协作机器人 2026：协作机器人如何工作及其重要性

作者：EVST 编辑团队 · 最后更新日期：2026 年 6 月 10 日

协作机器人（cobot）是一种轻型工业手臂，旨在与人一起操作，无需安全围栏。它通过功率和力限制来实现这一点：每个关节中的扭矩传感器感测接触，并在碰撞造成伤害之前立即停止或缩回手臂。 ISO/TS 15066 概述了四种协作模式，定义了人与机器人之间允许的接近程度。到 2026 年，协作机器人的有效负载通常在 3 千克到 30 千克之间，作用范围约为 600 毫米到 1,800 毫米。

协作机器人与传统机器人有何不同

“协作”一词指的是安全能力，而不是一个独特的机械类别。协作机器人仍然是一个 6 轴关节臂，每个关节都配备了伺服电机、变速箱和编码器。它的与众不同之处在于增加的传感和控制功能，使其能够安全地共享工作空间，并结合最大限度地降低受伤风险的设计：圆形边缘、低移动质量、无夹点和速度限制。

传统的工业机器人是为了在受保护的单元内实现速度、有效负载和可重复性而构建的，假设工作范围内没有人类存在。协作机器人以峰值速度和有效负载换取在共享空间中运行的能力，这反过来又改变了部署经济性：协作机器人单元可以放弃围栏、光幕以及围栏单元所需的顶部空间。这种成本节约对于中小型制造商来说是一个关键优势。有关协作机器人类型和选择标准的结构化演练，请参阅我们关于协作机器人类型、选择和应用的完整指南，该指南对本文进行了更深入的安全机制的补充。

根据国际机器人联合会 2025 年世界机器人报告，按单位增长率计算，协作机器人仍然是工业机器人市场中增长最快的部分，尽管它们仍占总安装量的一小部分。增长集中在电子组装、机器维护和包装领域，这些领域的零件重量较轻，并且人机接近在操作上很有用。

协作机器人的工作原理：安全机制

实现协作机器人的核心技术是它们如何感知和限制接触力。到 2026 年，三种方法将占主导地位，并且大多数生产协作机器人都会结合多种方法。

关节扭矩传感

每个关节都包含一个扭矩传感器，或者控制器根据电机电流推断扭矩。在正常运动期间，控制器知道在编程速度下编程路径的预期扭矩曲线。如果测量的扭矩超过阈值，控制器会将其解释为意外外力，触发保护性停止，并将手臂带到安全位置。从接触到停止的反应时间约为毫秒，使接触力保持在伤害阈值以下。

功率和力限制 (PFL)

PFL 是最常见的协作方法。该机器人的设计和配置使得即使在最坏的接触情况下，传递的力和压力也保持在 ISO/TS 15066 附录 A 中针对相关身体区域定义的生物力学极限以下。这是通过低移动质量、速度限制、圆形几何形状和上述扭矩感应挡块来实现的。 PFL 允许许多协作机器人在没有围栏或光幕的情况下运行，因为机器人本身充当安全系统。

速度和分离监控

作为替代或补充，外部安全传感器（例如激光扫描仪、3D 摄像头或安全垫）可跟踪操作员的位置。当无人靠近时，机器人会全速运行，当有人接近时，机器人会减慢速度，如果超出保护距离，机器人就会停止。这使得更快、更重的机器人能够在工作空间空闲时进行协作，而不会牺牲生产速度。

在实践中，最干净的部署结合了以下方法：PFL 作为基线安全性，并分层进行速度和间隔监控，以在没有操作员在场时恢复吞吐量。来自装配线部署的行业观察表明，与在工作空间畅通时允许快速运行的同一手臂相比，纯粹针对最坏情况 PFL 速度配置的协作机器人可能会损失 40% 到 60% 的潜在吞吐量，因此混合配置现在是大批量生产线的默认配置。

ISO/TS 15066 下的四种协作模式

ISO/TS 15066:2016 补充了 ISO10218 的协作操作，并定义了四种不同的协作方法。单个应用程序可以使用一个或组合多个。了解应用程序需要哪种模式是指定安全协作机器人单元的第一步。

ISO/TS 15066 按身体区域组织生物力学限制：面部和头骨的限制远比上臂或手严格，反映了潜在伤害的严重程度。正确的风险评估将机器人路径中可能接触的部分映射到可能接触的身体区域，然后验证力和压力是否保持在相关限制以下。这就是为什么对于一种应用程序“安全”的协作机器人对于另一种应用程序并不自动安全：更改工具、零件或布局会改变接触场景。

协作机器人剖析：组件和规格

协作机器人的规格表类似于小型工业机器人的规格表，并添加了一些特定于协作的内容。选择时最重要的参数是：

• 有效负载 ——工具法兰处的最大质量，包括夹具或工具。 2026 年协作机器人有效负载分为 3、5、6、10、12、16、18、20 级，最高可达 30 公斤级。
• 覆盖范围 — 工作范围的半径，通常为 500 毫米至 1,800 毫米。在一个产品系列中，覆盖范围和有效负载相互权衡。
• 重复性 — 手臂返回到示教点的精确度，通常为 ±0.02 毫米至 ±0.1 毫米，具体取决于尺寸。可重复性衡量一致性，这是大多数组装和维护任务所需要的。
• 自由度 — 6 是一般 3D 任务的标准；七轴协作机器人在杂乱的空间中增加了伸展灵活性。
• 工具法兰和 I/O — 夹具和传感器的安装接口和电气/气动连接，通常穿过手腕。
• 安全功能 — 可配置的安全区、速度限制、力限制和安全级监控停止，全部经过 ISO10218-1 和 IEC61508/62061 功能安全级别认证。

协作能力主要存在于控制器和联合传感中，而不是存在于单个可见组件中。这就是为什么具有相同有效负载和伸展范围的两个手臂在安全性和速度方面可能存在显着差异：差异在于安全控制器、传感器分辨率和碰撞检测调整。

协作机器人的应用场景

协作机器人在零件重量适中、人类接近性有用且重新部署手臂的灵活性比峰值周期时间更重要的应用中蓬勃发展。 2026 年最常见的应用系列包括：

机器维护

装卸数控机床、注塑压力机和折弯机。协作机器人拾取毛坯，装载机器，等待周期，然后卸载成品零件。由于协作机器人停止时操作员仍然可以访问机器，因此单元保持灵活性。机器维护是按安装量计算最大的协作机器人应用。

组装和拧紧

重复性紧固、插入和拾放组装任务，通常需要人工处理判断密集型步骤。力控协作机器人擅长执行插入任务（压接、卡扣配合），其中编程的力分布可防止零件损坏。

包装和码垛

生产线末端装箱和轻型码垛。协作机器人码垛机可搬运高达手臂有效负载的箱子，在托盘上构建稳定的堆垛。对于较重的情况，有效负载成为限制因素，传统码垛机器人将取而代之。

质量检测和实验室自动化

配备摄像头或传感器的协作机器人执行可重复的检查，并在实验室中处理样品、移液器和仪器维护。无围栏布局适合人员和设备共用狭小的工作台的环境。

焊接和表面处理

协作机器人焊接在加工车间中发展迅速，短焊缝和低产量不适合采用围栏式焊接单元。协作机器人还可以通过力控制进行打磨、抛光和去毛刺。对于重型零件的持续大批量焊接，围栏式 6 轴臂仍然是正确的工具，如我们的重工业焊接机器人指南所述。

危险和极端环境

防爆协作机器人将协作操作扩展到含有易燃气体的环境中，例如化学品、油漆和能源设施。这些需要经过认证的外壳等级，而不是标准的协作机器人外壳。有关认证详细信息，请参阅我们的危险环境防爆协作机器人专用指南。

协作机器人与工业机器人：双赢

协作机器人和传统工业机器人之间的选择是一个应用决策，而不是哪个技术更先进的问题。下面的矩阵框架了权衡。

如需完整的决策框架，请参阅我们的配套分析《协作机器人 vs 工业机器人：您的工厂在 2026 年应该选择哪一个》。简而言之，当有效载荷较低、布局受益于与人员共享空间以及生产线经常变化时，协作机器人会获胜；当体积和有效负载较高并且单元可以专用时，传统机器人会获胜。

安全部署协作机器人：风险评估

一个常见的误解是协作机器人“开箱即用”。手臂是为了协作而构建的，但应用程序作为一个整体——手臂加上工具、零件、布局和任务——必须进行评估和认证。根据 ISO10218-2 和 ISO/TS15066，集成商（通常是最终用户）负责对整个协作应用程序进行风险评估。

1. 识别危险。 绘制机器人路径中可能与人接触的每个点，以及工具危险（锋利的夹具、热末端执行器）以及正在处理的零件。
2. 对协作模式进行分类。 确定任务使用四种 ISO/TS15066 模式中的哪一种，以及周期的哪些阶段。
3. 验证生物力学极限。 对于功率和力受限的操作，通过计算或使用力压力测试设备进行测量，确认每个可能接触的接触力和压力均低于该身体区域的附录 A 限制。
4. 配置安全功能。 在安全控制器中设置速度、力和区域限制，并验证它们。
5. 记录并验证。 记录评估结果，根据评估结果验证竣工单元，并在工具、零件或布局发生变化时重新评估。

实际上，当 EVST 应用工程师在现场调试协作单元时，验证过程中最常见的发现是，即使手臂本身在力限制范围内，夹具或锋利边缘零件也会产生高于附件 A 限制的接触压力。解决方法通常是重新设计夹具、安装边缘防护装置或降低受影响路径段的速度，而不是使用不同的机器人。当买家认为协作机器人消除了安全工程的需要时，他们最常低估这一步骤。

EVST 的协作机器人系列

EVST 总部位于成都，在温岭设有制造工厂，七年来已将自动化产品销往 100 多个国家。其协作机器人产品线涵盖3公斤至30公斤级的有效负载，已发布的型号包括3公斤/620毫米手臂、6公斤/917毫米手臂、12公斤/1,300毫米手臂和18公斤/900毫米手臂。除了传统的 QJAR 工业机器人、SCARA 和 Delta 产品系列外，EVST 还生产适用于危险环境的防爆协作机器人和餐饮服务协作机器人系列。

EVST生产线获得IATF16949汽车级质量认证，产品获得CE、SGS、TUV第三方认证。该防爆协作机器人适用于易燃环境，将协作操作扩展到标准协作机器人外壳无法进入的环境中。公司还拥有授权发明专利1项（CNZL202011601091.6）、实质审查发明专利4项、软件著作权2项，并拥有覆盖100多个国家的现场工程网络，为现场调试和风险评估提供支持。

常见问题

简单来说什么是协作机器人？

协作机器人是一种机器人手臂，可以在没有安全围栏的情况下在人旁边安全地工作。它在接头中使用扭矩传感器来检测接触并快速停止，并且采用低质量、有限速度和圆形表面设计，以便任何接触都保持在可能导致伤害的力和压力限制以下（如 ISO/TS15066 中定义）。

协作机器人真的不需要安全围栏吗？

经常，但不是自动的。是否需要围栏取决于整个应用程序、手臂及其工具、零件和任务的风险评估。许多低负载、低速度的应用程序在评估后可以无围栏运行。但锋利的工具、沉重或锋利的零件或高速要求可能会迫使增加防护或速度和分离监控。协作机器人可实现无围栏布局；风险评估确认是否允许。

协作机器人需要什么有效负载和覆盖范围？

将零件重量和夹具重量相加以计算有效负载大小，并留出大约 20% 到 30% 的余量。对于小零件的机器维护，常见的是 5 公斤至 10 公斤的手臂；对于码垛或更重的搬运，16 公斤至 30 公斤。工作范围应覆盖任务的整个工作范围，对于台式和机器看管工作，通常为 600 毫米至 1,300 毫米，对于码垛工作则更长。

ISO10218 和 ISO/TS15066 有什么区别？

ISO10218（第 1 部分和第 2 部分）是工业机器人及其集成的核心安全标准。 ISO/TS15066是专门针对协同操作进行补充的技术规范，在其AnnexA中增加了四种协同模式以及生物力学力和压力限制，协同应用必须同时满足这两个要求。有关以买家为中心的细分，请参阅 EVST 产品网站上的协作机器人安全标准指南。

协作机器人的移动速度有多快？

在功率和力限制模式下，协作机器人的速度受到限制，因此最坏情况下的接触保持在生物力学限制内，通常远低于传统机器人。通过速度和间隔监控，当保护区内没有操作员时，同一臂可以接近其机械最大值运行，然后当有人接近时减慢或停止。混合配置可以恢复大部分损失的吞吐量，同时保持协作安全。

下一步去哪里

要将特定的协作机器人与有效负载相匹配并通过报价路径达到要求，请参阅 EVST 产品站点指南，了解协作机器人有效负载选择（从 3 公斤到 30 公斤）。有关买家在指定无围栏单元之前需要的安全标准详细信息，请参阅为买家解释的协作机器人安全标准。对于更广泛的构建或购买决策，请阅读协作机器人与工业机器人的比较，并使用我们适用于中小企业制造的协作机器人投资回报率计算器来估计回报。对于采购问题，可以通过联系页面联系 EVST 销售人员。

关于作者：EVST 编辑团队为评估自动化项目的工程师和运营领导者撰写有关工业机器人和智能制造的文章。 EVST（EVSTECHCO.,LTD）于2018年在成都成立，已交付600多个自动化项目并销往100多个国家，QJAR、协作机器人、SCARA和Delta产品系列均获得IATF16949汽车级认证和CE/SGS/TUV第三方认证。