协作机器人相比传统工业机器人和服务机器人的区别优势是什么？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-10-09 22:36 标签： 工业机器人和服务机器人的区别

为了提升精密制造工厂的自动化水平，制造商已经开始在数控机床领域部署协作机器人。相比于传统工业机器人，协作机器人的灵活性和安全性都更胜一筹。协作机器人采用轻量化设计，外形小巧，即使需要改变工作流程，制造商也能对其进行轻松快速地部署。因此，越来越多制造商在机床上下料工位采用协作机器人，执行工件的自动抓取、上料、下料、装夹、工件移位翻转、工件转序加工等一系列任务，加强自动化部署，提高生产效率。

广州里工实业有限公司（以下简称广州里工）成立于1985年，研发并制造AIoT人工智能物联网机器，包括协作机器人无人值守系统、无人驾驶自主移动机器人以及边缘计算设备等。随着客户订单量不断增加，每天不同工件的切换变化越加频繁，广州里工需要一套更加灵活、高效的解决方案。为此，广州里工在2018年开始设计一种基于协作机器人的方案，将优傲机器人（Universal Robots，以下简称为UR）的协作机器人集成到一个智能上下料平台——CoSi高斯无人值守协作机器人（以下简称：高斯），不仅降低了人工成本的投入，效率及良品率也有所提高，还全面提升了工位的安全性，达到了解放人手，降本提效的效果。

智能化制造成就“小而美”的团队

广州里工是一家没有销售人员的企业，只有一个规模很小的项目团队跟进项目。即便如此，广州里工与每家客户都建立了良好的合作关系，多次获得全球不同行业头部客户的全球最佳合作伙伴奖，而这都有赖于工厂的智能化制造。高斯是广州里工研发的智能化解决方案之一，无需繁琐编程即可以自动加载物料到设备上，从而实现多品类、小批量、柔性化的离散型生产。

高斯系列共有6款解决方案，均可匹配数控铣削（如五轴加工中心）、数控车削（双主轴车削中心）、EDM及三坐标检测设备，并且根据不同的任务需求集成相应的UR协作机器人，包括UR5、UR10及UR16e。即使是体积最大的UR16e协作机器人，底座的安装直径仅有19厘米，可以紧凑地集成到整套设备。

优傲机器人大中华区总经理苏璧凯(Adam Sobieski)表示：“此次，UR跟广州里工合作的项目是进行CNC机床工厂的升级及改造。在传统的升级改造当中，制造业会遇到以下的问题：首先是整个机器人编程技术的难度以及复杂性；其次，原有工厂空间的有限性；最后，还有安全隐患。UR协作机器人的优势恰好可以解决这些问题。”

部署便捷，快速开启安全的人机协作模式

复杂的机器人编程语言、每天不同工件的切换变化、巨大的安全围栏，这些都是广州里工此前在使用工业机器人遇到的障碍。

广州里工实业有限公司CEO李卫铳表示：“以前我们每台CNC前面都需要一位同事跟进产品的上下料。自从研发了集成UR协作机器人的高斯系列后，一切截然不同。我们只需要一位同事就可以照看五台CNC设备，解放人手。而且，高斯符合人机协作国际安全标准，人机可安全协作，无需额外护栏。如机器受到碰撞移位，会停机并发出警报。我们的同事可以更加安心地与机器人进行协作。”

UR协作机器人编程直观，即使是没有机器人编程经验的员工经过培训后也可以快速上手。这也是高斯能快速完成部署的重要原因。尤其在使用高斯的XOS系统后，通常仅需15分钟即可将高斯部署到对应机床并开始上下料工作。而且，更换工件、产线切换最快1分钟即可完成。

夹放精准，助力企业降本提效

上下料是一件重复且枯燥的工作，可能会导致重复性劳损，或者人为失误。采用自动化解决方案可以提高质量、一致性和生产速度，进而扩大生产能力。

CoSi高斯无人值守协作机器人应用到的UR协作机器人重复定位精度为0.03毫米，配合里工高快夹具精度可达0.015毫米，全面满足精密柔性化生产需求，极大降低失误率和提升效率。

李卫铳介绍道：“我们不需要额外招聘操作人员专门照看设备。比如，以照看6台CNC数控机床为例，原本我们1个同事要照看两台CNC数控机床，3班倒共需要9人，现在投入使用CoSi高斯无人值守协作机器人之后，3班倒则只需3人。另外，部署UR协作机器人也无需聘请机器人专家进行编程或者购买安全围栏，降低了技术投资成本。这些都有助于我们更快、更顺畅地向智慧工厂转型。”

有了UR+，新手变专家

每家客户的生产线不同，工作环境不同，要求也不同。因此，UR与分销商、系统集成商伙伴紧密合作，为客户定制适合他们的应用，创立UR+解决方案。UR+集成业内大型生态系统和协作机器人“专业技术”，为用户提供强大的外围设备和应用套件。 用户可以利用经UR认证的UR+应用套件和组件，实现更快的自动化流程

李卫铳指出：“有了UR+，新手变专家。我们在UR+开发的软件可以把老师傅几十年的经验变成数学，再变成程序。只要打开手臂示教器，打开里面的UR+程序，输入我们要放置的硬件，例如夹持力参数、贴标参数等。一切可量化的标准、可重复的执行让自动化制造、智能制造变得轻松高效。”

他补充道：“UR协作机器人安全、易用；开创性的UR+可以助力更快地实现部署和获得投资回报。广州里工作为开发者和应用者都能从中受益，这是我们坚决选择UR作为合作伙伴的原因。我们也会继续探讨采用更多UR协作机器人、或者集成到新的应用平台的可能性。”

全球的协作机器人市场已经在过去的五年中增长了将近十倍，每一年都在以30%的增速发展。无人值守上下料是协作机器人在工业应用里面的主要内容之一。在中国，有超过200万台的CNC数控机床的保有量，这意味着一个千亿级别的市场。

苏璧凯总结道：“协作机器人在CNC应用领域极具潜力，极具发展力，未来可期。”

新手福音——XOS系统

优傲协作机器人的简单易用在CoSi高斯无人值守协作机器人上得到进一步的扩展和深化。基于优傲协作机器人易用开放、可扩展的平台特性深度开发。XOS系统集成了人员信息管理、生产数据统计、机床通讯管理、协作机器人控制、工具端管理、人工智能模块和系统安全联动。全部都可在触控屏幕上显示并操作，极大简化了用户调机的操作流程。同时还提供了远程OTA升级，远程设备信息监控，后期通过视觉模块扩展还可实现现场实况监控，智能人员识别等高级功能。

现在，广州里工的新员工在实习期就能轻松上手CoSi高斯无人值守协作机器人，而工位的产能、稳定性和良品率都马上能达到资深操作人员的水平，这是以往不可想象的事情。

得益于XOS人机交互系统把上下料操作中软硬件的各个环节融合贯通，并且以用户角度优化的图形化交互界面呈现给我们一线的操作人员。所以无需专业人员即可快速上手操作，新手也能让每一台机床都是由“专业资深的技术人员”操作。

解决加工行业自动化痛点——小批量离散型生产

金属加工行业都希望能24小时生产，但是普遍面临招工难用工贵新手还不稳定等问题。而且CNC设备昂贵，停机成本极高，传统自动化方案切换新产品往往需要几小时不等的停产调机时间，只能用于极大批量的生产场景。

CoSi高斯无人值守协作机器人为广州里工未来车间解决了小批量订单离散型生产的难题。产品切线的时候，大量的调机时间在于料仓数十个仓位的路点调试，CoSi高斯无人值守协作机器人通过XOS系统和优傲协作机器人的深度整合，免编程完成料仓的自动取料，只需输入工件的尺寸信息，XOS系统即可自动完成料仓的切线程序，大大缩减了调机时间，最快1分钟即可完成切换。

小批量往往意味着离散型生产，不像流水线那样高度的工艺整合来达到高效率，反而需要高度灵活的部署方式，这是传统自动化方案无法解决的。在广州里工的未来车间，我们可能常常看到操作员推着高斯到另一台机床部署，最快只需15分钟即可完成部署开始生产。得益于高斯平台的可移动性与XOS系统的易用性，以及优傲协作机器人的安全性无需安全围栏才能实现离散型自动化生产。

1. 疫流而上，高斯助力产能恢复

2020年疫情的突发令大家都措手不及，区域封闭，人员不能及时到岗，以致于企业停工，工厂停产。面对从来没有出现过的困境，让广州里工深刻体会到了自动化的必要性。

在今年2月10日，广州里工正式复工，在受到疫情的影响下，公司总人数183人，复工当天仅有60人，一线数控机床操作员仅有6人。在严重的人手不足的情况下，如何保障复工复产？

此时，广州里工自主研发的CoSi高斯无人值守协作机器人就极大地派上了用场。借助了高斯机器人，广州里工的产能在疫情期间，快速恢复到了90%，保障复工复产的同时，也减少了员工密度，更好地做好疫情防范工作。当地电视台还进行了采访，得到了社会的肯定和好评。

每当遇到春节或国庆长假，为了保证生产进度不被落后，制造业工厂都在假期前加班加点地赶进度，或在假期期间要求员工上班赶生产。不管是在假期前加班加点或是在放假期间上班，企业需要支出的人工成本都比平时翻倍，而且不容易安抚员工的情绪。

在投入使用CoSi高斯无人值守协作机器人之后，广州里工就极大地减少了假期生产问题的困扰。在投入使用CoSi高斯无人值守协作机器人之后，里工工厂在假期生产期间，一天仅需3名同事值守早中两班，晚班则是无人值守，在安排好容器里的加工件之后，就可安心交给高斯机器人自主加工了。


在国际定义上，协作机器人主要分为两大类，一是符合工业机器人规范ISO10218，采用了固有安全设计、保护性措施以及标识的工业机器人；还有一类没有根据工业机器人的安全规范来设计，但是符合相应行业安全标准的协作型机器人。

如今业内探讨更多的协作机器人主要是指工业场景下，可以跟人共享操作空间，一同完成任务的机器人。

协作机器人的四大特点为安全、高效、易用、灵活，能够迎合现在生产的发展需求，帮助用户提升工厂的核心竞争力，即自动化、智能化、柔性化，但这并不意味着协作机器人能够胜任所有的应用场景。因此，选择合适的应用场景，并在此基础下发挥协作机器人的特点显得尤为重要。

在现阶段，协作机器人与传统工业机器人是一种互补的关系，“协作化”也是未来工业机器人发展的一个重要趋势。

3年前，在机器人控制领域拥有16年技术积累的艾利特全面切入协作机器人赛道，将已有技术通过协作机器人产品化落地到实际应用。艾利特机器人应用及产品总监蔡嵩林一直强调，协作机器人技术需要针对未来客户的应用场景发展。


在蔡嵩林看来，协作机器人的四大特点催生了许多传统工业机器人无法进入的新领域的应用（例如复合机器人），同时在一些传统机器人的战场（例如搬运、组装），协作机器人轻量化、安全友好、灵活部署的差异化优势也有能力替代传统方案。

蔡嵩林认为，评估协作机器人在工厂中的适应性，主要从两个维度讨论。

首先，用户需要结合自身情况分析目前的生产现状。

▲ 产品特点：工厂的生产类型是否为多品种、少批量？例如汽车零部件和电子行业，产品生命周期越来越短，产线切换频繁，这种情况下需要生产方式和生产工具都更具有柔性。
▲ 工厂自动化能力：在导入自动化设备时，易用和低学习门槛决定了技术是否可以快速实践。
▲ 产线特点：产线上的部分工艺已实现标准自动化，当前目标是将这些工艺串联起来，或者对于人力密集且工作重复性高的工位来说，可以通过协作机器人实现单站自动化。
▲ 产业趋势：产业趋势日趋显现柔性化、数字化、智能化的需求，那么协作机器人的开放性可以支持工厂对产品追溯以及机器人监控的要求。


其次，在评估了生产现状后，如果希望导入机器人，那么就需要考虑实现自动化的步骤。蔡嵩林表示，比起一步到位的全自动化，基于协作机器人的“渐次自动化” （ProgressiveAutomation）将会成为更灵活和更高效的自动化升级模式。



12kg协作机器人码垛应用


在实际走访客户的过程中，艾利特观察到倾向于采用全自动化产线的客户往往是一些自动化水平不太高的客户。“他们急于提升自己工厂的自动化水平，往往希望快速跨过自动化步骤，通过复制的方式直接达成全自动化目的。”

“我们认为这种方式是不可取的。”蔡嵩林在走访多家工厂后提出：“第一，全自动化在硬件、人力和时间上的投资非常大；第二，直接跨过中间步骤实现全自动化，中间的技术风险非常高，往往项目开展了一两年之后，无法达成预期的目标。”

因此，艾利特建议客户使用渐次自动化的模式，实现技术和商务上的风险可控，循序渐进。

蔡嵩林进一步指出，这种模式可以让客户一边在进阶的过程中加深对协作机械臂应用特色的理解，一边提升自动化团队的应用能力，为将来进一步推行自动化打好基础。

“这样协作机器人的设备利用率更高，随着用户对于产品熟悉程度加深，可实现‘一机多用’，尤其适合工厂初始自动化程度不高，或是计划通过机器人换人改进现有生产模式的企业。”蔡嵩林说道。

2021年12月，工业和信息化部等15个部门联合印发《“十四五”机器人产业发展规划》，推动了我国机器人产业在“十四五”时期迈向中高端水平。据工信部装备工业一司司长王卫明介绍，我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。2020年制造业机器人密度达到246台/万人，是全球平均水平的近两倍。


在智能制造转型的趋势下，国家把机器人作为战略新兴行业重点扶持对象。机器人产业在短时间内吸引了众多投资者的关注，大量的资本正不断涌入行业上下游以及周边服务中。

新一代信息技术发展又为机器人发展提供可靠的保障，尤其是图像识别、语音识别等人工智能技术的实用化突破，带动机器人感知、学习、人机交互、分析决策能力的显著提升。

机器人作为新兴技术的重要载体和现代产业的关键装备，在政策、市场、资本等有力的支撑下，正引领产业数字化发展、智能化升级，不断孕育新模式、新业态。

一方面，随着国内制造业的逐渐转型，工业生产对自动化的需求开始从单机设备转向全自动设备、全自动生产线，希望机器人能达到全自动化生产线柔性化需求。另一方面，随着供给侧改革正向需求侧改革递进，以“小批量、多品种、定制化”为特点的新需求趋势正取代单一化、规模化的模式，要求机器人的灵活性能达到更高水平。相较于传统工业机器人，协作机器人以灵活性强、安全系数高、投资回报快等优势，让不同规模的企业都能快速实现智能自动化，更好满足市场新需求。

协作机器人与传统工业机器人相比，具备多项优势：

传统工业机器人体型偏大，结构复杂，灵活度有限。若是涉及到生产线自动化改造、机器人外围支持设备的设计等情况，需要一周甚至更多的时间进行部署。而协作机器人结构相对简单，体型小，重量仅为传统工业机器人1/10或更低，能够灵活快捷进行部署，满足企业柔性化的生产需求。

相比传统工业机器人需要隔开人员进行操作，协作机器人一般安装有力反馈和碰撞检测等应用技术，一旦在工作过程中与工作人员发生接触会自动停止运动，避免或减轻对人员造成伤害。

传统工业机器人需要进行复杂的安装和特定的配置和编程，还要针对客户生产特点制定相应解决方案，对中小型企业来说使用成本非常高。而协作机器人易于编程，设置手动引导功能达到自行安装，企业通过简单培训即可自行操作使用，真正做到高效、快捷、方便。

传统工业机器人投资主要涉及购买机器和部署两大块，以高负载机器人为例，价格多在三四十万元，项目通常需要在大规模生产线上进行部署，实施时间少则几周多则几月，有时甚至需要停工停产，投资回收期一般需要几年时间。而协作机器人成本较低，约为十几二十万元不等，部署时间一般数天或一周，能够更快助力企业实现经济效益。

据报道，2016年，国内协作机器人出货量约1714台，2017年达到3618台，同比增长了1倍多，之后协作机器人的出货量更是一年一个新台阶。2020年出货量达到7514台，相比2016年增长3.38倍。近5年的年均复合增速高达45%。


目前，在协作机器人领域，国内以大族机器人为代表国产品牌，从技术突破、扩展应用、安全保障等方面推动协助机器人产业朝着更加高质量方向发展。基于十多年电机、伺服驱动和运动控制经验，大族机器人自主开发了六轴Elfin系列协作机器人，打造功能更完整、产品更可靠、技术更开放、服务更高效的智能机器人产品。


这款协作机器人采用国内首创机械臂双关节模组设计，通过独特的臂型设计，优化奇异点，实现更灵活的表现和更高的集成度。每个关节运动范围均能达到±360°，保证末端到达更多、更高难度位置，在业内处于领先水平。

在技术方面，大族Elfin系列协作机器人采用先进的电磁式抱闸方式，即在运行时遇到紧急情况如突发断电或者急停时都会直接抱死不下坠，以此保障不伤害到人员；还设置开源ROS接口，用户可以在开源ROS接口处通过EtherCAT实时控制机器人关节。此外，为了方便用户快速上手，示教器采用图形化软件设计，直观易懂，操作简便。

值得一提的是，大族Elfin系列协作机器人主打高性价比，负载范围达到3-20kg，多维度满足客户的不同的需求。现已广泛应用于上下料、螺丝锁付、打磨、涂胶、实训、诊疗等场景和3C、机加工、半导体、汽车、卫浴、健康理疗，精准医学、锂电新能源、新消费及教育等行业领域。


当前，协作机器人产业正蓬勃发展，大族机器人努力抢抓机遇，直面挑战，着力突破核心技术，深耕行业应用，加速助力推动机器人产业迈向中高端，为建设智造强国提供强有力的支撑。

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