协作机器人，也称为协作机器人（cobot），是一种能够在共享工作空间中安全地与人类共同工作的工业机器人。相对而言，自动化机器人则是硬编码的，重复执行一项任务，独立工作并保持静止。
移动技术、人工智能（AI）、机器视觉、认知计算和触控技术的进步使得小型、低功耗的机器人能够意识到周围环境，并在与人类工人近距离接触的情况下安全地执行多种任务。除了被编程以保护人类同事的安全外，协作机器人还可以通过演示和强化学习快速学习各种任务。
协作机器人通常执行与制造相关的任务，包括组装、包装自动化、物料处理、机械操作和产品质量检查与控制。
由于合格工人短缺和劳动成本上升，协作机器人的市场持续增长，预计将从2023年的15亿美元增加到2033年的235亿美元。
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什么使协作机器人安全？
协作机器人的安全性通过其周到的设计、遵循安全标准、全面的风险评估和优先考虑人类安全的操作控制来实现。
增强协作机器人安全性的关键因素包括：
- 操作参数。与典型的工业机器人不同，后者通常被限制在安全笼内，只能在预编程任务上工作，协作机器人系统旨在安全地与人类操作员近距离工作。这使得工业环境更加灵活、安全和适应性强。协作机器人的操作速度通常低于工业机器人，以便与人类进行更安全的交互。
- 软件控制传感器。协作机器人配备了软件控制的传感器，使其能够检测物体、人和潜在的碰撞。软件监控协作机器人的每一个动作，并在检测到意外情况时立即关闭它。大多数工业协作机器人是功率和力限制型机器人，这意味着在发生意外碰撞时，其内置传感器能够识别异常力的施加，从而使协作机器人减速或停止操作，以防止事故和伤害。
- 设计特征。协作机器人通常具有圆角设计，以减轻与人类工人可能发生的碰撞。它们还配备了覆盖的非夹持关节，并且是力限制型的，这意味着在与人类接触时施加的力非常小。
- 安全标准。协作机器人必须遵循国际标准化组织的严格安全标准，如ISO 10218-1和ISO 13849-1。这些标准确保协作机器人与人类交互是安全的，并概述了使用时必须遵循的必要安全措施。
其他减少危险的方法包括摄像头视觉、扭矩传感器、激光扫描仪、LED和音频反馈，以及机器学习增强的模式识别。
协作机器人的类型
根据ISO 10218，协作机器人分为四种类型。
功率和力限制型
这些协作机器人旨在降低受伤风险，限制其对环境施加的力。它们采用圆角设计，没有锐利边缘，因为它们旨在与人类一起工作，而无需额外的安全措施，如屏障、视觉系统或外部扫描仪。这些协作机器人通过没有暴露的电机或夹持点来进一步提高人类安全性，避免人或身体部位被夹住。
由于其内置的智能碰撞传感器，这些协作机器人在接触到人类同事时会自动停止工作。它们通常比传统机器人更灵活，但也更小、更慢和功率更低。
安全等级监控停止型
这些协作机器人使用传感器检测人类的存在，并在工人进入预定义区域时自动停止工作。人类工人可以通过按下按钮恢复协作机器人的操作。
这些协作机器人非常适合需要少量人类参与的工业自动化任务。除了在接近人类同事时停止协作机器人外，它们还使用多种安全传感器。
手动引导型
这些协作机器人允许操作员通过物理方式引导它们完成任务。例如，程序员可以通过手动引导协作机器人展示如何完成不同的任务。通过此功能，可以轻松重新编程协作机器人，而无需更改软件。这些协作机器人具有较短的学习曲线，减少了停机时间。
速度和分离监测型
这些协作机器人使用传感器与人类工人保持安全距离，并具备与安全等级监控型协作机器人相似的功能。但这些协作机器人具有更先进的功能。例如，机器视觉系统持续监控其两个操作区域——警告区和停止区。当它注意到警告区附近有运动时，协作机器人的视觉系统会将其速度减慢到安全水平。当人进入停止区时，协作机器人会立即停止工作，并在人员离开后恢复操作。
协作机器人与工业机器人的区别是什么？
工业机器人和协作机器人有许多相似之处，也有一些独特的特征。协作机器人与工业机器人之间的主要特征和差异如下：
- 工业机器人旨在独立工作，而协作机器人则设计为与人类协作。
- 与专为速度和重复任务精度而设计的工业机器人不同，协作机器人配备了多种传感器和安全功能，以确保能够安全地与人类互动。
- 协作机器人的设计比传统工业机器人更轻便和灵活，后者通常更大且更强大。
- 协作机器人经常用于组装线、包装和质量控制等任务。工业机器人通常被设计用于在高度结构化的自动化环境中执行特定任务。
- 与协作机器人不同，工业机器人通常被围起来，以防止人类在机器人操作时进入工作空间。
- 大多数工业机器人是自主的、体积大且昂贵的。通常，小型企业从协作机器人的灵活性和成本效益中获益更多。
- 协作机器人配备用户友好的界面和直观的编程，使非专家也能轻松使用。而工业机器人通常需要专业知识进行设置和操作。
尽管工业机器人在汽车行业及其供应商中发挥着重要作用，但由于其高成本、大尺寸、重量和复杂的编程要求，限制了它们在其他垂直行业的使用。
另一个采用障碍是对机器人主导工作场所并取代人类员工的文化恐惧。协作机器人旨在专门应对这种恐惧。协作机器人旨在增强人类工人的能力，而不是取代他们。在许多情况下，协作机器人呈现为机器人手臂，为工人提供额外的帮助。
协作机器人的应用案例
协作机器人在全球范围内的众多应用和行业中使用。以下是协作机器人的最常见应用：
- 组装。协作机器人用于精确和重复的组装过程，如拧螺丝、配件安装和插入。
- 分配。通过使用扭矩传感，协作机器人可用于胶合、密封和喷涂等分配项目。这有助于减少浪费并提高分配的准确性。
- 整理。通过自动调整到所需的力，协作机器人确保材料的均匀抛光、打磨和抛光。
- 机器操作。协作机器人用于机器操作项目，包括计算机数控、注塑和电路测试，逐个检查每个组件是否受损。
- 物料处理。协作机器人广泛用于物料处理任务，如挑选、装载、卸载和在仓库及制造环境中运输货物。这减轻了工人的身体负担，提高了物流操作的效率。
- 包装。协作机器人在包装过程中用于自动化任务，如填充、密封和贴标产品。
- 质量控制。作为质量控制过程的一部分，配备视觉的协作机器人可以检查物品的缺陷或异常。这通过确保只有优质产品进入市场来提高产品的整体可靠性。
- 农业应用。在农业中，协作机器人可以帮助完成种植、收获和监测作物等任务。它们还提高了产量和效率，同时解决了行业内的劳动力短缺问题。
- 医疗支持。协作机器人在医疗领域的应用日益增加，用于药物分配、患者监测和手术辅助，从而增强医疗专业人员的能力。
哪些行业使用协作机器人？
协作机器人通常比其更大、更自主的同行具有更低的功耗，通常是移动的，并使用碰撞检测来防止对人类同事和其他协作机器人造成伤害。
协作机器人被用于多个行业，包括：
- 电子。
- 汽车。
- 一般制造。
- 供应链管理。
- 医疗。
- 塑料。
- 食品和农业。
- 家具和设备。
- 科学研究。
- 制药。
- 包装和共同包装。
- 金属加工。
- 物流。
- 建筑。
- 教育。
Marketsandmarkets Research的一份报告提到了流行的机器人供应商和协作机器人制造商，包括FANUC、ABB、安川电机、Universal Robots、AUBO、KUKA、Rethink Robotics和Techman Robot。
协作机器人的优势
协作机器人改善了人们的工作环境，并为工业和制造应用提供了一系列优势。以下是协作机器人的最常见优势：
- 人类工人安全。协作机器人可以执行危险和重复的任务，这些任务对人类工人来说可能不安全或困难。常见的例子包括焊接、焊锡、处理化学品、铸造工作或搬运重物。
- 灵活性。协作机器人高度适应，可以快速编程以执行新任务。通常，人类工人使用附加到移动平板电脑的人机界面根据需要重新编程协作机器人。这减少了停机时间，提高了灵活性。
- 准确性。协作机器人始终以相同的力和相同的方式操作。这确保了零件的质量一致、准确且定位正确。
- 提高生产力。由于无聊、危险和重复的工作通常分配给协作机器人，它们可以快速完成，从而提高生产力。
- 降低生产成本。协作机器人旨在简化和优化生产环境中的流程，从而最终改善利润。
- 易于安装。协作机器人用户友好，易于安装和编程，无需广泛的技术专长。通过可访问的手机和桌面应用程序和软件，用户可以快速启动协作机器人。
协作机器人的局限性
协作机器人也有以下缺点：
- 较低的负载能力。协作机器人通常承载6到22磅的负载，而某些变种能够处理高达110磅的负载。
- 对人类的依赖。理论上，协作机器人可以全天候运行，但在某些时候仍然需要人类监督或协助。相比之下，工业机器人可以在没有人类干预的情况下完全运行。
- 速度有限。由于协作机器人的主要目标是安全，因此速度是次要考虑，尤其是在采取额外安全预防措施时。平均协作机器人的移动速度为每秒250毫米，这比传统工业机器人慢四倍。当用户与协作机器人互动时，协作机器人会减速以保持安全，但这会增加循环时间。因此，协作机器人通常不建议用于需要速度的应用。
- 安全清关。获得协作机器人的安全清关可能具有挑战性。除了满足安全法规外，重新安置协作机器人和更改其任务或工具集通常需要额外的安全认证。在欧盟市场的协作机器人必须经过通知机构的批准，作为CE标志程序的一部分，证明产品符合欧盟环境、健康和安全标准，从而确保消费者安全。例如，添加带尖锐边缘的新夹具需要修改协作机器人的原始目标。由于需要额外的安全授权，组织可能会承担时间和成本。
- 运动范围有限。与工业机器人相比，协作机器人的运动范围通常受到限制，这可能限制其在需要广泛伸展或在大面积移动的任务中的有效性。然而，一些制造商确实提供范围扩展器，以增加协作机器人的伸展能力。
协作机器人（cobot）安全地与人类一起工作。
如何编程协作机器人
传统机器人需要昂贵的劳动力，因为编程通常由专业的机器人工程师完成。协作机器人的编程显著简单，因为它不需要专业的编程知识，并且可以在不需要机器人集成公司的情况下进行编程。这也将协作机器人的部署成本降至最低。
拖放编程是编程协作机器人的最简单方法，用户的操作会被转换为代码。只需将用户希望协作机器人执行的操作以正确的顺序拖放，即可完成任务。对于某些协作机器人，用户可以使用简单的按钮绘制程序的总体布局，以引导机器人朝着程序点或任务前进。无论哪种方法都易于学习，使更多工人能够以有用的方式与机器人互动。一些协作机器人制造商还提供应用向导，简化难度较大的操作，例如设置端线托盘机器人，从而减少所需时间。
协作机器人还可以通过计算机模拟离线编程。在这种方法中，用户可以在没有物理机器人的情况下创建和测试程序。专用软件模拟协作机器人的环境和任务，使得在将协作机器人部署到实际生产环境之前进行全面规划和故障排除成为可能。
由于协作机器人更易于编程，人们可以自主安装和维护它们，并在工业流程演变时重新用于新任务。
协作机器人的价格是多少？
协作机器人的价格因制造商、功能、特性和末端工具的不同而有所差异。在考虑在制造中使用协作机器人时，组织应确定合理的投资回报率，以证明费用的合理性。
在选择平台时，还应考虑协作机器人的制造质量，因为额外的工具将增加成本。
以下是基于基础模型的协作机器人价格的典型分解：
- 基础组装助手。这是一款简单的四轴协作机器人，适用于轻型组装，通常售价约为8000美元。
- 物料大师。这是一款六轴协作机器人，具有更高的负载能力，主要用于搬运材料或包装产品。其价格接近20000美元。
- 技术驱动的任务管理器。这些协作机器人配备视觉系统和人工智能，用于质量控制或检查等复杂任务。其价格可能超过35000美元。
协作机器人的最终价格取决于组织的具体需求和选择的品牌。例如，高端协作机器人可能超过100,000美元。
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这篇文章最后更新于2024年12月。
