協(xié)作機(jī)器人是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)非常熱門的研究方向，國(guó)際機(jī)器人大廠陸續(xù)推出了多款協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也有很多廠商已經(jīng)或者準(zhǔn)備進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前，協(xié)作機(jī)器人的市值僅占機(jī)器人行業(yè)的5%，但預(yù)期增長(zhǎng)很大。據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全球協(xié)作機(jī)器人的銷售額將從2015年的1.16億美金，增長(zhǎng)到114億美金，增幅超過100倍，這幾乎相當(dāng)于2015年全球工業(yè)機(jī)器人整機(jī)市場(chǎng)的銷售額。
協(xié)作機(jī)器人的起源
協(xié)作機(jī)器人的概念在1995年GM Motor Foundation贊助的一個(gè)項(xiàng)目中首次被提出?？蒲腥藛T試圖找出讓機(jī)器人變得足夠安全的方法，以便機(jī)器人可以和工人協(xié)同工作。
但是真正得到大規(guī)模發(fā)展開始于2005年由EU FP6（Framework Programme 6）項(xiàng)目資助的SME Projekt。參與的企業(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)成本國(guó)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)中小企業(yè)（SMEs）的勞動(dòng)力水平，降低成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，就可以避免勞動(dòng)力外包的情況（將工作機(jī)會(huì)留在國(guó)內(nèi)）。因此，協(xié)作機(jī)器人最初的設(shè)計(jì)便是以滿足中小企業(yè)的需求為導(dǎo)向。
協(xié)作機(jī)器人相比與傳統(tǒng)機(jī)器人的三大優(yōu)勢(shì)
1：安全性
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人一直以來都是高速度自動(dòng)化設(shè)備的典范，但是由于歷史和技術(shù)原因，與人在一起作業(yè)的安全性不是機(jī)器人原始發(fā)展的重點(diǎn)，因此在絕大多數(shù)工廠中出于安全性考慮，一般都要使用圍欄把機(jī)器人和人員進(jìn)行隔離。 幸好對(duì)于大部分之前機(jī)器人所從事的工作來講，并不需要人的參與，機(jī)器人可以獨(dú)立完成。
但是隨著人力成本的上升，很多之前很少使用機(jī)器人的行業(yè)也開始尋求機(jī)器人自動(dòng)化解決方案，例如3C行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)以及眾多中小型企業(yè)。這些行業(yè)產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品體積普遍不大且對(duì)操作的靈活度和柔性要求很高。因此，如果采用傳統(tǒng)的安全技術(shù)（防護(hù)欄、安全區(qū)域設(shè)計(jì)、光幕等傳感器設(shè)備），在生產(chǎn)發(fā)生變動(dòng)的時(shí)候，調(diào)整將變得十分困難。
目前，國(guó)際上那些知名的機(jī)器人制造商都在協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)中集成了全新的安全技術(shù)，例如各種力矩限制、3D空間掃描、非接觸傳感技術(shù)等。這大大的降低了生產(chǎn)變化帶來的轉(zhuǎn)換成本，使得這些需要人類介入的工作能更好地結(jié)合人類獨(dú)特的技巧、能力，以及機(jī)器人精確、耐久性等特點(diǎn)。從某種角度上來講，全新的安全技術(shù)在協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)中的集成，不單單只是設(shè)計(jì)安全方面的考慮，還關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)靈活性以及成本等問題。
2：易于上手
傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人不易使用，只有經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)機(jī)器人工程師才能熟練使用機(jī)器人完成設(shè)定、配置、編程以及維護(hù)的工作，普通工程師很少具備這樣的能力。而協(xié)作機(jī)器人將注意力更多的集中在軟件的簡(jiǎn)化和操作的簡(jiǎn)化上。就比如手機(jī)的更新?lián)Q代，我們過去使用的手機(jī)都比較笨拙，后來出現(xiàn)了安卓、蘋果系統(tǒng)等有著智能化程度更高、使用更簡(jiǎn)單方便的電子產(chǎn)品設(shè)備。這大大降低了工業(yè)機(jī)器人操作的門檻，尤其是對(duì)于很多中小型企業(yè)，它們沒有辦法招募很多人才來做自動(dòng)化解決方案，而協(xié)作機(jī)器人會(huì)給它們帶來便捷，普通的工人通過幾天的訓(xùn)練，也可以做許多協(xié)作機(jī)器人的部署工作。
3：低成本
就傳統(tǒng)機(jī)器人而言，機(jī)器人自身的資本成本僅占系統(tǒng)總成本的30％左右，剩余的成本主要是機(jī)器人的部署和使用成本。假設(shè)一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的購入成本為100萬，系統(tǒng)集成商（System Integrator）的安裝、設(shè)定、配置則需額外花費(fèi)100萬甚至200萬。另外，考慮到傳統(tǒng)機(jī)器人體積較為龐大以及安全性的問題，往往需要使用安全圍欄進(jìn)行隔離。因此，在整個(gè)產(chǎn)線上為搭配每一個(gè)機(jī)器人生產(chǎn)管理所需"圈定"的操作環(huán)境需要耗費(fèi)大量的時(shí)間與資源，占用大片寶貴的廠房面積。
得益于協(xié)作機(jī)器人制造商在核心軟件技術(shù)上的投入，把傳感器集成統(tǒng)一的指令放在機(jī)器人當(dāng)中，通過統(tǒng)一的界面和簡(jiǎn)單的操作，來替代之前系統(tǒng)集成商才能完成的傳統(tǒng)解決方案，給用戶留下一個(gè)簡(jiǎn)單易用的產(chǎn)品去部署和使用。因此，使用協(xié)作機(jī)器人的大部分場(chǎng)合可以做到即插即用（Plug-and-Play）。
經(jīng)過幾年的發(fā)展，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很多款協(xié)作機(jī)器人，以下列舉幾種主流的產(chǎn)品。
1、Kuka LBR iiwa
擁有7軸結(jié)構(gòu)的iiwa，其傳感器使之具備了非常高的精確度，非常適合進(jìn)行精細(xì)的連接工藝。同時(shí)它還可以通過學(xué)習(xí)來完善自己的功能，能夠幫助人類實(shí)現(xiàn)難以完成的操作，特別適用于柔性、靈活度和精準(zhǔn)度要求較高的行業(yè)如電子、醫(yī)藥、精密儀器等工業(yè)，可滿足更多工業(yè)生產(chǎn)中的操作需要。其次，輕型的機(jī)身和溫和的操作，可以完美地與人協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了以往人類和工業(yè)機(jī)器人前所未有的合作方。LBR iiwa憑借其豐富的創(chuàng)意、扎實(shí)的技術(shù)和開創(chuàng)性的設(shè)計(jì)曾獲得被譽(yù)為設(shè)計(jì)界的“奧斯卡”的紅點(diǎn)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。
2、Bosch Apas
博世（Bosch）為此推出了其首個(gè)協(xié)作機(jī)器人解決方案：APAS助手是博世推出的首個(gè)協(xié)作機(jī)器人解決方案，它在安全上主要由特殊的傳感皮膚和軟件控制實(shí)現(xiàn)，操作訓(xùn)練可在示教器上的圖形界面上完成。另外機(jī)器人還可安裝3D相機(jī)系統(tǒng)。Apas是工業(yè)界第一個(gè)通過認(rèn)證的協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)——可以協(xié)助人類工作，且無需任何額外的防護(hù)。
3、Kbee-Franka Emika
Franka Emika是一個(gè)靈敏的七軸機(jī)械手，并且在每個(gè)軸上都配備有轉(zhuǎn)矩傳感器。車間工人可在無保護(hù)的狀態(tài)下同F(xiàn)ranka協(xié)同工作，具有很好的活動(dòng)性和靈敏性，重復(fù)精度達(dá)到0.1毫米。在出廠前Kbee公司就會(huì)將機(jī)械手安裝完畢，企業(yè)僅需短短幾分鐘的裝配工作就能投入使用。
大部分協(xié)作機(jī)器人在提供圖形界面后只能完成一些簡(jiǎn)單的Pick&Place任務(wù)，稍微復(fù)雜的工作還是會(huì)涉及到使用機(jī)器人語言進(jìn)行編程。具官方資料介紹，F(xiàn)ranka Emika擁有一套非常完備的圖形化編程系統(tǒng)，通過組合不同的基本元素，用戶可以在不具備任何專業(yè)知識(shí)的情況下編寫非常復(fù)雜的機(jī)器人程序。
4、Universal Robots UR3
該款緊湊型機(jī)器人自重僅為24.3磅，但是有效負(fù)載卻高達(dá)6.6磅，所有腕關(guān)節(jié)均可360度旋轉(zhuǎn)，而末端關(guān)節(jié)可作無限旋轉(zhuǎn)。這些獨(dú)特的功能使得UR3成為現(xiàn)今市場(chǎng)上最靈活輕便的協(xié)作機(jī)器人。
5、Rethink Robotics Sawyer
Sawyer 僅重19公斤（42磅），有效載荷達(dá)4公斤（8.8磅），并具有7個(gè)自由度，伸展范圍可達(dá)1，260毫米，它可以在狹小的空間以及各種為人類設(shè)計(jì)的工作區(qū)間內(nèi)工作。這款機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)都嵌有高分辨率的力度感應(yīng)器，支持其順從動(dòng)作控制），即使（取放的）部件或位置多變，Sawyer也可以通過“（感知）”找到（治具）或機(jī)器的位置。這種獨(dú)特的重復(fù)操作能力不僅在機(jī)器人行業(yè)獨(dú)一無二，也使得Sawyer在對(duì)誤差要求在0.1毫米內(nèi)的（半結(jié)構(gòu)化環(huán)境）中也能高效操作。
6、ABB Yumi
YuMi最酷炫的還是它的雙臂設(shè)計(jì)。它的每個(gè)手臂有7個(gè)軸，可以擴(kuò)大工作范圍，減少卡距，靈活敏捷，精確自主。這樣的能力使得YuMi能夠輕松應(yīng)對(duì)各種小件組裝的挑戰(zhàn)，從機(jī)械手表的精密部件到手機(jī)、平板電腦以及臺(tái)式電腦零件的處理，甚至穿針引線，對(duì)YuMi而言，都不在話下。
另外，Yumi能自己觸摸到小件后通過傳感器來感知并完成相應(yīng)動(dòng)作，完全不需要人為控制，并且保證一流的操作精度（準(zhǔn)確到0.02毫米），相當(dāng)于人手能感覺到的最小縫隙！
7、FANUC Robot CR-35iA
協(xié)作機(jī)器人FANUC Robot CR-35iA是FANUC于2015年推出的一款全新的協(xié)作機(jī)器人，負(fù)載達(dá)到35kg，是當(dāng)今世界上負(fù)載最大的協(xié)作機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)半徑可達(dá)1813mm。作為一款協(xié)作機(jī)器人，CR-35iA可以在沒有安全圍欄隔離的情況下與人類在同一個(gè)空間工作。因?yàn)楫?dāng)CR-35iA接觸到人時(shí)，它就會(huì)立刻安全地自動(dòng)停止，同時(shí)其綠色的柔軟罩殼可以緩和沖擊力，保證人員不受到傷害。良好的安全性能和較大的負(fù)載使得CR-35iA能夠被廣泛地應(yīng)用于汽車制造、機(jī)床上下料等行業(yè)中。
協(xié)作機(jī)器人（Cobots）作為2017年漢諾威工博會(huì)的7大熱門主題之一，基本上所有領(lǐng)先的機(jī)器人制造商，都將在漢諾威展覽中心展示他們的最新的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，向世人展示人類機(jī)器人協(xié)作的好處。（來源：德國(guó)工業(yè)智庫）
