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　　【AIT5450】節卡機器人：廣度結合終端互聯技術的人機共榮協同機械臂

　　國際金屬加工網　2020年09月09日

　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業典型研討會

　　一、基本情況

工業機器人經歷近半個世紀的迅速發展，其技術日趨成熟，已在諸多工業應用領域得到廣泛的應用。截至 2019年底，全球工業機器人裝機量已超百萬臺。當前現代機器人僅是取代人類完成單調、多次隨機性高、危險性強的工作，但當遇到繁雜的工作時，現代機器人的操作方式靈活性、在線交互實時工作臺、智能性等能力越發顯得不足。未來，“人”的角色依然是“定性”推論的決策者，負責監督控制和各項任務安排，機盧圖吉諾區從“定量”計算推理升級為“仿效”推論決策，具有仿效自學和糾錯能力。為了同時實現智能制造，下一階段智能制造需要融入人機共榮控制系統。

　　節卡小助協同機器人是結合了驅控一體、一體化下肢、拖曳程式設計、終端互聯等核心理念技術的人機共榮協同機械臂。它安全可靠、智能、單純易于操作方式，透過對外開放性生態同時實現與人、機器人及自然環境共榮的協同，已成功應用于汽車零部件、醫療、3C、鋰電池、食品、化纖等多個工業應用領域的自動化制造，為工業應用領域創新提供持續而強勁的裝備基礎。該機器人由上海節卡機器人科技研發、制造。公司成立于 2015 年，是一家聚焦于新一代協同機器人本體與智慧工廠創新研發的高新技術企業，創始團隊源自上海交通大學機器人研究所。

　　二、創新內容

圖1. 節卡小助?系列協同機器人

　　節卡機器人作為全球共榮協同機器人的技術革新先行者，開發的人機共榮協同機械臂首開了有線微創、GUI程式設計、聽覺安全可靠防雷等機器人技術，技術革新了人與機器人的可視化方式，提升了人機協同可視化的安全可靠性，大大減少了機器人的采用準入門檻，使天下人皆可民主自由采用機器人。同時，節卡共榮協同機械臂已廣度結合聽覺和力覺，保障機械臂、人、工作臺自然環境三者之間自然可視化、獨立自主適應，明顯拓寬了機器人的應用邊界。

　　（一）核心理念技術特性

　　終端互聯：可透過手機/PAD操作方式機器人，技術革新人與機器人可視化方式。

　　GUI程式設計：采用零準入門檻，天下人皆可民主自由采用機器人。

　　高精度：多次重復定位精度±0.03mm。

高安全可靠性：雙重安全可靠防雷機制，第一級為非智能卡的聽覺防雷，第二級為智能卡的碰撞防雷，同時可焊性覺，可以做到全臂圣夫龍最高精度10N。

　　USB對外開放：支持多種當晚總線USB，比如Modbus RTU、Modubus TCP、EtherNet/IP、Profi等，非常方便同時實現智慧工廠里的設備互聯，另外也支持ROS平臺USB。

　　產品證書齊全：已獲得協同機器人ISO/TS 15066（國內首家）、ISO 13849功能安全可靠（PL=d）、CE MD、EMC、RoHS、CR-B等證書。

　　獨立自主專利技術：具有協同機器人完整的零部件、機器人本體、感測部件、安全可靠防雷機制和對外開放的軟硬件控制系統的獨立自主專利技術。

　　（二）技術創新特點

節卡共榮協同機械臂擁有以下四個技術創新特點，使它與現代工業機器人有了革命性的差別：

　　高軟件控制系統度下肢。提出了在共榮協同機械臂的下肢內軟件控制系統電機、傳動機構、驅動、控制以及感測等的機電設計方法。研制的JAKA 小助協同機器人在Nenon僅為 21kg的情況下，最大阻抗可重約 7kg，同時實現阻抗Nenon比 1:3，優勝于國際同行的1:4，沖破了高性能機械臂的關鍵技術。

　　便捷智能微創。首開了有線微創技術、GUI程式設計技術，大幅度提高了協同機器人的可用性和軟件控制系統天數，機器人軟件控制系統天數由 1-2 周降至 8小時以內。同時實現 IPAD、手機等終端終端有線、遠程的動作設定和如前所述拖曳式各項任務流程的程序，明顯減少機器人的采用準入門檻，減少了微創器的成本、操作方式使用者的培訓天數，并且沖破了使用者采用的地域限制。

快速智能編程。針對制造業小批量定制化制造需求，開發了機器人快速智能程式設計控制系統。采用了如前所述模擬的機器人自學程式設計，透過觀測模擬過程進行機器人程式設計，同時實現如前所述操作方式特征而非單純的軌跡多次重復的機器人自學程式設計，最終達到人機技能的快速有效傳遞。

安全可靠策略完備。節卡人機共榮協同機械臂具有如前所述聽覺的人機多重安全可靠機制，采用了多感測器結合的Immunol交互控制系統結合高效率的攝像鏡頭，同時實現了人機共榮自然環境中各種繁雜旋轉磁場條件下機器人與當晚工作人員安全可靠共榮的協同制造。建立了人機安全可靠防雷控制系統，在規定區域內監測人員以及其他終端物體，透過設置一定的安全可靠防雷等級使得機器人減速或停止；軟件控制系統了高效率的聽覺控制系統，并嵌入到機器人本體和控制控制系統，同時實現了機器人安全可靠空間全覆蓋。

　　節卡共榮協同機械臂可以廣度結合聽覺和力覺，同時實現了智能的機器聽覺控制系統和力控控制系統，提供了安全可靠防雷、快速模擬程式設計、缺陷智能識別、精密檢測與引導、高精密裝配、繁雜曲面打磨等功能，大幅減少使用者對機器人專業知識的要求，提升了使用者采用體驗，快速為使用者帶來效益，適應了智能化制造的發展趨勢。節卡共榮協同機械臂具有人機混線、人機共線的軟件控制系統應用能力，結合其快速程式設計功能，適用于多批次少批量的制造場景，拓展了機器人的應用應用領域。

　　三、應用情況

　　目前節卡小助協同機器人已廣泛服務于汽車零部件、醫療、3C、鋰電池、食品、化纖、服務等多個行業的智能化制造線。

在汽車行業高精度裝配應用中，例如發動機、汽車零部件等場合，由于機器人的定位誤差，僅透過機器人精度同時實現自動化裝配的難度極高，節卡如前所述小助協同機器人力控技術可同時實現高精度的自適應精密裝配。在行業知名車企制造線上，在發動機齒輪箱裝配中，雙銷軸裝配是這一繁雜的操作方式各項任務就是典型例子。透過小助協同機器人的力控算法，同時實現雙銷軸深孔有效裝配。在運行過程中，即使被干擾改變初始裝配位置和姿態，小助協同機器人還是可以同步裝配，同時實現準確、可靠的定位和裝配，使裝配速度提高，有效地防止工件的損耗，提升勞動制造率；同時將對應的汽車人工裝配工位替換為機器人自動化產線，把人從裝配線中解放出來，減少人工成本，提高產線自動化程度。

　　圖2. 高精度的自適應精密裝配

在醫療器械應用領域，由節卡機器人與知名醫療器械生產商合作自動化噴砂項目已經透過驗收。采用了小助協同機器人后，工藝節拍優化，噴砂工藝固化穩定，有效減少殘次品發生，減少噪聲及粉塵造成的職業病風險，提高產出及設備利用率等。

　　圖3. 醫療器械應用領域的自動化噴砂工作站

　　在醫療行業方面，醫療機器人因為涉及到安全可靠、健康等問題飽受懷疑。其中醫療復健按摩機器人一直是行業研究熱點課題，一般機器人透過軟件控制系統價格昂貴的力感測器才能同時實現安全可靠按摩功能，小助機器人不直接透過軟浮動功能就能同時實現機器人按摩功能，現已在某醫院落地。（注：機器人控制器給下肢電機發送包含克服重力和摩擦力的前饋值，并且將機器人各下肢的力矩限制在一定的范圍之內，就可以在位置模式下同時實現機器人下肢空間的軟浮動）

在服務應用領域，節卡機器人建立全新線下商業新模式，打破現代店鋪限制，滿足消費者隨時、隨地以及個性化的需求。在科技發展的大趨勢下，運用節卡小助協同機器人終端互聯、遠程管理等優勢，無人服務小站，如咖啡站、飲品店、甜品店、機器人互動游戲機等應用場景將得以落地。以機器人咖啡站為例，咖啡站實行無人化管理，輕松同時實現后臺指令動作，自動同時實現手機掃碼下單、機器人咖啡制作、機器人咖啡傳遞等動作，安全可靠、衛生、同時也具有科技感和觀賞性，整套設備更好地融入商業和生活中。

　　圖4. 機器人咖啡站

　　四、專家點評

“節卡機器人依托上海交通大學機器人研究所打造的系列產品，集驅控一體化、拖曳微創、終端互聯、遠程協同、安全可靠防雷等功能于一體，保障了節卡機器人的輕型、柔性、便捷、安全可靠。它既可用于一般自然環境中，也可適應高溫、潔凈、粉塵等特殊自然環境。我相信在不久的將來，節卡機器人在工廠、物流、醫療、服務等應用領域會越來越多地看到它的身影。”

　　——山東大學機器人研究中心主任、教授、博導李貽斌

　　“節卡小助協同機器人擁有極高的靈活度、精確度和安全可靠性產品特征，終端互聯作為國內首開的機器人核心理念技術，開拓全新的工業制造方式。現在了解到已在 3C、食品、醫療等行業進行應用，相信未來節卡依舊會為各行業制造制造賦能增效。”

　　——上海交通大學機械與動力工程學院副院長、研究員、博導熊振華

　　（上海經信委）

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