翁馨 邹瑛
（平安银行北京分行智能制造金融业务部，北京，100027）
在2016慕尼黑国际机器人与自动化技术博览会中，协作机器人大放异彩，UR、KUKA、ABB、FANUC、YASKAWA、YAWASAKI、COMAU、NACHI等国际企业均展出其研发的协作机器人，也有多家公司展出其基于协作机器人开发的应用。
与协作机器人不同，传统工业机器人主要针对汽车等高端制造业的行业应用，往往体型巨大、安装编程周期长且价格昂贵。这些工业机器人在导入电子行业等生产周期短、以数月为单位更新换代产品的领域时，受启动准备时间及性价比等因素的影响，应用并不太顺利。另一方面，这些大家伙通常需要关在工作笼子里，与人类隔绝，一旦安全门打开，机器便停止工作。这样的安全保障方式是非常低效的。在生产制造中，有许多工序在人与机器合作的情况下是最高效的，例如，机器人负责将重物搬到指定位置后，人工进行其他机器难以完成或者自动化成本高昂的工序，这就要求机器人与人共用一个工作空间，这也是传统工业机器人难以实现的。
因此，以保护人类安全，实现人机共事为设计初衷的协作机器人应运而生。协作机器人重量轻，适应性强，一般制造业及中小型公司（SMES）非常需要这种技术设备。
据巴克莱银行的生产资料分析师估计，到2025年，全球协作机器人的市场规模将从去年的1.16亿美元增至115亿美元，这将大致等同于目前整个工业机器人市场的规模。各大机器人生产企业看准这一市场，继Universal Robots之后，KUKA、ABB、FANUC、YASKAWA 等大企业沿用其在工业机器人领域的优势，相继发布协作机器人。
1）工业机器人仍保持强劲增长，中国的机器人保有量已占全球的1/10。
2）工业机器人在汽车行业已相对饱和，亟待开发3C电子、制药等其他行业应用。
3）针对汽车行业设计的传统工业机器人导入一般制造业自动化效果不及预期。
4）人机协作更高效、更安全。
5）低价格的协作机器人将激活中小企业市场。
6）协作机器人产品较少，没有形成市场垄断，是未来5至10年机器人发展蓝海。
2.1 Universal Robots（UR/优傲）
图1 优傲产品
Universal Robots 于2005年正式成立，总部位于丹麦，创业目标是使小中型企业可以使用机器人技术。创业之初，UR公司的三位创始人基于食品行业对机器人需求的分析，认为易于安装和编程的轻型机器人会有更好的市场。因此，UR系列机器人（UR3、UR5、UR10）均有六个关节连接点，可以灵活模仿人类手臂的运动范围。目前，已有超过4000台优傲机器人进入宝马、大众、强生等大型制造企业的生产线，优傲计划在2017年实现1.85亿美元的营业收入。
与Rethink Robotics公司相比，优傲在中国有80余家分销商，并且没有一家系统集成商被赋予在某个行业或者某个地区的独家代理权，营销体系更为多元化。
2.1.1 公司历史
2005 年，Universal Robots正式成立。
2009 年，发布UR5产品。
2010 年，将业务扩展至整个欧洲。
2011 年，进入亚洲市场，并在中国建立办事处。
2012 年，发布 UR10产品；在美国纽约建立美国子公司。
2013 年，在上海建立中国子公司。
2014 年，发布第三代轻型机器人手臂 UR5 和 UR10产品；在西班牙成立子公司。
2015年，在新加坡设立亚太区子公司。发布新品UR3。被Teradyne（泰瑞达）以 2.85 亿美元的价格收购。
2.1.2 产品
UR机器人编程简单，采用直观、3D 可视化示教操作方式，机器人只需将机器人手臂移动至需要的位置，或触摸平板电脑设置即可。从开箱到首次简单作业编程，仅需不到一个小时便能完成，也可根据需要快速改变部署位置。UR机器人采用8种安全功能，安全系统获得德国技术监督协会的批准和认证。
UR3、UR5、UR10三款产品售价分别为16万、22万、27万元人民币，中小企业能承担得起改造成本；没有与编程、设置、以及专用的屏蔽工作单元相关的传统额外成本；约195天的投资回报期。这对于中小型企业而言，价格实惠。
UR系列机器人可重复精度高达0.1mm，可以凭借“触觉”进行精确作业。 而传统的定位则通过对运动和坐标进行编程来实现，需要将超过100个数据点编写到应用程序中。最低敏感值50牛顿，工人可以根据工作的实际情况来调节这个值，在保证人的安全的同时高效率工作。
图2 优傲产品性能
2.2 Rethink Robotics
图3 Rethink Robotics产品
Rethink Robotics在2012年推出了其首款双臂协作机器人Baxter，2015年推出单臂机器人Sawyer，并确定上海电气自动化设计研究所有限公司为国内首个分销商，负责华东地区的机器人销售。上述两款机器人都配有一块平板电脑，用以显示机器人工作时的“心情”，这一别致的设计让人印象深刻。
Rethink Robotics的主席兼首席技术官 Rodney Brooks是美国麻省理工学院的机器人教授，曾担任学院人工智能实验室主任，同时也是iRobot公司的创始人、前董事会成员、前首席技术官（iRobot的Roomba扫地机器人风靡全球多年）。
产品
Rethink Robotics发布的Sawyer和Baxter两款机器人搭载串联弹性驱动专利技术及嵌入式视觉，使机器人能主动适应现实中的变化；与UR机器人一样，Sawyer和Baxter能实现快速安装、调试及重新部署。此外，Sawyer和Baxter都是完整的系统，配备可以立即开始工作需要的所有硬件、软件、夹头和安全功能，可以自主完成简单的重复任务，也可集成到更大、更复杂的自动化基础架构中；最短 4 个月内即可收回投资。
有观点认为，Rethink Robotics真正的优势在于Baxter的环境基本是开源的，Rethink把它推销到了很多的大学或研究机构中，通过开源吸引开发者，为推广协作机器人产品打基础。
图4 Rethink Robotics产品性能
2.3 ABB
图5为ABB公司产品YuMi在叠飞机。一张粉色A4纸平放在桌面上，YuMi用右手按住纸，左手的吸盘吸起纸的左上角并折回，这时右手按住折角处，左手将弯折处压平，完成折飞机的第一个动作。YuMi再用同样的方法折右上角，然后将飞机左右对折，盖上YuMi机器人的印章，一个YuMi特制飞机就折好了！整个过程只需要一分钟。
图5 ABB公司产品
ABB是一家瑞士—瑞典的跨国公司，位列全球500强，是电力和自动化技术的领导企业。20世纪60年代，ABB率先推出了世界上第一台工业喷涂机器人，20世纪70年代，ABB再次推出了世界上第一个能批量供应的全电动微处理器控制的机器人。现在，ABB已经成为机器人自动化的全球领导者，全世界安装的工业机器人中，有超过四分之一来自ABB。
2006年ABB全球机器人业务总部落户中国上海，机器人产品在中国本土化生产，凸现了这家国际巨商扎根中国的决心。
2015年，ABB宣布并购Gomtec公司，意在扩大协作机器人产品线。Gomtec是一家私营企业，只有25名员工。2014年，Gomtec发布单臂机器人Roberta，它有三种不同的型号，是一款自带抓手和直觉编程软件的轻型机器人。与ABB的YuMi不同，Roberta载荷自重比惊人：自重为19kg，载荷却达到8kg。这一特点使其可以很容易在工厂或者实验室里移动，而且可以组成大型阵列应用。
YuMi机器人主要用于微小零部件组装，其双臂具备跟人一样的工作范围，多种夹具选择，0.02mm定位精度，精确度足以穿针引线。操作员通过人手移动机械臂，并记录相关导航点和夹具动作的方式来编程“教导”机器人所需的运动，内置的视觉系统让机械臂能在托盘里找到并拿起零部件。为了保护人类同事，机器人用软垫填充机械臂，以安全速度运动，使用力传感器，因此，当接触发生时，机器人可以及时停止。
图6 ABB公司产品性能
2.4 KUKA
KUKA集团是由焊接设备起家的全球领先机器人及自动化生产设备和解决方案的供应商。KUKA为纯工业机器人公司，业务包括工业机器人和系统集成。1973年KUKA研发出第一台工业机器人，这是世界上第一台机电驱动的6轴机器人。1986年公司进入中国市场。2012年，KUKA在上海松江新厂建设面积近2万m2，总投资1000万至1200万欧元。2014年，KUKA发布其第一台协作机器臂LBR iiwa，是首家提供10kg以上有效载荷轻型机器人的制造商。其后，又将灵敏轻型的LBR iiwa和移动独立的平台结合起来，即推出KMR iiwa，从而能够更加灵活地为各种场景提供解决方案。
LBR代表“轻型机器人”，iiwa则代表“智能型工业助手 （intelligent industrial work assistant）”。LBR iiwa为工业机器人的潜力赋予了新定义，首次实现人类与机器人之间的直接合作，用以完成高灵敏度需求的任务。该产品无需防护栏，工作范围扩展至全新领域，从而使客户获得更多经济效益并且达到最高效率。
LBR iiwa 重量轻，7轴，流线型设计，集成的传感器系统，且所有的轴中都具有高性能碰撞检测功能和集成的关节力矩传感器，非常适合狭小的安装环境，可以进行精细的连接工艺，并能允许使用简单工具。
LBR iiwa 提供两种有效载荷，分别为7kg和14kg。但有报道称，“在LBR iiwa所擅长的电缆自动化装配环节，虽然它具备了独立完成这项工作的能力，但由于这款机器人价格相对昂贵，一些工厂并不愿意用其替代现在所雇佣的工人。”
图7 KUKA公司产品
图8 KUKA公司产品性能
2.5 COMAU
柯马公司 成立于1976年，总部位于意大利都灵 ，隶属于菲亚特集团，业务范围主要包括：车身焊装，动力总成，工程设计，机器人和维修服务。拥有超过40种不同的工业机器人产品，负载从3kg到650kg不等，工作半径1～3m，可以有效减少25%的工作节拍，其“中空腕”机器人NJ4在点焊领域具有无以伦比的技术优势。
1978年，公司研发并制造了第一台机器人，取名为POLAR HYDRAULIC机器人。
1997年，柯马正式进军中国市场。
2000年，公司成立独资企业柯马（上海）汽车设备有限公司，拥有员工1000多人。
图9 Racer系列协作机器人
图10 双臂拟人概念机器人Amico
图11 柯马公司产品性能
2.6 YASKAWA
安川电机是制造伺服、变频器、工业开关及机器人的日本公司，创立于1915年，总公司在日本福冈县的北九州市。安川自主生产的伺服和运动控制器是机器人的关键部件，其核心的工业机器人产品包括：点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。世界上最活跃的安川工业用机器人MOTOMAN，是在半导体工业中受到高度评价的超级机电产品。
1977年，公司研制出第一台全电动工业机器人。
1999年，安川电机（中国）有限公司在上海注册成立，注册资金3110万美元。
2015年，安川电机开发出小型6轴机器人“MotoMINI”（暂称）。MotoMINI便于变换放置位置，实现了人机协同分担作业等高度自由性，用于小部件的组装、操作，以及电子电气零部件的配膳及插入等。
图12 安川电机产品展示
图13 安川电机产品性能
2.7 FANUC
日本发那科公司是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业之一。1956年，FANUC品牌创立。1971年，发那科数控系统世界第一，占据了全球70%的市场份额。1974年，发那科首台机器人问世。目前发那科机器人产品系列多达240种，负重从0.5kg到1.35t，广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同生产环节。
图14 FANUC产品
2015年，发那科发布协作机器人CR-35iA，采用罗克韦尔自动化安全传感器的双重检查安全技术，实现人机协作。CR-35iA机身为绿色，肢体为软性材料，与传统黄色机器人的外观类似，但动作较传统黄色机器人慢，最快只有250mm/s。CR-35iA带有内置的力传感器，受到15kg左右的冲击力后会自动停止动作；无需复杂编程，操作人员“手把手”地牵引做出各种预定动作即可完成示教。
图15 FANUC产品性能
2.8 YAWASAKI
川崎重工是著名日本三大重工企业之一，成立于1896年，已有百余年历史。
2006年，全资子公司川崎机器人（天津）有限公司成立。
2009年，川崎机器人（昆山）有限公司成立。
2015年，川崎（重庆）机器人工程有限公司成立。
2015年，川崎发布四轴双臂协作机器人duAro。
图16 duAro双臂机器人玩ipad
duAro机器人装有水平伸出的两根成对工作的机械臂，可与多台机器人相连接，并有视觉系统及多种抓手选件，在生产作业中可代替实施工人用双臂进行的作业，也可与工人共同作业。当工人与机器人发生碰撞时，内置的电机电流异常，机器人便停止运转。与其他产品相比，duAro虽然为水平多关节，仅限于简单动作，但生产线上的简单作业也很多，有大量地方能够使用。
图17 川崎重工产品性能
2.9 NACHI-FUJIKOSHI
不二越株式会社成立于1928年，总部设在日本富山市，在全球有53家分公司，主要业务涉及机械加工、工业机器人、功能零部件及材料已有40余年机械臂研发经验。
2015年，公司发布MZ系列单臂六轴机器人，适用于电子产业自动化，为同级别机械臂中速度最快的机种。图18为NACHI双臂机器人，它搭载两只MZ07手臂，体积小、动作敏捷，能精确地执行捡料、组装、去毛边、装箱包装等作业。
图18 NACHI产品
图19 NACHI产品性能
2.10 MABI ROBOTIC
MABI公司总部位于瑞士费尔特海姆，员工70余人，欧洲生产工业机器人的著名厂家，从事自动化业务已经有30多年的历史，系列机器人最大负载150kg。其推出Speedy协作机器人是一款轻型的6轴工业机器人，带有直观易用的用户界面。
图20 MABI机器人展品
图21 MABI产品性能
2.11 Bosch
博世是德国最大的工业企业之一，从事汽车与智能交通技术、工业技术、消费品和能源及建筑技术等产业。公司1886年成立，总部设在德国斯图加特市。2014年，博世推出首个协作机器人解决方案APAS，是首个获得认证的带助理系统的协作机器人。图22这套系统集成了Fanuc的机械臂、博世自主研发的专利——皮肤传感器、视觉系统和夹紧装置。
1）皮肤传感器
包裹在机械臂外部的黑色外套是博世自主研发的触觉检测装置，它能够在检测到任何非常规的力时给控制器提供即时反馈，使机器人停止运动，确保安全。
图22 博世机器人系统
2）视觉系统
APAS集成了视觉系统，能够实现2D/3D的视觉，够让机器人获得末端操纵器的反馈，能够得知机器人抓手里的物品是否正常。
3）夹具
APAS配有3指抓手。与其他协作机器人常见的2指抓手相比，3指抓手能够更可靠地抓取例如圆柱状的物体。
2.12 欧姆龙Adept
Adept Technology公司成立于1983年，总部位于美国加利佛尼亚州，是美国本土最大的工业机器人制造商，在SCARA机器人、并联机器人、AGV和机器视觉等方面具有非常先进的技术。其研发的机器人能够轻松完成高精度、高质量和高效率的组装、处理和包装工作。
2015年，日本自动化控制生产商欧姆龙花费约2亿美元现金，溢价63%收购Adept Technology的100%股权。
Adept Lynx Handler是一个结合了自主智能车的四轴SCARA协作机器人，主要用于输送以及装载/卸载半导体晶片或其他零部件。Handler可以在狭窄的通道以及有人的无尘或者吵杂环境中安全地移动。
这种协作技术的关键是结合了自主智能车（AIV）的技术，通过不断扫描，适应周边环境，并结合视觉定位，SCARA机器人可以精确地取放各种配件。
Adept Lynx Handler机器人有自己的充电基座，可以自行定位并充电，满电状态下可以连续工作10小时。
图23 Adept产品
据调查数据预测，到2025年，全球协作机器人市场规模将大致等同于目前全球工业机器人市场规模，表1是当前协作机器人与传统工业机器人的对比，表2是部分协作机器人型号对比。
表1 协作机器人VS传统工业机器人
表2 部分协作机器人型号对比
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