协作机器人要实现0.03mm路径精度有多难

协作机器人，长期以来被套上“精度低”的魔咒。

一方面，协作机器人与传统工业机器人具有不同的设计理念和产品定位，区别于传统工业机器人追求“高速度、高精度、高负载”的特点，协作机器人更多地追求轻量化、柔性、快速部署及安全协作性。因而协作机器人在设计之初，其精度就被一定程度地牺牲了。

另一方面，提升协作机器人的精度确实是一个棘手的课题，其源于多方面的复杂性和相互依赖性，包括编码器、力传感器等传感器的精度，控制系统的设计，机械结构等技术难点。而在实际应用中，协作机器人负载、臂展的变化，也会直接影响其运动轨迹和精度。同时，工作环境的变化（如温度、湿度、电磁干扰等）也可能对协作机器人的精度产生影响。

近年来，协作机器人的性能不断向工业方向靠拢，稳定性、负载、速度持续提高的同时，重复定位精度也达到了工业级别的±0.02mm。此外，减速器、伺服系统，先进控制算法、多传感器融合技术、机器人标定与补偿技术等产业链技术的升级为协作机器人不断打破精度极限奠定了基础。

但高工机器人也注意到，当前，各协作机器人企业对外关于精度的描述，更多在于“重复定位精度”，关于“绝对定位精度、轨迹精度”的提及甚少。据了解，其中一个重要原因是，重复定位精度不需要标定与补偿，其它精度则需要采用激光等设备进行标定与补偿，这不仅涉及成本问题，还包括算法能力问题，而且大部分应用场景下对于绝对定位精度、轨迹精度的要求没那么高，因而大部分协作机器人企业也就没有对外承诺绝对定位精度、轨迹精度等参数指标。

然而，对于一直以来以工业机器人的标准来提升协作机器人能力的ABB来说，“精度”极限一次次被其打破。近期，ABB协作机器人通过软硬件一同发挥作用，再现“轨迹精度达到±0.03mm”的新高度。

 

树立业内精度新标准

早在2015年，在ABB双臂协作机器人YuMi正式发布时，其对外官宣的重复定位精度就达到了±0.02mm。行业人士向高工机器人介绍：“对比单臂协作机器人来说，双臂协作机器人需要确保两个手臂能够准确到达预定位置，并保持一定的空间关系，更加考验其绝对定位精度。”可见，双臂协作机器人YuMi的绝对定位精度也不容小觑。

2021年，ABB推出快速精准的SWIFTI工业协作机器人，兼具协作机器人的安全协作性能、易用性和工业机器人的运行速度、精度及稳定性，具有±0.01mm重复定位精度。

 

与SWIFTI工业协作机器人同时推出的还有GoFa协作机器人系列，彼时，ABB即公开表示“GoFa需与ABB的OmniCore机器人控制器系列配合使用，OmniCore具有一流的运动控制和路径精度。”到了2023年，ABB继而推出GoFa协作机器人系列GoFa 10和GoFa 12两款新品，对外透露其重复定位精度达±0.02mm。

 

如今，GoFa协作机器人系列已经成为了ABB各大协作机器人产品系列中的“销冠”。

2024年上海工博会上，ABB再一次给业界带来“惊叹”。9月24日，ABB机器人推出了Ultra Accuracy（超高精度功能选项），根据ABB对外表述：“这是GoFa协作机器人系列一项新的行业领先功能，可实现目前协作机器人中最高级别的精度。”

 

GoFa Ultra Accuracy重复定位精度为±0.02mm，绝对定位精度小于±0.1mm，“0.1mm”是个什么概念？在ABB公开视频中可以看到，圆柱与探针之间的距离为0.1mm，比发丝更细；与市场上其他协作机器人相比，路径精度提高了10倍以上，达到±0.03mm，在行业内树立了新标准。”

 

同时，ABB还发布了新一代机器人控制平台OmniCore，其实现了人工智能、传感器、云计算和边缘计算系统的全面集成。这为GoFa协作机器人系列的超高精度功能提供了重要加持。

ABB机器人素来以“拥有强大的运动控制能力”而著称。15年前，ABB公布了其首个运动控制挑战——“机器人绕易拉罐”，不仅展示了机器人的速度，其轨迹精度如今在业界依然难以被超越。

 

而在今年工博会上，搭载全新机器人控制平台OmniCore的机器人也完成了新挑战——“机器人绕红酒杯”。ABB协作机器人中国区负责人吴非向高工机器人介绍，要完成这一挑战，必须保持机器人的轨迹精度在0.6毫米之内，否则容易把玻璃碰碎；并且，这一挑战是三台机器人联动，那么必然会产生累积误差，这就对机器人的轨迹精度和规划能力提出了非常高的要求；再者，玻璃杯里倒入了红酒，要保证液体不外洒，就要求机器人拥有强大的低频抖动抑制能力；多重高要求下，才能保证机器人丝滑且精准地完成整套动作。

 

 

高精度协作机器人大有可为

在ABB看来，Ultra Accuracy满足了精确定位对保持产品质量和运行效率至关重要的应用需求。

如ABB机器人协作机器人全球负责人Andrea Cassoni所言：“随着行业寻求自动化来提高产品质量并实现更严格的公差、不断降低质量控制中与标准品的最大允许偏差，对能够以极高精度执行任务的机器人的需求与日俱增。通过将超精确的路径性能与GoFa固有的简易性、安全性和柔性相结合，Ultra Accuracy为协作机器人在电子、汽车、航空航天和金属加工等领域的应用开辟了更多可能性。”

 

此类应用包括消费电子产品制造中的粘合和密封、汽车零部件的激光焊接、航空航天制造中的复合材料层以及金属加工过程中的精密激光切割等。它还可以用于在3D打印构建原型时精确定位增材层，以及在计量应用中进行精确的质量检测。

根据高工机器人调研显示，高精度协作机器人在焊接、喷涂、涂胶等应用场景中也大有可为。吴非在接受高工机器人调研时也印证了这一判断，他以涂胶举例，在实际应用中，胶条的高低、粗细等都会影响到密封性，因而具有高轨迹精度的机器人就非常适用于3D涂胶，特别是异形件的涂胶，机器人可完成平整的轨迹，进而防止溢胶，增强良率。

 

吴非还提到，拥有Ultra Accuracy的高精度协作机器人为市面提供了一套机器人能实现3D打印的解决方案，特别是在陶瓷、精密轴承等领域的应用，据透露，目前RobotStudio也已开放了针对于3D打印的软件。

除此之外，Ultra Accuracy的其他优势还包括在精度与速度相结合的同时又能提供全方位的运动范围。与传统上用于电子制造的常规2D桁架系统不同，GoFa协作机器人在交付时即可在整个工作空间内提供完整的6D运动，而无需额外的校准工作，从而提供了可处理更广泛任务的柔性和移动性。

GoFa的紧凑便携设计确保了它可以轻松集成到现有的生产线中，而不需要昂贵的定制，与基于桁架的系统相比具有明显的优势。配置有Ultra Accuracy的GoFa可在最短的安装和部署时间内引入到生产中，因为校准在交付前已在工厂中完成。

 

Ultra Accuracy和RobotStudio的强强联合实现了应用程序的离线编程，仿真与现实之间的匹配率高达99％，无需进行修饰，保证了精确高效的实施。Ultra Accuracy适用于新的GoFa，也可作为现有GoFa协作机器人的改装选项。

期待配置Ultra Accuracy的GoFa协作机器人未来能探索出更多的应用场景，如ABB集团高级副总裁、机器人业务中国区总裁韩晨所说：“自ABB机器人进入中国市场30年来，我们持续引领着中国机器人技术的发展潮流，未来将助力更多企业灵活高效地应对挑战和机遇。