同時(shí)實(shí)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(xiǎn)，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(kāi)減速。

　　但雖然機(jī)器人自身安全可靠屬性，沖擊、夾住的危險(xiǎn)性依然較大，不少?gòu)S家在此基礎(chǔ)上增加聽(tīng)覺(jué)化解方案，這又對(duì)部署內(nèi)部空間有較大明確要求，與此同時(shí)也存有聽(tīng)覺(jué)盲點(diǎn)和死角等關(guān)鍵性點(diǎn)。

　　對(duì)此，越疆科技采用了非接觸電子皮膚主動(dòng)防雷的協(xié)同機(jī)器人方案，透過(guò)非智能卡傳感機(jī)理，在距人體10-20cm的距方可與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)外物感知，展開(kāi)碰前防雷，而此化解方案使協(xié)同機(jī)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(jī)器人的運(yùn)行速度，這對(duì)下肢扭矩檢測(cè)精度明確要求將大大提高，大阻抗協(xié)同機(jī)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(jī)器人，不難發(fā)現(xiàn)，隨著阻抗的逐步增加，機(jī)器人的掌控技術(shù)難度將極大，對(duì)機(jī)器人的效率和穩(wěn)定性也帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)，協(xié)同機(jī)器人也不例外，阻抗與此同時(shí)也是負(fù)擔(dān)。

　　節(jié)卡機(jī)器人CTO許雄博士告訴「高工機(jī)器人」，為化解上述關(guān)鍵性點(diǎn)，節(jié)卡機(jī)器人自主研發(fā)了雙編碼器全閉環(huán)掌控策略、動(dòng)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(duì)更大的阻抗，JAKA Zu 18協(xié)同機(jī)器人對(duì)大小臂桿都展開(kāi)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升了大小臂桿的強(qiáng)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(duì)大阻抗協(xié)同機(jī)器人有真正的需求，在大阻抗機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景中，一定要人機(jī)協(xié)同嗎？

　　據(jù)黃沈軍介紹，隨著協(xié)同機(jī)器人的應(yīng)用越來(lái)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(shuō)是協(xié)同機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，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(jī)器人相比，大阻抗協(xié)同機(jī)器人在某些條件下，并不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，因此大部分的大阻抗協(xié)同機(jī)器人還是以試探性應(yīng)用為主，其場(chǎng)景主要是搬運(yùn)、碼垛等。

相較于輕量型協(xié)同機(jī)器人，大阻抗的機(jī)器人雖然阻抗的增大，絕對(duì)精度會(huì)出現(xiàn)很大程度的降低，因此其主要應(yīng)用場(chǎng)景還是集中在定點(diǎn)的搬運(yùn)、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(jī)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(guò)非智能卡的安全可靠防雷，兼顧了安全可靠與效率。

　　市場(chǎng)需求的產(chǎn)物

　　存有即合理，產(chǎn)品始終是緊跟市場(chǎng)需求的。協(xié)同機(jī)器人阻抗越來(lái)越大，本身也是為了化解某些細(xì)分場(chǎng)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(lái)自其觀察到的市場(chǎng)需求而已。

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

大阻抗協(xié)同也只是學(xué)習(xí)借鑒了現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人，正如工業(yè)機(jī)器人正在逐步增加力傳感器一樣，因此不能簡(jiǎn)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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