协同机器人是工业4.0和智能制造计划的重要组成部分。许多工程师对这些新一代机器很感兴趣，这些机器可以控制力量，而且可以在没有传统安全防护的情况下安全地在装配线上工作。
自10年前协作机器人首次出现以来，它们已经改变了许多工厂的车间，使小型制造商更容易实现自动化。该技术还使许多公司能够将生产转移到美国，并实施低产量、高组合的生产
战略。
通用机器人公司(Universal Robots)的首席技术官埃斯本•奥斯特加德(Esben Ostergaard)在2008年率先推出了协作系统。他说:“目前，合作机器人尤其引人注目，原因有几个。”“他们与人类工人一起工作，而不是取代他们——尤其是在制造业工作岗位流失是一个敏感问题的地方。
Ostergaard解释道:“我们希望将工厂自动化的控制权交还给操作员。”Ostergaard最近因其对工业自动化的贡献获得了机器人工业协会颁发的2018年Engelberger奖。“我们希望给他们提供一个工具，让他们更有效地工作，而不是替换人员。我们想让它们不再像机器人一样工作，而是变成机器人
程序员和处理更多增值任务。
Ostergaard声称:“这样做可能是利用协作机器人获得的最佳长期结果。”“这种人类创造力的重新部署，穿插着机器人的重复性，满足了市场发展和客户对产品高度个性化的要求。这是质变，无论是对产品本身，还是对制作这些产品的人。”
“Fanuc American Corp.的执行销售总监Chris Blanchette（Chris Blanchette）在Fanuc American Corp.的行政销售总监Adds Chris Blanchette提供了五个Cobot模型，为制造商开门。“终于将很多公司携手共进到自动化的价值。”
“协作机可以设置由运营商只有几个小时的训练后,足够光重新部署在一个工厂每天多次,并可以运行没有击剑和保护,”丹尼尔•摩尔表示通用机器人技术支持工程师USA Inc .)”功能,传统机器人的所有缺点和困难都可以通过焦点的改变而消除。”
“过去，很多人都害怕机器人，”Rethink Robotics Inc.产品副总裁马特·菲茨杰拉德(Matt Fitzgerald)指出。该公司在2012年推出了Baxter合作机器人。“现在，先进的技术让机器人更容易为每个人所用，尤其是小型制造商。协作机器灵活，易于使用，操作安全。”
协作机器人有望继续提高质量，提高效率，降低成本。然而，与任何自动化工具一样，它们的整体有效性取决于选择正确的应用程序和提前规划。
尽管大肆宣传，但制造工程师必须仔细考虑合作机器人的利弊。这项技术令人兴奋，但对于某些类型的应用来说并不理想。例如，有限的有效载荷能力和较慢的运行速度是两个缺点。
不断增长的需求
根据国际机器人联合会(International Federation of Robotics)的数据，对协作机器人的需求每年增长60%。到2025年，合作机器人预计将占所有机器人销售的34%，而目前这一比例还不到5%。
大会的2018专业状况研究证实了这一趋势。超过三分之一(38%)的组装商计划在未来12个月内部署协作机器人。这比2017年增加了7个百分点，比2016年高出12个百分点。
因为他们很灵活下一代协作机器人几乎不需要安全屏障，很多制造商都在使用它。这种机器对规模较小的公司尤其有吸引力。例如，在员工少于50人的制造商工作的受访者中，有21%计划在未来12个月内部署这项技术。这比2017年高出8个百分点。
“中小型制造商正在推动对协作机器人的需求，”ABI研究公司的研究分析师Rian Whitton说，“这是由对制造解决方案的需求推动的，这些解决方案不包括对固定自动化或大型机械臂的大规模投资。这些工作包括机器护理、质量控制和轻型装配。”
根据Whitton，较小的制造商需要灵活的自动化解决方案，可以轻松快速地适应符合换档需求。“他们需要可以轻松快速地编程的系统，并且可以支持多种类型的自动化任务，”他指出。“合作机器人适合账单。”
惠顿预测，在未来7年里，合作机器人的出货量将增长50%，而传统工业机器人的出货量将增长12%。到2025年，这些机器的全球收入将从今天的2.92亿美元增长到超过10亿美元。
这种不断增长的需求是由更短的产品生命周期和越来越多的使用小批量、高混合的制造计划，而不是大批量、低混合的生产驱动的。
ABB Robotics装配和测试业务线经理尼古拉斯•德凯泽(Nicolas De Keijser)表示:“制造商需要更灵活的自动化解决方案，以更快、更高效地适应市场。”“制造业正变得越来越专业化，越来越不可预测，越来越难以实现自动化。
De Keijser解释说:“协作自动化允许人和机器人一起工作，使生产更加灵活，同时保持安全和生产率。”“它增加了制造的灵活性，让人和机器人可以一起完成以前需要安全屏障和笼子才能完成的任务。”
这已经挑战了先前的概念，了解可以自动化的组装任务。
“在过去，组装大量定制产品往往意味着枯燥、精细和重复的工作，”德凯泽说。“有了协作机器人，比如我们的玉米(机器)，人们可以专注于更有回报的认知任务，而机器人则提供了不知疲倦的精确度和耐力。
De Keijser声称:“YuMi可以安装在工厂的任何工作站，并根据生产需要进行重新部署，而不受传统安全屏障的限制。”“这增加了制造的灵活性和灵活性，以适应更频繁的转换。”
多样化的应用程序
协同机器人正在过去依赖手工装配线的行业和应用中涌现。
布兰切特说:“许多公司正试图用自动化技术来扩大他们的一些生产线。”“他们希望解决一些可能存在人体工程学问题或质量问题的领域。他们可以在不改变装配线配置的情况下添加协作机器人。”
通用部件处理应用程序是协作机器人的理想选择。一些乏味的工作，如分拣零件或装载压力机，是一个很好的开始。
“任何需要三手的装配任务也是适当的，因为COBOT作为人类的助手，”展示博世说。“例如，当人与螺丝刀一起将组装连接在一起时，机器可以保持较重的部分。
布兰切特指出:“在生命周期较短的应用中，协作机器人使制造商能够非常迅速地转向新产品。”“我们还看到，在离职率高的公司和劳动力严重短缺的地区，对合作机器人的需求也在增加。”
低准入门槛也吸引了许多类型的制造商。
萨米尔•帕特尔表示:“我们发现，合同制造商的需求增加了，尤其是总部位于中国和墨西哥的公司。”美国川崎机器人公司产品和应用工程总监说:“协作机器人的灵活性很受电子产品制造商的欢迎，这些制造商希望将机器重新部署到工厂的其他地方。
“例如，想要从一个印刷电路板风格或大小转换到另一个简单的Deanchor我们的Duaro机器人的公司，并将其滚到下一个装配线，”Patel解释说。“他们能够在装配线上使用相同的机器人，然后在当天晚些时候在检查线上轻松地重复使用它，其中机器人在检查机中卸载PCB。
Patel补充说:“我们还看到了一些应用，其中我们的合作机器人被用于组装计算机打印机的齿轮传动系统，以及用于冷却电子设备的小型风扇组件。”“机器人与人类并肩工作，帮助人们完成可能难以完成的重复性任务。
“我们的双臂协同机器的可重复性靠近六轴机器人，”索具。“我们决定在设计我们的机器人时解决这个问题。这使得机器特别适用于螺丝刀应用，例如组装平板电脑。
Patel说:“在一种应用中，机器的一只手臂用作夹具，而另一只手臂用来插入和固定需要精确定位的3毫米小螺钉。”“我们的机器人也用于固定外壳内的pcb。一只手臂将PCB移到机箱上，而另一只手臂将每个螺丝插入，并用自动螺丝刀紧固。”
Cobots也被用作移动机器人系统，可以在装配线周围移动，并在需要或任何地方填写。这是最近在瑞士Allschwil的Staubli Corp.的电气连接器工厂部署的策略，配有装配线，配有完全自动化和手动工作站的混合。
HelMo移动平台配备了Staubli TX2协作机器人，最大有效载荷为15公斤，射程为1200毫米。在与人类直接接触的情况下，触觉敏感的表面会立即停止运动。这种自主机器人可以独立导航到指定的工作场所，降低速度，或者在人类靠近时停止。
HelMo通过永久安装在工作站上的三个测点精确定位到0.1毫米以内。它通过多路耦合器将自己连接到固定的供电插座和压缩空气，然后开始转换。
“今天，机器可以放置连接器外壳和接触销;明天，它可能会被放置在组装过程的其他阶段，”Staubli公司的业务开发经理奥利维尔·克雷穆(Olivier Cremoux)说，“人们更多地把赫尔莫视为一个助手，它足够灵活，可以在需要的地方提供帮助。
Cremoux解释说:“我们的目的是……将机器人作为一个灵活的替代品，从而增加混合动力装配线的可用性，或应对高峰需求。”
优点
协作机器人吸引众多制造商的一个原因是，它们的成本通常低于传统机器人。它们也往往有更快的回报和投资回报，因为它们更灵活，可以很容易地集成到现有的装配线。
“通常情况下，我们的目标是投资回报率低于9个月，”万能机器人公司的摩尔说。“由于与传统机器人相关的所有隐性成本，再加上可重新部署的协作机器人可能有更高的正常运行时间，我们发现投资回报率通常非常快。在我们最引人注目的例子中(通常与注塑相关)，客户报告的投资回报率为3个月。
摩尔指出:“在大多数可重复的过程中，自动化从根本上将比人工操作更加一致和可靠。”“虽然大多数协作机器人用户通过劳动力成本和生产率的提高来衡量投资回报率，但许多制造商在安装协作机器人后也发现了质量的提高。解放劳动力来评估和改善工厂的其他领域，然后创造其他自动化和减少浪费的机会。”
协同技术还可以简化生产线，允许更精简和功能更强的工厂布局。合作机器人可以很容易地插入现有的装配线，而无需进行大量的重新配置。
Rethink Robotics公司的Fitzgerald说:“足迹更小，因为你不需要固定自动化系统中常见的所有安全围栏和守卫。”“与传统的大型机器人工作单元不同，合作机器人不需要事先进行彻底的计划。
菲茨杰拉德说:“这能让你跑得更快。”“如果你在规划阶段没有考虑到某些因素，你可以用机器人的灵活性来弥补。”
协作机器人使工程师能够在需要高度人机交互的组装应用程序中快速、轻松地部署自动化。但是，安全方面的考虑也不容忽视。
事实上，对合作机器人的一个常见误解与风险评估有关。
库卡机器人公司(KUKA robotics Corp.)医疗机器人北美部经理科里•瑞恩(Corey Ryan)表示:“协作机器人的唯一真正的缺点是，许多人认为它们刚开箱即用就‘安全’了。”
“现实情况是，机器人只是系统的一部分，整个系统在实施前需要进行全面的风险评估，”瑞安警告说。“例如，如果没有额外的安全系统，在人们靠近钻头之前阻止钻头，末端装有钻头的协作机器人本质上是不安全的。”
爱普生机器人(Epson robots)集团产品经理里克•布鲁克希尔(Rick Brookshire)补充称:“许多公司购买协作机器人，以为它们可以消除典型的防护措施。”“然而，当风险评估完成后，由于应用的性质，很多时候机器人仍然必须使用传统的保护措施，如光幕。安全的机器人并不等于安全的应用。”
FANUC美国公司授权系统集成商的全国客户经理Ed Roney补充说:“不要以为只要有了协作机器人，就可以消除所有的安全围栏和其他防护措施。一个常见的误解是，协作机器人应用程序不需要进行风险评估。然而，事实并非如此。
罗尼指出:“当你让人类围绕自动化工作时，你必须考虑到一个人可能会遇到的危险。”“比如，零部件是锋利的还是有可能造成安全风险的尖边?”
速度和安全
反对协作机器人的一个主要理由是，这种机器为了安全牺牲了速度。为了限制力量和动量，合作机器人必须以比其他类型机器人更低的速度运行。
通过协作机器人，有性能阈值限制，工程师需要了解。在某个点，传统机器，如δ，六轴或萨拉机器人，成为更好的自动化选项。
“由于安全要求，协作机器人的定义比典型的六轴机器慢得多，也比SCARA机器人慢得多，”Brookshire说。“许多客户直到实施后才意识到速度和安全之间的权衡。
布鲁克希尔解释说:“和大多数机器人应用程序一样，总是要权衡利弊。”“为了满足真正的协作机器人的安全要求，必须降低最高速度。对于简单的、低速的应用程序来说，这不是问题。
Brookshire指出:“然而，对于大批量应用，需要更快的周期，速度变得更加关键。”“要求更快周期的客户通常可以接受保障需求，因为他们最优先考虑的是吞吐量。”
“协作机器人的速度往往比高速自动化的速度要慢。
Fanuc American Corp.的一般行业和汽车段“将协作机器人与Delta机器人进行比较就像将双翼飞机比较到喷射战斗机。当确定一件设备可以与人联系的速度，速度成为一个关键因素。
马克斯韦尔说:“过去，制造商在使用协作机器人时遇到的挑战之一是速度限制。”“随着技术的进步，我们可能会看到速度的提高。但是，当人们在接近机器人的地方工作时，它总是一个限制因素。
麦克斯韦指出:“决定合作机器人是否适合你的最佳方法是关注应用程序。”“如果你需要在0.5秒内挑选和放置零件，delta或SCARA机器人将是一个更好的选择。”
协作机器人通常看起来类似于传统的六轴机器，但配备了不同的功能。
“总的来说，协作机器人与传统的拟人化机器人没有什么不同——只不过是它们的协作变体，”Comau机器人与自动化产品公司的全球销售和营销主管托拜厄斯·丹尼尔说。“它们不需要特殊的软件以协作方式工作，但可以加载简单的即插即用模块来执行特定功能，并定义新的机器人操作模式，操作员和机器人共享同一个工作场所。”
先进的传感器使COBOLS等COMAU的Aura机器如果与人接近或接触，则可以停止或反向。该技术结合了使用六种安全检查，感知和预测系统，使机器人和人类并排工作。
“从技术上讲，有四种合作模式:手动引导、力量和力量限制、速度和分离监控，以及安全停车，”KUKA的瑞安说。“前两种模式需要具有力感知、圆角、冗余控制和软件的专门机器人。然而，与专业协作机器人相比，传统六轴机器人可以轻松完成速度、分离监测和安全停车。”
“无论是协作式机器人还是传统的六轴机器人，都具有高度的运动灵活性，可以做各种各样的事情
爱普生的布鲁克希尔补充道。与SCARA机器人相比，这两种机器人都有速度限制，尽管传统的六轴机器人通常比协作机器人快得多。
Brookshire指出:“对于简单的应用程序来说，协作机器人可能更适合，因为创建应用程序非常简单，从而允许终端用户开发解决方案。”“然而，随着应用程序变得越来越复杂，传统六轴机器人提供的先进工具、语言功能和集成选项通常使它们成为更好的选择。
布鲁克希尔声称:“SCARA机器人的速度和精度都非常高，在这两个领域都远远优于合作机器人。”“如果组装应用程序需要速度、精度或某种程度的复杂性，SCARA机器人在大多数情况下将是更好的选择。”
