下一代同事或是新一代同事，无论怎样的称呼，全球的制造、仓储、物料搬运和供应链领域正掀起一场机器人革命。

当被问及如何设想机器人的模样时，多数人都会想到在大型工厂围栏区域工作的庞大且笨重的机器人，或是会模仿人类行为的未来装甲战士。

然而介于这两者之间，其实还有一种新的现象正在悄然发生：那便是被称为“协作机器人”的合作机器人，这种新型机器人能够与员工一同工作而无需使用安全围栏进行隔离。这种类型的合作机器人可有望填补全手动装配生产线与全自动生产线之间的差距。迄今为止，部分企业，尤其是中小型企业依然认为机器人自动化过于昂贵和复杂，因而不去考虑对其应用的可能性。

传统工业机器人体型庞大，在玻璃防护罩后工作，且广泛应用于汽车行业及其他大型装配生产线。与之不同的是，协作机器人重量轻、高度灵活、移动方便，且能够重新编程并解决新的任务，可帮助企业调整实现更高级的小批量加工生产，从而应对短期生产的挑战。在美国，汽车产业应用机器人的数量依旧占据约65%的市场销售总量。而美国机器人工业协会RIA援引观察员数据，认为在可能受益于机器人的企业中，迄今只有10%的企业已经安装了机器人。

图1  在奥迪康工厂，UR机器人被牢固的安装在注塑成型机上，可以在模具上方移动并拣取塑料元件。这一操作采用特别设计的真空系统来完成，可确保敏感部件不被损坏

降低准入门槛

机器人安装数字如此之低的原因主要在于成本、用户友好性和适用性这三大挑战，而这些问题现在都已被新型协作机器人成功解决。在财务方面，下一代复杂的产品需要装配适应性强，且精确度和可靠性高，即使劳动力成本可以承受，也完全超出了人类工人的技能。

根据传统的经验法则，一个机器人所需的成本相当于企业需付与一名员工两年的薪酬。但是协作机器人的成本仅接近于这一成本的1/4。再加上新型机器人可为工厂实现更快的周转，及机器人技术日新月异的发展，所有这些都表明生产外移已经失去了合理的商业意义。相反，新型机器人以其具备的高科技，正将薪资大战变成一场提高产品质量和加快周转时间的竞争。

图2  助听器制造商奥迪康采用UR5机械手臂来完成铸造车间的各项工作，而抽吸工具也被替换为可用于处理更为复杂铸件的气动夹具。该六轴机器人的工作周期为4～7s，可完成奥迪康传统两轴和三轴机器人无法实现的翻倒和倾斜操作

即插即用型机器人

就传统机器人而言，其自身成本仅占系统总成本的25％～30％。而剩余成本则与机器人编程、安装以及专用的屏蔽工作间相关。协作机器人的“开箱即用体验”通常少于1h。这其实便是将机器人拆包、安装以及编写第一个简单任务程序所需的时间。

为什么协作机器人具备用户友好性？无需再依赖熟练的程序员，这种新型机器人配备了平板触摸型用户界面，用户可通过在屏幕上指示动作来操控机械手臂。或者通过轻松把持机械手臂，向它展示所需的运动路径。该界面符合多数工业传感器和可编程逻辑控制器（PLC）的标准。编写新的任务程序非常简单，丹麦助听器制造商奥迪康（Oticon）公司对此深有体会。新型合作机器人可对用户进行直观指导，且精确度高，这给奥迪康留下了深刻印象。奥迪康需要机动性高的机器人来帮助其实现短期生产的经济收益。在医学工程迅速发展的今天，生产工艺也随之不断改进，而助听器型号也更为广泛，这使得企业需要应用机器人来实现规模更小的批量生产。

精确的操控性

奥迪康以往采用的传统机器人无法解决适用性和便携性等相关问题。而安装了新型机器人后，这一切便迎刃而解。现代助听器的零件越来越小，其尺寸通常只有1mm。助听器制造商一直在寻找一种能从模具中吸出小零件的解决方案。这对手工操作来讲是完全不可能的。同样，只能够进行横向和纵向运动的“老式”两轴或三轴机器人也无法实现。如果一个小零件卡在模具中，机器人必须能够将这个零件找出（图1）。

奥迪康用了一天就在其成型车间安装好机器人以应对新的任务。新型机器人可被牢固地安装到注塑成型机的模具上方，通过特别设计的真空系统来吸取塑料元件，而更为复杂的模制部件则使用气动夹具来处理。由于采用了六轴设计，新型机器人机动性很高，可以通过旋转或倾斜的方式将零件从模具中迅速取出。新型机器人的工作周期为4～7s，具体时间取决于生产运行的规模和部件的尺寸。由于优化了生产流程，其投资回收期仅为60天（图2）。

图3  Cascina Italia使用优傲机器人公司的UR5机器人后，其自动化包装流水线每小时可处理15000枚鸡蛋。公司员工可以快速的为机器人重新编程，并紧挨着它工作而无需使用安全围栏。由于Cascina工厂车间布局在规划之初并未预料到要容纳单独的机器人自动化设备，因此一个可以在不同的工作任务之间快速移动的便携式机器人对这家意大利经销企业而言就至关重要

可在有限空间内工作

在意大利的Cascina Italia工厂，一个在包装流水线上工作的协作机器人每小时可以处理15000枚鸡蛋。这种机器人配备了气动夹具，可以完成10枚装蛋托的装箱操作。由于每个蛋箱装有9层，每层10枚的装蛋托，因此这项工作需要非常精确的操作和小心的放置。

起初，Cascina并未想到能够使用机器人来完成这项工作，但是在工厂中观看了机器人的实地演示后，这家企业很快意识到应用机器人的好处。90天之后，新型机器人便正式在工厂流水线工作。这台机器人只有11lb（1lb≈0.454kg）重，可以在不同的包装流水线之间轻松移动，而这一点对Cascina而言至关重要，因为这家企业有4种不同大小的鸡蛋产品，需要机器人能够在员工身旁极其有限的空间内工作（图3）。

图4  在纳维亚烟草公司，现在由UR5机器人完成烟草罐装箱的操作流程，员工得以从重复的繁重劳动中解放出来，他们被转调至更为轻松的岗位上。由于工厂的包装装置上没有足够的空间来隔离机器人，因此部署协作机器人极大的简化了装置并降低了成本

安全第一

在很长一段时间内，安全问题一直是机器人实验室研发工作的热点和主要推动力。考虑到与员工一起工作的安全性，新一代工业机器人由球形关节、反向驱动电动机、力传感器和重量更轻的材料构成。

Cascina工厂部署的机器人严格遵从现行有关力和力矩限制的安全要求，一旦与人类员工发生触碰，机器人身上内置的力控制装置就会自行限制触碰力度从而避免造成人身伤害。在多数应用中，通过风险评估之后，这一安全功能使得机器人可以在无需安全防护的情况下开展工作。

避免繁重的劳动

在斯堪的纳维亚烟草公司（Scandinavian Tobacco Company），协作机器人现在可以直接和员工一同工作，在烟草包装装置上完成为烟草罐加盖的工作（图4）。

同时，纳维亚烟草公司研发了自己的夹具，并安排企业内部技术人员完成初始编程工作。这既保护了企业的专有技术，也确保了高生产率，同时还避免了生产停机情况的发生，而一旦自动化解决方案出现故障也无需另行聘请收费昂贵的外包顾问。优化生产的实现使得企业业主决定将生产基地继续留在薪资水平高的斯堪的纳维亚国家。该烟草公司新型机器人的投资回报周期为330天。

图5  在强生公司，员工非常喜欢和他们的新型协作机器人同事UR5一起工作，他们还给它取了一个昵称——“克里欧”

从45瓶/min到70瓶/min

大型制造企业同样也能受益于新型机器人。在强生（Johnson & Johnson）公司设于希腊雅典的分厂，协作机器人显著优化了洗发和护肤产品的包装流程。这个机械手臂夜以继日地工作，每2.5s就能从生产线上同时拿起三瓶产品，对它们进行定向处理并放置在包装机内。手工操作1min可处理45瓶产品，而采用机器人辅助生产方式后1min则可处理70件产品（图5）。

这些瓶子均以真空方式吸起并被安全转送，没有任何刮伤或滑落的风险。而机器人的灵巧性在此起着至关重要的作用，因为这些瓶子形状各异、大小不同，且标签并不是打印在所有产品的同一侧，这意味着该机器人必须既能从右侧也能从左侧抓握产品。强生公司任何一名员工都可以为机器人重新编程以完成新的任务，这样就为公司节省了聘请外包程序员的成本。

机器人技术发展的新方向

一谈到人类协作和生产的灵活性，传统工业机器人的功能必须在几乎所有层面上进行升级：从固定安装到可重新安置，从周期性重复的任务到频繁变化的任务，从间歇连接到持续连接，从与人类没有互动到与工人频繁协作，从空间隔离到空间共享，以及从数年实现盈利到接近即时的投资回报等。在不久的将来，机器人技术这一新兴领域将会出现更多的新发展，这将不断改变人们的工作方式及与技术互动的方式。