库卡协作机器人iiwa技术参数 库卡机器人最大负载多少？

1.iiwa机器人的发展历史

研发这款机械臂的DLR下属研究所是机器人和机电一体化研究所（DLR Institute of Robotics and Mechatronics），总体研发时间约为15年，而且作为核心研究课题超过20年，其他很多扩展课题都是依据这一系列的机械臂的核心技术展开的，第三部分也会提到一些。

要记住一个名字，这款机械臂研发的领军人物Alin Albu-Schaffer。

 

iiwa 机械臂发展史

官方说法是DLR LBR I 于1995年设计完成，DLR LBR II 于2000年完成设计，前两代的设计用于DLR LBR III 并于2003年完成。2004年DLR LBR III就被license 给了KUKA公司，之后在KUKA 继续研发出了KUKA LBR 4 (2008年)和KUKA LBR 4+ (2010年) ，以及最终版的 KUKA LBR iiwa (2013年)，分别有7公斤和14公斤两个版本。

2.产品简介及特点

• 产品组成

 

iiwa产品部件

产品主要有4大件组成：

1-机械臂本体；

2-机器人控制柜（KUKA Sunrise Cabinet）;

3-示教器（KUKA smartPAD）；

4-安装KUKA Sunrise.Workbench 的开发计算机(这个是用户自己采购)；

机械臂不同的使用和操作任务根据复杂度区分，由上面的3和4分别承担。

• 产品基本参数

 

LBR iiwa 7 R800基本参数

 

LBR iiwa 14 R800基本参数

可以看出，重复定位精度是±0.1mm/±0.15mm, 相对于传统工业机器人号称的±0.02mm是差了点。

• 冗余自由度

LBR不是第一款7自由度协作机械臂（我觉得第一款应该是Barrett WAM机械臂），但是至少LBR是最出名的一款。7自由度带来的好处很明显，即逆解无穷多，这样就能增加一个第二优先级的控制给到各个关节，而且不改变第一优先控制的末端位置和姿态（称为零空间运动控制），最终能够实现狭小空间或者有障碍物空间的末端控制。

 

Null Space motion（零空间运动）

• 高自重负载比

DLR号称自重负载比可以达到1:1（可能是在极限情况下），在设计的时候避免了将机器人设计的傻大笨粗来保证控制精度，而是给机器人增加了触觉，从而使得机器人可以去感受正确的控制位置（比如插孔动作），通俗的来说就是更加拟人化。

 

实际产品自重负载比并不能实现1:1

其实现方法是增加了连杆端的编码器传感器和关节力矩传感器：机械臂的振动可以被测量出来，然后靠主动阻尼减震，因此机器人的动态运动性能可以得到极大提高；另外也可以以最快的速度检测出与环境的碰撞，极大的提高了与环境交互的能力。

• 安全性（协作）

这个特点也是iiwa的主打产品特点之一，毕竟要跟人协作（HRC）。

元老级大神Alin Albu-Schaffer 和 Alessandro De Luca ，以及新大神Sami Haddadin在这方面做出了很多研究，不过也基本上都公布了出来，可以参考另一篇专栏文章师云雷-许三多：阅读理解：Robot Collisions。

要安全，首先要检测出来不安全的碰撞，目前KUKA官网公布的关节力矩传感器精度是±2% of the maximum torque，理论上说这个精度已经很高了（相对于无力传感器的协作机器人，当然皮肤传感器协作机器人精度会更高），可以看下图介绍的各关节最大力矩。

 

关节最大力矩

检测到不安全的碰撞之后就要采取措施，可以采用的措施一般有立刻停止、立刻反向运动、变换到零力模式等，不过KUKA 似乎主要用了立刻停止这个最保守的方法。根据IEC 60204-1定义了两种停止策略，紧急停止stop0和path-maintaining stop1。

KUKA给出了最恶劣情况下关节1-4的stop0的停止距离作为参考，如下表：

 

3.关键技术

• 全状态反馈关节控制器

这个自然是DLR的独门绝技，使用

 

公式就是文章上面写的公式，网上一搜一大堆（Alin大爷真是能写文章），但是关键在于理解和应用，以及有良好硬件的支持，几方面缺一不可。我觉得德国人能先在这方面取得突破，其机械电子方面的优势应该是关键原因之一。

• 关节力矩传感器

力矩传感器属于机械电子关键技术，我不是很熟悉，我觉得这方面也是有门槛的，包括精度提高、倾覆力矩影响降低等等。不过国内目前也能买到不错的力矩传感器了，南宁宇立（SRI）应该是国内做的很不错的一家，此处免费给黄约博士打个广告。

 

4.DLR其他相关研究与应用

• collision detection

这应该是De Luca和Sami在LBR机械臂上做的杰出成就，最终能做到LBR持刀砍人而不伤，youtube上有不少视频。最终还改写了欧盟协作机器人的标准数据。

• SMErobotics

这个项目旨在提升欧盟制造业，加强制造业中小企业的竞争力，iiwa在其中主要负责与人协作交互及认知功能。项目结束于2016年6月。http://www.smerobotics.org/

 

小型制造业企业流水线设想图

• Rollin’ Justin/SpaceJustin（2008年公开）

这俩也是DLR的明星课题了，出镜率很高，这款机器人的双臂都是LBR机械臂，机械手是DLR-HIT Hands II,，不过服务机器人我现在了解的还不多，所以不多介绍。

 

Rollin' Justin

 

SpaceJustin

• MIRO /MiroSurge（分别与2008年和2010年公开）

单臂叫做MIRO，3臂系统叫做MiroSurge，这个技术也已经license给了美敦力，目前在做产业化，不过说好的2018年进临床放水了，我另一篇专栏有详细介绍：师云雷-许三多：MIRO手术机器人简介（DLR+MEDTRONIC 2018年即将面世，新消息项目延期了···）

 

MiroSurge

• David（2010年公开）

这款机器人主要的特点是手臂关节机械刚度可调节，开发目标是更加仿人，而且是从机构层面仿人。

 

• TORO（2013年公开）

腿式人型机器人，早期用了较多LBR的关节，不过到后期就换成了可变刚度的上肢。

 

TORO 发展历程

• SARA robot（2018年公开）

SARA是DLR研发的最新一代轻型机械臂“Safe Autonomous Robotic Assistant“，我觉得这款机械臂应该是LBR的大规模软硬件升级版。

冗余自由度加良好的折叠性及较短的腕部轴使得机器人更加灵巧，以单薄的身体实现12公斤的负载，在机构设计、材料、控制方面应该做的更先进。

另外除了每个关节都安装力矩传感器外，在机器人基座和末端都安装了力和力矩传感器，算是在力传感器方面也做了冗余。

 

SARA 机械臂

5. 总结

感觉总结下来，DLR的机器人所发展思路是以点带面（力控），一点突破（力控机械臂）、全面开花（各种应用），DLR下属有很多个所，机器人所只是其中一个，但是机器人所目前在机器人界已经站稳第一梯队研究机构的位置，这种发展思路是很值得借鉴的。

下面插播两条消息（读书人的事情，怎么能叫广告呢）：

1-哪位朋友对采购便宜二手iiwa（KUKA LBR iwa 14 R820）感兴趣的，可私信或者微信联系我（有微信发微信没微信就私信），我德国朋友有闲置二手iiwa出售，价格保证比新品低很多可帮忙运会国内。不过也不会白菜价那么便宜啦，感觉跟二手车贬值效果差不多，就算便宜也要几万欧元的（新品价格11-12万欧元）；

 

对，就是这种机械臂

2-哪位朋友对DLR-HIT Hands II 机械手感兴趣想采购的，也可以联系我，找我代购可以便宜（配置不同约6万欧元）。另外有简化版轻量化新款，价格1万欧元左右。

产品参数介绍见链接： DLR – Institute of Robotics and Mechatronics – DLR-Hit Hand II

 

对，就是这种机械手

上述两款产品是有硬件接口可以连接的，如果有工业界或者学术大佬同时购买上述两款产品，那么你就相当于集齐7颗龙珠，可以召唤各种神奇算法。

购买渠道繁多，有意请联系作者微信或者私信或者邮箱：ylshimp@gmail.com。

 

LBR+DLR-HIT Hands II

注：资料均来自公开资料，如有侵权请联系作者删除。