1.2 协作机器人的发展历程

协作机器人概念的首次提出在20世纪90年代。1996年，美国西北大学的两位教授J.Edward Colagte和Michael Peshkin首次提出了协作机器人的概念并申请了专利。经过20多年的发展，全球已经有很多家机器人公司研制出了各自的协作机器人。国内关于协作机器人的研究起步相对较晚，但近几年协作机器人市场火热，很多企业也推出了一些优秀的产品。

1.2.1 国外协作机器人的发展

1.Universal Robots

2005年，致力于通过机器人技术增强中小企业（Small to Medium Enterprise, SME）劳动水平的SME Project项目开展，协作机器人的发展迎来契机。同年，协作机器人企业Universal Robots在南丹麦大学创立。2008年，Universal Robots公司推出了全球首款协作机器人UR5（图1-1），其本体拥有6个关节，自重为18kg，有效负载为5kg，臂展为800mm，重复定位精度为±0.1mm，具有安装迅速、部署灵活、安全可靠、编程简单等特点。

随着UR系列机器人的异军突起，协作机器人市场的大门被打开，以“四大家族”为首的传统工业机器人企业纷纷将目光投向这一新的领域。同时，许多初创科技企业，如Rethink Robotics、Kinova Robotics等也先后推出自己的优秀产品。

2.Rethink Robotics

Rethink Robotics公司（以下简称Rethink）推出了双臂机器人Baxter及7轴（自由度）单臂协作机器人Sawyer，如图1-2所示。Sawyer机器人臂展为1260mm，有效负载为4kg，可以在狭小的空间内工作。其手臂上集成了视觉系统，使其能胜任高精度贴片和装配任务。同时，Sawyer结合多种新型传感器，保证了操作人员的安全。但是，2018年10月，Rethink宣布破产，其产品及技术由HAHN Group公司收购。

3.KUKA

2014年11月，KUKA公司在中国首次发布其第一款7轴轻型灵敏机器人LBR iiwa，如图1-3所示。LBR iiwa机器人有两个版本，负载可分别达到7kg和14kg，超薄的设计与轻铝机身令其运转迅速、灵活性强，不必设置安全屏障。LBR iiwa轻型机器人具有7个关节，每个轴都配有专用的关节力矩传感器，使得它对周围环境非常敏感。KUKA的LBR iiwa首次实现了机器人和人类之间直接近距离的合作，并开启了KUKA“人机协作”的新篇章。

4.ABB

ABB公司在2015年德国汉诺威工业博览会上将双臂协作机器人YuMi正式推向市场，如图1-4所示。YuMi机器人双臂灵巧，且以柔性材料包覆，同时配备创新的力传感技术，实现了与人类的近距离协作；单臂7轴冗余设计，双臂14轴，由于机身小巧、重量轻、非常灵活，在协作机器人中的运动速度很快；YuMi机器人提供ContactL的接触力控制函数，可实现以通过关节力矩估算的环境接触力为触发信号的动作。

5.FANUC

2016年，FANUC公司推出了CR系列机器人CR-35iA、4iA、7iA和7iAL。CR系列机器人的肢体采用软性材料，将力矩传感器集成在机器人底座上，符合协作机器人的安全标准，并配有运动捕捉功能，机器人手腕部的最大负载达到35kg，可在没有安全围栏隔离的情况下与人一起工作。FANUC CR协作机器人改动了机器人的外观颜色，采用环保型的绿色。

FANUC Robot CRX-10iA和10iA/L，是有着友好流线型外观的轻型协同作业机器人；这两种机型的区别在于可达半径的不同，前者为1249mm，后者为1418mm，负载都是10kg；人的轻微碰触就会使机器人安全地自动停止。FANUC协作机器人如图1-5所示。

6.Kinova Robotics

加拿大Kinova Robotics公司所推出的Gen2 robots是第二代轻量级机械臂，如图1-6所示。3个自由度的手指型夹指是Gen2 robots区别于其他机械臂的显著特征；Gen2 robots既有6自由度产品也有7自由度产品。Gen2 robots协作机器人的结构非常紧凑，内置全关节力矩传感器，使其拥有良好的安全性和人机交互性。

7.Franka Emika

2018年，Franka Emika公司（以下简称Franka）带来了柔顺机器人Panda，如图1-7所示。Panda机器人是柔性、灵敏、智能的轻量级7轴机器人，其力矩传感器具有13位分辨率，可实现精准的力控制，Franka的力控技术继承自DLR（Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt），并且在3kg的轻量级机械臂上发扬光大。创始人Sami对碰撞检测有很深的研究。

1.2.2 国内协作机器人的发展

在国外协作机器人研究开展得如火如荼的同时，国内协作机器人的研究同样成果显著，除了传统的工业机器人知名厂家纷纷推出自己的协作机器人，也催生了众多专注于协作机器人开发的新型机器人公司。

1.新松

作为国内工业机器人领军企业，新松机器人公司（以下简称“新松”）于2015年11月在上海举办的中国工业博览（简称工博会）会上率先推出了国内首款高端7轴SCR系列协作机器人。这款柔性多关节机器人具有快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能，具备高负载及低成本的有力优势，能够满足用户对于投资回报周期短和机器人产品安全性、灵活性及人机协作性的需求。除了SCR系列7轴协作机器人，新松还有6轴GCR系列协作机器人，GCR系列是高性价比的通用型协作机器人，具有轻量级、快速部署、操作简单、安全、节能等显著特点；SCR（左）和GCR（右）机器人如图1-8所示。新松7轴机器人目前主要的客户群以研究机构和高校为主。

2.遨博

北京遨博智能科技有限公司（以下简称“遨博”）先后发布了3款具有自主知识产权的工业协作机器人。遨博i5采用CAN总线通信接口，自重为5kg，重复定位精度达±0.05mm；并采用开放式控制系统，提供软件二次开发的API接口。在结构上采用模块化设计，使其组装维护得以简化，同时能有效降低成本。

遨博后来又陆续推出C系列和E系列协作机器人。遨博C系列是基于服务、新零售等行业应用特点而开发的协作机器人，产品具有3～5kg不同的负载能力，可满足服务、新零售等领域需求，具有极高的投资回报率；遨博E系列协作机器人是专门面向教育行业教学实训、科研创新的产品。遨博各系列协作机器人如图1-9所示。

3.达明机器人

达明机器人公司推出了TM5系列6轴协作机器人，如图1-10所示。其内建视觉系统，整合视觉软硬件，具备多彩多姿的机器视觉功能，能够检测、辨识物体的形状和颜色，并能读取条码等编码信息。

通过TM5手动示教及视觉的整合，即使不具备机器人使用经验的使用者也能轻松应用，在5min内即可完成视觉取放任务的示教。同时，TM5适合部署不同的任务，可达到弹性自动化的目标，大幅降低自动化的时间及成本。

4.大族机器人

深圳市大族机器人有限公司（以下简称“大族”）是由上市公司大族激光科技产业集团股份有限公司投资组建的控股子公司。在2016年的上海工博会上，大族电机推出了最新的6轴协作机器人Elfin。机械臂采用模块化安装，装配快捷，控制简单，维修方便，成本较低。其自重为21kg，额定负载为5kg，重复定位精度可达±0.1mm，能够满足生产需求。作为协作机器人，Elfin可配合工人工作，也可用于集成自动化产品线、焊接、打磨、装配、搬运、拾取、喷漆等工作场合，应用灵活且广泛。

Elfin-P系列是轻量型的6轴协作机器人，可应用于自动化集成生产线、装配、抓取、焊接、研磨、喷漆、点胶、检测等，更高的精度和更强的防护等级保障了其在复杂工作环境中的应用自如。Elfin系列和Elfin-P系列机器人如图1-11所示。

5.珞石

珞石科技有限公司推出的xMate系列协作机器人如图1-12所示。其中，xMate 3、xMate7的6自由度柔性机器人和xMate 3 Pro、xMate 7 Pro的7自由度柔性机器人的重复定位精度可达±0.03mm，力测量分辨率分别为0.1N和0.02N·m，笛卡儿刚度可调范围分别为0～3000N/m和0～500N/rad。集成化设计、跨平台的机器人操作软件，可满足教育科研、自动化工艺研发等用户需求。

6.泰科

深圳市泰科智能机器人有限公司（以下简称“泰科”）始创于2008年，积累了十多年的电动机、伺服驱动器核心技术开发和应用经验，具有伺服驱动器核心技术的自主知识产权。泰科自2016年开始研发协作机器人关节模组。2019年，开发了一系列机器人用电动机、伺服驱动器、抱闸、增量/绝对值编码器和RJS/RJSII/RJSIIZ/RJU/SHD系列机器人关节模组。

基于以上基础，泰科研发并生产了TA6系列和TB6系列6自由度协作机器人，以及TB7系列7轴协作机器人，如图1-13所示。它们应用于工厂自动化、汽车、3C电子、医疗、电力、航天、科研、教育等领域。

7.非夕

2019年，非夕公司发布了自适应机器人拂晓Rizon 4，如图1-14所示。它基于力控机器人领域内的先进技术，可以使机器人安全地与人和环境交互、操作、高效生产。

8.思灵

Agile Robots（思灵机器人）孵化于德国宇航中心机器人研究所，如图1-15所示。Agile Robots综合利用力控机器人技术、机器视觉、运动规划、自适应抓取、人机协作、模仿学习与增强学习等核心技术，研发了一套机器人操作系统，其创始人陈兆芃将这套系统比作“机器人大脑”。

9.节卡

节卡机器人于2014年由工程师与机器人学者联合创立（图1-16），目前已与遍布全球的300余家、来自各行各业的自动化方案公司紧密合作，在全球部署了逾万台机器人，灵活高效地服务于汽车、电子、半导体等产品生产线。

10.艾利特

艾利特机器人是一家由北京航空航天大学、清华大学、美国哥伦比亚大学的博士及博士后发起成立的创新型企业，专注协作机器人赛道。艾利特机器人有EC6系列和CS6系列，分别有3kg、6kg和12kg的负载支持，如图1-17所示。

EC系列是智能轻型6自由度模块化协作机器人，为ELITE模块化协作机器人系列之一。ELITE协作机器人系列采用关节模块化设计，使用面向开发者层面的机器人系统。CS系列机器人融合了最新的技术成果，能够加快一系列应用的开发速度。

11.其他

除了上文提及的协作机器人，还有配天机器人公司的ACR5 MoKi机器人、大象机器人等协作机器人企业的产品。除此之外，也存在一些做机器人模块的公司，专门生产机器人的核心模组，允许用户自行开发自己想要的机器人；这些机器人模块不仅可以配合定制化连杆做成协作机器人，也可以用于其他设备的驱动单元。

深圳市零差云控科技有限公司（以下简称“零差云控”）是一家自主研发、生产高精度编码器、伺服驱动器和机器人关节模组的高新技术企业。零差云控的机器人关节有直筒型系列eRob和转角T型系列eRob，如图1-18所示；并在伺服驱动器和绝对值编码器的基础上进行延伸，推出标准化的关节模组产品。eRob系列有eRob70、eRob80、eRob90、eRob110、eRob142等型号，包含伺服驱动器、电动机端绝对值编码器、输出端绝对值编码器、无框力矩电动机、制动器、精密谐波减速器等主要部件。

上文中提到的泰科除了提供整体协作机器人，也提供机器人模组：RJSIIZ系列、RJSII系列、RJU系列、SHD系列和OEM定制。还有其他的一些机器人公司也提供机器人模组服务，感兴趣的读者可以自行查阅。 15EKdtPAqkaFG3i28//h2qAlo3QfBG/NAxHiTkF2eh2GSvAwZURi+TuQs9RVopcw