协作机器人（Collaborative Robot），指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人，中小企业（Small and medium-sized enterprises，SMEs）是协作机器人的非常重要的客户群，而协作机器人的兴起也与SMEs密不可分。

协作机器人的起源

Esben Ostergaard, Kasper Stoy 和 Kristian Kassow在南丹麦大学一起做研究时创办了Universal Robot，现在的CEO Esben Østergaard当时是南丹麦大学的助理教授，三个人发现了中小企业对机器人的新需求（也与当时丹麦政府主导的一项机器人计划有关），并在2009年推出了第一款协作机器人UR5。在UR5之前的绝大多数协作机器人都是在传统机器人的基础上改造的，UR5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。

之后不久（2008年），著名机器人专家Rodney Brooks创办了Rethink Robotics，其最初的目的是为了帮助美国本土的SMEs提高生产效率，降低成本，减少离岸外包。最初推出的双臂Baxter并不是很成功，慢慢开始落后于UR，去年秋天推出了新款的单臂Sawyer机器人，市场接受度如何还有待观察。

在UR和Rethink之后，成长出一大批新创立的协作机器人公司，市场上的协作产品也越来越多，协作机器人的概念开始慢慢被大家所认识和接受。

在第九届中国国际机器人高峰论坛上，珞石(北京)科技有限公司机器人事业部总经理的王皓先生和我们分享了珞石科技在协作机器人领域的探索实践和应用，以及落地的分享。

协作机器人和传统六轴机器人的区别

协作机器人也属于工业机器人，但是和传统的六轴机器人相比，在工艺上有什么区别？“在机器人行业的应用中，传统的六轴机器人广泛应用在汽车、3C行业，而这些行业都属于大的代工企业，生产线成熟、工业稳定，一年换产的几率非常高，工程师编好程序，直接开始生产就可以了，像这种注重效率的应用，必须使用六轴机器人，”王皓说道：“而在推广的过程中，发现很多的小企业，例如集成商，在生产线上换产非常频繁，对于这些中小企业，他们的诉求是更希望可以换产频繁，易操作。最重要的一点就是安全，传统的机器人总之要用安全围栏围起来，每年发生很多的事故，需要大量的成本在安全系统，协作机器人需要和人共同完成生产，必须解决安全性的问题。”

总结二者的区别就是，传统工业机器人是单一的品种，批量大规模的生产；协作机器人是定制化、多品种，小批量的生产。所以协作机器人必须满足几个特点：易用、安全、低成本。能够自主规划图形化编程、拖动示教，降低系统集成培训、编程维护成本；安全的设计，降低硬件防护投入，减少占地面积减少安全投入。

市场上主要协作机器人的分布

第一代，基于传统机器人的改造。这类协作机器人基于现有机型，负载、臂展选择余地大，探测手段可选种类多；但是自重大导致速度必须很慢，而且精度安全性有一定的缺陷，旧产品设计思路与协作不符，改造成本高，与人机协作的理念有一些不太符合。

第二代，成本/性能达到较好平衡，且大规模生产并为大家所熟知的“协作”机器人。例如UR这一类市场占比较大的的协作机器人，特点就是轻量化、低电压、负载小，是相对比较安全的一种传统机器人变种，结构简单，对控制和规划要求比较低，能够满足一般物料搬运、定位、和机床上下料的需求。但是在价格、易用性、柔性、安全性上海存在很多问题。

第三代，进化版协作机器人。以ABB为代表的协作机器人，具有精确的机械臂动力学模型，精确传动模型以及振动补偿；具备无扭矩传感器，通过极大地降低自重和负载的方式把自身摩擦力、惯量对拖动、碰撞、力控的影响降低到足够多的的水平。但是这个线缆在里面的设计不是一个重工的电机，线缆走向比较复杂，设计原理决定了无法做大负载机型，真正的落地还需要改进。

第四代，基于SEA的柔性机器人。Soft robot based on SEA（Serial Elastic Actuator），仿生手臂道路上的中间版本，也是目前成本和性能平衡性较好的下一代协作机器人技术。

这种机器人每一个关节有一个柔性传感器，把传统的前三代的位置控制，都是控制机器人的末端，从某一个点达到某一个点，根据时序进行控制，改成一个高控或者低控，直接力控制，可实现高动态力控，高灵敏拖动示教/碰撞检测；真正用每一个关节的传感器进行闭环的反馈，实现控制检测，这些机器人都是我们认为在关节增加了力传感器可以很好结果力控的柔性的一种机器人。

新一代柔性协作机器人xMate

分析了四代协作机器人的产品和机器人操作系统，目前需要思考的是协作机器人能应用在什么场景，什么场景是传统的工业机器人不能应用，或者完全不能解决的问题。珞石在调研了汽车零部件、3C行业、基础加工以及学校科研等行业应用之后，这几个市场占了工业机器人九成的份额，去年全球卖了40万台机器人，但是只有5%的工业应用是在机器人的应用，还有大量的工艺没有被开发，是原来的机器人做不了的。比如衣服，比如一个钮扣，比如一个简单的就是这种复杂的需要模拟人形或者人的动作来实现的装备，其实都是采用力的感知来进行的。协作机器人主要应用在力感知上。例如指纹箱和变速箱，包括电动板，一些精密的对准了可以插进去的机器，包括一些打磨，包括这些力控的环境，都是需要协作机器人结合力控环境进行一个布局。

所以珞石在得到这些反馈之后，不断地改善、迭代，真正意义上做到柔性的协作机器人——新一代柔性协作机器人 xMate，它具有的特点是：极致安全、一触即停；极致灵活，接近人手；极致灵敏，精准触控。七轴设计，有更佳的灵活性和适应性，每个关节配备力的传感器，进行一个直接的力控的框架，七轴可以看到它可以在空间任何一个位置在可达的基础上可以非常适应推出不同机型的形态姿态，让机器人的布局非常方便。第二没有控制柜的紧凑设计，由于是低压测试，我们的伺服在紧凑的本体可以用现代非常狭窄的空间，本体的重量也是下降了很多，基本比传统的机器人下降40%。

珞石科技在这方面的产品中解决了以前的拖动示教的问题，就是原来的拖动不灵敏等等，传统的一些机器人都是按照电流的反馈进行控制。还有碰撞检测，其实跟拖动示教是一个原理，高控和低控实现传统电流检测的不灵敏，真正意义上碰撞能量大，以及缓冲上力的控制。协作机器人使用简单，是否真正可以实现部署成本非常低，可以看到我们不能用性能降低解决综合的一个成本，协作机器人虽然精度上比传统机器人低了一个数量级，但是可以看到它解决的是很多的传统机器人不能解决的问题，比如力控的装配和打磨，这些是只用位置控制不能解决的问题，这时候其实部署成本反而比以前有了一定的降低。

王皓先生说道：“我们在力控柔性协作机器人上的应用，可以定义一个自己的市场，希望和同行共同交流，在协作机器人这个市场，可以找到非常好用的一个产品，让大家不需要在非常高的供求成本，不需要这么多的电器工程师转产维护，为器械这个行业做出珞石应有的一份贡献。”