珞石·韩峰涛：协作机器人的前世今生

2019年8月23日，世界机器人大会在北京亦庄如火如荼的进行，作为我国机器人领域规模最大、规格最高、国际元素最丰富的国际性会议之一，现场云集了全球机器人领域的一流专家学者及国内外优秀机器人企业，共襄盛会。机器人大讲堂有幸邀请到珞石机器人联合创始人韩峰涛先生，以珞石新一代柔性协作机器人xMate为基础，就协作机器人的发展热点与趋势作出了精彩报告。

1、协作机器人起源 

协作机器人近几年才开始获得广泛关注，但实际上协作机器人的概念首次提出是在上世纪90年代。

同第一台工业机器人部署在GM工厂一样，协作机器人的起源同样与GM有关。在1995年GM MotorFoundation赞助了一个项目，试图找出让机器人变得足够安全的方法，以便机器人可以和工人协同工作。之后在1996年，西北大学(伊利诺伊州)的两位教授（J.EdwardColgate and Michael Peshkin）首次提出了协作机器人的概念（cobot）。

之后几年，出现了很多在运动学结构上与传统机械臂不太一样的协作机器人，但最终没有获得大规模发展。

韩总个人更倾向于把欧洲在2005年开始的SME计划作为协作机器人正式兴起的起点，SME计划的很多成果是使用传统工业机器人完成的，与现在流行的协作机器人更为接近。

SME(Small and MediumEnterprises)Project：开始于2005年，由EU FP6（FrameworkProgramme 6）项目资助，其主要目的是寻找防止劳动力离岸（offshore）输出到低劳动成本国家的方法。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，降低成本，提高竞争力，就可以避免劳动力外包的情况（将工作机会留在国内）。因此，协作机器人（co-bots）最初的市场就是中小企业。

协作机器人提出的根本需求是，把工业机器人这样一种适合于单一品种、规模化大生产的可编程生产设备，变成适用于定制化、多品种小批量场合，能完成多种简单任务的帮手。基于这些需求，协作机器人研究者就提出了三个核心概念，易用性、安全性和低成本，使用协作机器人的地方，基本上不再需要系统集成商（System Integrator）的角色，大部分场合可以做到即插即用，非常好的符合中小企业的需求。无论是协作机器人从业者、产业投资者或协作机器人的应用方，对一款协作机器人产品的评价都要从这三方面着手。

（1）易用性

由于协作机器人的主要客户群是中小企业，对其而言长达数周的培训或二次开发时间着实有些浪费，所以从源头上降低机器人的使用难度，一方面能够使客户快速上手应用产品，另一方面使用难度降低也就意味着集成门槛降低，去掉中间集成商环节也会在价格上具备一定优势。

（2）安全性

提升安全性的本质是为了降低工厂在机器人安全防护方面的投入，同样也是向着低成本方向发展，安全在欧洲和美国的要求很高，在这方面投入很大，但中国工厂稍微差一些。

（3）低成本

通过降低部署成本和安全投入成本，最终实现了机器人应用的成本。

2、四种产品路线 

面对以上三个特性，国外从2001年开始就开始推出一些方案。

（1）第一种技术路线是基于传统机器人改造，此方案在2001年到2006年较多出现。此方案优点是基于现有机型，负载、臂展选择余地大，探测手段可选种类多；缺点是自重大导致速度必须很慢，旧产品设计思路与协作不符，改造成本高，人机界面不适合等。

（2）第二种技术路线，出货量最多的UR、达明以及国内很多厂商，主要以UR5为代表的协作机器人，是成本/性能达到较好平衡的协作机器人产品。此方案降低了对速度、精度的要求，实际可以把它看成是比较安全的传统机器人的变种，更轻量化、更安全，成本相对于传统机器人来讲更低一些。产品化做得非常好，所以优傲一家公司开拓了我们所熟悉的协作机器人市场。此方案优点是结构简单，对控制和规划要求较低，满足一般物料搬运、定位、机床上下料需求；缺点是在价格、易用性、柔性、安全性上仍存在很多问题。

（3）第三种技术路线，只有ABB一家。在没有增加额外传感器的情况下，达到了比现在机器人更好的安全性和动力学控制的效果。因为只有ABB一家在做，所以它对于机器人的建模控制、生产一致性，从最初的软件到最后的生产都有非常高的要求。目前估计只有ABB和发那科能够做到。此方案优点是相对成本低，运动速度较快；缺点是非中空电机和传动，内部走线复杂，设计原理决定了无法做大负载机型。

（4）第四种技术路线，柔性机器人。这类方案最早做的是库卡iiwa机器人，用于太空机械臂。基于传感器加上各种柔性结构的方案，市面上有很多厂商在做，包括前段时间倒闭的Rethink。这种机器人是在仿生道路上的中间版本，我们做机器人的终极目标都是仿人。经常我们说的一个例子是为什么人形机器人是最适合人类社会的，因为人类社会所有的基础设施都是按照人的高度、人的形状来做的，做一个别的形式的机器人在人类社会是很难通行的，虽然手臂很难、双足很难，但是大家都在往这个方向投入，因为研究这个成本肯定会低于把全人类所有基础设施进行改造的成本。所以，我们做机械臂一直在往仿生的道路上走。之前库卡已经在市场上推广了，只不过成本比较高，所以没有推广开。最近三、四年这个市场有几家企业已经开始做了。此方案优点是直接力控制，可实现高动态力控，高灵敏拖动示教/碰撞检测；缺点是结构和控制技术复杂，部件成本高，传感器多，需要较多tuning。

协作之困：

• 协作机器人的可以拖动示教简单易用？

拖动示教的现实情况是它是基于电流工具来做的，所以拖动不灵敏、定位不精确、实用性很差。

• 协作机器人有碰撞检测安全性高？

碰撞检测更多的是第一代机器人的宣传用语，工业机器人方面无论是焊接还是搬运都有碰撞检测。所以，这个技术并不是协作机器人特有的。同样由于技术上的代差，导致碰撞检测没有实用性。

• 协作机器人使用简单部署成本低？

实现低成本的基础是建立在易用和安全两个假设上的，如果前两个条件不成立第三个条件也是不成立的。所以导致优傲协作机器人的销量是国产的3倍以上。

柔性新生：新一代柔性协作机器人xMate 

为了解决以上几个问题，珞石引入了新一代柔性协作机器人xMate。这款产品主要的市场有两个。第一，将不具备实用价值的三个特性提升到可实用量级。比如拖动示教，拖动机器人写个字，做个机械活动是完不成的，但是拖动灵敏度提升到就像拖着一个人的手去做的话，它就具备实用性的拖动示教技术了。包括安全，网上有很多对商业协作机器人进行碰撞测试的视频，碰撞的威力还是很大的。第二，协作机器人的控制框架是变化的，传统机器人，包括上一代协作机器人都是基于位置控制的，新一代的是基于直接力控制的，控制器和控制框架跟以前是完全不一样的。

协作机器人是为了让一般的工业机器人应用更简单诞生的产品，无论是用协作机器人搬运还是焊接，做的事情跟传统机器人是一样的。现有工业机器人只解决了很小的一部分工业自动化的需求，根据工厂调研发现，3C、汽车两个市场加在一块占了66%到70%的份额，另外10%是卖给了金属加工，还有10%卖给了学校科研。所以几个市场加在一起占到工业机器人90%的份额。全球去年卖了40万台机器人，中国只卖了十几万台，40万台仅满足了不到5%的自动化需求。

除了大家普遍认为的机器人用不起以外，更主要的原因是机器人能解决的问题有限。现有的机器人只能解决固定环境，必须要有高位置精度，同时没有物理交互的环节，比如点焊喷涂，实际生产环节跟物理交互是密切相关的，机器人必须跟环境进行密切交互。这就要求机器人必须具备良好的力感知能力，珞石将这个功能称之为高动态力控，最适合的场景是机械力控制的装配测试。根据最新市场反馈，汽车行业今年下滑严重，但汽车零部件测试装配环节非常多的部分需要机器人代替人的灵敏度，只能用柔性机器人方式来解决。相比于传统机器人加力控技术的方案工作效率提升了一个数量级。

除协作机器人之外，韩总也与大家分享了珞石关于力控方面做的一些新的探索。

关于中国机器人的发展未来，一方面要做进一步替代，因为国外已经发展了50年，中国才发展10来年，进口替代市场是个存量市场，是肯定要做的，这也是目前国内各家机器人厂商关注的市场。

另外一方面珞石更关注增量市场。中国是制造业大国，工业机器人只解决了制造环节很小一部分问题，中国制造业还有很多没有被机器人解决的问题，比如珞石关注的制衣行业、刀具行业，全球全球一半以上的厨房用刀是在中国生产的，所有的刀开刃环节全是人工的，全球之前有一些厂商在做这个工作，但是效果都不是太好，珞石最主要是跟日本京瓷合作开发陶瓷刀，珞石最开始为京瓷开发高端陶瓷刀开刃技术，现在把这项技术下放到金属刀具，给行业提供新型的解决方案，也开始将视线投入更广阔的金属刀具市场。在这方面便用到了力控技术、适配技术，柔性机器人在这方面的工作生产效率比之前高了很多。

未来，珞石将在机器人产品研发、应用技术创新、智能制造解决方案等领域持续投入，让机器人变得更加智能、便捷，与客户及产业链合作伙伴共同成长，为数字工业、智能装备技术赋能！

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