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【遠榮智能•頭條】「人機協作」從概念到趨勢解析(一):從協作機器人的前世今生說起

【遠榮智能•頭條】「人機協作」從概念到趨勢解析(一):從協作機器人的前世今生說起

溫馨提示

由高工機器人發起的「2017高工機器人全國巡迴研討會」即將隆重啟幕,將攜手機器人行業各領域的領軍企業在全國三大區域三十城展開深入巡迴調研。

巡迴報名聯繫人:羅思娜 13632944360

從上世紀20年代捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說中提出機器人概念至今,科學家們對機器人的研究從未止步。

目前,從小型作坊,到橫跨全球的製造業大麥克,都已經呈現出製造業的未來形態,智能協作機器人正在引領製造業邁向生產效率更高的將來。隨著技術的發展,相信協作機器人最終將變成一個過渡概念,未來所有的機器人都應該具備與人類一起安全的協同工作的特性。

據高工產研機器人研究所(GGII)統計,2016年全球協作機器人的市場規模約為10億元,同比增長超過50%;GGII認為,隨著發達國家高端製造的回歸,以及3C應用需求的逐漸釋放,協作機器人將得到快速發展,預計未來3年,年均增長率將超過50%,到2020年市場規模突破72億元。

有業內人士將2016年稱之為協作機器人元年,協作機器人在近兩年廣受熱議。什麼是協作機器人?協作機器人的機遇窗口在哪裡?協作機器人的發展面臨著什麼困難和挑戰?在國內外的應用現狀如何?高工機器人網策劃了《「人機協作」從概念到趨勢的解析》專題,本文首先從協作機器人的前世今生說起。

本文將協作機器人的發展分為概念提出、初步發展、快速發展三大階段。

協作機器人近幾年才開始獲得廣泛關注,但實際上協作機器人的概念首次提出是在上世紀90年代,起源於歐洲的SME計劃,並且人機協作機器人最初的市場就是在企業。

世界上第一台工業機器人是部署在GM(通用汽車公司General Motors)的工廠,協作機器人的起源同樣與GM有關。

在1995年,GM Motor Foundation贊助了一個項目,試圖找出讓機器人變得足夠安全的方法,以便機器人可以和工人協同工作。之後在1996年,西北大學 (伊利諾伊州)的兩位教授(J. Edward Colgate and Michael Peshkin)首次提出了協作機器人的概念(cobot)。

隨後幾年,出現了很多在運動學結構上與傳統機械臂不太一樣的協作機器人,但最終沒有獲得大規模發展。於是,業內人士更傾向於把歐洲在2005年開始的SME計劃作為協作機器人正式興起的起點,SME計劃的很多成果是使用傳統工業機器人完成的,與現在流行的協作機器人更為接近。

SME(Small and Medium Enterprises)Project開始於2005年,由EU FP6(Framework Programme 6)項目資助,其主要目的是尋找防止勞動力輸出到低勞動成本國家的方法。其主要論點是,如果通過機器人技術增強SMEs的勞動力水平,降低成本,提高競爭力,就可以避免勞動力外包的情況,即將工作機會留在國內。因此,協作機器人最初的市場就是中小企業。

1995年,世界上第一台商業化人機協作機器人WAM機械臂便誕生於美國Barrett Technology公司。Barrett致力於製造業內領先的高性能機械臂及機械抓手,該公司的高智能產品為智能機器人在創新領域中的應用提供了可能性。

WAM輕型機器人是一款高度靈活的機器人手,它是唯一在市面能夠使用的採用了直接驅動技術機器人手臂,電機與關節之間為直接驅動,所以它的關節、力矩控制具有很高的穩定性。

WAM機械臂安裝了全臂壓力感測器,WAM輕型機器人可以抓起較大體積、較重的物體,如果安裝了較小的BarrettHand機械手,則可以抓取小一些的物體。此外,WAM輕型機器人還可以與工業抓手、臂端工具以及換刀工具配合使用。

2005年,Esbenstergaard,Kasper Sty和KristianKassow在南丹麥大學一起做研究時創辦了Universal Robot。2009年,Universal Robot推出了世界上第一款協作機器人UR5,這是第一設計目標就是協作的工業機器人產品。2012年,Universal Robot發布UR10,在美國紐約建立美國子公司。2013年,Universal Robot在上海建立新的子公司,正式進軍市場。2015年3月17日,新型UR3於慕尼黑上海電子生產設備展上首發亮相,被稱為全球最靈活輕便的台式機器人。

在此期間的2008年,Rodney Brooks創辦了Rethink Robotics。2014年,Rethink Robotics 推出其第一款協作機器Baxter。2015年,Rethink Robotics推出第二款協作機器人sawyer ;2016年3月,Rethink Robotics宣布與協作型機器人供應商湖南瑞森可機器人科技有限公司簽訂分銷協議,後者將在華北及華南市場向製造業供應Rethink Robotics 的智能協作型機器人。

2015年,包括ABB、庫卡、發那科、安川在內的外資機器人企業紛紛推出協作機器人系列,協作機器人進入快速發展期。2016年,部分國產機器人企業也推出了協作機器人,如新松、大族電機、遨博、達明等。

2014年9月,ABB發布了世界首台真正實現人機協作的雙臂機器人YuMi;2015年初,ABB收購協作機器人公司Gomtec,增加了單臂協作機器人產品線。

發那科在地區正式推出全球負載最大的協作機器人CR-35iA,創立了協作機器人領域的新標杆。

Franka,號稱是一款安全、低成本、能自我「克隆」的機械手臂,其低價格,以及更為智能化、簡單化的編程方式讓人心想深刻,官方消息是2017年春天開始出貨。

Life Robotics CORO,是一家日本的協作機器人公司,其產品目前只針對日本本土市場出貨,擁有獨特的本體結構設計。

Techman,來自台灣的協作機器人,2015年在國外開始亮相,今年在Ciros 2016的亮相是國內大型展會的首秀。

新鬆柔性多關節機器人,是國內首台7自由度協作機器人,具備快速配置、牽引示教、視覺引導、碰撞檢測等功能。

據業內人士稱,未來機器人的發展將會根據專業化進行分工,研發出執行機器人、管理機器人、決策機器人等不同類別的機器人,與3D列印、工業VR等充分結合,使協作機器人成為打造智能網路製造的新模式,實現機器與人的完美協同、共存共享,形成一個分享經濟的時代。

當前,隨著人們對工業、醫療、服務水平要求的不斷提高,我們迫切希望機器人能夠更加像人,並且能夠和人「並肩作戰」。在這一願景的促使下,雙臂協作機器人應運而生。相比單臂協作機器人而言,雙臂協作機器人更加靈巧,並且能夠與人接觸,這無疑是機器人技術的重大突破。

國外對雙臂機器人的研究開始於90時代,最早的研究工作主要是雙臂的運動軌跡規劃,更多的是基於多個機器人在同一工作環境中如何不相互碰撞而展開的。

在雙臂機器人的研究方面,美、日等國的研究人員憑藉先進的製造技術和手段以及雄厚的研究經費的支持,在雙臂機器人的研究領域做出了很多技術性的突破。而國內雙臂機器人的研究相對開始較晚,主要涉及運動軌跡規劃、動力學以及協調控制等方面。

對於這一趨勢,高工產研機器人研究所高級分析師盧彰緣表示:「協作機器人不在於單臂、雙臂和多臂等幾個機械臂的問題,最關鍵的是要實現更豐富的自由度和靈敏度,因而對控制器的要求更高,能夠實現控制多軸的協同配合才是難點。」

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