协作机器人和工业机器人从效率、经济上有什么区别?

现在我国的制造业,正在向中国制造2025和工业4.0的方向前进,很多企业开始使用更多的自动化设备来代替人员的工作,机器人的投入和应用越来越多,这也导致市面上出现大量的机器人品牌,而且很多工程师也接触到一种叫做协作机器人的新兴机器人,在悟空问答我看到有朋友问这个问题并给出答复,这篇文章是在问答基础上进行修改丰富后整理出来,希望能够为大家简单介绍下什么是协作机器人,它和工业机器人的区别是什么。

协作机器人和工业机器人从效率、经济上有什么区别?

工业机器人的种类有很多种,在本文中主要是对比机械臂模式的传统工业机器人

当设立一条自动化生产线时,设计团队要选择使用协作机器人Cobot还是工业机器人Robot,他们各自的优势到底是什么?遇到这个问题,大家普遍的回答是协作机器人安全、价格低、调试简单,所以它可以和工人完美的结合起来工作,这就是协作机器人的优点。这个回答没有任何的问题,但是在我经历了很多机器人集成项目后,我感觉这个回答还是不能表达出两种机器人的本质差异。我也拿这个问题咨询过协作机器人厂家的销售人员,他们对这个问题似乎也没有更深入的理解,如果连协作机器人和工业机器人各自的优势都不知道,那么我相信推广过程也会遇到很多障碍。

在系统分析之前,我们先说一下协作机器人的缺点:

协作机器人的特点非常的鲜明

1. 负载比工业机器人低,当前市面上主流的协作机器人负载主要在10公斤以下,而工业机器人负载从0.5公斤到几百公斤,覆盖面非常的广,如果想选择大负载的机器人,那么协作机器人是不适用的。低负载的原因和协作机器人的安全要求有关系,当机器人负载能力变大时会导致自重的提升、电机功能的增强,这对于安全等级要求极高的协作机器人是个很大的挑战,所以协作机器人的负载不能过大。随着技术的发展,当前协作机器人的负载能力也在不断的升高,最高国内已经出现15公斤负载的协作机器人。

2. 价格比同规格的工业机器人高,很多人说协作机器人价格应该便宜才对,实际上对比主流的能够得到认可的国际知名协作机器人品牌,同等负载的价格一定是协作机器人更高一些,因为它使用配件需要具备特有的安全要求,以达到各个主流国家的安全标准,同时还需要增加很多的安全传感器,这导致它的成本一定比工业机器人贵。不过当前我国如雨后春笋般涌起大量的协作机器人品牌,对标四大家族机器人他们还是具备一定的价格优势,但是性能和稳定性还需要评估,而且相比国产的工业机器人他们价格也是没有任何优势的。

3. 比工业机器人的速度慢,一般协作机器人的最大线性运行速度,还不到工业机器人的一半,加速度更是远低于工业机器人。因为协作机器人要确保安全性,它使用的电机需要兼顾安全保护的功能(一半采用电流反馈监控的方式),这就导致协作机器人的速度不可以太快,这点也很容易理解,拿着一个10公斤的物体,如果机器人具有极快的速度,那么谁也保证不了安全,只有在相对可控的速度范围,才能确保人员和周围物品的安全。

4. 重复精度比工业机器人低,精度一直是协作机器人的诟病,因为自身的重量受到限制,有些协作机器人快速运行的抖动情况都很严重,虽然这几年各大厂家在不断的提升精度,但是和工业机器人相比还是要差一些,这里面需要特别提到的是ABB的Yumi双臂协作机器人,它的精度可以达到0.05mm,这在协作机器人领域是极难实现的,但是这款机器人的负载仅有500g。在市面上大多数的协作机器人重复精度是0.3mm,甚至经过大量的实践检测,很多协作机器人还是达不到这个水平的。

在说了这么多协作机器人对比工业机器人的不足之后,是不是很多朋友会有疑问,我们是不是没有必要引入协作机器人了呢?

在当前工业领域,我们要不要引入协作机器人?这个问题答案看目前协作机器人的如此强势的风头,相信在各位心里一定早有答案了,如果它真的不好,为什么这么多企业还在使用它呢?到底协作机器人的优势在哪里?我相信下面内容会对大家有所帮助。

首先我要明确告诉大家的一点是,协作机器人的安全性是必要的前提,但是绝对不是它可以大量的推广和使用的根本原因,工业机器人在安装围栏和安全激光扫描仪、安全光栅等安全配件后,也能确保人员和周边物品的安全,甚至同样负载的工业机器人在加上安全配件后的价格也基本和协作机器人持平。为什么我们花同样的钱不去买一个速度更快、精度更高的机器人呢?

再说到人机协作,请问各位在各个公司见到过几次机器人把产品放到操作工人手里的情况呢?在我们这种欧洲企业,公司规定目前还没有任何一家协作机器人可以离开安全配件独立的工作,因为它们虽然在碰触身体四肢时可以有效的及时停止确保人员安全,但是在眼睛、脖子、胸口、下体等敏感的位置还是会具有一定的受伤风险(我被协作机器人打过脸,说不疼那是因为有领导在场),这是欧洲企业接受不了的情况。换句话说,我们很多企业甚至都不拿协作机器人当安全的机器人,但是我们还在全力的推进协作机器人的进展,为什么呢?

现在都在提出人机协同工作的理念,但是大家要知道人员的工作稳定性远低于机械设备,所以很难实施。

根本原因就是一点,协作机器人的特点最符合当前工业领域的发展需求

什么意思?难道工业机器人不符合吗?那么我们就看一下当前工业自动化领域的发展趋势吧。

可以看一下日常使用的工业产品,包括手机、电脑、汽车、家电等,品牌、型号、种类千差万别,每一个公司的产品都有不同的外观尺寸、功能差异,特别是当前的汽车工业,还提出了定制化、个性化汽车的口号,也就是说以后的每一台车可能都不一样,我可以选择不同的车辆核心参数、车身颜色、内饰及功能配置甚至外观。这就导致当前的工业生产已经逐步离开了单品种大批量推动型生产模式,而是转变为小品种多批次的生产模式,每个产品的工艺流程、加工顺序、每天的产量都将变化多端,而且无法提前给出准确的预期,以前一条生产线只做一个型号一种产品的情况将越来越少见到,所以现在的生产企业为了提高生产效率、提高投资回报率,他们将更多的追求精益生产(所以精益生产在工业4.0话题的带动下已经成为工业领域下一个需求爆点),而精益生产对设备要求的核心条件就是柔性、可扩展性、可重复利用

机器人自然是属于设备的一种,但是它还带有一个“人”字,大家都知道机器人根本不是人,外观看就是一个机械臂,称之为“人”就是需要它有更加灵活的应用甚至可以像人一样思考问题,当前很多机器人的厂家和集成商,把协作机器人成为智能机器人,就是因为它具备了很多智能的前提条件,让我们来仔细看一下。

之前讨论了协作机器人相比工业机器人的缺点,那么工业机器人肯定也不是完美的。

1. 工业机器人具有较大自重,在同样负载下,工业机器人的自重往往都比协作机器人大很多,甚至可以说笨重。而协作机器人,因为它的自重很轻,它可以轻松的移动、重新布局。这意味着它非常的柔性,可以经常的转移位置,灵活的应用在不同的地方,像人一样, 哪里缺人去哪里,现在就是哪里干不过来,机器人就去哪里,而工业机器人挪动一下真的非常非常麻烦。

2. 工业机器人编程方式较为困难,四大家族的每种工业机器人,编程方式都不一样,除非受过专业培训的人员,普通工人和技术人员很难直接对机器人进行操作,也就是门槛太高了,编程周期也比较长。而协作机器人有一个特点就是,几乎都支持拖拉示教,人可以手把手的把机器人拖拉到目标点,省去了大量的仿真、模拟、评估时间,现场直接调试。调试周期和修改周期大幅度的缩短,极大的提升了工程师的效率。如第一点说的,机器人移动之后,机械定位再精确,你也无法保证机器人能够1毫米都不差,挪动之后,就需要工程师重新的校准点位,协作机器人可能用手一拉就搞定,而工业机器人则需要修改程序,占用很多调试时间。

3. 工业机器人让人感觉不够“友好”,它给人带来的视觉冲击、心理压迫更强,大家可以看到,工业机器人大多数选用了红色、橙色等醒目颜色提醒周边人员注意,告诉大家我是危险的,即便隔着围栏,高速运行的机器人和噪音也会让周围的人员不舒服,总感觉有威胁存在。而协作机器人,往往采用了蓝色、绿色、浅黄色等温和的色彩,它们的速度慢、噪音低,人员在旁边工作完全没有压力。而且在交互界面方面,工业机器人的示教器界面往往具备科技化、复杂化的特点,很多都是英文显示,不懂得人一看就觉得高大上,但是不知道怎么操作。协作性机器人的示教器往往具备极强的亲和力,界面简单、操作简便、提示内容支持中文和互动,甚至不需要输入高级密码就可以改变机器人的姿态。还有的协作机器人示教器带有两个大眼睛非常可爱,这对员工充满了亲和力,不用躲避害怕,没事都想玩玩。

综合以上的特点,大家应该能够感受到协作机器人的优势应该不只是安全了吧,但是安全绝对是最高的优先级

其他行业我不太确定,但是在汽车电子行业,特别是欧美企业,现在都逐步减少了使用基于大型传送带的全自动化生产线。为什么呢?因为这种全自动线投资是固定的、一次性的,投资之后很难变化的。举个例子,一个公司投资了2000千万,建立了一条可以满足客户峰值产能的节拍要求全自动线,但是在第一年,可能实际客户的订单仅有30%第二年60%第三年才能达到100%,但是市场变化预期未知,万一客户到时减少订单,这条线就等于产生了极大的浪费,不只是浪费钱,它占据的巨大面积都会导致很多新项目无法引入,请问企业能拆了它吗?

所以现在的企业为了降低风险、适应市场的日益变化、提高投资回报率,一定要把钱用在刀刃上,企业就需要了分布投资,根据近期的客户需求可以及时的调整生产线的配置和布局,这就是柔性。当产能上升时,企业可以添加瓶颈岗位设备以增加产能,这就是可扩展性。当这条线没有订单时,里面的设备可以用来做别的产品或者型号,这就是可重复利用性(SMED快速换型)

那么我们想想协作机器人的特点,它可以轻易的进行程序修改,轻松的进行位置的转移,在生产线任何位置实现快速部署。当一条生产线没有产能时,里面的机器人可以有针对的转移到另外一条生产线去工作,真的就像人一样,哪里需要去哪里。而且它的安全级别很高,不用携带笨重的安全围栏,仅需要一个安全激光扫描仪就可以确保无风险,这对于面积小、集成时间短、周围都是工人的生产环境极其适用。

如果用协作机器人传递产品代替传统的传送带,就不用在项目初期就锁定生产线的产能和面积,产能增加时我们就增添设备和机器人,减少时就搬走设备和机器人。同理假如我们设计了一条基于传送带的全自动线,可以覆盖100%的产能,但是客户需求到了120%,企业难道还要再为20%的产能建立新的一条生产线吗?

这只是作为代替传送带使用的协作机器人,如果把协作机器人放进设备里面参与工艺呢?比如涂胶、紧螺丝、焊接等岗位,那么这个设备就是万能设备了,因为编程简单,定位容易,这种设备可以兼容所有产品的涂胶、紧螺丝等岗位,更换工艺最多需要更换一个工具端。说到更换工具段,那就更不得了,你带个螺丝刀就是紧螺丝设备、带个胶枪就是涂胶设备、带个焊枪就是焊接岗位。

大家看到了什么?一次性的投资换取了最多的可能,大幅度提升了柔性、扩展性和重复利用性。而且机器人的价格和交期稳定,可以大幅度缩短设备的交货期并且降低设备的价格。(买个机器人做个工具端可能就1个月,做个非标设备可能得3个月)最关键的是,这种设备永远不会闲置,没活干就改造换型换工艺,什么传统设备可以做到这点呢?

而上述这些就是协作机器人的最大优势,各位可能很难想象带着工业机器人到处跑,但是带着协作机器人到处跑,都已经做到AGV车上成为标准产品了。(当然个人强烈反对把机器人放在AGV上,看起来高级,但是这样会导致机器人的使用率非常低,投资回报率极低)

综上所属,这就是协作机器人和工业机器人最大的不同,协作机器人是工业4.0的核心组成部分,它安全、灵活、柔性,而工业机器人适合于大负载和对速度对精度或者环境有极高要求的情况。所以目前两者在各自的领域都发挥了巨大的作用,当然协作机器人当前的发展空间还是巨大的,我后续也会写一篇文章分析后续协作性机器人的发展趋势,当前的协作机器人还不是完美的,不过大家都在努力让这个世界变得更加美好。

工业4.0、中国制造2025,要靠我们每一个企业、每一个工程师、每一个成员的努力,感谢大家。

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