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协作机器人的特点

2025-12-05 11:18:39 8
协作机器人(Cobot)与传统工业机器人的核心差异,源于其 “与人协作” 的设计定位。相比工业机器人,协作机器人在安全性、灵活性、部署成本、易用性等维度具备显著优势,更适配现代制造业 “柔性生产”“小批量多品种” 的需求。以下从 6 个核心方面展开对比分析:

1. 安全性:从 “物理隔离” 到 “人机共存”

传统工业机器人的核心安全逻辑是 “物理隔离”—— 通过安全围栏、光栅、防护门等设备将机器人与人员彻底隔开,避免高速运动的机械臂对人体造成撞击、挤压伤害(其运动速度快、负载大,一旦失控风险极高)。而协作机器人的设计核心是 “主动安全”,通过多重技术实现 “人机近距离协作”:
  • 力控感知:内置扭矩传感器,可实时检测碰撞力(通常触发阈值低于 50N),一旦接触人体或障碍物,立即减速或停止(如 Universal Robots 的 “碰撞检测” 功能);

  • 限速限力:默认运动速度低于 250mm/s(远低于工业机器人的 1-3m/s),且最大负载通常在 1-16kg(工业机器人可达数百公斤),即使碰撞也不会造成严重伤害;

  • 安全认证:需通过国际安全标准(如 ISO/TS 15066)认证,确保在无物理隔离的场景下符合人机协作安全要求。

应用场景:可直接部署在产线工位旁,与人共同完成装配、分拣、质检等任务(如汽车零部件组装中,人负责精密定位,机器人负责抓取拧紧),无需额外占用围栏空间。

2. 灵活性:适配 “小批量多品种” 生产

传统工业机器人的优势是 “大批量标准化生产”(如汽车焊接、电子元件批量贴装),但存在 “刚性” 缺陷:
  • 需固定安装在地面或支架上,运动范围受机械结构限制;

  • 更换任务时,需专业工程师重新编程、调整工装夹具,调试周期长达数天至数周,成本高。

协作机器人则以 “柔性化” 为核心竞争力:
  • 部署灵活:重量轻(通常 20-50kg),可通过移动底座(AGV)快速转移至不同工位,无需固定安装;

  • 编程简单:支持 “示教编程”(人员手动拖动机械臂沿目标路径运动,机器人自动记录轨迹),无需掌握复杂的代码(如 ABB YuMi 支持 “手把手示教”,普通工人 10 分钟可学会基础操作);

  • 快速换型:针对小批量订单(如 3C 产品定制化生产),换型调试时间可缩短至 1 小时内,大幅提升生产响应速度。

3. 部署成本:降低 “门槛” 与 “隐性支出”

传统工业机器人的 “总成本” 不仅包括设备本身(通常 10-50 万元 / 台),还包含高额的隐性成本
  • 安全防护成本:围栏、光栅等防护设备需额外投入 1-5 万元,且占用车间空间;

  • 安装调试成本:需专业团队进行地面固定、电气接线、程序编写,调试费用占设备价的 20%-30%;

  • 维护成本:需定期更换高精度部件(如伺服电机、减速器),且依赖专业工程师维护。

协作机器人则显著降低了 “入门门槛”:
  • 设备成本:主流型号价格集中在 5-20 万元 / 台,部分轻量化型号更低;

  • 无防护成本:无需围栏,直接节省防护设备采购与空间占用成本;

  • 低维护成本:结构简化(如采用谐波减速器或直驱电机),故障率低,且普通工人可完成基础维护。

数据参考:小型企业部署 1 台协作机器人的总成本,仅为传统工业机器人的 1/3-1/2。

4. 易用性:从 “专业编程” 到 “人人可操作”

传统工业机器人的编程依赖专业技能:需工程师掌握 G 代码、PLC 逻辑或专用机器人语言(如 KUKA 的 KRL、Fanuc 的 Karel),且调试过程需反复校准参数,对人员要求高。协作机器人则主打 “平民化操作”,降低对使用者的技术门槛:
  • 图形化编程:通过触摸屏拖拽图标、设置运动参数(如速度、位置),即可完成程序编写(如 UR 的 Polyscope 界面);

  • 示教编程:手动引导机械臂到目标位置,机器人自动记录路径,无需编写代码;

  • 场景化模板:针对常见任务(如抓取、搬运、装配)提供预设程序模板,工人只需调整少量参数即可直接使用。

效果:普通产线工人经过 1-2 小时培训,即可独立操作协作机器人完成基础任务,无需依赖专业工程师。

5. 空间适应性:适配 “紧凑工位”

传统工业机器人因体积大(如 6 轴工业机器人臂展常超过 1.5m)、需固定安装,对车间空间要求高,通常只能部署在宽敞的专用区域。
协作机器人则以 “小型化、轻量化” 为特点:
  • 体积小:臂展多在 0.5-1.2m 之间,机身紧凑(如 Doosan 的 M1013,机身高度仅 850mm);

  • 无需固定:可安装在工作台面、移动支架上,甚至嵌入现有产线的狭小间隙中;

  • 空间利用率高:适合电子、医疗器械等 “车间空间有限” 的行业,可在传统机器人无法部署的工位(如流水线旁的辅助装配位)发挥作用。

6. 任务适配性:聚焦 “辅助性、精密协作” 任务

传统工业机器人擅长 “高强度、高速度、重复性任务”(如重型焊接、批量搬运、高速分拣),但在 “需要与人配合的精密任务” 中存在局限。协作机器人则更适配 “人机协作型任务”,尤其擅长:
  • 辅助性任务:如为工人递料、固定工件(减轻工人劳动强度,避免重复性劳损);

  • 精密协作任务:如电子元件装配(力控精度可达 ±0.1N)、产品质检(搭配视觉传感器,与人共同完成外观检测);

  • 柔性处理任务:如易碎品(玻璃、陶瓷)搬运(通过力控避免挤压损坏)、定制化装配(小批量产品的个性化组装)。

案例:在手机组装产线中,协作机器人负责抓取屏幕并精准定位,工人负责连接排线,两者协同完成装配,效率比纯人工提升 30%,且不良率降低。

总结:协作机器人与工业机器人的核心差异表

对比维度协作机器人(Cobot)传统工业机器人
安全性主动安全(力控、限速),人机共存,无需隔离物理隔离(围栏),禁止人机接触,风险高
灵活性快速换型(1 小时内),可移动,适配小批量多品种换型慢(数天至数周),固定安装,适配大批量标准化
部署成本5-20 万元 / 台,无防护成本,低维护10-50 万元 / 台,需防护成本,高维护
易用性图形化 / 示教编程,普通工人可操作专业代码编程,依赖工程师
空间需求小型化,适配紧凑工位,空间利用率高体积大,需专用区域,空间需求高
核心任务人机协作、辅助装配、精密操作、柔性处理高速重载、批量生产、高强度重复任务
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