沒(méi)有力控參數(shù)的“協(xié)作機(jī)器人”

不足以稱“協(xié)作機(jī)器人”

引言——伴隨著2020年工博會(huì)的結(jié)束，協(xié)作機(jī)器人當(dāng)之無(wú)愧的成為了機(jī)器人館的明星，不僅占據(jù)了展館的大部分顯要位置，連傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人廠商都紛紛效仿推出新款的協(xié)作機(jī)器人。

World Robotics于2019年分析了協(xié)作機(jī)器人（cobots）的市場(chǎng)，盡管協(xié)作機(jī)器人（cobots）引起了各大媒體的強(qiáng)烈關(guān)注，雖然其安裝的單位數(shù)量對(duì)比傳統(tǒng)機(jī)器人仍然非常低，僅占3.24％，不過(guò)從增長(zhǎng)率看，協(xié)作機(jī)器人的浪潮已悄然開(kāi)始，從17年到18年，其增長(zhǎng)率高達(dá)23％，國(guó)內(nèi)協(xié)作機(jī)器人在媒體端儼然成為制造業(yè)寵兒。

很多媒體喜歡用“彎道超車”這個(gè)詞，貌似國(guó)內(nèi)在傳統(tǒng)機(jī)器人落后了就能憑借協(xié)作機(jī)器人打個(gè)翻身仗？中國(guó)龐大的機(jī)器人市場(chǎng)如果作為賽道，需要的是觀眾們理性科學(xué)的認(rèn)知及核心競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品的出現(xiàn)方能開(kāi)啟賽跑模式。協(xié)作機(jī)器人本是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)細(xì)分產(chǎn)品，且其概念較模糊，應(yīng)用場(chǎng)景語(yǔ)焉不詳，市場(chǎng)吹捧和資本青睞會(huì)將協(xié)作機(jī)器人帶向何處，對(duì)此作為機(jī)器人行業(yè)人的筆者深感焦慮。

協(xié)作機(jī)器人具有與人一起工作的屬性，從這個(gè)屬性出發(fā)我們大概能推演出協(xié)作機(jī)器人的三大特點(diǎn)：安全，輕量，人機(jī)友好，筆者對(duì)協(xié)作機(jī)器人最為擔(dān)心的是最關(guān)鍵且爭(zhēng)議最大的“安全”問(wèn)題。

為了讓機(jī)器人更安全，協(xié)作機(jī)器人廠家通過(guò)不同的技術(shù)方式來(lái)檢測(cè)外部碰撞或規(guī)避與人接觸。

1，其中最典型的一種技術(shù)方式是通過(guò)檢測(cè)電流電壓的變化來(lái)判斷外部是否發(fā)生碰撞，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)控制和硬件要求較低，而它的缺點(diǎn)則是碰撞敏感度低，在安全和柔性上仍存很大問(wèn)題。因此，在實(shí)際生產(chǎn)使用中與人協(xié)作并能保證完全安全的概率幾乎為零。

這類協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景絕大多數(shù)也是替代了原本小負(fù)載工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景，本質(zhì)上是行協(xié)作之名，做小六軸之事。

2，第二種是增加外部力傳感器，分末端增加六維力傳感器，每個(gè)關(guān)節(jié)均增加一維傳感器，底座增加傳感器三類，其中末端增加六維傳感器并不能保證在機(jī)器人本體處的安全（如三四軸夾到手）所以其并不具有協(xié)作屬性，因此將此排除在外。

底部增加傳感器的這種方式由于算法復(fù)雜，干擾多，在協(xié)作機(jī)器人中普及并不廣。最接近協(xié)作概念的應(yīng)該是每個(gè)關(guān)節(jié)都有力矩傳感器并且其力控制或外部敏感度達(dá)到一定的指標(biāo)。

以Franka為例，官方數(shù)據(jù)顯示其力分辨率＜0.05N；力矩分辨率＜0.02Nm;示教牽引力約2N；碰撞反應(yīng)時(shí)間＜2ms; 用這些力控參數(shù)反向來(lái)證明其人機(jī)交互的可靠性。

3，第三種是在機(jī)器人外圍增加區(qū)域光柵或,其他檢測(cè)設(shè)備，當(dāng)人進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域時(shí)，機(jī)器人降速或停止，這種方案往往是的一種技術(shù)路線的彌補(bǔ)，本身與“協(xié)作”的定義背道而馳、不予討論。

但縱使Franka Emika可以官宣出其他協(xié)作機(jī)器人廠家諱莫如深的力控參數(shù)，是否就能證明他的機(jī)器人安全且協(xié)作的呢？

答案是否定的！

我們知道機(jī)器人本身是一個(gè)多軸串聯(lián)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，真正使用的時(shí)候還必須配套相應(yīng)的末端執(zhí)行工具，而末端工具是否安全才能決定機(jī)器人本體是否能發(fā)揮出協(xié)作性能。

有些協(xié)作機(jī)器人廠家在協(xié)作機(jī)器人末端增加氣動(dòng)夾爪，真空吸盤(pán)，焊槍等執(zhí)行工具，這無(wú)疑讓整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的安全性消失殆盡，再去強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的協(xié)作性無(wú)異于掩耳盜鈴。

為了解決這個(gè)問(wèn)題Fanrka通過(guò)標(biāo)配夾爪且將夾持力限制在140N以內(nèi)方案來(lái)達(dá)到末端的安全性。但縱使這樣也很難保證其絕對(duì)的安全，在有些場(chǎng)景機(jī)器人需要抓取一些硬物，尖銳物，觸碰到人體某些敏感部位如眼球，太陽(yáng)穴依然能造成很大的傷害。

通過(guò)以上的分析，協(xié)作的安全定義根本無(wú)法自圓其說(shuō)，筆者認(rèn)真查閱了協(xié)作機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)（ISO/TS 15066;2016）里面甚至列出了人體每個(gè)部位能承受的最大壓力，用以限制機(jī)器人性能，這無(wú)疑是一個(gè)畫(huà)地為牢，固步自封的可笑操作，同樣的規(guī)范，老年病人的生物承受限度是遠(yuǎn)低于青壯人的，被機(jī)器人碰撞到的人體各部位的硬度和體重及約束條件也各有不同。如對(duì)一個(gè)有嚴(yán)重骨質(zhì)松的老年人，目前iso建議的碰撞力將有可能產(chǎn)生骨折。所以世界上沒(méi)有任何設(shè)備能保證其絕對(duì)的安全！

機(jī)床需要人工上下料，也算是“協(xié)作”了，但他安全嗎？汽車算是最直接的人機(jī)交互設(shè)備，但他安全嗎？人拿著電動(dòng)螺絲刀擰螺絲，螺絲刀安全嗎？所以機(jī)器人安全本身就是一個(gè)非常矛盾可笑的概念，據(jù)筆者的好友反饋歐洲已經(jīng)不再提“協(xié)作機(jī)器人”這個(gè)概念，但是機(jī)器人的力控制確實(shí)是個(gè)機(jī)器人發(fā)展的方向這使得機(jī)器人多了一個(gè)感知維度，相機(jī)讓機(jī)器人有了眼睛，力控讓機(jī)器人有了觸覺(jué)。沒(méi)有力控制參數(shù)的機(jī)器人不足以稱“協(xié)作機(jī)器人“。因此規(guī)范力控參數(shù)，放棄“協(xié)作”概念，才是協(xié)作機(jī)器人發(fā)展的正解。

在2020工博會(huì)上Franka Emika的衛(wèi)卜源先生重新定義并梳理了Franka Emika機(jī)器人的 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)策略，強(qiáng)化了力控技術(shù)參數(shù)在機(jī)器人上的重要意義。首次以“力控機(jī)器人”的概念強(qiáng)化了市場(chǎng)的認(rèn)知。倡導(dǎo)大家丟棄夸大的說(shuō)辭，專注科學(xué)的精度。

原文標(biāo)題：Franka Emika 衛(wèi)卜源：放棄“協(xié)作”概念，規(guī)范力控參數(shù)

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責(zé)任編輯：haq