协同机器人与现代机器人有何差别？

2023-07-16 10:34:23

　　协同机器人与现代机器人有何差别？

　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人行业众所周知研讨会

　　协同机器人只是整座工业机器人产业链中两个非常重要的细分类别，有它独特的优势，但缺点也很明显：为了控制能力和碰撞潜能，协同机器人的运转速度很慢，通常只有现代机器人的三分之一到百分之三十。本文将尝试解答下列问题：为什么须要协同机器人？协同机器人的起源？协同机器人与现代机器人有什么差别？

　　为什么须要协同机器人？

　　协同机器人的兴起意味着现代机器人必然有某种程度的不足，或是难以适应新的市场市场需求。

　　总结一下，主要有三点：

　　现代机器人布署生产成本高

其实相较来说，工业机器人本身的产品价格并不高。主流场合采用的机器人，依照负载潜能不同，单价区间在￥10w~￥40w。一般情况下两台机器人的采用采用寿命在5~8年，作为比较高端的工业设备来说并不算贵。

现代机器人Alzonne其布署（将机器人加装到工厂并正常运转）生产成本上，其原因有两个：现阶段的工业机器人主要负责管理工厂中多次随机性的组织工作，这依赖于其非常高的多次重复定位精度（多次重复到达空间某些一般来说边线的潜能，一般机器人能做到0.02mm下列），和依赖一般来说的外间自然环境。为了保证这一点，除了机器人这类的设计要求之外，还须要待加工的产品放在一般来说的边线，以便机器人每次都能到同两个地方准确的拾获或是执行某项操作方式。对于现代复杂的电路板作业来说，在整座生产线上为每两个采用机器人的工序都设计这些一般来说的外间自然环境须要耗费大量的资源，占用大片宝贵的车间面积和长达数月的实施时间。机器人的采用难度较高，只有经过训练的专业人士才能娴熟采用机器人顺利完成实用性、程式设计和保护的组织工作，FTP很少具备这样的潜能。

　　将以后以建筑工人操作方式居多的电路板，变为由机器人和智能化设备居多的生产线，是两个控制系统工程，绝大多数终端工厂顾客并不具备这样的潜能，因此就须要两个服务器端的角色来顺利完成该些组织工作，这个服务器端即控制系统液压阀，来依照顾客现场的实际情况，来顺利完成机器人的最终布署。

控制系统液压阀的组织工作至少包括：生产线的智能化改建方案（流程、设备布局、人员实用性等）机器人西向全力支持设备的设计、制造、加装。符合工艺要求的机器人程式设计、调试。顾客技术团队的培训。和后续的售后保护组织工作。

　　依照许多业内机构和前辈统计的数字，整座机器人布署/集成应用的服务费大概是机器人单价的3~4倍。近几年随着国内液压阀的迅速招兵买马，竞争越来越激烈，整体产品价格有所下滑，但也基本在2~3倍。

　　以常见的焊组织服务站为例，采购两台进口品牌的焊机器人产品价格约在11~15w之间，但是经过控制系统液压阀这一层之后，整体报价不会低于30w，个别夸张的甚至能报到100w。在薪水相较较高的长三角和珠三角地区，一名娴熟钳工的薪水大概在5k~7k，1台机器人代替1~2名建筑工人，ROI不会少于2年，许多中小民营企业主对机器人会选择犹豫和观望。

如果采用机器人的机器人比较多，则大部分情况下须要MD224CH有的生产线展开改建，甚至再次建设，不仅须要巨大的投资，可能还牵涉到停产改建，这也是许多工厂迟迟不来机器人的其原因之一。

　　除此之外，因为每一条生产线上的大部分设备（末端工具、科紫麻机械、控制流程等）都是针对特定的产品设计的，如果牵涉到中途变更制造市场需求，很大概率上以后的生产线难以直接满足用户新产品制造的市场需求，这就牵涉到机器人控制系统的再次设计和布署，该些的组织工作量有时会接近首次布署。

　　具体来说，单独的机器人难以直接用于工厂的生产线上，还须要许多西向设备的全力支持。虽然机器人这类是一种高场效应、高灵活性的设备，但整座生产线不是，一旦牵涉生产线发生变动，服务费很高。

　　难以满足用户中小民营企业市场需求

中小民营企业是现阶段机器人新兴市场的主要顾客，现阶段现代的工业机器人难以很好的满足用户SME的市场需求。现代工业机器人的目标市场是能展开大体量制造的民营企业。

　　大体量制造是20世纪最流行的资本主义制造方式，以制造过程的分解、电路板组装、标准化零部件、大批量制造和机械式景丰纯等居多要特征。

　　有潜能展开大体量生成的民营企业，对机器人控制系统高额的布署服务费相较不敏感，因为在产品定型之后，在足够长的时间内生产线能不做大的发生变动，机器人基本不须要再次程式设计或是再次布署，能最大化利用机器人标准化、高效率的特点，实现投资价值最大化。

汽车业是大体量制造的众所周知代表，世界上第两台工业机器人也布署在通用汽车的工厂中，负责管理冲压零件的搬运组织工作。到今天，汽车业仍然占据了全球机器人销售额的40%以上：

　　一款新车从发布到退出市场，一般会经历3~6年时间。这期间，即使有改款，也只是对外观、内饰展开微调，这些发生变动一般不会影响到机器人的组织工作（车身焊接、喷漆、主要零部件搬运），因此在机器人的整座生命周期基本上不须要对已经顺利完成的生产线展开改动或是对机器人展开再次布署，只须要正常的保护即可，发挥了机器人的优点，避开了它的缺点。

　　而中小民营企业则不一样，它们的产品一般以小批量，定制化，短周期为特征，没有太多的资金对生产线展开大体量改建，并且对产品的ROI更为敏感。

　　这要求机器人具有较低的综合生产成本、快速布署/重布署潜能、简单上手的采用方法，而这些，现代机器人很难满足用户。

此外，在某些机器人应用的新兴行业中，即使是大民营企业也面临与中小民营企业同样的问题，3C产业是这个方面的众所周知代表。

　　3C市场中如手机、平板、可穿戴设备等主流产品的更新换代速度非常快，基本上生命周期只有1~2年，短的甚至只有几个月。如果采用现代机器人方案，投入大量资源，耗费数月建设的生产线可能连生产成本的零头还没收回，所制造的产品就该退市了。而如果对生产线再展开改建，又要投入巨大的资源，这是不可接受的。

除了资金投入，3C行业许多时候更关心时间，常见机器人智能化改建方案耗时1个月到数个月不等，但3C产品难以在每一次换代都等待这么久。那边苹果说“下个月开始制造iPhone7的外壳”，你这边说“先等我1个月把生产线改建一下”，显然是不现实的，这些情况下还是人靠谱，培训3天，立马上岗。

　　难以满足用户新兴的协同市场

　　工业机器人一直以来都是高精度、高速度智能化设备的典范，但是由于历史和技术其原因，与人在一起时的安全性不是机器人发展的重点，因此在绝大多数工厂中出于安全性考虑，一般都要采用围栏把机器人和人员展开隔离。

　　幸好对于大部分以后机器人所从事的组织工作来说，并不须要人的参与，机器人能独立顺利完成。

　　但是人力生产成本的上升，许多其他以前没有或很少采用机器人的行业开始寻求机器人智能化解决方案，例如以后提到的3C行业，还有医药、食品、物流等行业。

这些新兴行业中的特点是产品种类许多、体积普遍不大、对操作方式人员的灵活度/场效应要求高。现有的机器人很难在生产成本可控的情况下给出性能满意的解决方案，那怎么办？

　　机器人不行的，人来补充嘛，我们搞人机结合。

　　由人类负责管理对场效应，触觉，灵活性要求比较高的工序，机器人则利用其快速、准确的特点来负责管理多次随机性的组织工作。

　　比如组装键盘，能由机器人把键帽放置到位，人来展开卡扣的组织工作；再比如组装手机/电脑，机器人负责管理把主要零配件、螺丝放到合适的边线，人来负责管理排线加装，卡扣，拧螺丝的组织工作。

但是如果二者要合作，中间还要隔两个栅栏就太不方便了，人和机器人之间要展开交互，还要先通过安全门，整体效率还不如单独采用人来得高。这个时候就须要一些额外的技术来保证机器人与人类能安全的在同两个区域组织工作，而不须要栅栏这样碍事的东西挡在中间，即要求机器人具有安全协同的特性。

　　各大机器人厂商的机器人都配备有各自的安全技术，例如ABB的SafeMove，Fanuc的DCS，KUKA的KUKA.safe，但其安全功能这类还比较初级，例如将物理的围栏换成了虚拟围栏、检测到有人靠近时自动停止，仍然不算是完整的协同安全技术。

　　协同机器人的起源

　　为了准确定义协同机器人，先看两个名词。协同区域指机器人和人类能同时组织工作的区域，协同机器人指被设计成能在协同区域内与人直接展开交互的机器人。

　　前面已经说过，中小民营企业SMEs是协同机器人的非常重要的顾客群，而协同机器人的兴起也与SMEs密不可分。

在2005年，开始于2005年，由EUFP6项目资助，参与的民营企业包括ABB、KUKA、Reis、Comau、Güdel等，其目的是寻找防止劳动力离岸（offshore）输出到低劳动生产成本国家的方法。其主要的论点是，如果通过机器人技术增强SMEs的劳动力水平，降低生产成本，提高竞争力，就能避免劳动力外包的情况（将组织工作机会留在国内）。因此，协同机器人（co-bots）最初的市场就是中小民营企业（SMEs）。

同年Esben.stergaard，KasperSt.y和KristianKassow在南丹麦大学一起做研究时创办了UniversalRobot，现在的CEOEsben.stergaard当时是南丹麦大学的助理教授，三个人发现了中小民营企业对机器人的新市场需求（也与当时丹麦政府主导的一项机器人计划有关），并在2009年推出了第一款协同机器人UR5。

　　在UR5以后的绝大多数协同机器人都是在现代机器人的基础上改建的，UR5是第两个从产品设计伊始就以协同机器人的要求展开开发的机器人。

　　之后不久（2008）年，RodneyBrooks创办了Rethink，其最初的目的也是为了帮助美国本土的SMEs提高制造效率，降低生产成本，减少离岸外包。最初推出的双臂Baxter并不是很成功，慢慢开始落后于UR，去年秋天推出了新款的单臂Sawyer机器人，市场接受度如何还有待观察。

　　在UR和Rethink之后，成长出一大批新创立的协同机器人公司，市场上的协同产品也越来越多，协同机器人的概念开始慢慢被大家所认识和接受。

协同机器人与现代机器人有什么不同？

　　本质上讲，协同机器人与现代机器人之间并没有非常大的不同，只是基于不同的设计理念制造的工业机器人产品，在协同机器人发展初期，许多都是从现代机器人的基础上改建的。

　　如果非要找不同，第两个不同是这两种机器人所面向的目标市场不一样，这个前面已经解释过，不再赘述。

第二个不同点是二者替代的对象不一样。以现代机器人居多的智能化改建是用生产线代替生产线，机器人做为整座生产线中的组成部分，很难单独拿出来，如果某个环节的机器人坏了，在没有设计备份的情况下，整座生产线可能要停工。而协同机器人的独立性很强，它代替的是单独的人，二者之间能互换，两个协同机器人坏了，挪开找个人代替就好了，整座生产流程的灵活性非常高。

　　讲了这么多全是说优点，既然协同机器人这么好，那是不是能取代现代机器人了？

　　当然不是，协同机器人只是整座工业机器人产业链中两个非常重要的细分类别，有它独特的优势，但缺点也很明显：为了控制能力和碰撞潜能，协同机器人的运转速度很慢，通常只有现代机器人的三分之一到百分之三十；为了减少机器人运动时的动能，协同机器人一般重量比较轻，结构相较简单，这就造成整座机器人的刚性不足，定位精度相比现代机器人差1个数量级；低自重，低能量的要求，导致协同机器人体型都很小，负载一般在10kg下列，组织工作范围只与人的手臂相当，许多场合难以采用。

借用RethinkBaxter的一句宣传语，协同机器人的目标应用场合能概括为：协同机器人最终将变成两个过渡概念，随着技术的发展，未来所有的机器人都应该具备与人类一起安全的协同组织工作的特性。本质安全应该是理想机器人的必备且基础的特征。就像我们现在不再区分黑白电视和彩色电视而统称为电视，不再区分功能机和智能机而统称为手机，未来所有的机器人也将不再区分协同与非协同，而统称为机器人。

　　( 文章来源：互联网 )

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