协作机器人(cobots)提供了工业机器人的强度、一致性和可靠性，以及人类操作者的判断和灵活性。合作机器人越来越多地用于大规模生产应用，这些应用涉及连续的起重操作，但仍然需要人类的接触。虽然合作机器人已经使用了至少10年，但其应用一直受到控制运动的传动系统的限制。
最近，一家法国cobot制造商开发了一种解决方案，使用滚珠丝杠和电缆执行器代替齿轮，提高了cobot的效率和安全性。“在研究协作机器人的应用时，我看到自动化总体上正在取得巨大进展，但许多手工工作，比如打磨，已经有30年左右的时间没有发展。这让我对开发一种技术产生了兴趣，这种技术将帮助而不是取代人类参与的功能，”合作机器人生产商ISYBOT的首席执行官Yvan M. Measson说。
合作机器人越来越多地用于大规模生产应用，提供了工业机器人的强度、一致性和可靠性，以及人类触摸的灵活性。
ISYBOT合作机器人的目标是难以自动化的应用程序。协作机器人在许多方面增强了人类的性能，如消除疲劳，增加提升力量，提高准确性，或提高产品质量。此外，使用cobot可以恢复手工操作的吸引力，使工人成为“cobot飞行员”。
例如，制造一辆客运列车的最后生产步骤可能需要操作员在船体表面周围移动旋转磨砂机，直到摸上去感觉完成。在合作机器人的帮助下，操作员仍然会在船体表面周围引导打磨工具，但繁重的搬运工作是由合作机器人的手臂完成的。(图1)cobot还可以学习操作者遵循的路径，只要操作者认为有必要重复多次。
图1:Yvan M。ISYBOT的首席执行官Measson演示了Cobot如何帮助打磨飞机座舱的外壳。
合作机器人提高生产力和人体工程学的其他方法可能包括协助在装配线上挑选和放置部件，协助简单的批量操作，或任何重型起重。合作机器人可以与人类一起工作，也可以自主工作，从而提高生产率。(图2)让合作机器人完成最繁琐的工作，可以减少操作员肌肉骨骼系统的压力，同时让他们专注于质量控制。这提高了运营商的作用，有助于减少人员流动。
合作机器人通常用于工人需要手动处理高达77磅或更重的货物的行业。这些包括航空、汽车、农业、海军、铁路、国防或制造设施。在工人可能暴露在危险条件下的地方，比如核电站或环境受到影响的地区，协作机器人也很有价值，在这些地方，协作机器人可以帮助完成工作中最危险的部分。
图2:除了与人类并肩工作，Cobots还可以自主工作，提高生产力和人体工程学。
在研究这个市场的过程中，M. Measson发现，其他几家公司也在进入这个市场，但他们的解决方案在他看来效率低下，而且存在潜在危险。他总结道，问题出在用于将电能转化为可控运动的传动装置上。
“齿轮有很高的摩擦比，并增加动能，当释放时，可能是危险的。在互动使用的情况下，它们往往也非常低效。”M. Measson说。“通过用更高效的滚珠丝杠替换齿轮，我们大大增强了人的力量和动作，安全、持续、高效。”
M. Measson解释说，滚珠丝杠以最小的摩擦提供高强度。他的合作机器人将94%的电机扭矩转化为运动。仅仅通过电流，它们就可以控制出砂作业的力或处理负载，否则就需要复杂的齿轮组件和传感器。除了更大的空间和节能，低摩擦特性使滚珠丝杠几乎无需维护，更容易控制。
他说滚珠丝杠的惯性比齿轮小得多，当和上面提到的可控性结合在一起时，会产生巨大的安全影响。与通常被关在笼子里的机器人不同，眼镜蛇与人类携手工作；它们必须能够在与人类偶然接触时立即停止。由于齿轮在其复杂的总成中具有被抑制的动能，因此在简单接触时突然停止是困难的。
M. Measson和他的团队得出结论，使用滚珠丝杠可以使合作机器人高效且具有竞争力，他们研究了供应商，发现汤姆森工业公司可以为他的应用提供解决方案。
“装载能力是合作机器人的一个关键区别。滚珠丝杠能够处理比齿轮更高的负载，这些滚珠丝杠具有我们评估的最高负载能力。我们也喜欢他们有两个领先优势的事实，”M. Measson说。
汤姆森团队提供了三个带有标准螺母的12 x 10滚动滚珠丝杠(图3）。更高的容量来自基于两条引线和四个负载圈的螺母设计，这使得在非常紧凑的部件中实现了高负载率。此外，工程师设计的滚珠丝杠至少有两种方式利用滚珠丝杠的低摩擦能力。
图3。汤姆森滚珠丝杠带KGF-D标准螺母。
首先，滚珠丝杠制造商通常会预紧螺母和螺杆，以减少间隙，而无需预紧，就可以减少间隙，从而减少预紧带来的摩擦。为了进一步减少摩擦，滚珠丝杠制造商可能会增加雨刷来保护屏障不受污染，这种新设计可以在没有雨刷的情况下抵抗污染。没有预加载或雨刷，新的滚珠螺丝提供了合作机器人手臂所需的平稳运动。
此外，对于每个指定的滚珠丝杠，惯性比分别为10802.63 lbf/in2, 10458.42 lbf/in2和6724.79 lbf/in2，新的滚珠丝杠具有行业中最低的惯性比，并提供了齿轮系统在处理类似负载时所产生的一小部分。
M. Measson正在与生产线上的许多合作机器人一起前进，所有这些机器人都在使用新技术来实现低惯性、低摩擦和高容量的运动。对他来说，最重要的是，他不仅让那个人在这个过程中，而且还让他们的工作更容易。
“当工人们第一次看到合作机器人时，他们想知道他们的工作将如何发展。但在使用了一段时间后，他们就成了粉丝。这非常令人欣慰。”
了下:滚珠螺钉•丝杠螺钉，机器人技术•机器人抓手•末端执行器
