由于需要在機(jī)器人與人之間進(jìn)行更多的協(xié)作，因此，垂直鉸接式機(jī)器人的定義已經(jīng)從在協(xié)作工作區(qū)中工作轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)作操作。在協(xié)作工作空間中，機(jī)器人與人之間沒(méi)有直接的協(xié)作，而協(xié)作操作則需要兩者之間的直接協(xié)作。

在協(xié)作操作中，協(xié)作機(jī)器人（cobot）通過(guò)執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)并在經(jīng)常受到空間限制的環(huán)境中確保高質(zhì)量的產(chǎn)品來(lái)為人類工作者提供支持。將更多重復(fù)的工作留給機(jī)器人，使工人可以專注于生產(chǎn)線上的其他更重要的任務(wù)，例如進(jìn)行微調(diào)和對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)檢查。

重要的是，協(xié)作機(jī)器人必須進(jìn)行成本優(yōu)化，并且在工廠車間安裝時(shí)具有尺寸和安全評(píng)估功能，并具有有助于確保員工安全的功能。

使用機(jī)器人升級(jí)緊湊的工廠車間時(shí)，有時(shí)不可能在每個(gè)機(jī)器人周圍創(chuàng)建安全圍欄或區(qū)域，并且仍然保持生產(chǎn)效率。具有內(nèi)置安全性的協(xié)作機(jī)器人不再需要此額外的安全區(qū)域，這使得將Cobot集成到現(xiàn)有工作流程中并提高質(zhì)量和產(chǎn)量（圖1）變得更加容易。

圖1. Cobot通常用于工廠加工。

為了實(shí)現(xiàn)協(xié)作操作，協(xié)作機(jī)器人必須包括以下功能：

安全等級(jí)的停車監(jiān)控

速度和分離監(jiān)控

功率和力限制

通過(guò)遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）10218-1：2011，技術(shù)修訂版ISO / TS 15066和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)/機(jī)器人產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)R15.06 2012標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)與安全相關(guān)的功能。

協(xié)作機(jī)器人通常用于移動(dòng)15公斤至30公斤的重量（有效負(fù)載）。該重量通常是協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行其工作任務(wù)所需的力。有效載荷的這種變化還導(dǎo)致重新考慮機(jī)器人工作方式的完整架構(gòu)，這也影響了機(jī)器人的尺寸和重量。架構(gòu)的更改通常會(huì)導(dǎo)致硬件從集中式架構(gòu)更改為分散式架構(gòu)。

集中式系統(tǒng)通常將主要功能（邏輯控制，運(yùn)動(dòng)控制和協(xié)調(diào)，電機(jī)控制，感測(cè)處理）定位在一起，通常在距離操縱器有一定距離的大型機(jī)柜中。廣泛的電線網(wǎng)絡(luò)可處理電機(jī)和傳感器的電源，反饋和控制。

在分散式系統(tǒng)中，其中一些功能會(huì)移至機(jī)器人機(jī)柜，手臂和關(guān)節(jié)，甚至嵌入電動(dòng)機(jī)本身。圖2顯示了分散系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示例。

圖2.分散式機(jī)器人系統(tǒng)在多機(jī)器人環(huán)境中提供了更靈活的支持。

在分散電子內(nèi)容時(shí)，請(qǐng)記住使用電子設(shè)備的環(huán)境與集中式系統(tǒng)的環(huán)境不同。這種差異使得必須重新指定電子設(shè)備，甚至可能需要重新開發(fā)系統(tǒng)的一部分。

在重新開發(fā)過(guò)程中盡早定義一些子系統(tǒng)可以確保順利的開發(fā)周期，這些子系統(tǒng)可以包括：

低延遲實(shí)時(shí)電機(jī)控制和傳感器反饋，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的平穩(wěn)，精確和高效的運(yùn)動(dòng)。

協(xié)作程序的內(nèi)部和外部接口之間的通信橋。

任何所需的功能安全性和保障性需求都有助于確保用戶安全和產(chǎn)品認(rèn)證。

在德州儀器（TI）C2000微控制器通過(guò)使用硬件加速器和高度靈活且集成的外圍設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)低延遲的實(shí)時(shí)控制和傳感器反饋，同時(shí)仍具有平穩(wěn)，精確和高效的運(yùn)動(dòng)。處理器是協(xié)作機(jī)器人的心臟，但是如果處理器周圍沒(méi)有模擬電路，就不可能使協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)以必要的性能和功能運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的混合信號(hào)半導(dǎo)體可以靈活地與各種旋轉(zhuǎn)傳感器接口，以不同方式感測(cè)模擬電流和電壓（或與傳感器接口），在盡可能短的時(shí)間內(nèi)處理反饋并計(jì)算控制響應(yīng)并生成一系列精確輸出的靈活性。正確控制電動(dòng)機(jī)-逆變器電源電子設(shè)備。

設(shè)計(jì)工作的一部分涉及確保模擬組件可以為協(xié)作機(jī)器人提供必要的精度以及低延遲和效率需求。考慮到不同的接口和傳感技術(shù)，即使在嘈雜的工廠環(huán)境中，也可以保持系統(tǒng)性能。這些架構(gòu)方面的考慮因素也將影響協(xié)作機(jī)器人的電源架構(gòu)，該協(xié)作機(jī)器人必須提供無(wú)噪聲的負(fù)載點(diǎn)供電軌，以提供高精度的模擬和處理器組件。

協(xié)作機(jī)器人中的通信橋需要解決來(lái)自傳感器，分布式控制器，系統(tǒng)控制器，末端執(zhí)行器（工具）以及任何更高級(jí)別的協(xié)調(diào)自動(dòng)化的信息的低延遲，低抖動(dòng)共享。例如，TI的Sitara處理器可以使用多個(gè)協(xié)處理器來(lái)滿足這些要求，這些協(xié)處理器可以靈活地實(shí)現(xiàn)確定性，低延遲，低抖動(dòng)的通信接口。這些接口可以使用處理器上的相同引腳支持專有和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)協(xié)議。有許多接口選項(xiàng)，需要在速度，可靠的通信距離，魯棒性，系統(tǒng)安全能力和總體成本之間進(jìn)行權(quán)衡。

結(jié)論

協(xié)作機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，在機(jī)電一體化，安全性和功能性以及電氣方面存在許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。您需要解決這些挑戰(zhàn)并做出一些功能決定，然后才能使用工作系統(tǒng)。

憑借機(jī)器人系統(tǒng)的所有不同技術(shù)方面，嵌入式技術(shù)提供了許多不同的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)，可以幫助解決與機(jī)器人相關(guān)的問(wèn)題，并能夠開發(fā)智能，自主和協(xié)作式協(xié)作機(jī)器人。