优傲机器人UR20新品背后——技术细节揭秘

UR20是丹麦优傲机器人不久前推出的首款面向下一代的工业协作机器人产品，优傲机器人称其为优傲目前性能最佳、工作半径最长、有效负载最高的协作机器人。

在6月30日，优傲机器人大中华区总裁苏璧凯（Adam Sobieski）围绕该系列产品在媒体群访中回答了记者提问。会后，苏璧凯就机器人大讲堂关注的部分技术问题进行了解答。

精度与负载、臂展大多时候是一组矛盾体，市面上许多机器人负载越大，臂展越小，精度也相应越小，一般而言为了提高负载，机器人本体会采用更大扭矩的机电机构从而变得笨重，协作机器人灵活小巧的优势受限，机器人控制难度增大，绝对精度会出现一定程度的降低，但UR20却体现出了不一样的特征。

UR20自重（含电缆）为64kg，支持20kg的有效负载，覆盖1750mm的工作半径，体积变大的同时却依然实现了±0.05mm的重复定位精度，同时提高了25%的关节扭矩、和65%的关节速度（取决于关节尺寸），综合这些参数来看，UR20应该是世界领先，重复定位精度可媲美传统工业机器人的新一代协作机器人。

从UR 10e到UR20，负载提升了约一倍，臂展提升约450mm，精度却保持了一样，那么我们难免会好奇，UR20到底如何实现这种负载、精度、臂展与安全性的均衡？

▍研发始末与细节拆解

苏璧凯解释道，这是因为客户对20kg负载的机器人有很大的需求，同时不希望因为负载增大而牺牲其他性能，如何保证“全都要”，优傲只能在硬件产品设计和软件的细节上下功夫。

机器人大讲堂通过与一些工程师沟通了解到，UR20的核心或许在于关节模组的变革。因为从外观上来看，UR20关节轴的过渡连接点不再采用传统协作机器人的直筒设计，而是在1、6轴处采用了更圆润的圆柱斜面，2345轴外壳后盖一方面使得大小模组之间的过渡更加美观柔顺，机械刚度和装配效率更明显，另一方面减少了外壳上的孔隙，非常适合电子、食品等对洁净度要求较高的行业。

外观的变化与内里的结构设计有着非常大的关系，在此前有工程师拆解发现优傲机器人模组后端与外壳后盖连接，大多数机器人这里都有例如急停等许多功能模块，而本次关节模组零件减少50%，无疑意味着优傲进一步提高了关键模组集成率，把包括外壳螺丝在内的多个零部件简化，使得表面更加像是一体化成型。

轻量化的设计使得一个单相标准电源插座也足以为UR20供电，而无需特殊的电气连接或昂贵的接线解决方案，这在能耗和应用灵活性上相对传统工业机器人无疑更具优势。

安全性是许多人担心的问题之一。因为负载意味着关节扭矩需要提高，但为了保证协作机器人的安全性，UR20的软件增强了运动控制和震动抑制能力，从而在速度和负载提高的情况下，安全性却没有损失。同时，为了提升安全性，UR20也重新回到了工业机器人常用的3PE TP安全开关设计。

在采访中苏璧凯提到，UR20具有17种可定制的安全功能，包括停止时间和停止距离限制这些独特的安全功能，同时值得一提的是用户可利用可编程的安全系统设置安全限制，设定UR20的安全参数以满足其风险评估要求。

在可靠性方面，UR20在防护等级上达到IP54，关节模组的简化意味着关节稳定性更高，机器人的作业时间可以得到最大化利用，全方位减少机器的停机时间，简化了维护成本。

此前优傲机器人在电机性能上一直有着非常强的优势，采取一体化关节模组在这种优势上更进一步。苏璧凯认为，这是由于全世界自动化进程下，机器人新职业提出降低复杂度的要求，因此，大约三年前优傲的研发部门在综合了大量客户意见，并结合了优傲积累的丰富经验以及久经市场验证的技术，对产品做出了优傲有史以来最大的结构重构。UR20是优傲深耕机器人行业17年取得的成果，优傲能够清楚地看到全球客户对此有迫切的需求。

“从最终结果上来看，UR20产品与过去完全不同，关节的整体重新设计并新加入关机模组好处在于使UR20的平均速度增加了30%，这意味着客户的生产节拍和货物吞吐量得到提升。” 苏璧凯说道。这使得UR20在装配等工作上都可以表现出极强的稳定性，越来越简单的关节设计也可以使制造过程变得更加有趣、简单。

▍功能带来的场景改变

硬件与结构上的改变只是其中一个竞争力的体现，优傲机器人认为，更多的竞争力在于UR20的场景可控性。例如针对焊接、码垛、机器看护等不同客户的需要，UR20可以提供更快的速度，更大的负载，同时能够保持高精度。为此优傲机器人不光是在关节上进行重新迭代，在软件上也去做了一些主动震动抑制优化以及作业速度平滑性优化，最终实现了自适应末端负载变化。

但这样做的好处非常明显，以零件搬运为例，有效负载提升后，便能搬运更重的工件，也可以选择配置两个或两个以上的末端执行器，进一步缩短周期时间。20kg的负载能够满足大多数搬运的场景，维持高精度则意味着UR20的作业场景并不局限于搬运，1750mm臂展则意味着机器人运动范围大幅提升，这解决了市面上大多协作机器人领域大负载却小臂展低精度的问题。

为了节省成本，一些企业会考虑使用一台机器人来同时用于两条产线的码垛作业从而最大化投入产出比。之前许多企业曾尝试做出大负载协作机器人用于跨线搬运码垛，但由于臂展问题大多会出现箱子体积过大与本体干涉的问题。UR20提供前所未有的运动控制能力，搞定了长臂展的同时解决惯量过大的问题。

臂展越大无疑对于产线部署的灵活度越高，更大臂展无疑可以部署于大型工作场所中，能在间距较远的重要位置之间作业，例如在机床行业，机器人可以将构件从一张机床搬到另一张机床，而无需更多增加机器人的轴关节。又例如对于码垛应用，UR20可以伸到标准托盘上，堆放高度可达2米。对于焊接等场景，更大的工作半径则意味着能够扩大工作区域，接触更大的几何部件。而精度越高则机器人深入场景的能力越强，因此UR20在点胶、焊接等高精度的场景中的表现也十分出色。

通过软硬件各个方面的提升，UR20的工具端速度由原来e系列的1m/s提高到2m/s，同时，机器人大讲堂了解到，用户可以把e系列协作机器人的程序/代码转移到UR20上，现有的URCap和程序可以在UR20中使用，因为UR20采用相同的PolyScope软件，现有的UR+认证的URCap也可以用于UR20，这将减少软件培训和学习过渡的时间。

▍重新定义协作机器人

关于为什么要从协作机器人概念走向大负载工业协作机器人？苏璧凯认为，优傲机器人一直在尝试创造一个人类与机器人共同工作的世界，而非让人类像机器人一样工作。因此大负载协作机器人出现的一大原因之一，就是为了弥补传统工业机器人在大型汽车制造商、半导体加工、金属加工、食品与饮料领域无法适应小批量、多品种的快速柔性化生产节奏，以及难以与工人交互且安全协作的问题。

优傲创新性推出UR20这样一款全新大负载工业协作机器人产品并不代表着轻量化协作机器人时代将结束，反之，优傲一直希望通过全线产品满足多场景和功能需求。因此对于后续产品是否继续提升具体负载，优傲表示将继续对此进行观察最终视客户需求而定。

“不管未来的产品是否负载比20千克更大，有一点可以肯定的：我们将继续重新定义自动化，打造更多像UR20这样创新的产品，后续新产品将在未来两年中与大家见面。” 苏璧凯解释道。