世上无协作，只怕有心人（下）

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   书接上文，上文书说道，协作机器人与人可以在同一个协作工作区并且直接交互，又讲述了协作机器人的门派之分。今天咱们接着往下聊。

目

录

      

协作机器人介绍

协作机器人的门派之分

协作机器人的典型结构

协作机器人的应用

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结语

   

协作机器人典型结构

前面讲过，现在市场超过90%的所谓协作机器人都是采用UR的方案或者在UR的方案上做演变。

不得不佩服中国工程师的解题能力，短短几年，UR的结构已经被彻底破解，并且快速结实国产化、廉价化。当然UR稳坐协作机器人第一把交椅（至少目前是）并非靠的本体结构。模块化的设计是UR先发制人的优势，靠着新颖的结构，协作的概念炒作，UR快速占领市场，积累了大量用户体验，所以尽管关于UR本体的吐槽不绝于耳，但对UR的用户体验又赞不绝口，并且丰富的接口与配件也相当实用，当然，前提是你用得起~~~~

关于协作机器人的结构分析，网上有很多专业的文章，特别是UR的拆机文章挺多的，iiwa大多是猜测与推测，大概是因为买不起，买得起也拆不起吧。哈哈哈哈哈~~~~~

今天，我们换个角度，不深入谈点，而是从面的角度聊聊从典型的UR结构往外衍生出哪些变化。

      首先快速讲一下UR模组的结构，要详细的可以在网上找找相关的解析文章。结合下面找到的几个典型图片我们来做分析。

传统的机器人驱动是电机加减速机的组合，电机实际包含了电机、刹车、编码器三个部件。UR在这个基础上把高压电机变成了48V无框电机，结构紧凑，同时低压电机也更符合安规要求。刹车则是撞针式（也叫插销式、五爪刹车、六爪刹车，结构原理相同）。编码器则拆分成两个，电机端为增量式编码器，控制速度与加速度，另一个则在减速机的输出端，控制位置。同时把驱动器也集成在了电机上，现在99.999%的模组都是这样的布局。

虽然这是当前使用最多的结构，然而却不是最优结构，因此在这个基础上衍生了不少变化。

      第一，谐波减速机成本较高，为了降低成本，自然是要换国产，UR也是大量使用绿的减速机，成为绿的最大客户。然而，有UR这样的品牌与量能让绿的压价到底的实在太少，于是便有厂家剑走偏峰，谐波用不起，那我用行星啊，行星的价格可以做到多低？大概可以做到谐波的1/10吧。行星精度虽低，但也看应用，而且行星低噪音、低发热、低摩擦的优势其实与协作也挺配，比如谐波的增速启动扭矩比行星要大多了，影响拖拉示教性能。另一方面，行星装配也比谐波要简单一些，除了精度的牺牲，行星也无法走中空结构，无框电机都省了~~~~按照现在协作负载越做越大的趋势，我估计很快RV的模组也会出现了~~~

第二、插销式刹车其实存在致命缺陷，也是UR发生最多的客诉之一。想想插销式刹车的原理，刹车时插销必须要插入爪与爪之间的间隙，那万一刚好插在爪子上呢？如果爪子没有坏的话，理想情况是爪子继续旋转直到插销滑入间隙。而打开刹车时，由于重力的关系，爪子与插销一定是挨着的，所以插销不能直接拔出，需要让关节先运动一个小角度使得插销位于间隙中才可以抽出。那么万一刹车后发生碰撞呢，那就是插销与爪子硬碰硬，要么爪子坏，要么插销坏。想想如果UR机器人放在车上，如果不是固定死的，在路上颠簸几下，或者发生了碰撞，恭喜你，很可能机器人就该换模组了。而这一切都会被归结为一个问题：客户使用问题~~~~掏钱吧~~~~

至今为止，UR仍是采用这种刹车设计。不过在e系列上，UR在这个上面做了改良，刹车状态下硬推关节，超过某个力，是可以把爪子推动了，这大概是出于安全考虑，避免如果出现压到人的情况，可以相对容易把机器人拉开，但也可能是出于成本跟体积的考虑，UR还是保留插销式，只是改善，而不是根除，因为虽然爪子可以动了，但爪子一动，零点就丢了，还是得返修。想想也是，冲压的钣金跟电磁铁能值几个钱~~~~所以明知这个方案有问题，国产大多数厂家还是照抄不误。

       当然也有开拓者，也有不少厂家更希望有更合理的方案，于是有部分厂家把插销式刹车换成了传统的摩擦式刹车，这样刹车的故障率会小很多，看看一般伺服电机上刹车的故障率就知道了，随时拍急停，机器人停的时候也不会有间隙。但是~~~~摩擦式刹车也有它的问题需要小心 处理，谁用谁知道~~~~

第三、双编码器。目前比较多的方案是电机端采用增量式编码器，而输出端采用单圈绝对值编码器，有用磁编，也有用电容编码器，也有光编，各有各的考虑。但这种搭配有个问题是一旦机器人掉电情况下转动模组超过一定角度，零点就丢失~~~~UR的另一个痛点！每次UR启动都要确认机器人是否被动过，否则就得联系厂家~~~~于是，聪明的中国工程师当时又有新方案，真多圈，伪多圈了解下~~~~

第四、电机。毫无疑问，现在协作机器人关节中绝大多数使用的是48V无框电机。其实从技术实现来说，要做碰撞检测与拖拉示教，无框电机并不是唯一选择，其实普通电机也完全可以实现，并且也有人这么用。只是48V电机更符合协作安全的特性，无框电机也更容易实现中空双编码器、中空刹车、中空驱动器的紧凑组合。于是无框电机作为新鲜事物自然水涨船高，趁着没有被做烂，能割一波是割波。从功能实现，成本最优的思路出发，内转子电机贵，于是有人开始用外转子电机，价格便宜，惯量还大，还更扁平~~~完美~~~

第五、中空。UR的另一个不足是中空孔径小，只能穿几根线，而且模组本身标称可以正负360度旋转。说是正负360度，实际真正使用到的场景很少，也大概也是很多厂家使用的其实并非高柔线缆，要是真正遇到正负360度旋转的场景就~~~~~关于中空，有两个衍生，一种是大中空的模组，给客户穿线，其实像UR这种只能外部走线的协作机器人，也从另一个角度限制了正负360度，另一种就是滑环，正负无限度旋转，完美~~~~~

第六、力控方式，UR系列是不带力传感器的，只用电流实现力控，用户体验自然欠佳，但是便宜，所以目前绝大多数协作都是采用这种方案。而在URe系列中，UR在末端增加了一个力传感器实现更精确的力控，注意，是真的只加了一个力传感器，然后价格就上去了，而如果你要使用这个力传感器的软件，不好意思，得另外加钱~~~

       要真正实现完美力控，还得是每个关节都加上力传感器，iiwa的每一个DEMO都能惊艳全场，领导协作机器人技术，一直被模仿，从未被超越，不对，能模仿者都甚少~~~~~

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协作机器人应用
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为什么说世上本没有协作？协作，协作，就是协同与合作。而目前的所谓协作机器人都远未达到这一点，或者说只是实现了初级阶段。
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       我们可以先看看协作机器人出货量最大的UR机器人都卖到哪里，下面是UR官网的典型应用案例类型。

注意两句话关键的话：各种各样的生产环境中；帮助用户实现自动化，简化重复性工业。这好像跟当年工业机器人刚出来时的宣传是一模一样的啊，协作在哪？

      经过几年的反复搜索，协作机器人现在的应用可以分为工业、教育、服务、医疗四大领域。

      医疗：高端玩家才敢入局，超级烧钱的领域，回报周期又特别长。目前协作机器人在医疗方面主要是检查、康复、手术几个方向，这几个方向又是门槛一个比一个高，一个比一个难，一个比一个久。并且，绝大多数协作机器人并不具备医疗器械，而与机器人公司与医疗器械公司合作开发的过程。而且，所谓医疗机器人，也并非由机器人完成手术，而是由人操作机器人完成手术，如著名的达芬奇机器人。这里人机的交互会更多一些，安全性也比一般的应用要高得多。算是协作初级阶段中的高级阶段了。所以不管是国内还是国际，想碰、敢碰、能碰的都是少数英雄。下面感受一下iiwa的植发手术，看着都疼~~~~

服务：以餐厅与街机为主。餐厅就是所谓的炒菜机器人，街机就是替换大街小巷的无人售卖机、奶茶机、咖啡机。这种目前更多也是资本的尝试，毕竟你用两台10万的机器人给我炒一盘20块的蛋炒饭，给我倒一杯20块的奶茶，我会挺不好意思的，一方面味道并不怎样，一方面我觉得这么贵的设备，我要不要再加2毛钱~~~~然而，我的钱包又不允许我这么奢侈~~~~另外很好奇食品安全认证怎么过的~~~~~

教育：这应该是协作落地最快的领域了。协作机器人概念出来的时候，大家都在好奇，协作机器是什么鬼，买回来研究一下，今年的课题有着落了。于是，买整机回去拆的，买回去做二次开发研究的，买回去教别人怎么拆的，买回去教别人怎么研究的，遍地开花。UR最开始最大的市场是在这一块，为什么？国产还没研究透，iiwa又买不起~~~~当前，现在教育行业仍是一块肥肉，毕竟相对传统工业机器人来说，协作更轻巧，失误时更不容易出意外，协作的概念也正火。

工业：这就是重点了。目前几乎所有的协作厂家都在挤占工业市场的份额。什么上下料、打螺丝、点胶等等，其实都传统机器人的擅长领域，然后协作机器人速度慢、精度低、刚性差的先天不足又严重限制了其在工作领域的进军，只能努力寻找节拍要求高，精度要求不高的应用场景。

可悲吗？一点都不！因为现在的协作并不是真的协作啊，这才是目前所谓协作机器人真正的优势所在。前面我们讲了，许多把带碰撞检测与拖拉示教功能的长得像UR的机器人称为协作机器人。实际上我更愿意把他们称为轻量化的机器人，再好听点可以称为准协作机器人。碰撞检测与拖拉示教其实并不是由协作的概念带出，实际上早在多年以前，在传统的机器人上就已经实际了这两个功能，在实际生产使用中作用非常有限。但是协作机器人本身轻量化、模块的设计在很多工业场景有非常好的应用。最典型的就是AGV+协作+3D视频，一台设备可以为多个地区实现自动上下料，自动充电，无充上料，完美的解决方案。

       但是，比较无奈的是，除了AGV+协作机器人以外，还有哪些与协作机器人可以很好结合的应用场景，这是现在整个行业都思考与尝试的问题。所以现在很多协作机器人厂家都推平台的概念。什么是平台，就是我提供机器人这个基础条件，你们来想场景，我不知道我的机器人要怎么用，那大家一起来想办法！

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结语

扯了那么多，总结一下这两期的废话重点：

1、什么是协作机器人？目前只有很泛的定义，还有大量细节需要制定规范标准。

2、协作销售哪家强？UR协作第一强。协作技术哪家强？Iiwa一直被追赶。

3、目前的绝大多数协作机器人都是伪协作，准协作，假协作，不管怎么个叫法，协作是一个深度交互系统，单个协作机器人本体仅仅是基础要素而已。

4、协作虽假，轻易化与模块化是真，有大量的应用待挖掘，得应用者得天下。

5、2020年工博会，协作机器人独占鳌头，不少看展回来的小伙伴都说，到处都是长得差不多的协作机器人。不知该喜还是该忧~~~~

pengjc2001

好文章。

《归墟》

不错