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　　協(xié)同機(jī)器人與現(xiàn)代機(jī)器人有何差別？

　　國際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機(jī)器人行業(yè)眾所周知研討會(huì)

　　協(xié)同機(jī)器人只是整座工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中兩個(gè)非常重要的細(xì)分類別，有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也很明顯：為了控制能力和碰撞潛能，協(xié)同機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)速度很慢，通常只有現(xiàn)代機(jī)器人的三分之一到百分之三十。本文將嘗試解答下列問題：為什么須要協(xié)同機(jī)器人？協(xié)同機(jī)器人的起源？協(xié)同機(jī)器人與現(xiàn)代機(jī)器人有什么差別？

　　為什么須要協(xié)同機(jī)器人？

　　協(xié)同機(jī)器人的興起意味著現(xiàn)代機(jī)器人必然有某種程度的不足，或是難以適應(yīng)新的市場(chǎng)市場(chǎng)需求。

　　總結(jié)一下，主要有三點(diǎn)：

　　現(xiàn)代機(jī)器人布署生產(chǎn)成本高

其實(shí)相較來說，工業(yè)機(jī)器人本身的產(chǎn)品價(jià)格并不高。主流場(chǎng)合采用的機(jī)器人，依照負(fù)載潛能不同，單價(jià)區(qū)間在￥10w~￥40w。一般情況下兩臺(tái)機(jī)器人的采用采用壽命在5~8年，作為比較高端的工業(yè)設(shè)備來說并不算貴。

現(xiàn)代機(jī)器人Alzonne其布署（將機(jī)器人加裝到工廠并正常運(yùn)轉(zhuǎn)）生產(chǎn)成本上，其原因有兩個(gè)：現(xiàn)階段的工業(yè)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)管理工廠中多次隨機(jī)性的組織工作，這依賴于其非常高的多次重復(fù)定位精度（多次重復(fù)到達(dá)空間某些一般來說邊線的潛能，一般機(jī)器人能做到0.02mm下列），和依賴一般來說的外間自然環(huán)境。為了保證這一點(diǎn)，除了機(jī)器人這類的設(shè)計(jì)要求之外，還須要待加工的產(chǎn)品放在一般來說的邊線，以便機(jī)器人每次都能到同兩個(gè)地方準(zhǔn)確的拾獲或是執(zhí)行某項(xiàng)操作方式。對(duì)于現(xiàn)代復(fù)雜的電路板作業(yè)來說，在整座生產(chǎn)線上為每兩個(gè)采用機(jī)器人的工序都設(shè)計(jì)這些一般來說的外間自然環(huán)境須要耗費(fèi)大量的資源，占用大片寶貴的車間面積和長達(dá)數(shù)月的實(shí)施時(shí)間。機(jī)器人的采用難度較高，只有經(jīng)過訓(xùn)練的專業(yè)人士才能嫻熟采用機(jī)器人順利完成實(shí)用性、程式設(shè)計(jì)和保護(hù)的組織工作，F(xiàn)TP很少具備這樣的潛能。

　　將以后以建筑工人操作方式居多的電路板，變?yōu)橛蓹C(jī)器人和智能化設(shè)備居多的生產(chǎn)線，是兩個(gè)控制系統(tǒng)工程，絕大多數(shù)終端工廠顧客并不具備這樣的潛能，因此就須要兩個(gè)服務(wù)器端的角色來順利完成該些組織工作，這個(gè)服務(wù)器端即控制系統(tǒng)液壓閥，來依照顧客現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，來順利完成機(jī)器人的最終布署。

控制系統(tǒng)液壓閥的組織工作至少包括：生產(chǎn)線的智能化改建方案（流程、設(shè)備布局、人員實(shí)用性等）機(jī)器人西向全力支持設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、加裝。符合工藝要求的機(jī)器人程式設(shè)計(jì)、調(diào)試。顧客技術(shù)團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)。和后續(xù)的售后保護(hù)組織工作。

　　依照許多業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)和前輩統(tǒng)計(jì)的數(shù)字，整座機(jī)器人布署/集成應(yīng)用的服務(wù)費(fèi)大概是機(jī)器人單價(jià)的3~4倍。近幾年隨著國內(nèi)液壓閥的迅速招兵買馬，競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，整體產(chǎn)品價(jià)格有所下滑，但也基本在2~3倍。

　　以常見的焊組織服務(wù)站為例，采購兩臺(tái)進(jìn)口品牌的焊機(jī)器人產(chǎn)品價(jià)格約在11~15w之間，但是經(jīng)過控制系統(tǒng)液壓閥這一層之后，整體報(bào)價(jià)不會(huì)低于30w，個(gè)別夸張的甚至能報(bào)到100w。在薪水相較較高的長三角和珠三角地區(qū)，一名嫻熟鉗工的薪水大概在5k~7k，1臺(tái)機(jī)器人代替1~2名建筑工人，ROI不會(huì)少于2年，許多中小民營企業(yè)主對(duì)機(jī)器人會(huì)選擇猶豫和觀望。

如果采用機(jī)器人的機(jī)器人比較多，則大部分情況下須要MD224CH有的生產(chǎn)線展開改建，甚至再次建設(shè)，不僅須要巨大的投資，可能還牽涉到停產(chǎn)改建，這也是許多工廠遲遲不來機(jī)器人的其原因之一。

　　除此之外，因?yàn)槊恳粭l生產(chǎn)線上的大部分設(shè)備（末端工具、科紫麻機(jī)械、控制流程等）都是針對(duì)特定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，如果牽涉到中途變更制造市場(chǎng)需求，很大概率上以后的生產(chǎn)線難以直接滿足用戶新產(chǎn)品制造的市場(chǎng)需求，這就牽涉到機(jī)器人控制系統(tǒng)的再次設(shè)計(jì)和布署，該些的組織工作量有時(shí)會(huì)接近首次布署。

　　具體來說，單獨(dú)的機(jī)器人難以直接用于工廠的生產(chǎn)線上，還須要許多西向設(shè)備的全力支持。雖然機(jī)器人這類是一種高場(chǎng)效應(yīng)、高靈活性的設(shè)備，但整座生產(chǎn)線不是，一旦牽涉生產(chǎn)線發(fā)生變動(dòng)，服務(wù)費(fèi)很高。

　　難以滿足用戶中小民營企業(yè)市場(chǎng)需求

中小民營企業(yè)是現(xiàn)階段機(jī)器人新興市場(chǎng)的主要顧客，現(xiàn)階段現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人難以很好的滿足用戶SME的市場(chǎng)需求。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)市場(chǎng)是能展開大體量制造的民營企業(yè)。

　　大體量制造是20世紀(jì)最流行的資本主義制造方式，以制造過程的分解、電路板組裝、標(biāo)準(zhǔn)化零部件、大批量制造和機(jī)械式景豐純等居多要特征。

　　有潛能展開大體量生成的民營企業(yè)，對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)高額的布署服務(wù)費(fèi)相較不敏感，因?yàn)樵诋a(chǎn)品定型之后，在足夠長的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)線能不做大的發(fā)生變動(dòng)，機(jī)器人基本不須要再次程式設(shè)計(jì)或是再次布署，能最大化利用機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、高效率的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)投資價(jià)值最大化。

汽車業(yè)是大體量制造的眾所周知代表，世界上第兩臺(tái)工業(yè)機(jī)器人也布署在通用汽車的工廠中，負(fù)責(zé)管理沖壓零件的搬運(yùn)組織工作。到今天，汽車業(yè)仍然占據(jù)了全球機(jī)器人銷售額的40%以上：

　　一款新車從發(fā)布到退出市場(chǎng)，一般會(huì)經(jīng)歷3~6年時(shí)間。這期間，即使有改款，也只是對(duì)外觀、內(nèi)飾展開微調(diào)，這些發(fā)生變動(dòng)一般不會(huì)影響到機(jī)器人的組織工作（車身焊接、噴漆、主要零部件搬運(yùn)），因此在機(jī)器人的整座生命周期基本上不須要對(duì)已經(jīng)順利完成的生產(chǎn)線展開改動(dòng)或是對(duì)機(jī)器人展開再次布署，只須要正常的保護(hù)即可，發(fā)揮了機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，避開了它的缺點(diǎn)。

　　而中小民營企業(yè)則不一樣，它們的產(chǎn)品一般以小批量，定制化，短周期為特征，沒有太多的資金對(duì)生產(chǎn)線展開大體量改建，并且對(duì)產(chǎn)品的ROI更為敏感。

　　這要求機(jī)器人具有較低的綜合生產(chǎn)成本、快速布署/重布署潛能、簡(jiǎn)單上手的采用方法，而這些，現(xiàn)代機(jī)器人很難滿足用戶。

此外，在某些機(jī)器人應(yīng)用的新興行業(yè)中，即使是大民營企業(yè)也面臨與中小民營企業(yè)同樣的問題，3C產(chǎn)業(yè)是這個(gè)方面的眾所周知代表。

　　3C市場(chǎng)中如手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備等主流產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度非常快，基本上生命周期只有1~2年，短的甚至只有幾個(gè)月。如果采用現(xiàn)代機(jī)器人方案，投入大量資源，耗費(fèi)數(shù)月建設(shè)的生產(chǎn)線可能連生產(chǎn)成本的零頭還沒收回，所制造的產(chǎn)品就該退市了。而如果對(duì)生產(chǎn)線再展開改建，又要投入巨大的資源，這是不可接受的。

除了資金投入，3C行業(yè)許多時(shí)候更關(guān)心時(shí)間，常見機(jī)器人智能化改建方案耗時(shí)1個(gè)月到數(shù)個(gè)月不等，但3C產(chǎn)品難以在每一次換代都等待這么久。那邊蘋果說“下個(gè)月開始制造iPhone7的外殼”，你這邊說“先等我1個(gè)月把生產(chǎn)線改建一下”，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，這些情況下還是人靠譜，培訓(xùn)3天，立馬上崗。

　　難以滿足用戶新興的協(xié)同市場(chǎng)

　　工業(yè)機(jī)器人一直以來都是高精度、高速度智能化設(shè)備的典范，但是由于歷史和技術(shù)其原因，與人在一起時(shí)的安全性不是機(jī)器人發(fā)展的重點(diǎn)，因此在絕大多數(shù)工廠中出于安全性考慮，一般都要采用圍欄把機(jī)器人和人員展開隔離。

　　幸好對(duì)于大部分以后機(jī)器人所從事的組織工作來說，并不須要人的參與，機(jī)器人能獨(dú)立順利完成。

　　但是人力生產(chǎn)成本的上升，許多其他以前沒有或很少采用機(jī)器人的行業(yè)開始尋求機(jī)器人智能化解決方案，例如以后提到的3C行業(yè)，還有醫(yī)藥、食品、物流等行業(yè)。

這些新興行業(yè)中的特點(diǎn)是產(chǎn)品種類許多、體積普遍不大、對(duì)操作方式人員的靈活度/場(chǎng)效應(yīng)要求高?，F(xiàn)有的機(jī)器人很難在生產(chǎn)成本可控的情況下給出性能滿意的解決方案，那怎么辦？

　　機(jī)器人不行的，人來補(bǔ)充嘛，我們搞人機(jī)結(jié)合。

　　由人類負(fù)責(zé)管理對(duì)場(chǎng)效應(yīng)，觸覺，靈活性要求比較高的工序，機(jī)器人則利用其快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)來負(fù)責(zé)管理多次隨機(jī)性的組織工作。

　　比如組裝鍵盤，能由機(jī)器人把鍵帽放置到位，人來展開卡扣的組織工作；再比如組裝手機(jī)/電腦，機(jī)器人負(fù)責(zé)管理把主要零配件、螺絲放到合適的邊線，人來負(fù)責(zé)管理排線加裝，卡扣，擰螺絲的組織工作。

但是如果二者要合作，中間還要隔兩個(gè)柵欄就太不方便了，人和機(jī)器人之間要展開交互，還要先通過安全門，整體效率還不如單獨(dú)采用人來得高。這個(gè)時(shí)候就須要一些額外的技術(shù)來保證機(jī)器人與人類能安全的在同兩個(gè)區(qū)域組織工作，而不須要柵欄這樣礙事的東西擋在中間，即要求機(jī)器人具有安全協(xié)同的特性。

　　各大機(jī)器人廠商的機(jī)器人都配備有各自的安全技術(shù)，例如ABB的SafeMove，F(xiàn)anuc的DCS，KUKA的KUKA.safe，但其安全功能這類還比較初級(jí)，例如將物理的圍欄換成了虛擬圍欄、檢測(cè)到有人靠近時(shí)自動(dòng)停止，仍然不算是完整的協(xié)同安全技術(shù)。

　　協(xié)同機(jī)器人的起源

　　為了準(zhǔn)確定義協(xié)同機(jī)器人，先看兩個(gè)名詞。協(xié)同區(qū)域指機(jī)器人和人類能同時(shí)組織工作的區(qū)域，協(xié)同機(jī)器人指被設(shè)計(jì)成能在協(xié)同區(qū)域內(nèi)與人直接展開交互的機(jī)器人。

　　前面已經(jīng)說過，中小民營企業(yè)SMEs是協(xié)同機(jī)器人的非常重要的顧客群，而協(xié)同機(jī)器人的興起也與SMEs密不可分。

在2005年，開始于2005年，由EUFP6項(xiàng)目資助，參與的民營企業(yè)包括ABB、KUKA、Reis、Comau、Güdel等，其目的是尋找防止勞動(dòng)力離岸（offshore）輸出到低勞動(dòng)生產(chǎn)成本國家的方法。其主要的論點(diǎn)是，如果通過機(jī)器人技術(shù)增強(qiáng)SMEs的勞動(dòng)力水平，降低生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，就能避免勞動(dòng)力外包的情況（將組織工作機(jī)會(huì)留在國內(nèi)）。因此，協(xié)同機(jī)器人（co-bots）最初的市場(chǎng)就是中小民營企業(yè)（SMEs）。

同年Esben.stergaard，KasperSt.y和KristianKassow在南丹麥大學(xué)一起做研究時(shí)創(chuàng)辦了UniversalRobot，現(xiàn)在的CEOEsben.stergaard當(dāng)時(shí)是南丹麥大學(xué)的助理教授，三個(gè)人發(fā)現(xiàn)了中小民營企業(yè)對(duì)機(jī)器人的新市場(chǎng)需求（也與當(dāng)時(shí)丹麥政府主導(dǎo)的一項(xiàng)機(jī)器人計(jì)劃有關(guān)），并在2009年推出了第一款協(xié)同機(jī)器人UR5。

　　在UR5以后的絕大多數(shù)協(xié)同機(jī)器人都是在現(xiàn)代機(jī)器人的基礎(chǔ)上改建的，UR5是第兩個(gè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)伊始就以協(xié)同機(jī)器人的要求展開開發(fā)的機(jī)器人。

　　之后不久（2008）年，RodneyBrooks創(chuàng)辦了Rethink，其最初的目的也是為了幫助美國本土的SMEs提高制造效率，降低生產(chǎn)成本，減少離岸外包。最初推出的雙臂Baxter并不是很成功，慢慢開始落后于UR，去年秋天推出了新款的單臂Sawyer機(jī)器人，市場(chǎng)接受度如何還有待觀察。

　　在UR和Rethink之后，成長出一大批新創(chuàng)立的協(xié)同機(jī)器人公司，市場(chǎng)上的協(xié)同產(chǎn)品也越來越多，協(xié)同機(jī)器人的概念開始慢慢被大家所認(rèn)識(shí)和接受。

協(xié)同機(jī)器人與現(xiàn)代機(jī)器人有什么不同？

　　本質(zhì)上講，協(xié)同機(jī)器人與現(xiàn)代機(jī)器人之間并沒有非常大的不同，只是基于不同的設(shè)計(jì)理念制造的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，在協(xié)同機(jī)器人發(fā)展初期，許多都是從現(xiàn)代機(jī)器人的基礎(chǔ)上改建的。

　　如果非要找不同，第兩個(gè)不同是這兩種機(jī)器人所面向的目標(biāo)市場(chǎng)不一樣，這個(gè)前面已經(jīng)解釋過，不再贅述。

第二個(gè)不同點(diǎn)是二者替代的對(duì)象不一樣。以現(xiàn)代機(jī)器人居多的智能化改建是用生產(chǎn)線代替生產(chǎn)線，機(jī)器人做為整座生產(chǎn)線中的組成部分，很難單獨(dú)拿出來，如果某個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)器人壞了，在沒有設(shè)計(jì)備份的情況下，整座生產(chǎn)線可能要停工。而協(xié)同機(jī)器人的獨(dú)立性很強(qiáng)，它代替的是單獨(dú)的人，二者之間能互換，兩個(gè)協(xié)同機(jī)器人壞了，挪開找個(gè)人代替就好了，整座生產(chǎn)流程的靈活性非常高。

　　講了這么多全是說優(yōu)點(diǎn)，既然協(xié)同機(jī)器人這么好，那是不是能取代現(xiàn)代機(jī)器人了？

　　當(dāng)然不是，協(xié)同機(jī)器人只是整座工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中兩個(gè)非常重要的細(xì)分類別，有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也很明顯：為了控制能力和碰撞潛能，協(xié)同機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)速度很慢，通常只有現(xiàn)代機(jī)器人的三分之一到百分之三十；為了減少機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，協(xié)同機(jī)器人一般重量比較輕，結(jié)構(gòu)相較簡(jiǎn)單，這就造成整座機(jī)器人的剛性不足，定位精度相比現(xiàn)代機(jī)器人差1個(gè)數(shù)量級(jí)；低自重，低能量的要求，導(dǎo)致協(xié)同機(jī)器人體型都很小，負(fù)載一般在10kg下列，組織工作范圍只與人的手臂相當(dāng)，許多場(chǎng)合難以采用。

借用RethinkBaxter的一句宣傳語，協(xié)同機(jī)器人的目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合能概括為：協(xié)同機(jī)器人最終將變成兩個(gè)過渡概念，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來所有的機(jī)器人都應(yīng)該具備與人類一起安全的協(xié)同組織工作的特性。本質(zhì)安全應(yīng)該是理想機(jī)器人的必備且基礎(chǔ)的特征。就像我們現(xiàn)在不再區(qū)分黑白電視和彩色電視而統(tǒng)稱為電視，不再區(qū)分功能機(jī)和智能機(jī)而統(tǒng)稱為手機(jī)，未來所有的機(jī)器人也將不再區(qū)分協(xié)同與非協(xié)同，而統(tǒng)稱為機(jī)器人。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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