ABB协作机器人家族技术大解析

正月没过都是年！ABB赶着元宵给大家送了份新年礼物，全球同步推出全新GoFa和SWIFTI系列协作机器人，再加上原先已有的双臂YuMi和单臂YuMi，ABB在协作上的产品布局变得相当有意思。

本期就和大家聊聊，如果评价ABB最新发布的两款协作机器人以及ABB展示出来的产品布局。

本文内容均来自ABB的公开资料以及根据其资料的猜测，若有说得不对的地方，欢迎留言指正。

ABB协作机器人盘点

双臂YuMi

作为ABB全球发布的第一款协作机器人，大家现在已经非常熟悉，这款在2015年发布的协作机器人产品，在当时确实非常惊艳，更惊艳的是早在2011年YuMi就拿到了德国红点“Best of the best”设计大奖，人形双手环臂的招牌动作使其与人的距离更接近了一步。

即使放到现在，6年过去了，YuMi仍是可圈可点。在中国可见的协作中，YuMi也是唯一可见的量产的双臂协作机器人。而且从设计角度来说，YuMi居然采用的是倒推的方式，一开始就往最难最全的方向走，不但是协作，还是七轴；不但是七轴，还是双七轴；不但是双七轴，还带视觉；不但带视觉，电控柜还一体；不但机电一体，还有丰富的选配件。

所以双臂YuMi发布后，才发布的单臂YuMi。学霸都喜欢从最难的题开始解么……

单臂YuMi

单臂YuMi其实就是双臂YuMi取其一臂单独形成一款产品，电控柜自然也与本体分离了。二者手臂结构相同，下面我们详细看看单臂YuMi的特点。

小负载。YuMi的负载很小，只有500g，臂长也只有500mm，而且手臂不能承载，这也限制了YuMi只能用于很小的工件的装配或分拣等。

高精度。YuMi的重复定位精度是0.02mm，而其它品牌的协作机器人基本是0.1mm的级别。即使这几年其它家产品的精度陆续有提高，但也以0.05mm或者0.03mm居多，0.02mm堪比工业机器人。

非中空。YuMi的高精度也与其关节设计有关，其并没有采用协作标配的中空无框电机+中空谐波+刹车+驱动器的设计，而是采用工业机器人常用的伺服电机+直插谐波的方式。

这种设计的优势明显，装配相对容易，刹车牢靠，电机成本也较低（当然不要跟国产比成本）；相应的劣势也很明显，因为非中空，手臂里也没有驱动器，因此像工业机器人一样，从末端到基座，线缆的数量是叠加的，这样一个是限制了关节的旋转角度，另一个也给布线增加了难度。

从公开的图片中可以看到，其关节间应该是采用了双C形的布线方式，但细节上有不少工艺的设计。

低防护等级。因为非中空的缘故，YuMi并没有追求高防护等级，只有IP30，这也与YuMi面向的应用场景一般工况良好也有直接联系。

无力传感器。YuMi并没有配备关节力传感器，而是采用电流环的方式实现力控，同时，为了更加安全，YuMi的外围包裹了较软的材料。

许多体验过YuMi的人都会觉得YuMi的力控体验很好，以为有力传感器辅助，其实除了ABB的力控算法实现得较好之外，另一个主要原因是YuMi很小，所用的电机、减速机也小，摩擦力也小，因此动力学辨识相对更准一些。但是，因为没有力传感器，也就无法实现精准力控，因此我们看到的YuMi的Demo一直没有这一体现。

CRB 15000

主角来了！CRB 15000 是本次ABB发布的协作之一，取名GoFa，取义Go faster, Go further than ever。接下来，我们看看CRB 15000 的特点。

外观简洁。CRB 15000 相比YuMi确实要弱得多（毕竟YuMi颜值爆表），但从结构与配色来说，比较简洁。

构型上CRB 15000 并没有采用现在市场上最多的UR构型，与YuMi的构型更相似一些，主要是J3关节旋转轴与J4关节旋转轴不交叉，J5、J6关节旋转轴也不交叉，猜测除了J4关节放后面重心靠后之外，也可以比较好的避免奇异点。

负载5KG，臂长950mm。这个对UR5的针对性就很明显了，负载相同，臂长比UR5长100mm。但是末端线速度上感觉ABB标得保守了，只有2.2m/s，而UR5是3m/s，实际应该可以更快。精度0.05mm相比UR5 0.03mm稍低一点，但是重复精度个人认为不太好直接对比数据，都是参考国标，但是测试手法可能不尽相同，结果就可能不太一样，因此不做评价。

指标灯与按钮。指示灯与按钮现在也算是协作的标配了，不过ABB的灯的语言稍简单，这一点略失望（后面会再讲到）。对于按钮的设计，ABB采用了自定义的方式，即6轴的2个由客户自定义按钮的功能，这个设计挺人性化。但是按钮为什么没有放到末端法兰而放到6轴这点是个小遗憾，因为按钮放到末端就可以实现单手示教编程，而放到6轴上，就可能双手配合操作了，当然放到末端也会增加设计难度，所以不知是因为设计难度的取舍还是有其他考虑。

不大的关节范围。不知出于什么缘由，CRB 15000标称的关节范围只有±180°，这与iiwa相似，iiwa的关节范围还更小点。不知是否由于加了力传感器更线更复杂，所以布线更困难，不像UR 标正负360度。

老实说，UR这个标法也有点争议，一个是像2、3关节这种标了也没用，根本跑不到就自己打自己了，其它关节除了6轴，也极少会转这么大角度。最关键的是，万一有个应用多个关节都要跑±360°，不知UR的线能扛多久。所以这一点上，ABB的标法还是比较实在，不攀比。

带关节力传感器。根据官方介绍，CRB 15000是带关节力传感器的，这表现了实现精准力控的硬件条件的已经具备了。不过目前对于这方面的展示也尚未看到。

易用性。作为协作机器人，容易上手自然必不可少，ABB凭借这么多年的积累与强大的研发能力，这一点自然不在话下。

CRB 1100

刚看到发布会照片时愣了一下，这货看起来也不像协作啊，而且怎么看着这么眼熟。于是去查了下ABB官网，这不正是前不久发布的 IRB 1100么！再仔细看了发布会介绍，原来如此。

这款协作采用了不同的安全策略，把速度与安全设计分离。常见的协作都是接触式，即由本体去感知人体碰撞时的力并且及时停止，不管是电流环控制，还是力传感器，还是电子皮肤，都是这个策略；即使是非接触式的电子皮肤，比接触式的稍好一点，但还是难以解决盲点的问题，毕竟此时人与本体直接接触或者距离很短，即使有精准的力控，万一机器人末端拿的是钢针而碰巧凑过去的是人的眼睛呢？而且协作机器人经常被诟病的就是其牺牲了效率与精度。

为了解决工业机器人与协作机器人中间这条鸿沟，CRB 1100 就把速度与安全分离。速度方面，保留了工业机器人的设计，即CRB 1100 其实就是IRB 1100，只不过加上了四轴上做交互的灯，以及末端的“可拆卸引导式编程装置”，估计是个6D鼠标吧。于是CRB 1100 可以达到工业机器人级别的 5m/s 以上，IRB 1100 怎么用，它就怎么用。

而安全方面则是采用了激光扫描仪的方式。一开始看照片时，看见有个油菜黄的东西，怎么那么像AGV的激光雷达？再一查，好吧，正是SICK的安全激光扫描仪 microScan 3。而且，前面说“油菜黄”也不是随便叫的，这可是官方叫法，是不是很有画面感。原理也有简单，就是通过激光扫描仪感知人体，没人时，高速运动，有人时机器人暂停。这样一来，既满足了工业需求的高速，也满足了协作的安全。

这种策略其实不是ABB首创，之前讲过FANUC的大负载协作也采用了相似的策略，不但监测人体，表面还有缓冲材料，滴水不露，号称最大负载的协作机器人。但是小负载的机器人中，我所知道的能实现产品化的应该就ABB这款了。

不过这款产品从认证的角度来说，确实通过了协作相关的安全条例，是一款安全的机器人，但若是细究协作的协同合作的话，这里也有点争议。毕竟看起来，这款产品其实相当于加了一个隐形围栏，以前机器人是用铁围栏包起来，后来有了安全光栅，把门变成隐形的，ABB这是把“围栏”整个去掉了，变成隐形的，但只要人一靠近机器人，机器人就停了，所以严格来说并没有达到人与机器人共享工作空间，甚至想到协同合作的地方。

当时这事也不能抬扛，前面讲即使有精准力控万一拿个针戳到眼睛也不得救，而CRB 1100 要是末端拿到刀不小心甩飞出去，人又刚好走过，那也没防不胜防。要讲武德，不抬扛。

不过 CRB 1100采用激光扫描仪确实也有盲区，SICK这款产品最大扫描角度是275°，也就是说还有85°的范围是激光扫不到的，这个范围设计必须是人无法进入的，这也问题不大，本来CRB 1100 这种构型就是非对称的设计，背面工作很少会用到，估计CRB 1100 的手册会特别强调这块小空间的防护，不然万一客户忽略了这个盲区，后果不堪设想。

Roberta

前面在介绍CRB 15000的时候卖了个关子，说它交互灯的信息有点少，只是几个状态，能传达出来的信息是有限的。这是因为早在2015年的时候，除了YuMi，ABB还展示了另一款协作机器人——Roberta。这次看到ABB亮出了协作机器人家族合照才发现一直以来少了一个身影。

Roberta是ABB在2015年收购的一家初创公司Gomtec的产品，当时跟YuMi展出时，大家都在评论YuMi与Roberta形成了很好的搭配，YuMi负载小，做精细动作，而Roberta负载大，价格低，可以攻另一块市场。只是后来就没看到Roberta的身影了，寻找Roberta的信息，链接都会跳到ABB的官网。然而，ABB的官网上却没有Roberta的一席之地，最终还是别人家的孩子。

回到Roberta身上，该系列目前查到有3个不同的负载，4KG，8KG，12KG。要注意这个负载定义对比UR还是相当有意思，UR最早是有UR3、UR5、UR10，而Roberta每一款都比UR负载要大一点。而且在2015年，12KG负载的协作机器人还未看到，也就这两年才有负载超过12KG的协作机器人出现。（FANUC等这种工业机器人变种来的不算），所以当年ABB收购Gomtec还是非常有眼光的。

另外，Gomtec本身的背景也非常厉害，虽然只有25名员工，但创始人Bernd Gombert 在德国航空航天中心工作了十来年，他的项目之一是开发LBR。

是的，又是DLR，又是LBR！如果你对LBR不熟悉，没关系，你一定知道iiwa，最强协作机器人。所以真的非常有意思，智能协作机器人梯队中，iiwa、Franka、非夕、思灵、Roberta，都跟DLR有千丝万缕的关系，不是校友就是徒子徒孙，影响力可见一斑。

不过在力控上面，Roberta并没有走他校友们的路线，没有加关节力传感器，而是采用电流环的方案，这也大概是为什么在2015时大家都说Roberta便宜。但若要精准力控，Roberta也有扭矩传感器可选，满足了不同客户的需求。

重点来了，灯的问题。Roberta在末端也有交互灯，但是像是流水灯，可以通过不同的颜色以及不同的闪烁方式表达不同的状态，相比单调的颜色变换要好看得多。

而且示教编程的交互也与其他家不同（据说用KEBA的系统），手臂末端并不是按钮，而是滑动或者说拔转的方式，具体可能得看看视频才比较清楚，很遗憾只亲眼看过一次，也没来得及弄清用的什么结构。

总的来说，Roberta走的是亲民路线，与UR一样采用电流环，一样有扭矩传感器的选配适应不同需求，但是从外观设计与本体的交互设计来看，Roberta还是走在UR前面，直到现在UR的本体上也没有灯也没有按钮，所有的交互都在示教器上做。可惜这么些年过来了，UR倒是凭借丰富的配件与不断改善的软件交互一飞冲天，Roberta却淡出了人们的视线。

也不知道CRB 15000 的设计是否有吸收了 Roberta的技术，反正即使是放到现在，Roberta系列的设计仍然非常有竞争力，而且个人认为即使有了CRB 15000，Roberta似乎仍能形成互补，竞争性价比上，Roberta的设计要更好一些。

从ABB的产品看战略

从ABB的协作机器人家族来看，虽然本次发布的两款产品在技术上并没有太多惊艳的点，毕竟协作现在也不稀奇，所以从技术来说不算惊喜（这并不是在贬低这两款产品的技术，技术含量绝对是很高的，特别是CRB 1500 关节力传感器设计与标定，还有CRB 1100 安全策略在软件上的实现都挺难，而是大家的ABB的期待太高了）。

但从产品布局上，ABB在协作机器人上的布局野心勃勃，让人不得不服，不同负载，不同安全策略在不同产品上的都用上了，别人都是只选一条路，大多数也是先易后难，ABB直接把赛道都占了。小孩子才做选择，大人我全都要！

这确实很ABB，客户要什么我有什么。YuMi满足了单双臂的小零部件生产；CRB15000 满足了大负载长臂展的需求（估计CRB 15000 后续应该也会变成不同负载与臂展的系列）；而CRB 1100就更实在了，满足了大部分看中协作的安全又嫌弃协作效率低的客户，而且按个人理解，CRB 1100的安全策略可以套用到其他工业机器人上，这样的话，工业机器人与协作机器人之间这座桥就建立起来了，所有原来ABB工业机器人的客户都是CRB 1100的潜力客户，推广起来就容易很多（当然，价格会不会是影响因素还不好说，不知道CRB 1100比IRB 1100贵多少）。

单臂、双臂、电流环、关节扭矩传感器、接触式、非接触式、六轴、七轴，协作能想到的方向ABB几乎都上了。有市场、有人、有钱、有技术、有眼光、有魄力，纵观业界也还没有哪一家能像ABB这么铺赛道。且看豪横的ABB后续如何发力，也许借用协作机器人，能与老大拼一拼，也未可知。