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　　協(xié)同機器人與現(xiàn)代機器人有何差別？

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　　先進制造 ◇ 系列技術講座

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

　　協(xié)同機器人只是整座工業(yè)機器人產業(yè)鏈中兩個非常重要的細分類別，有它獨特的優(yōu)勢，但缺點也很明顯：為了控制能力和碰撞潛能，協(xié)同機器人的運轉速度很慢，通常只有現(xiàn)代機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)同機器人？協(xié)同機器人的起源？協(xié)同機器人與現(xiàn)代機器人有什么差別？

　　為什么須要協(xié)同機器人？

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

　　總結一下，主要有三點：

　　現(xiàn)代機器人布署生產成本高

其實相較來說，工業(yè)機器人本身的產品價格并不高。主流場合采用的機器人，依照負載潛能不同，單價區(qū)間在￥10w~￥40w。一般情況下兩臺機器人的采用采用壽命在5~8年，作為比較高端的工業(yè)設備來說并不算貴。

現(xiàn)代機器人Alzonne其布署（將機器人加裝到工廠并正常運轉）生產成本上，其原因有兩個：現(xiàn)階段的工業(yè)機器人主要負責管理工廠中多次隨機性的組織工作，這依賴于其非常高的多次重復定位精度（多次重復到達空間某些一般來說邊線的潛能，一般機器人能做到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，除了機器人這類的設計要求之外，還須要待加工的產品放在一般來說的邊線，以便機器人每次都能到同兩個地方準確的拾獲或是執(zhí)行某項操作方式。對于現(xiàn)代復雜的電路板作業(yè)來說，在整座生產線上為每兩個采用機器人的工序都設計這些一般來說的外間自然環(huán)境須要耗費大量的資源，占用大片寶貴的車間面積和長達數(shù)月的實施時間。機器人的采用難度較高，只有經過訓練的專業(yè)人士才能嫻熟采用機器人順利完成實用性、程式設計和保護的組織工作，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器人和智能化設備居多的生產線，是兩個控制系統(tǒng)工程，絕大多數(shù)終端工廠顧客并不具備這樣的潛能，因此就須要兩個服務器端的角色來順利完成該些組織工作，這個服務器端即控制系統(tǒng)液壓閥，來依照顧客現(xiàn)場的實際情況，來順利完成機器人的最終布署。

控制系統(tǒng)液壓閥的組織工作至少包括：生產線的智能化改建方案（流程、設備布局、人員實用性等）機器人西向全力支持設備的設計、制造、加裝。符合工藝要求的機器人程式設計、調試。顧客技術團隊的培訓。和后續(xù)的售后保護組織工作。

　　依照許多業(yè)內機構和前輩統(tǒng)計的數(shù)字，整座機器人布署/集成應用的服務費大概是機器人單價的3~4倍。近幾年隨著國內液壓閥的迅速招兵買馬，競爭越來越激烈，整體產品價格有所下滑，但也基本在2~3倍。

　　以常見的焊組織服務站為例，采購兩臺進口品牌的焊機器人產品價格約在11~15w之間，但是經過控制系統(tǒng)液壓閥這一層之后，整體報價不會低于30w，個別夸張的甚至能報到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臺機器人代替1~2名建筑工人，ROI不會少于2年，許多中小民營企業(yè)主對機器人會選擇猶豫和觀望。

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

　　除此之外，因為每一條生產線上的大部分設備（末端工具、科紫麻機械、控制流程等）都是針對特定的產品設計的，如果牽涉到中途變更制造市場需求，很大概率上以后的生產線難以直接滿足用戶新產品制造的市場需求，這就牽涉到機器人控制系統(tǒng)的再次設計和布署，該些的組織工作量有時會接近首次布署。

　　具體來說，單獨的機器人難以直接用于工廠的生產線上，還須要許多西向設備的全力支持。雖然機器人這類是一種高場效應、高靈活性的設備，但整座生產線不是，一旦牽涉生產線發(fā)生變動，服務費很高。

　　難以滿足用戶中小民營企業(yè)市場需求

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

　　大體量制造是20世紀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、標準化零部件、大批量制造和機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)，對機器人控制系統(tǒng)高額的布署服務費相較不敏感，因為在產品定型之后，在足夠長的時間內生產線能不做大的發(fā)生變動，機器人基本不須要再次程式設計或是再次布署，能最大化利用機器人標準化、高效率的特點，實現(xiàn)投資價值最大化。

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

　　一款新車從發(fā)布到退出市場，一般會經歷3~6年時間。這期間，即使有改款，也只是對外觀、內飾展開微調，這些發(fā)生變動一般不會影響到機器人的組織工作（車身焊接、噴漆、主要零部件搬運），因此在機器人的整座生命周期基本上不須要對已經順利完成的生產線展開改動或是對機器人展開再次布署，只須要正常的保護即可，發(fā)揮了機器人的優(yōu)點，避開了它的缺點。

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

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

此外，在某些機器人應用的新興行業(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產業(yè)是這個方面的眾所周知代表。

　　3C市場中如手機、平板、可穿戴設備等主流產品的更新?lián)Q代速度非?？?，基本上生命周期只有1~2年，短的甚至只有幾個月。如果采用現(xiàn)代機器人方案，投入大量資源，耗費數(shù)月建設的生產線可能連生產成本的零頭還沒收回，所制造的產品就該退市了。而如果對生產線再展開改建，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)許多時候更關心時間，常見機器人智能化改建方案耗時1個月到數(shù)個月不等，但3C產品難以在每一次換代都等待這么久。那邊蘋果說“下個月開始制造iPhone7的外殼”，你這邊說“先等我1個月把生產線改建一下”，顯然是不現(xiàn)實的，這些情況下還是人靠譜，培訓3天，立馬上崗。

　　難以滿足用戶新興的協(xié)同市場

　　工業(yè)機器人一直以來都是高精度、高速度智能化設備的典范，但是由于歷史和技術其原因，與人在一起時的安全性不是機器人發(fā)展的重點，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器人和人員展開隔離。

　　幸好對于大部分以后機器人所從事的組織工作來說，并不須要人的參與，機器人能獨立順利完成。

　　但是人力生產成本的上升，許多其他以前沒有或很少采用機器人的行業(yè)開始尋求機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)中的特點是產品種類許多、體積普遍不大、對操作方式人員的靈活度/場效應要求高?，F(xiàn)有的機器人很難在生產成本可控的情況下給出性能滿意的解決方案，那怎么辦？

　　機器人不行的，人來補充嘛，我們搞人機結合。

　　由人類負責管理對場效應，觸覺，靈活性要求比較高的工序，機器人則利用其快速、準確的特點來負責管理多次隨機性的組織工作。

　　比如組裝鍵盤，能由機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/電腦，機器人負責管理把主要零配件、螺絲放到合適的邊線，人來負責管理排線加裝，卡扣，擰螺絲的組織工作。

但是如果二者要合作，中間還要隔兩個柵欄就太不方便了，人和機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采用人來得高。這個時候就須要一些額外的技術來保證機器人與人類能安全的在同兩個區(qū)域組織工作，而不須要柵欄這樣礙事的東西擋在中間，即要求機器人具有安全協(xié)同的特性。

　　各大機器人廠商的機器人都配備有各自的安全技術，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，例如將物理的圍欄換成了虛擬圍欄、檢測到有人靠近時自動停止，仍然不算是完整的協(xié)同安全技術。

　　協(xié)同機器人的起源

　　為了準確定義協(xié)同機器人，先看兩個名詞。協(xié)同區(qū)域指機器人和人類能同時組織工作的區(qū)域，協(xié)同機器人指被設計成能在協(xié)同區(qū)域內與人直接展開交互的機器人。

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

在2005年，開始于2005年，由EUFP6項目資助，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力離岸（offshore）輸出到低勞動生產成本國家的方法。其主要的論點是，如果通過機器人技術增強SMEs的勞動力水平，降低生產成本，提高競爭力，就能避免勞動力外包的情況（將組織工作機會留在國內）。因此，協(xié)同機器人（co-bots）最初的市場就是中小民營企業(yè)（SMEs）。

同年Esben.stergaard，KasperSt.y和KristianKassow在南丹麥大學一起做研究時創(chuàng)辦了UniversalRobot，現(xiàn)在的CEOEsben.stergaard當時是南丹麥大學的助理教授，三個人發(fā)現(xiàn)了中小民營企業(yè)對機器人的新市場需求（也與當時丹麥政府主導的一項機器人計劃有關），并在2009年推出了第一款協(xié)同機器人UR5。

　　在UR5以后的絕大多數(shù)協(xié)同機器人都是在現(xiàn)代機器人的基礎上改建的，UR5是第兩個從產品設計伊始就以協(xié)同機器人的要求展開開發(fā)的機器人。

　　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機器人，市場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)同機器人公司，市場上的協(xié)同產品也越來越多，協(xié)同機器人的概念開始慢慢被大家所認識和接受。

協(xié)同機器人與現(xiàn)代機器人有什么不同？

　　本質上講，協(xié)同機器人與現(xiàn)代機器人之間并沒有非常大的不同，只是基于不同的設計理念制造的工業(yè)機器人產品，在協(xié)同機器人發(fā)展初期，許多都是從現(xiàn)代機器人的基礎上改建的。

　　如果非要找不同，第兩個不同是這兩種機器人所面向的目標市場不一樣，這個前面已經解釋過，不再贅述。

第二個不同點是二者替代的對象不一樣。以現(xiàn)代機器人居多的智能化改建是用生產線代替生產線，機器人做為整座生產線中的組成部分，很難單獨拿出來，如果某個環(huán)節(jié)的機器人壞了，在沒有設計備份的情況下，整座生產線可能要停工。而協(xié)同機器人的獨立性很強，它代替的是單獨的人，二者之間能互換，兩個協(xié)同機器人壞了，挪開找個人代替就好了，整座生產流程的靈活性非常高。

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

　　當然不是，協(xié)同機器人只是整座工業(yè)機器人產業(yè)鏈中兩個非常重要的細分類別，有它獨特的優(yōu)勢，但缺點也很明顯：為了控制能力和碰撞潛能，協(xié)同機器人的運轉速度很慢，通常只有現(xiàn)代機器人的三分之一到百分之三十；為了減少機器人運動時的動能，協(xié)同機器人一般重量比較輕，結構相較簡單，這就造成整座機器人的剛性不足，定位精度相比現(xiàn)代機器人差1個數(shù)量級；低自重，低能量的要求，導致協(xié)同機器人體型都很小，負載一般在10kg下列，組織工作范圍只與人的手臂相當，許多場合難以采用。

借用RethinkBaxter的一句宣傳語，協(xié)同機器人的目標應用場合能概括為：協(xié)同機器人最終將變成兩個過渡概念，隨著技術的發(fā)展，未來所有的機器人都應該具備與人類一起安全的協(xié)同組織工作的特性。本質安全應該是理想機器人的必備且基礎的特征。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)分功能機和智能機而統(tǒng)稱為手機，未來所有的機器人也將不再區(qū)分協(xié)同與非協(xié)同，而統(tǒng)稱為機器人。

　　( 文章來源：互聯(lián)網 )

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