怎样选择合适的协同作业机器人

怎样选择合适的协同作业机器人

协作机器人（Cobots）是工业4.0时代的重要创新，它们能够与人类工人安全地协同工作，完成各种重复性高、危险性大的任务。本文将为您详细介绍协作机器人的定义、优势、选择标准、应用场景以及未来发展趋势。

什么是协作机器人？

术语的由来

伊利诺伊州西北大学机械工程教授Michael Peshkin和他的同事Ed Colgate在20多年前发明了协作机器人的概念。当时，机器人领域的重点是机器人的自主性，而不是与人的合作。这两位教授主张，不应该系统地将人排除在这个过程之外，因为有些任务是由人来更好地完成的。另一方面，对人类来说更困难的任务应该留给机器人去完成。人机协作的理念应运而生。

定义

协作机器人是新一代铰接式机器人，具有六轴或更多轴，可在与人类共享的工业环境中安全运行。

• 其形式是小型轻便的关节臂或双臂。
• 协作机器人可用于组装零件、提升和移动物体。也适用于生产线末端的包装。
• 协作机器人总是在操作员的监督下运行。
• 大多数协作机器人处理的零件平均重量在5至100千克之间。在航空领域，一些协作机器人可以举起300公斤的重物。
• 机器人装有传感器和摄像头，可以了解周围环境、探测人类操作员并避免碰撞。
• 由于机器人与人类密切配合，因此移动速度比工业机器人更慢，如果手臂遇到阻力，程序会自动停止。
• 为了确保安全，对于大多数协作机器人来说，只需用手轻轻拍打就能启动和停止。

为什么要使用工业协作机器人？

与传统工业机器人相比，协作机器人具有显著优势：

• 其潜力在于其生产力和效率：可以帮助人类完成高度重复、困难、痛苦和危险的任务。这意味着人工操作员可以集中精力完成附加值最高的任务，从而提高最终质量。
• 协作机器人可以快速安装和编程。
• 与无法移动的笨重、僵硬的工业机器人不同，协作机器人可以由操作员从一项任务移动到另一项任务，而无需重新编程。
• 机器人在没有保护屏障的情况下工作。护笼通常非常昂贵，因此不需要护笼可降低成本。
• 协作机器人比传统的工业机器人便宜（最便宜的起价为10000 欧元），适用于希望实现某些任务自动化的低预算公司。
• 采用这种技术可以保持工作站现有的人体工程学设计。
• 在人类附近工作更安全。
• 与全自动系统相比，机器人还具有以下优势：通用性更强，可适应生产变化。

如何选择协作机器人？

与其他类型的工业机器人相比，协作机器人的种类较少。一般是中小型关节机器人。

不过，必须根据特定标准来选择机器人：

• 最大有效载荷；
• 范围；
• 轴的数量（通常为6或7轴，但有些轴（如Yumi）由多个关节臂组合而成，最多可达14轴）。

下表概述了目前市场上主要协作机器人的主要技术类型及其主要应用。

协作机器人可以用来做什么？

协作机器人适用于任何重复性任务、轻型应用和不超过100千克的有效载荷（航空领域除外，其负载可达300千克）。

典型应用包括

• 在装配线上：拧螺丝、粘合、焊接任务。
• 在生产线上：抛光任务、激光打标、生命周期测试、包装、码垛。
• 在机器上：例如，将零件放入机器中进行铣削。
• 挑选和放置：从垃圾箱中取出零件并将其放在托盘上。
• 轻型应用：机器人移动部件，人类结束工序。

从汽车行业到消费电子产品，以及物流、农业和医疗等许多领域都在使用协作机器人。

汽车行业是最早建立人机协作的行业：

• 2013年，宝马公司开始在车门装配线上部署协作机器人。
• 同样在2013年，大众汽车开始使用机器人为其发动机安装辉光塞。
• 2015年，奥迪在德国的装配线上引入了高1.4米、拥有双臂的机器人。

在航空领域：

• 波音公司在西雅图的777装配线上部署了协作机器人。
• 日本川田公司设计的半人形双臂机器人Nextage用于组装A380部件。

在电子行业：

• 协作机器人用于执行装配任务或生命周期测试。

如何为机器人编程？

与传统的工业机器人不同，协作机器人非常易于编程。

• 无需编写代码。附带的软件非常直观，但这并不意味着不需要先学习使用程序。
• 协作机器人的另一个选择是通过学习编程：您只需向机器人展示，教它做什么。

通过学习可直接在工作站上使用应用程序进行编程。要给协作机器人编程，必须

• 下载协作机器人应用程序并在其中创建任务。
• 然后直接牵着协作机器人的手教它做你想让它做的动作，并将其记录在应用程序中。
• 然后让机器人完成它的工作。
• 如有必要，可在生产过程中重新编程。

是否有安装协作机器人的标准？

虽然协作机器人的设计目的是与人类协作者一起安全地工作，但它们仍然是工业机器人。因此，与其他在工业环境中运行的设备一样，机器人必须符合安全标准。

自2016年起，ISO/TS 15066标准为协作机器人的制造商和用户提供了具体指导。

这一标准概述了什么？

• 该标准并不排除接触的可能性，因为机器人会与人类发生身体接触。
• 该标准定义了协作机器人的力和压力阈值。
• 因此，安全的重点不在于避免碰撞，而在于操作员在与机器人接触时能承受多大的力和压力而不受伤。

协作机器人的门槛是什么？

• 该标准规定了29个身体部位的阈值。
• 胸部的力阈值为140N。
• 胸骨和胸肌的压力阈值分别为120牛/平方厘米和170牛/平方厘米。

协作机器人的未来趋势是什么？

移动机器人技术是工业机器人技术的新趋势：

• 无论是自主式还是平台式，移动协作机器人都是第三次机器人革命的代表。
• 由于采用了激光制导系统，协作机器人更加灵活，可以在地面上没有标记或磁铁的工厂内航行。
• 协作机器人与静态机器人一样安全，可以与人类一起工作。
• 市场上已经出现的移动协作机器人包括 OmniRob（库卡）、APAS机器人（博世）。

结合人工智能的机器人也是未来行业的一大趋势。如今，为了让机器人能够执行任务，有必要先通过教学对其进行编程。未来，有了人工智能，只需向协作机器人展示基本功能，它就能复制任务，甚至随着时间和经验的积累而不断改进。

制造商还在开发语言功能，这样协作机器人和人类就能相互对话。例如，库卡正在利用NLP（神经语言编程）开发技术。