六軸工業機器人線速度達到多大時才能稱為高速？

01-12

現在很多學位論文裡面研究工業機器人，都表示自己的機器人是「高速」、「高精度」的。但是對於「高速」和「高精度」沒有明確的定義。具體多高的線速度才能稱為高速？多高的重複定位精度才能稱為高精度？

「高速」，「高精度」這兩個詞，屬於大家見得太多習以為常，細想之下又不知該如何準確解釋的詞。

這個題目可以拆成兩個部分：

1、為什麼對於「高速」和「高精度」沒有明確的定義？

2、既然沒有明確的定義，那什麼情況下可以把自己的機器人稱為「高速」和「高精度」的？

1、為什麼對於「高速」和「高精度」沒有明確的定義？

目前主要從兩個方面來評價機器人的速度，一個是各關節的最大轉速；二是機械臂末端的空間運動速度（線速度和角速度）。

在每一台機器人的說明書上，都會列出各關節的最大轉速，但很少給出最大空間線速度的值。（有的廠商會在DataSheet中給出一個最大合成速度，但是這個值是各關節均以最大速度轉動得到的合成速度，更多的還是反應關節的最大速度，沒有太大實際意義）

在產品說明中不給出線速度的原因，是因為機械臂在不同的形態下，可達到的最大速度是不一樣的。

為了說明這個問題，我們首先了解一下目前應用最多的工業機器人。從機械結構上可以分成三種，分別是串聯6軸機器人（機械臂）、SCARA機器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）和Delta機器人，見下圖（為了簡化說明，4軸碼垛/搬運，7軸冗餘機械臂，串並混連機器人等構型沒有列出）：

以最常見的串聯6軸工業機器人為例，其結構基本上與人類的胳膊一致。大家想像一下自己的胳膊就是一個機械臂，伸直了掄與收回來再使勁掄，你的手能達到的最大速度是不一樣的，伸直了掄明顯會速度快很多，工業機器人同理。

而工業機器人屬於高度靈活的可編程設備，不同的機器人應用中，可能會用到機器人伸直了的形態，也可能會用到收回來的形態，一切以實際應用為準。

因此機器人廠商無法定義一個「明確」的手臂狀態（無法窮舉，因為可能的機器人形態有無數種；也無法給出最常用形態，因為對一個客戶常用的形態，對另外一個客戶可能就不適用；即使湊出一個使用最多的形態，用戶期望的運動方向又是不一樣的，三維空間有6個自由度，他們之間的速度方向組合又是無窮多個），也就無法給出一個「明確」的線速度大小。因此大多數廠商乾脆就不會給出線速度大小，少數廠商會給出一個「最大空間合成速度「的參數，解釋見上。

以上是對同一個機器人而言，不同的形態對應不同的最大空間速度；而對於不同的機器人而言，情況又會不一樣，主要有兩個原因：

不同構型的工業機器人，由於機械結構的限制，能達到的最大理論速度不一樣（假設關節最大速度相同），因此不同結構之間的機器人無法進行直接對比，也就無法使用同一種速度評判標準；
對於同樣結構的不同機器人，還有大小的區別。想想一下十八歲的成年人的胳膊和三歲小朋友的胳膊，即便要求成年人用和小朋友一樣的肩部轉速掄胳膊，由於成年人的臂展更長，末端手的速度必然會更大。因此，不同臂展的機器人也無法使用同一種速度評判標準；

借用一張ABB的產品全家福（侵刪），大家感受一下不同大小，不同構型機器人之間的區別。

「高精度」問題比「高速」還要複雜一些，因為速度只有線速度和角速度兩種，而精度指標很有多種，例如重複定位精度、重複姿態精度、絕對位姿精度、空間路徑精度、線速度跟蹤精度、角速度跟蹤精度等等，在設計這些評測指標時，同樣會遇到上述的各種限制。

慶幸的是，由於目前工業機器人的應用領域仍然還不是非常廣泛（相對於人類整個的生產活動），因此當前只對重複定位精度和絕對位姿精度有較高的要求，這兩個指標已經有了一些大概的共識。

現在主流的工業機器人，重複定位精度高於±0.02mm，全工作空間內絕對定位精度高於±1mm，基本可以說是「高精度」機器人了。

2、既然沒有明確的定義，那什麼情況下可以把自己的機器人稱為「高速」和「高精度」的？

當前的主流做法其實很簡單：既然無法對不同大小，不同構型的機器人提供統一的評價指標，那就按照不同的機器人種類（一般按目標應用領域來分），分別給出評價方法。

舉兩個栗子。

比如說在小型6軸機器人領域（用於小型工件加工，如3C領域），一般以標準節拍時間來作為速度性能指標的評價標準。

標準節拍時間是指：機器人攜帶1公斤的負載，從起點開始，向上移動25mm，平移300mm，向下運動25mm，然後沿路徑返回起點這樣一個過程所耗費的時間，如下圖（圖中是NACHI的MZ07系列，標準節拍時間為0.31s）：

目前行業內頂級水平，可以將該指標控制在0.4s以下，比如EPSON的C4系列為0.37秒，C8系列為0.31秒，DENSO的VS系列可以做到0.33秒。感興趣的可以看一下這個視頻EPSON C4 std motion 1440感受一下。

再比如在碼垛/搬運領域，主要是搬運外形統一，重量比較大的物品，一般是以每小時最多可搬運多少次來評價速度，這個指標同樣可以抽象為一個類似小機器人的標準節拍時間，只不過由於臂展增加，往返距離會相應變大（60kg負載，向上400mm，平移2000mm，向下400mm，然後按原路徑返回起點），如下圖：

ABB IRB460碼垛機器人，一個小時內最多可完成2190次標準節拍，NACHI的LP系列每小時可完成1800次標準節拍。

SCARA和Delta領域接觸不多，但是肯定會有類似的評價指標（定義一個標準動作，考察循環時間，而不考察絕對的最大速度），歡迎其他知友補充。

貼一個史陶比爾神機TP80的視頻，大家感受一下速度：

St?ubli TP80 Fast Picker robot

歡迎關註：

OnionBots - 知乎專欄

我們的公眾號（珞石機器人）：

http://weixin.qq.com/r/LEWHnzHE0GyvrXX89xA_ (二維碼自動識別)

什麼叫高速，以安川機器人為例：實際應用中的高速一般是指關節速度100%即1500MM/S，或者控制點速度最大1500MM/S。這個速度在機器人領域裡算中等。一個軌跡點與下一個軌跡點之間並不是勻速走過去的，而是有加速，到速度頂峰，減速到終點的一個過程，在這個過程里安川的速度控制比不上ABB，ABB可以達到7000MM/S的瞬時速度。所以速度上來說ABB比安川要好。原因可能1是ABB系統確實牛逼，2是因為日本企業講究節省材料，電機都是將將夠用，而ABB都是大牛拉小車，同樣的負載安川可能用13千瓦電機，ABB就用30千瓦電機。

至於重複精度，大家都差不多都是0.02-0.03，可能史陶比爾要高一點（據同行說）。以安川機器人為例：弧焊類要高一些，因為它負載小而且精度要求高，所以會用到諧波減速機。搬運點焊的大型機精度要差一點，因為用的是RV減速機。

搬運機器人線速度在3500左右，算高速，但很多情況下，還沒加速到最大速度就開始減速了。

先佔個位，待我拍照片再來回答。但是1、首先一點，學術的說法是學術的說法，實際商品或者是自動生產線又是另一種說法。

2、站在不同角度又是另一種定義。