【赏】KUKA—机器人家族颜值之王

【赏】KUKA—机器人家族颜值之王

ZR-ROBOT子锐机器人维修网讯：最近美的寻求控股KUKA的事情在圈内传的沸沸扬扬，各路大神把KUKA从里到外，从资本到战略，从产品到技术都扒了一遍。本文讲几个KUKA产品设计上的小细节。

如果你喜欢汽车，那么从德国三架马车BBA的身上可以看出很多德国产品的特点：科技感十足但不张扬，用料考究但不浮夸，设计严谨但不死板。

当然，大众除外。

闲话略过，KUKA作为一家德国企业，其产品当然也具备上述优点，先来说说人机交互。

目前工业机器人的人机交互方式即编程方式仍然以示教器（TeachPendant）为主。示教器是一种专用的手持设备，可以理解成一个加强版的iPad，通过它可以完成对机器人的设置、编程、维护等操作。常见的6轴工业机器人共有6个自由度，因此在编程时，需要示教器具备6组12个独立的按键来对这6个自由度进行操作。关节运动模式时，分别控制1~6轴的正转和反转，笛卡尔空间运动时分别控制X、Y、Z以及绕X/Y/Z的旋转，例如下红框中所示的：

看到这么多按钮是不是非常头疼，当然也有使用软件做的，例如UR的超大屏示教器，外围没有按钮，所有的按键都是软件虚拟：

使用按键的缺点一是按键没有力度之分，无法通过按压力度来实时改变机器人的运动速度；二是很难实现同时按压多个按键，实现符合运动；

因此为了改变这种情况，有的厂商开始使用摇杆来增强机器人的操作体验，例如ABB：

这款摇杆的操作方式与游戏手柄类似，不同的是该摇杆可以沿轴线扭转，因此它有三个自由度。缺点在于个头太大，导致ABB的示教器右侧厚度很高，并且在使用过程中，为了控制机器人的6个自由度，仍然需要使用其他按键进行切换，不是很直观。

有人要问了，既然空间6个自由度，那有没有可以支持6个自由度的摇杆，有的话用这个不就好了，非要整这么麻烦。

恩，KUKA也是这么想的。

做三维设计的同学可能有用过3Dconnexion出品的SpaceNavigator3D鼠标：

KUKA的示教器上就有这么一个类似的神器，就是6D鼠标（下一右边偏上的SpaceMouse），可以理解为可控制6个方向的摇杆（平时我们玩游戏主机/街机手柄上的摇杆只有2个自由度，一个摇杆只能控制上下+左右），KUKA的6D鼠标可以同时控制上下、左右、前后、回转、俯仰、偏转和俯仰，见下（现款KUKA示教器KRC4SmartPad）：

眼尖的同学已经发现这俩货长的特别像了，是的，按照辈分算，KUKA示教器上使用的6D鼠标可以称得上是3DconnexionSpaceNavigator的爷爷辈了。

这里不得不提一个传奇人物BerndGombert，这位大爷身背100多项专利，并且是一位连续创业的企业家。1989到2001年间，他作为研究员在DLR工作，其中主要的项目既是LBR机器人，也就是iiwa的前身。1991年，他发明了3D鼠标，并以此建立了一家名为SpaceControlGmbH的公司，后来出售给了罗技，也就是现在的3Dconnexion；2000年，他又创办了eStopGmbH，为汽车行业提供刹车系统，该公司在2005年被SiemensVDO收购；紧接着在2008年，Gombert带领eStop的核心团队出走创业，建立了RGMechatronics，安川机器人维修，本来这是一家做咨询的公司，后来各种机缘巧合，先做医疗机械臂，后来转到了协作机器人研发上，并改组为GomtecGmbH；2015年4月，ABB宣布收购德国协作机器人制造商Gomtec。

这才是人生赢家好么。

KUKA的6D鼠标相比普通按键有多方便，只有用过的人才能体会。喜欢玩实况/FIFA/KOF的同学，想象一下键盘和手柄之间的差距，乘以3，基本就是这个水平。

有人可能要问了，把这玩意弄稳定点，放到工业产品上也没啥难度吧。恩，现在来看确实没啥难度，但是KUKA什么时候开始用6D鼠标的呢？1996年。那一年KUKA推出了全球首个PC-Based实时机器人控制器，在与之匹配的KCP2示教器上，KUKA第一次安装了6D鼠标，见下，右侧白色的圆柱体就是：

那个时候中国正式接入国际互联网才刚刚2年，大部分中国人才刚刚开始在学校学习普通的鼠标怎么使用，那个时候KUKA竞争对手的示教器是这个样子的（ABBS4TeachPendant1994~1999）：

当然，超前的设计总会伴随着一些不可靠因素。由于集成度太高，再加上工厂的使用环境和工人的使用习惯远比消费级市场环境恶劣，导致KUKA的6D鼠标故障率比较高，经常会出现自己漂移甚至不能使用的情况，为此KUKA在其每一代示教器上都另外设置了备用的6组+、-按键以防万一，也算是不得已的折中。

再贴一张市面上主流厂商的示教器的汇总（从左往右依次是KUKA、KEBA、FANUC、ABB、YASKAWA、COMAU）：

接下来讲讲机械本体的颜值。

工业圈里很多产品外观都很挫，ABB机器人维修，其主要设计出发点都是保证功能性和可靠性，高颜值外观对产品销量的提升效果远比不上消费级产品。因此外观设计大部分会为成本让路，能用，可靠，不是太丑就行。

KUKA虽身在工业圈，但是企业的内心非常潮流，人家就是要逼格高，就是要看着爽，多那点成本爷不在乎。其产品外观流线型设计非常棒，很多结构件和电机的设计也有很科幻感，多款获得红点和IF大奖，比如其当家花旦KUKALBRiiwa，把这机器人放到工厂里都舍不得用啊：

这里插一句，文献中可能对这款机器人有两种称呼，一种是LWR，一种是LBRiiwa。前者是德国宇航局DLR使用的名称，为LightWeightRobot的缩写，在iiwa没出之前，很多高校买LBR回来做学术研究，经常读论文的同学可能会见的比较多；后者是KUKA将其DLRLWR商业化之后赋予的新名称，LBR是德语的轻型机器人的缩写，iiwa是IntelligentIndustrialWorkAssistant的缩写。

再来看看KUKA机器人妖娆的腰段。

一般上习惯将工业机器人大臂下部与底座相接的地方称为腰座，由于这个地方要布置巨大的2轴电机、减速器、平衡缸等大型部件，所以很难做好结构和美观之间的平衡。为了更好的理解，先科普一个大型重载机器人都会用到的关键部件：平衡系统。

对于六轴工业机器人来讲，在大部分时间里，2轴所承受的负载是最高的，尤其在手臂伸展较开的时候，例如下，2轴电机需要承担整个机器人大部分的自重外加负载的重量：

出于结构设计和功耗方面的考虑，2轴电机功率不能选的太大，www.zr-robot.com，在上面那种情况下只靠2轴电机无法提供足够的转矩输出，因此就需要额外的平衡系统来为2轴提供辅助转矩，一般情况下，平衡系统可以提供全部所需转矩的40%以上。

在机器人发展的早期，由于技术和成本限制，大型机器人的平衡系统普遍选用实心的金属结构件，结构简单，成本低廉，缺点是占用的空间较大，限制机器人的工作范围：