2020年协作机器人行业发展蓝皮书.pdf - 第30页
2020 年协作机器人产业发 展蓝皮书 29 UR 丹麦 UR e 系列 有 无 无 DENS O 日本 C O B O T TA 有 无 有 Kin ova Robotics 加拿大 Jaco2 无 无 有 Doosa n Robotics 韩国 M0609/M 0617/M101 3/M1509 有 无 无 数据 来源：公开资 料，高工 机器人 产业研究所（ GGII ）整理 2 、 冗余自由度 就机械臂 而言， 当 机械臂具 有 …
2020 年协作机器人产业发展蓝皮书
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第三节 国内外协作机器人技术对比
协作机器人属于工业机器人的衍生品，其三大核心零部件与工业机器人相似，即控制器、
减速器、伺服系统。
在某种程度上，协作机器人核心零部件主要被国外品牌主导。以电机为例，传统的工业
机器人使用交流伺服系统，国产的交流伺服有可以替代国外的产品，但是综合性能与国外产
品还存在一定差距。而协作机器人使用的中空直流电机，主要被科尔摩根垄断，国内可替代
的产品大多参考其设计。
尽管核心零部件尚存在一定的差异，但是在市场需求、应用环境和工艺的要求下，以
JAKA 节卡机器人为代表的国内协作机器人产品在某些方面已经赶超国外品牌。
单从产品看， 2019 年国内厂商推出了七自由度冗余协作机器人，如珞石的 xMate 和
艾利特的 EC75；国内厂商推出了内置力传感器的协作机器人，如 JAKA 节卡机器人 Zu S
系列；国内首推了用于协作机器人的非接触式碰撞检测技术，如越疆科技的协作机器人 CR5。
1
、传感器
近几年越来越多的协作机器人产品开始内置力传感器、相机、夹具等，不仅使得协作机
器人更加智能，而且提前为下游企业做好了部分集成的工作。这 将 提高协作机器人对外部环
境的感知能力，而且有利拓展协作机器人应用领域。
目前市场上的协作机器人内置力传感器或相机或夹具的产品如下表：
图
表 16 协作机器人内置力传感器或相机或夹具的主要产品
企业 所属国家 主要产品 力传感器 相机 夹具
节卡
中国
Zu 系列/通用版、s 版 有 选配 选配
节卡 All-in-on 共融系列 选配 有 选配
遨博 iV 系列、iF 系列 有 有 无
达明
TM5-700/900
无 有 无
珞石
xMate
有 无 无
KUKA
德国
LBR iiwa 7/14
有 无 无
Franka Emika
PANDA
有 无 有
远大
M6
无 有 有
Rethink 美国
Sawyer
有 有 有
ABB 瑞士
YuMi
无 无 有
年国内厂商推出了七自由度冗余协作机器人，如珞石的
；国内厂商推出了内置力传感器的协作机器人，如
系列；国内首推了用于协作机器人的非接触式碰撞检测技术，如越疆科技的协作机器人
；国内厂商推出了内置力传感器的协作机器人，如
JAKA
系列；国内首推了用于协作机器人的非接触式碰撞检测技术，如越疆科技的协作机器人
尽管核心零部件尚存在一定的差异，但是在市场需求、应用环境和工艺的要求下，
已经赶超国外品牌。
年国内厂商推出了七自由度冗余协作机器人，如珞石的
xMate
系列；国内首推了用于协作机器人的非接触式碰撞检测技术，如越疆科技的协作机器人
相机、
智能，而且提前为下游企业做好了
协作机器人
协作机器人内置力传感器或
相机或夹具的产品如下表：
内
置
力
传
协作机器人内置力传感器或
机
器
人
内
16
所
属
国
家
越来越多的协作机器人产品开始内置力传感器、
部分集成的工作
。这 将
应用
领域。
相机或夹具的产品如下表：
2020 年协作机器人产业发展蓝皮书
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UR 丹麦 UR e 系列 有 无 无
DENSO 日本
COBOTTA
有 无 有
Kinova Robotics 加拿大
Jaco2
无 无 有
Doosan Robotics 韩国
M0609/M0617/M1013/M1509
有 无 无
数据来源：公开资料，高工机器人产业研究所（
GGII
）整理
2、
冗余自由度
就机械臂而言，当机械臂具有比刚好能完成给定任务所需要自由度更多的自由度时候，
就具有了运动学上的冗余度。一般任务要求末端执行器跟踪一个运动轨迹，这就需要 6 个自
由度，于是大多数工业机械臂都是 6 自由度，因此具有 7 个或者更多关节的机械臂被当成
本质上冗余的机械臂。
3、
无线示教
由 JAKA 节卡机器人首创机器人无线示教技术不仅拓展了机器人在多个系统和平台的
示教方式，而且解除了线束对操作人员的限制，同时增强了现场人员和设备的安全性。
从 2019 年协作机器人市场新品可以看出，国内企业采用无线示教的趋势越来越明显，
其中，7 家国内协作机器人新品（六轴协作）有 4 家支持无线示教，4 家国外协作机器人新
品有 1 家支持无线示教。
图
表 17 2019 年协作机器人市场新品盘点
企业名称 产品型号 主要特点
节卡 小助系列/All-in-one 共融系列 负载 3kg、7kg、12kg、18kg，内置力传感器，无线示教。
新松
GCR14-1400
负载 14kg，工作半径 1400mm。
遨博 i16、iV 系列、iF 系列 负载 16kg，支持智能视觉，内置力传感器。
配天
MoKi 5
负载 5kg，三色状态指示灯，无线示教。
大象
Catbot
负载 5kg，无线示教，语音控制。
溱者 chin 系列 负载 8kg，外轴扩展。
越疆
DOBOT CR5
负载 5kg，无线示教，无接触碰撞检测。
发那科
CRX-10 iA
负载 10kg，开放的外设接口。
安川
MOTOMAN-HC20DT
负载 20kg，防护等级 IP67，食品行业专用。
优傲
UR16e
负载 16kg，内置力传感器。
远大 M6 升级版 无线示教，内置视觉，内置夹具。
数据来源：公开资料，高工机器人产业研究所（
GGII
）整理
机器人无线示教技术不仅拓展了机器人
机器人无线示教技术不仅拓展了机器人
在多个系统和
限制，同时增强了现场人员和设备的安全性。
就具有了运动学上的冗余度。一般任务要求末端执行器跟踪一个运动轨迹，这就需要
或者更多关节
的机械臂被
机器人无线示教技术不仅拓展了机器人
限制，同时增强了现场人员和设备的安全性。
，国内企业采用无线示教的趋势越来越明显，
新品（六轴协作）有
2019
年
协
作
表
17
品
型
in
-
one
共融系列
系列
年协作机器人市场新品可以看出
，国内企业采用无线示教的趋势越来越明显，
新品（六轴协作）有
4
家支持无线示教，
机
器
GCR14
-
1400
系列、
atbot
限制，同时增强了现场人员和设备的安全性。
限制，同时增强了现场人员和设备的安全性。
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第四节 协作机器人技术发展趋势与方向
日本机械学会将机器人智能分为五个等级：
级别 I——非自主运动；
级别 II——弱自主运动；
级别 III——部分自主运动；
级别 IV——半自主运动；
级别 V——完全自主运动。
每个级别的进阶都离不来机器人三要素：结构、感知和认知。因此，将从如下几个方面
探究协作机器人技术趋势及方向。
1、
协作机器人结构仿生化
随着这几年国内外对仿生化的研究力度，弹性和软物质材料的探索和应用将提升机器人
与人/环境协作的适应性，同时，针对多种动物研究而衍生出的仿生臂，将使得机械臂结构
更优于普通 7 轴协作机械臂。
在探索的同时将结构--驱动--控制--一体化设计、高效驱动传动机理、非线性动力学制、
刚--柔--软耦合机器人动力学控制及高效计算方法等挑战一一突破。此外，构建多场约束运
动机构创新及刚柔耦合系统集成设计理论，突破高能量密度新型传动、驱动技术。
目前，较为直观的获取外部力信息的方法是在每个关节都安装力矩传感器进行测量，进
而估算出机器人末端的外部力。这种方法对硬件设计要求较高，在实际生产当中成本也很高。
因此，不少研究人员正努力通过利用干扰观测器进行机器人末端外部力及各关节的干扰力矩
的估算，通过获取电机的电流/转矩及关节转角信号重建外部力信息等方式。随着动力学的
深入研究，协作机器人成本将进一步降低，更多柔性材料将会被引入，大大提高协作机器人
的安全性与灵活性。
2
、
协作机器人感知融合化
感知是机器人与人、机器人与环境、以及机器人之间进行交互的基础。就感知技术而言，
除了多传感信息融合依然是研究热点之外，机器人越发呈现出与脑神经科学、生物技术、人
工智能、认知科学、网络大数据技术等深度交叉融合的态势。
其中，借鉴生命系统进化出的快速学习能力，实现生物神经网络针对特定任务的训练和
快速收敛，并将其映射到人工智能算法中（类生命孪生）用于机器人的智能学习，这将增强
机器人对环境感知能力。
这几年国内外对仿生化的研究力度，弹性和软物质材料的探索
环境协作的适应性，同时，针对多种动物研究而衍生出的仿生臂，将使得机械臂结构
这几年国内外对仿生化的研究力度，弹性和软物质材料的探索
和应用将提升机器人
环境协作的适应性，同时，针对多种动物研究而衍生出的仿生臂，将使得机械臂结构
结构、感知和认知。因此，将从
如下几个方面
环境协作的适应性，同时，针对多种动物研究而衍生出的仿生臂，将使得机械臂结构
一体化设计、高效驱动传动机理、非线性动力学制、
软耦合机器人动力学控制及高效计算方法等挑战一一突破。此外，构建多场约束运
动机构创新及刚柔耦合系统集成设计理论，突破高能量密度新型传动、驱动技术。
目前，较为直观的获取外部力信息的方法是在每个关节都安装力矩传感器进行测量，进
端的外部力。这种方法对硬件设计要求较高，在实际生产当中成本也很高
目前，较为直观的获取外部力信息的方法是在每个关节都安装力矩传感器进行测量，进
端的外部力。这种方法对硬件设计要求较高，在实际生产当中成本也很高
因此，不少研究人员正努力通过利用干扰观测器进行机器人末端外部力及各关节的干扰力矩
端的外部力。这种方法对硬件设计要求较高，在实际生产当中成本也很高
因此，不少研究人员正努力通过利用干扰观测器进行机器人末端外部力及各关节的干扰力矩
的估算，通过获取电机的电流
转矩及关节转角信号重建外部力信息等方式。随着动力学的
深入研究，协作机器人成本将进一步降低，更多柔性材料将会被引入，大大提高协作机器人
一体化设计、高效驱动传动机理、非线性动力学制、
软耦合机器人动力学控制及高效计算方法等挑战一一突破。此外，构建多场约束运
动机构创新及刚柔耦合系统集成设计理论，突破高能量密度新型传动、驱动技术。
目前，较为直观的获取外部力信息的方法是在每个关节都安装力矩传感器进行测量，进
的估算，通过获取电机的电流
深入研究，协作机器人成本将进一步降低，更多柔性材料将会被引入，大大提高协作机器人
的安全性与灵活性。
机
器
人