目前，經過(guo)多年的(de)市場培(pei)育，協作機器人已經逐步走進工廠自動化、科研實驗室，醫療手術，農業采摘等場景。自動化(hua)(hua)/智能化(hua)(hua)為企業帶來成本費用改善空間，部分崗位(wei)無人(ren)(ren)化(hua)(hua)、人(ren)(ren)機協(xie)作的落實(shi)可顯著降(jiang)本增(zeng)效，促(cu)使各企業對協(xie)作機器人(ren)(ren)的需求(qiu)攀升。

但協作機器人這一細分市場的發展仍然存在顯見的阻力。一是協作機器人仍面臨很多實際應用場景適應性、可靠性與安全性三大問題，解決各種的應用(yong)場景障礙(ai)是未來協作機器人(ren)的主(zhu)要目(mu)標。各應用(yong)領域的專(zhuan)家和機器人(ren)專(zhuan)家一起，仍在積極努(nu)力探索，試圖突破各種局限。

二則，因國外公司主導機器人及零部件市場，產品成本和價格使得中小企業望而卻步，限制了企業應用機器人的速度。國內機(ji)(ji)器(qi)人廠商一(yi)味采購(gou)包括(kuo)電機(ji)(ji)、減速器(qi)和光電編碼(ma)器(qi)在(zai)內的進口(kou)核(he)心零部(bu)(bu)件(jian)，機(ji)(ji)器(qi)人市場格局(ju)將難以(yi)有所改觀，協(xie)作(zuo)機(ji)(ji)器(qi)人的未來也將重(zhong)復工業機(ji)(ji)器(qi)人的老路(lu)。因此在(zai)應用需求的導向下(xia)，實現核(he)心零部(bu)(bu)件(jian)自(zi)主研發和國產化，必將是協(xie)作(zuo)機(ji)(ji)器(qi)人長(chang)遠發展之道。

以江蘇集萃智造為例，集(ji)(ji)萃(cui)智(zhi)(zhi)造(zao)的核心(xin)研(yan)發團隊，突(tu)破協(xie)作機器人的一系列(lie)關(guan)鍵技(ji)術，研(yan)發電(dian)(dian)機等核心(xin)部(bu)件，不僅大大降(jiang)低了(le)物(wu)料成(cheng)本，讓利(li)于中小企(qi)業(ye)，也在(zai)技(ji)術自研(yan)和融合過(guo)程(cheng)中，不斷加快(kuai)推進協(xie)作機器人在(zai)實際產線和生活中的應(ying)用。如集(ji)(ji)萃(cui)智(zhi)(zhi)造(zao)自主研(yan)發的直流永(yong)磁伺(si)服電(dian)(dian)機，實現了(le)將電(dian)(dian)機成(cheng)本從四萬多元直接(jie)降(jiang)低到三千(qian)元，并且突(tu)破了(le)一系列(lie)軟(ruan)件和硬(ying)件的關(guan)鍵核心(xin)技(ji)術，增強協(xie)作機器人的(de)核(he)心競爭力(li)，降低成本，讓利(li)中小企業，不斷(duan)提(ti)升(sheng)自己(ji)的(de)產品質量。

集萃協作機器人的關鍵技術及其研發思考主要體現在以下幾個方面：

▍1、 永磁直流伺服電機

為(wei)解決(jue)機(ji)器人(ren)核心零(ling)部件力(li)矩電機(ji)替代難題(ti)，集萃智造研發(fa)了IIMT-TQ-I系(xi)列無框(kuang)力(li)矩電機(ji)，它是(shi)新型直驅力(li)矩電機(ji)，專為(wei)需求(qiu)體積小巧緊湊、輕(qing)重(zhong)量(liang)、低慣量(liang)，但高功率的(de)電機(ji)應用而(er)設計。

通(tong)過利用(yong)先進的(de)有限元(yuan)設計(ji)工(gong)具，實現(xian)電(dian)(dian)磁與溫度耦合(he)仿真，計(ji)算電(dian)(dian)機的(de)電(dian)(dian)磁特(te)性(xing)、溫度分布等(deng)，全面分析電(dian)(dian)機的(de)多物(wu)理(li)場耦合(he)特(te)性(xing)。集萃智造電(dian)(dian)機采用(yong)分數槽集中繞組結構設計(ji)，使其具有轉(zhuan)矩(ju)密度高(gao)，轉(zhuan)矩(ju)波動小，齒槽轉(zhuan)矩(ju)低，弱磁調速性(xing)能(neng)好等(deng)特(te)點。在(zai)定子(zi)材(cai)料(liao)的(de)選用(yong)上，電(dian)(dian)機選擇(ze)了高(gao)導(dao)磁、低損耗(hao)的(de)薄片高(gao)牌號(hao)(hao)軟磁合(he)金材(cai)料(liao)，磁鋼(gang)的(de)選用(yong)標準是高(gao)牌號(hao)(hao)UH級(ji)別以上，耐溫達180°。線材(cai)及絕緣材(cai)料(liao)則采用(yong)進口高(gao)牌號(hao)(hao)產品。來料(liao)都嚴格經(jing)過專用(yong)檢測(ce)儀器檢查。

▍2、 碰撞電流檢測算法(fa)

協(xie)(xie)作機器人最大(da)(da)的優點就(jiu)是其能夠進行碰撞(zhuang)檢測(ce)(ce)實現與人協(xie)(xie)作功能，而協(xie)(xie)作機器人在(zai)沒(mei)有力矩傳感(gan)器的情(qing)況(kuang)下(xia)，碰撞(zhuang)力很難檢測(ce)(ce)，但加入(ru)力矩傳感(gan)器又會使其成本(ben)大(da)(da)大(da)(da)提高。

目(mu)前(qian)無力(li)矩(ju)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)協(xie)作機器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)進行碰撞(zhuang)檢測(ce)大(da)多采用(yong)(yong)兩(liang)種(zhong)方(fang)式：電流環方(fang)式和(he)(he)雙(shuang)編碼(ma)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方(fang)式。電流環方(fang)式直接根據電流環（力(li)矩(ju)）反(fan)饋(kui)和(he)(he)機器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)系統(tong)動(dong)力(li)學(xue)方(fang)程，估計(ji)出(chu)外力(li)矩(ju)。這種(zhong)方(fang)式最困難(nan)(nan)之處就是關節摩擦(ca)力(li)估計(ji)，該摩擦(ca)力(li)受到機器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)位姿(zi)，轉速(su)(su)(su)(su)，溫度(du)(du)，油脂狀(zhuang)況等多種(zhong)因素(su)影(ying)響，難(nan)(nan)以準確建模和(he)(he)辨識(shi)，所以應用(yong)(yong)較(jiao)為困難(nan)(nan)且檢測(ce)靈敏(min)度(du)(du)低(di)。雙(shuang)編碼(ma)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)方(fang)式利(li)用(yong)(yong)了諧(xie)(xie)波(bo)(bo)減(jian)速(su)(su)(su)(su)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)特性，諧(xie)(xie)波(bo)(bo)減(jian)速(su)(su)(su)(su)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)剛(gang)度(du)(du)較(jiao)低(di)，這里其實是將諧(xie)(xie)波(bo)(bo)減(jian)速(su)(su)(su)(su)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)當作一(yi)個(ge)關節力(li)矩(ju)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)使用(yong)(yong)，使用(yong)(yong)與柔性關節同樣的(de)算法也可(ke)以估計(ji)外力(li)，但諧(xie)(xie)波(bo)(bo)減(jian)速(su)(su)(su)(su)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)剛(gang)度(du)(du)比力(li)矩(ju)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)還是要高(gao)很(hen)多，外力(li)檢測(ce)精度(du)(du)較(jiao)低(di)，但原理上也可(ke)以避(bi)免摩擦(ca)力(li)的(de)影(ying)響。

集(ji)萃(cui)智(zhi)造研發團隊經過三年(nian)的研發，開發出(chu)一套采用電(dian)(dian)流(liu)的方(fang)(fang)式檢(jian)(jian)(jian)測(ce)機(ji)器(qi)人(ren)的碰(peng)撞檢(jian)(jian)(jian)測(ce)方(fang)(fang)法。采集(ji)機(ji)器(qi)人(ren)的待(dai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)關節(jie)的電(dian)(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)；在每一時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)，將該時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)的電(dian)(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)與之前(qian)預(yu)設間隔時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)的電(dian)(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)作差，并取絕對值(zhi)(zhi)，得到(dao)該時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)的電(dian)(dian)流(liu)變(bian)(bian)化(hua)(hua)量(liang)(liang)；獲取當前(qian)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)之前(qian)連續多(duo)個時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)的電(dian)(dian)流(liu)變(bian)(bian)化(hua)(hua)量(liang)(liang)的最大(da)(da)值(zhi)(zhi)；根據(ju)所述(shu)最大(da)(da)值(zhi)(zhi)確(que)定(ding)比較(jiao)閾值(zhi)(zhi)；判斷當前(qian)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)電(dian)(dian)流(liu)變(bian)(bian)化(hua)(hua)量(liang)(liang)是否大(da)(da)于所述(shu)比較(jiao)閾值(zhi)(zhi)；如果當前(qian)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻(ke)電(dian)(dian)流(liu)變(bian)(bian)化(hua)(hua)量(liang)(liang)大(da)(da)于所述(shu)比較(jiao)閾值(zhi)(zhi)，則(ze)判定(ding)所述(shu)待(dai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)關節(jie)發生碰(peng)撞。

機(ji)器人的(de)碰撞檢測方法，通過采集機(ji)器人待檢測關節(jie)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)，并對(dui)其當前時(shi)刻(ke)與(yu)預設間隔時(shi)刻(ke)的(de)電(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)作差取絕對(dui)值(zhi)(zhi)處理(li)，得(de)到(dao)相應的(de)電(dian)流(liu)變化(hua)量(liang)，基于連(lian)續(xu)時(shi)間段(duan)的(de)電(dian)流(liu)變化(hua)量(liang)的(de)最大(da)值(zhi)(zhi)確定(ding)比較(jiao)閾值(zhi)(zhi)，將當前時(shi)刻(ke)電(dian)流(liu)變化(hua)量(liang)與(yu)比較(jiao)閾值(zhi)(zhi)進行(xing)比較(jiao)，根據比較(jiao)結果判定(ding)待檢測關節(jie)是否發生碰撞，由此(ci)，能夠有效(xiao)避免碰撞誤檢測，無需考慮動(dong)力學(xue)模型及摩擦(ca)力情(qing)況，成本較(jiao)低，且易于實現。

▍3、拖拽示教跟(gen)隨(sui)系統(tong)

在工(gong)業4.0的(de)(de)(de)大(da)背(bei)景下，機械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)應(ying)用與普及程(cheng)度成(cheng)為(wei)衡(heng)量一個(ge)國家自(zi)動(dong)化實(shi)力的(de)(de)(de)一個(ge)重要方面。目前機械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)應(ying)用主要是完成(cheng)的(de)(de)(de)任(ren)務未通過專(zhuan)業人員的(de)(de)(de)預先編(bian)程(cheng)，使其按照(zhao)程(cheng)序設定(ding)和外部(bu)信(xin)號完成(cheng)相應(ying)運動(dong)。機械(xie)臂(bei)(bei)的(de)(de)(de)編(bian)程(cheng)主要包含三種：固定(ding)點程(cheng)序、示教(jiao)編(bian)程(cheng)、離線(xian)編(bian)程(cheng)，另外某(mou)些(xie)機器臂(bei)(bei)具備拖動(dong)示教(jiao)編(bian)程(cheng)的(de)(de)(de)功能，降(jiang)低該行業的(de)(de)(de)準入門檻，為(wei)機器人的(de)(de)(de)工(gong)業化自(zi)動(dong)化的(de)(de)(de)普及奠定(ding)基礎。

當前(qian)機械臂編(bian)(bian)程(cheng)的幾(ji)種方式：固定點程(cheng)序一(yi)(yi)般應用(yong)于單一(yi)(yi)工(gong)況；示教編(bian)(bian)程(cheng)一(yi)(yi)般采用(yong)直(zhi)接示教法，即(ji)機械臂通(tong)過(guo)關節空(kong)(kong)間(jian)運動(dong)(dong)和笛卡爾空(kong)(kong)間(jian)運動(dong)(dong)，使(shi)機器人運行至目標規劃點；離線編(bian)(bian)程(cheng)則是(shi)預先寫好(hao)(hao)邏輯，將點的信息(xi)預先計算好(hao)(hao)后(hou)(hou)，然后(hou)(hou)采用(yong)直(zhi)接示教糾正(zheng)偏(pian)差值。以(yi)上方式的實(shi)現對工(gong)程(cheng)師的要求(qiu)較高(gao)，耗費時間(jian)長，較難獲取理想(xiang)的軌跡規劃點，某些機器臂多采用(yong)力矩傳感器實(shi)現拖動(dong)(dong)示教，雖(sui)然解決了(le)以(yi)上問題，但(dan)是(shi)成本較高(gao)，普及難度較大。

集萃(cui)智造采(cai)用(yong)的(de)無(wu)力矩傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)六(liu)軸機(ji)(ji)械臂(bei)(bei)零(ling)力的(de)控(kong)制方法(fa)，主(zhu)要用(yong)于解決直接示(shi)教(jiao)和離線編(bian)程(cheng)所伴隨(sui)的(de)工(gong)作繁瑣(suo)、規劃點不(bu)理想的(de)問題，降低機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人自動化工(gong)程(cheng)師的(de)應用(yong)門檻(jian)。該(gai)控(kong)制方法(fa)要求(qiu)機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)臂(bei)(bei)各關節(jie)均使用(yong)諧波減(jian)速(su)機(ji)(ji)該(gai)柔性(xing)元(yuan)件，且具備基本的(de)示(shi)教(jiao)編(bian)程(cheng)功能，與(yu)輕型協作機(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人的(de)設計契合。

柔性(xing)關節等效力(li)矩模(mo)型

圖2.拖(tuo)拽示(shi)教操(cao)作控制流程(cheng)