电子创新@@188足彩外围@@app 网@@ - 协作机器人@@ - 188足彩网

交互的@@艺术@@：协作机器人@@如何定义新一代的@@人机关系@@？

judy — Wed, 27 Dec 2023 02:27:51 +0000

1996年@@，美国西北大学的@@两位教授@@J.Edward Colgate和@@Michael Peshkin率先提出了@@“协作机器人@@”的@@概念@@。他们希望探索一种能够在确保工人安全的@@前提下@@，还能与之和@@谐共事的@@机器人@@。虽然他们的@@构想因当时的@@技术局限性未能实现@@，但这种人机协作@@的@@理念将人机交互推向了机器人技术发展的@@前沿@@。经过多年@@的@@@@技术革新@@，终于在@@2004年@@，KUKA发布了全球首个协作机器人@@@@——LBR，随后@@2008年@@，优傲机器人@@（Universal Robots）的@@UR5首次实现了协作机器人@@的@@商业成功@@。自此@@，协作机器人@@也在全球范围内的@@崭露头角@@。而今@@，协作机器人@@已经成为了制造业中不可或缺的@@关键帮手@@，它不仅大幅提高了生产效率和@@灵活@@性@@，还彻底重塑了工业@@生产的@@面貌@@。而且随着成本和@@技术的@@持续优化@@，开始走向更为丰富的@@商业场景@@。

图@@1：协作机器人@@历史@@（图@@源@@：AUGMENTUS）

从@@robot到@@cobot人机交互的@@的@@跨越@@ 协作式机器人@@（collaborative robot）简称@@cobot，是@@可以和@@人类在同一工作空间中协同作战@@，并实现近距离互动的@@机器人@@。从@@机器人@@（robot）到@@协作机器人@@@@（cobot），人机交互实现了巨大的@@跨越式发展@@。传统机器人是@@按照预先编程进行自动作业@@，或者是@@在有限的@@导引下进行作业@@，缺乏主动避让人类的@@安全功能@@。若需与人共享同一工作空间@@，传统机器人就必须配备安全防护装置@@，通过人机隔离以保证工人的@@安全@@，这自然也就隔断了人机之间的@@互动可能@@。相较之下@@，协作式机器在互动性和@@安全性方面表现出色@@，能与人类更密切的@@合作@@。机器人发挥其效率和@@准确性优势@@，而人类则发挥智慧和@@创造专长@@。两者人机协同@@，可让生产制造环节在创新和@@生产力之间取得更好的@@平衡@@。

图@@2：人机协作@@（图@@源@@：Mechanical Engineering）

工业@@4.0时代@@，制造业需要更快速@@、主动地响应不断变化的@@消费者需求@@。对于某些定制产品@@而言@@，其制造流程和@@工艺可能都是@@根据@@客户的@@个性化需求量身定制的@@@@。这种大规模定制化的@@制造趋势@@，给工厂的@@装配@@工作提出了更高的@@要求@@。据@@相关数据@@@@显示@@，在新时代@@工业@@制造中@@，装配@@工作约占总工作量@@45%，占总生产成本的@@@@20%-30%。而协作机器人@@的@@出现@@，可以大幅提升装配@@线效率@@、精度@@等@@@@，更适合定制化的@@产线作业@@，是@@当前及未来工业@@制造中不可替代的@@@@“生产工具@@”。 Brimind是@@一家汽车类传感器制造商@@，其传感器产品@@尺寸非常小@@，重量也很轻@@，非常考验机器人的@@识别精准度和@@夹持力度@@。为了提高装配@@效率@@，减少人为失误造成的@@损失@@，Brimind在装配@@线的@@三个站点引入了@@ABB的@@GoFa协作机器人@@。实际结果表明@@：开始时人工纯手动方法实现了接近@@90%的@@OEE（Overall Equipment Effectiveness，设备综合效率@@），而引入协作机器人@@后@@，装配@@站目前的@@@@OEE达到@@了@@97%。另一个案例来自宝马汽车@@：汽车差速器的@@装配@@对于精度@@要求极高@@，需要将各个部件实现分毫不差的@@组装@@。然而差速器的@@壳体重达约@@5.5kg，因此对于装配@@人员而言操作困难@@、耗时较长@@，且装配@@精度@@难以保证@@。在引入了@@KUKA公司的@@@@LBR iiwa轻型协作机器人@@后@@，就可以人机协作@@实现锥齿轮的@@灵敏接合@@，现在差速器和@@壳体的@@接合整个过程耗时不到@@半分钟@@。

图@@3：BMW使用协作机器人@@进行变速器组装@@（图@@源@@：KUKA）

据@@Yano Resarch的@@预测@@，2032年@@全球协作机器人@@的@@出货量将从@@@@2021年@@的@@@@44,204台@@增加至约@@432,514台@@；市场规模从@@@@9.94亿美元@@增长至@@70亿美元@@。中国是@@制造业大国@@，对于协作机器人@@@@的@@市场需求也是@@逐年@@增加@@。据@@高工机器人产业研究所@@（GGII）数据@@@@，2022年@@我国协作机器人@@销量约为@@3.5万台@@@@，整体市场规模达到@@了@@@@36.05亿元@@。如此大的@@市场和@@未来增长前景@@，吸引了全球协作机器人@@企业的@@争先涌入@@。

图@@4：全球协作机器人@@出货量变化与预测@@（图@@源@@：Yano Research）

更好的@@前景也吸引了资本的@@纷纷入局@@，2022年@@中国协作机器人@@市场共发生@@13起@@，总规模超过@@50亿元@@人民币@@的@@融资案例@@。其中@@节卡机器人@@于@@2022年@@7月宣布完成约@@10亿元@@人民币@@D轮融资@@，创下了协作机器人@@领域融资金额新高@@。 交互能力的@@实现@@：感知@@、计算和@@@@HMI缺一不可@@ 协作机器人@@要与人类在实时动态环境中无缝合作@@，需要具备强大的@@交互能力@@。通过这种交互能力@@，协作机器人@@得以准确快速地理解人类意图@@@@、有效沟通并适应动态环境@@。而这种交互能力的@@实现@@@@，需要感知@@@@、计算和@@@@人机界面@@（HMI）等@@多个功能模块的@@协同工作@@。

图@@5：协作机器人@@框图@@@@（图@@源@@：英飞凌@@）

感知@@能力@@是@@协作机器人@@顺利执行任务的@@基石@@。具体而言@@，感知@@部分分为环境感知@@和@@机器人自身感知@@两大类@@。环境感知@@主要依靠传感器来收集周围环境的@@信息@@，从@@而判断是@@否满足工作的@@条件@@。而机器人自身感知@@则通过一系列@@传感器@@，如位置传感器@@、力矩传感器@@、视觉传感器@@、压力传感器以及@@3轴陀螺仪或@@IMU等@@，来确保机器人的@@动作精准无误@@，同时@@实时监测人体位置@@，有效避免任何潜在的@@相互干扰@@。在计算部分@@，协作机器人@@的@@每个运动轴通常都配备了独立的@@微控制单元@@（MCU）来负责电机的@@精准控制@@。而对于机械臂整体智能的@@协调@@，比如@@传感信号的@@采集@@、视觉信息的@@处理@@、工业@@互联及人机界面@@（HMI）等@@复杂任务@@，则需依赖功能更强大的@@微处理器@@（MPU）、系统芯片@@（SoC）或中央处理器@@（CPU）来实现@@。这些核心的@@计算与控制功能@@，有时直接集成于协作机器人@@中@@，但更多情况下是@@通过外部的@@独立控制器来完成@@。至于人机界面@@（HMI），常见的@@形式包括触控屏@@、交互式按钮@@、语音识别系统等@@@@。这些界面同样依赖传感器与@@MCU的@@配合@@，以实现直观且高效的@@人机交互@@。

图@@6：协作机器人@@应用框图@@@@（图@@源@@：英飞凌@@）

那什么样的@@器件才能够满足协作机器人@@的@@感知@@@@、计算和@@@@HMI应用需求@@？接下来我们一同探究@@。 为电容@@/电感传感而生的@@@@MCU 电容传感技术适用于那些需要触摸按钮@@、滑条@@、旋钮@@、触控板以及触摸屏等@@交互界面的@@应用场景@@。相较之下@@，电感传感技术则是@@一种既可靠又经济的@@方案@@，它不仅能与现有的@@用户界面无缝集成@@，还能用于检测金属或其他导电物体的@@存在@@。英飞凌@@（Infineon Technologies）提供了先进的@@@@CapSense电容传感和@@@@MagSense电感传感产品@@@@，而且还提供了更易与这两类传感器结合的@@@@PSoC4系列@@MCU产品@@。

图@@7：PSoC4电感应用框图@@@@（图@@源@@：英飞凌@@）

PSoC4系列@@微控制器基于@@Arm Cortex-M0架构@@，这不仅保证了较低的@@能耗@@，而且其主要特色在于其内置的@@混合信号架构@@@@。该架构@@配备了丰富的@@模拟和@@数字资源@@，特别是@@为@@CapSense和@@MagSense量身打造的@@专用模块@@，大大简化了与电容和@@电感传感器的@@接口设计@@，提高了信号处理的@@效率@@。关于@@PSoC4系列@@我们推荐的@@具体型号为@@CY8C4024LQS-S411，详情可在贸泽电子@@官网@@上查询@@。

图@@8：PSoC4参数表@@（图@@源@@：英飞凌@@）

赋予机器人聆听的@@能力@@ 在人机交互领域@@，语音互动无疑是@@实现自然沟通的@@关键手段之一@@。机器人能够通过内置麦克风@@捕捉人类的@@语音指令@@，并通过扬声器进行即时反馈@@，从@@而实现双向的@@语音交流@@。对于构建高效的@@语音用户界面@@（VUI），英飞凌@@的@@@@XENSIV™ MEMS麦克风@@系列@@是@@不错的@@选择@@。这一系列@@的@@麦克风@@拥有高达@@105dB的@@动态范围@@，即便在嘈杂的@@环境或高声压级下@@，也能以极低的@@自噪声和@@微小的@@失真保持音质纯净@@，确保对音频信号的@@精准捕捉@@。推荐产品@@型号为@@IM67D130AXTSA2，详细信息可在贸泽电子@@官网@@上查询@@。

图@@9：XENSIV™ MEMS麦克风@@（图@@源@@：贸泽电子@@）

探索未来@@：自然人机交互的@@新纪元@@ 协作机器人@@的@@人机交互正逐渐迈向其终极目标@@：打造一种如同人与人交流般自然流畅的@@互动模式@@。在这种理想的@@互动中@@，哪怕是@@微妙的@@眼神和@@肢体语言都能成为信息传递的@@载体@@。技术的@@不断进步@@，尤其是@@在自然交互与情感表达方面的@@突破@@，为我们揭示了这一愿景的@@实现之路@@。随着大语言模型@@（LLM）技术的@@兴起@@@@，将其与协作机器人@@进行结合正变得越发可行@@。展望未来@@，人类将能够借助自然语言与协作机器人@@进行沟通@@，而非局限于预设的@@固定语音指令@@。得益于语义分析能力的@@加持@@，协作机器人@@在自然学习方面的@@潜力将得到@@极大拓展@@；相比之下@@，传统的@@轨迹学习能力不过@@是@@冰山一角@@。曾经高大上的@@手势识别与追踪等@@功能@@，也将成为协作机器人@@的@@标准配置@@。此外@@，如何强化人们对机器人的@@信任感也是@@人机交互研究的@@重要议题@@。机器人意图@@的@@可视化表达是@@增强信任的@@有效手段之一@@，这可以通过变换@@LED灯光颜色或利用显示屏演绎面部表情等@@多种方式实现@@。而要实现更深层次的@@无缝协作@@，我们可以考虑将虚拟现实@@（VR）技术与协作机器人@@相结合@@，甚至通过脑机接口等@@尖端技术实现人与机器共融@@，从@@而达到@@真正的@@无缝协作@@。

图@@10：有表情的@@@@Sawyer协作机器人@@（图@@源@@：Rethink Robotics）

随着技术的@@不断进步@@与创新@@，我们正向着实现更加自然@@、无缝的@@人机协作@@关系的@@愿景稳步前行@@。协作机器人@@的@@交互不仅仅是@@技术进步的@@体现@@，更是@@人类生产方式@@、工作环境乃至生活方式的@@一次深刻变革@@。这一切的@@努力@@，都旨在打造一个人与机器人能够和@@谐共处@@、互助互补的@@未来世界@@。本文转载自@@：贸泽电子@@

协作机器人@@

一文读懂@@：为什么碰撞检测@@是@@协作机器人@@的@@底层技术@@

judy — Wed, 06 Dec 2023 02:36:40 +0000

协作机器人@@

传统工业@@机器人体积庞大且安全系数低@@，因为作业半径内不允许有人@@。随着精密制造@@、柔性制造等@@动态非结构化生产需求增加@@，机器人与人@@、机器人与环境的@@共存对机器人设计提出了更高的@@要求@@，具备这种能力的@@机器人我们将其称为协作机器人@@@@。

协作机器人@@具有诸多优点@@，包括轻量化@@、环境友好性@@、智能感知@@@@、人机协作@@和@@易于编程等@@@@。在这些优点背后@@，有一项功能是@@非常重要的@@@@，那就是@@碰撞检测@@@@——主要作用是@@减少碰撞力对机器人本体的@@影响@@，避免机器人本体或者外围设备损坏@@，更重要的@@是@@防止机器人对人类造成损伤@@。

随着科学技术的@@发展@@，用于实现协作机器人@@碰撞检测@@的@@方式已经有很多@@，包括运动学@@、力学@@、光学等@@@@。当然@@，这些实现方式的@@核心都是@@具备各种检测功能的@@元器件@@。

协作机器人@@的@@碰撞检测@@@@

机器人的@@出现并非意在完全取代人类@@，很多工作需要人类和@@机器人相互合作来完成@@，这便是@@协作机器人@@诞生的@@背景@@。协作机器人@@的@@设计初衷是@@为了与人类在工作中进行互动和@@协作@@，以提升工作效率和@@安全性@@。

在一个工作场景下@@，协作机器人@@与人类直接合作@@，因此安全性问题怎么强调都不为过@@。为了保障人机协作@@的@@安全性@@，业界制定了诸多相关的@@法规和@@标准@@，目的@@就是@@为了让协作机器人@@从@@设计之初就考虑到@@人机协作@@的@@安全性问题@@。

图@@1：碰撞检测@@位于协作机器人@@设计逻辑的@@底层@@（图@@源@@：节卡机器人@@）

同时@@，协作机器人@@自身也要确保安全可靠@@。由于协作机器人@@的@@空间自由度非常高@@，且主要替代人类在复杂@@、危险环境中的@@工作@@，因此在磨削@@、装配@@、钻孔@@、搬运等@@工作中@@，也需要对可能发生的@@碰撞进行快速可靠的@@检测@@。

为了让协作机器人@@不与人类@@、环境发生碰撞@@，设计者们将碰撞检测@@大致分为四个环节@@：

1. 预碰撞检测@@@@

在一个工作环境里部署协作机器人@@时@@，设计者希望这些机器人能够像人类一样熟知环境@@，规划自己的@@移动路径@@。为了达到@@这一点@@，设计者在协作机器人@@上安装具有一定计算能力的@@处理器和@@检测算法@@，并搭建摄像头@@、传感器和@@雷达的@@一种或者几种作为检测手段@@。如上所述@@，预碰撞检测@@@@是@@有行业标准可以遵循的@@@@，比如@@ISO/TS15066协作机器人@@设计标准中@@，就要求协作机器人@@在人接近时停止运行@@，人离开时立即恢复@@。

2. 碰撞检测@@

这就是@@一个非是@@即否的@@形态@@，代表协作机器人@@是@@否发生了碰撞@@。为了不发生误触发的@@问题@@，设计者会为协作机器人@@设定一个阈值@@。这个阈值的@@设定是@@非常考究的@@@@，既要保证不能频繁触发@@，同时@@也要极度灵敏以避免碰撞@@。由于机器人的@@控制主要靠马达@@，因此设计者将这个阈值和@@马达自适应算法结合在一起@@@@，做到@@碰撞即停@@。

3. 碰撞隔离@@

当系统确认碰撞发生之后@@，需要确认具体的@@碰撞点或者是@@碰撞关节@@。此时实施隔离目的@@就是@@让这个碰撞的@@部位停下来@@。传统机器人的@@碰撞隔离@@通过外部护栏来实现@@@@，协作机器人@@由于处于开放空间@@，因此就需要通过算法和@@反向加速度来实现@@@@。

4. 碰撞识别@@

此时协作机器人@@已经确认发生了碰撞@@，相关变量已经超出了阈值@@。这时候机器人上的@@处理器需要根据@@传感信息判断碰撞是@@否为偶发碰撞@@，如果判定结果为是@@@@，那么协作机器人@@需要自我修正@@；如果判定为非偶发碰撞@@，那么此时协作机器人@@将停机等@@待人类处理@@。

可以说碰撞检测@@是@@协作机器人@@实现自我感知@@非常重要的@@主张@@，为协作机器人@@的@@大规模应用和@@进入更广泛的@@场景提供了可能@@。在不同的@@碰撞环节@@，协作机器人@@对于传感器的@@需求是@@不一样的@@@@。比如@@在预碰撞检测@@@@环节@@，系统的@@主要目的@@是@@不让碰撞发生@@，因此传感器的@@职责就是@@环境感知@@@@。实现的@@路线有很多@@，比如@@基于视觉的@@环境感知@@@@，基于毫米波雷达的@@环境感知@@@@，还有基于激光雷达的@@环境感知@@等@@@@，那么就需要配合对应的@@传感器和@@算法@@。

当碰撞发生之后@@，重要的@@是@@协作机器人@@要第一时间知晓碰撞点和@@碰撞的@@程度@@，以采取进一步的@@措施防止情况进一步恶化@@。碰撞检测@@传感器便是@@在此时发挥作用@@。常见的@@碰撞传感器主要有机械式碰撞传感器@@、磁力式碰撞传感器@@、压电式碰撞传感器@@、应变式碰撞传感器@@、压阻片式碰撞传感器和@@水银开关式碰撞传感器等@@@@。

我们都知道@@，协作机器人@@在工作时@@，机械臂会被施加来自很多方向的@@力矩@@，用以让机械臂运动起@@来进行工作@@。如下图@@所示@@，搭载碰撞传感器的@@保护系统在检测到@@碰撞发生之后@@，会施加合力矩@@、转矩以及轴向负载的@@反作用力@@，协作机器人@@会立刻停止工作@@。

图@@2：机械臂保护系统框图@@@@（图@@源@@：ATI）

如果你已经迫不及待想要实现一款具有高度安全性的@@协作机器人@@@@，下面这两款贸泽电子@@在售的@@传感器都是@@很不错的@@选择@@。

具有高分辨率阈值的@@三轴数字加速度计@@@@

上文中提到@@@@，目前用于协作机器人@@的@@碰撞检测@@@@传感器已经非常多了@@，在此我们展开说一下三轴数字加速度计@@@@。

三轴数字加速度计@@可以用于测量物体在三个坐标轴上的@@加速度@@，当碰撞发生时@@，以此计算加速度计值之间的@@差值@@，当差值累计超过阈值时@@，则确认系统发生了碰撞@@。三轴数字加速度计@@是@@目前行业里用以确认碰撞发生的@@简单方式之一@@。

下面我们就为大家介绍一款贸泽电子@@在售的@@@@，可用于协作机器人@@碰撞检测@@的@@三轴数字加速度计@@@@，来自制造商@@ROHM Semiconductor，这款器件在贸泽电子@@官网@@上的@@料号为@@KX132-1211。

图@@3：KX132-1211三轴数字加速度计@@（图@@源@@：贸泽电子@@）

KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@是@@两款硅微机械加速度计@@，具有用户可配置的@@@@@@3级高级数据@@@@路径@@(ADP)，其中@@包含低通@@滤波器@@、低通@@/高通滤波器和@@@@RMS计算引擎@@，还配备了先进的@@唤醒和@@睡眠检测功能@@。

图@@4：KX132-1211三轴数字加速度计@@功能框图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）

图@@5：KX132-1211三轴数字加速度计@@启动时间框图@@@@（图@@源@@：ROHM Semiconductor）

KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@具有高分辨率阈值和@@高精度@@@@。其中@@，高分辨率阈值可配置到@@低至@@15.6mg，还在整个温度范围内降低了噪声并改善了线性度@@。

在精度@@方面@@，KX134-1211用户可配置的@@@@g值范围可达@@±64g，输出数据@@@@传输速率可达@@25600Hz；KX132-1211用户可配置的@@@@g值范围可达@@±16g，输出数据@@@@传输速率可达@@25600Hz 。两款三轴数字加速度计@@都集成了自由落体@@、Directional-Tap™/Double-Tap™和@@设备定向算法@@，提高了低功耗模式下基于温度的@@@@ODR精度@@。

KX134和@@KX132三轴数字加速度计@@还具有出色的@@耐热性能和@@耐冲击能力@@，并内置稳压器@@，可应对严苛的@@工作环境@@。

灵敏度可选的@@法兰安装式磁簧传感器@@

磁力式碰撞传感器@@也是@@一种应用广泛的@@碰撞检测@@传感器@@，它通过磁性材料的@@磁性特性来检测磁场的@@变化@@，并将其转换成电信号输出@@，实现对物理量的@@测量@@。作为磁力式碰撞传感器@@的@@一种@@，应用于协作机器人@@上时@@，磁簧传感器更多是@@用于限位和@@安全访问@@。

接下来我们为大家推荐一款超小型法兰安装式磁簧传感器@@@@，来自制造商@@Littelfuse，贸泽电子@@官网@@上该器件的@@料号为@@59155-1-S-02-A。

图@@6：Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@（图@@源@@：贸泽电子@@）

59155和@@59156是@@Littelfuse新推出的@@超小型法兰安装式磁簧传感器@@@@，与目前市场上类似尺寸的@@产品@@相比@@，59155和@@59156更加小巧@@，尺寸仅为@@12.70mm x 9.00mm x 3.00mm，仅占用@@1.09cm2电路板空间@@。

尺寸虽小@@，不过@@Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@的@@性能很出色@@。59155和@@59156具有非常高的@@切换能力@@，可以在@@10W的@@条件下切换@@120VAC/170VDC。这些法兰安装式磁簧传感器采用非接触式开关@@，适合用于潮湿和@@恶劣环境@@。他们的@@法兰支座的@@外壳设计支持可定制@@，具有绝佳的@@可调节性@@，使其适合不同行业的@@各种小间距应用@@，这当然@@也包括从@@事严苛复杂工作的@@协作机器人@@@@。

Littelfuse超小型法兰安装式磁簧传感器@@采用壳体设计@@，可使用@@M2螺丝以@@0.1Nm扭矩进行安装@@，也支持黏合式安装@@，因此非常易于使用@@。除了应用于协作机器人@@的@@接近@@/限位传感@@、安全和@@访问控制@@，这些法兰安装式磁簧传感器也可用于工厂自动化@@、加工设备@@、家电和@@物联网@@等@@领域@@。

协作机器人@@的@@柔性交互@@

对于协作机器人@@@@，很多人都熟知它是@@工作制造领域柔性生产的@@重要组成部分@@。面向未来@@，协作机器人@@在包括碰撞检测@@等@@方面的@@发展也需要更加柔性@@。上述我们详述了协作机器人@@的@@碰撞检测@@@@@@，现阶段产业也取得了长足进步@@。不过@@，从@@用户的@@角度来看@@，这明显还不够@@。

在部署时@@，协作机器人@@对于环境的@@了解还是@@半自适应的@@@@，需要人类操作其在工作空间内巡航至少一次才能够对路线有大致理解@@。在和@@人类交互时@@，目前协作机器人@@为了避免碰撞@@，基本采取直接停止工作的@@方式应对@@，和@@我们理想中的@@人机协作@@还有差距@@。为了进一步提升柔性交互的@@体验@@，感知@@能力@@、学习能力等@@方面还需要精进@@，需要更好的@@传感器和@@算法支持@@。

未来的@@协作机器人@@必将会更加智能@@、灵活@@、多功能和@@人性化@@，贸泽电子@@也将持续将先进的@@器件带给大家@@，与行业和@@从@@业者共同成长@@。

本文转载自@@：贸泽电子@@

协作机器人@@