协作机器人作为工业机器人的一个细分领域，近年来取得了飞速发展，已成为业界备受关注的焦点。当前国内外已有不少于30家的机器人厂商推出了协作机器人产品，与此同时，协作机器人的安全性高、灵活易用、与人协作等特性，也极大的吸引了部分制造企业开始尝试将协作机器人引入到生产线，完成精密装配、检测、产品包装、打磨、机床上下料等工作。协作机器人市场正在迅速崛起！
 

       什么是协作机器人？
 

       当前，协作机器人已成为工业机器人领域的研究热点，但是对于协作机器人的定义尚未统一。
 

       维基百科中是这样的定义的：协作机器人（collaborative robot），简称cobot或co-robot，是一种设计和人类在共同工作空间中能进行近距离互动的机器人。到2010年为止，大部分工业机器人是自动作业或是被安装在防护网中被人引导作业的。协作机器人则不同，它能和人类近距离接触，在生产生活中充当不同的角色，如在办公室环境下它可以是和人类一起工作的自主机器人，在工厂中它可以充当没有防护罩的工业机器人。
 

       部分协作机器人厂商也对协作机器人有自己的见解。例如KUKA将LBR iiwa 机器人定义为可与人并肩作业的“智能型工业助手”；Universal Robots对协作型机器人的定义是一种易于安装和使用的能够与工人合作生产的轻型机器人；ABB则将协作型机器人YuMi定义为能够满足电子消费品行业对柔性和灵活制造的需求，可应用于小件装配作业（尤其是3C产品）的能与人协同作业的机器人 。
 

       国际工业机器人安全标准ISO 10218-2中对协作机器人（Collaborative Robot）的定义是被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人，其中协作区域（Collaborative Workspace）是指机器人和人类可以同时工作的区域。协作机器人标准ISO/TS15066中进一步对“协同操作”（collaborative operation）进行了定义：特殊设计的机器人系统与操作人员在协同作业空间内进行的工作 。
 

       综上所述，笔者认为协作型机器人可描述为：一种能够与人类在同一工作环境中并肩协同作业的新型工业机器人，其在设计之初就从安全性的角度为人机互动提供了安全保障，在构造和性能上兼具了人和机器各自的优点，尤其体现了人的灵活性和适应性。人机协作、安全性高、灵活易用是协作机器人的基本特征。
 

       协作机器人的发展历程
 

       1996年，协作机器人的概念由美国西北大学的2位教授J．Edward Colgate和Michael Peshkin首次提出，并申请了专利。而这一概念的提出，是基于1995年通用汽车基金会(General Motor Foundation)赞助的一个项目，试图找到一种方法使机器人变得足够安全以便可以和工人协同工作。
 

       2005年，协作机器人开始迎来了发展契机。在当年3月，由欧盟第六框架计划资助的中小型企业（SME robot）项目开始实施。该项目旨在通过机器人技术增强中小型企业劳动力水平，降低成本，提高竞争力，减少离岸外包，由德国顶级自动化技术应用研究所之一——弗劳恩霍夫协会制造技术与自动化研究所(FhGIPA)负责承担，同时参与该项目的还有德国宇航中心(DLR)、瑞典隆德大学工程系(LTH)、其他大学及科研机构、IT公司、软件开发商以及咨询公司。
 

       同年，协作机器人厂商Universal Robots在丹麦成立，公司创立的初衷是其创始人Esben.stergaard，Kasper St.y 和 Kristian Kassow在南丹麦大学一起做研究时，发现了中小企业对机器人的新需求（与当时丹麦政府主导的一项机器人计划也有关系）；2008年，Rodney Brooks创立了Heartland Robotics（2012年更名为Rethink Robotics），其最初的目的也是为了帮助美国本土的SMEs提高生产效率，降低成本。因此，协作机器人最初的市场是中小企业（SMEs）。
 

       值得一提的是，在2006年，日本安川电机公司机器人分部(Motoman)向欧洲市场引入了一种双臂机器人，其SDA系列与SIA系列轻型机械臂，与现在的主流协作机器人在结构与外观上非常相像。只是当时Motoman更倾向的是“机器换人”及“多机器人协作”，而非“人机协作”。
 

       直到2009年，Universal Robots公司推出了一款机器人——UR5，全球首款协作机器人诞生。其实在UR5之前，绝大多数协作机器人都是在传统机器人的基础上改造的，而UR5才是第一个从产品设计伊始就以协作机器人的要求进行开发的机器人。

2012年，Rethink Robotics推出了双臂协作机器人Baxter，但并不是很成功。
 

       自此之后，协作机器人市场大门被打开，不仅以“四大家族”为首的传统工业机器人企业纷纷将目标指向了这一新领域，KUKA的LBR iiwa(2013)、ABB的Yu Mi(2014)、FANUC的aR-35iA(2015)以及Motoman的HC10(2015)相继被推出，而且市场上也出现了越来越多的新创立的协作机器人公司。协作机器人的概念也被大家所认识和接受，并逐渐发展成为全球关注的焦点。
 

       2016年，国际标准化组织针对协作机器人发布了最新的工业标准——ISO／TS 15066：Robots and robotic devices—Collaborative robots，作为支持ISO 10218的补充文档，该标准进一步明确了协作机器人的设计细节及系统安全技术规范，所有协作机器人产品必须通过此标准认证才能在市场上发售。由此，协作机器人在标准化生产的道路上步入正轨，开启了协作机器人的元年。
 

       协作机器人的优势
 

       1) 与人协作，充分发挥人与机器人的优势
 

       与发展了几十年的工业机器人相比，协作机器人最大的突破在于它可以直接与人类并肩合作，而无需使用安全围栏进行隔离，这种方式不仅减少了人和机器人之间的距离，大大减少了工位所占的面积，更重要的是可以充分结合了人和机器的优势，彼此取长补短，让机器人辅助人类去完成那些高重复性、高精度的工作，而人类则解决灵活性高、不断优化的工作。在装配高精度的重型零部件时，人机协作便凸显出其将人和机器的的优点结合在一起的优势。
 

       2) 安全性高
 

       安全性高是协作机器人的基本特征之一，其在设计之初就以给人机互动提供安全保障为宗旨，因此为了实现人机协作的安全性，协作机器人一般采用轻量化设计，例如轻巧的体型、应用内骨骼设计方式等；限制运行速度和电机功率；应用用于接触检测的关节力矩传感器、安全控制器技术，等等方式，来保证人类的安全，是一种从根源上避免伤害的方式。
 

       3) 部署简单、灵活易用
 

       协作机器人一般支持拖动示教、配备直观的用户编程界面，集成操作简单、易掌握的软件系统以及模块化的编码器等，在大部分的场所开箱后普通的工人通过一定的训练就可以完成许多部署工作，因此部署简单。此外，体型轻巧的协作机器人可以安装在桌面上，也可以安装在设备上，十分灵活。

       4) 成本较低
 

       工业机器人的成本一般包括机器人本身的价格和部署两方面。协作机器人的售价一般在10~20w，由于易于编程、安装等特性，部署的费用一般较低。另外，轻巧的协作机器人，对于空间的需求也大幅降低，可为企业减少许多安装和厂房成本。
 

       据悉，一台主流场合使用的工业机器人，根据负载能力的不同，售价区间在10w~40w元，而在部署这一块成本就更高了，至少是机器人售价的2~3倍。
 

       5) 支持柔性生产模式
 

       协作机机器人冲破了安全护栏的限制，可以不受固定地理位置的约束，而是随着实际的需求，只需简单编程和训练，就能够在不同的地方快速适应新的生产任务，因此能够较好地支持柔性生产模式。即使出现机器人故障也能迅速由新的机器人来补充。
 

       协作机器人与传统工业机器人应用比较
 

       一直以来，传统工业机器人主要市场定位在大规模生产企业，来取代人工完成焊接、喷涂、搬运、堆垛等高重复性、高强度以及环境恶劣的工作，当前已广泛的应用于汽车、电子电气、橡胶及塑料等行业。
 

       协作机器人诞生之初的目标市场即是资金不太充裕的中小企业，并且基于与人协作、安全性高、成本低、灵活易用等特性，也极大的满足了产品具有小批量个性化、更新换代速度快等特点的3C行业，以及对柔性生产具有极高要求企业的需求。
 

       总的来说，协作机器人与传统工业机器人在应用方面，基于不同设计理念、定位，拥有各自的目标市场、制造模式与应用领域。
 

协作机器人与传统工业机器人应用比较