作者：EVST 编辑团队 · 最后更新：2026 年 6 月 10 日
协作机器人（简称cobot）是一种轻型工业机器人手臂，设计用于在无需安全围栏的情况下与人并肩工作。它通过限制功率和力来实现这一点：每个关节中的扭矩传感器可以检测接触，并在碰撞造成伤害之前停止或缩回手臂。ISO/TS 15066定义了四种协作模式，用于规范人与机器人可以工作的距离。预计到2026年，协作机器人的有效载荷通常在3公斤到30公斤之间，臂展约为600毫米到1,800毫米。
什么是协作机器人？它与标准机器人有何区别？
“协作”一词描述的是一种安全能力，而非机械设计上的机器人类别。协作机器人仍然是一个六轴关节臂，每个关节都配备伺服电机、齿轮箱和编码器。其协作特性在于新增的传感和控制功能，使其能够与人安全地共享工作空间，以及经过优化的机械设计，从而降低受伤风险：圆润的表面、低运动质量、无夹点以及限制速度。
传统工业机器人专为在封闭式工作单元内实现速度、有效载荷和重复性而设计。它假定运行过程中工作区域内无人。协作机器人则牺牲了部分峰值速度和有效载荷，换取了在共享空间内运行的能力。由此带来的部署经济效益截然不同：协作机器人工作单元通常无需传统封闭式工业工作单元所需的围栏、光幕和上方空间，而这正是协作机器人对中小制造商价值主张的主要来源。如需了解协作机器人的类型以及如何选择，请参阅我们的相关资料。 协作机器人类型、选择和应用完整指南本文将对此进行补充，更深入地探讨其背后的安全机制。
根据国际机器人联合会发布的《2025年世界机器人报告》，协作机器人仍然是工业机器人市场中增长最快的细分领域，尽管它们在总装机量中所占比例仍然较小。其增长主要集中在电子组装、机床上下料和包装等领域，这些领域的零件重量较轻，且人机近距离协作在操作中具有实际意义。
协作机器人的工作原理：安全机制
协作机器人的核心技术在于其感知和限制接触力的方式。到2026年，三种方法将占据主导地位，而大多数生产型协作机器人会结合不止一种方法。
关节扭矩传感
每个关节都装有扭矩传感器，或者控制器会根据电机电流估算关节扭矩。在正常运动过程中，控制器能够根据预设速度和预设路径获得预期的扭矩曲线。当测得的扭矩偏离阈值时，控制器会将其解读为意外的外力（碰撞），并触发保护性停止。从接触到停止的反应时间仅为毫秒级，这使得接触力始终低于损伤阈值。
功率和力限制（PFL）
功率和力限制（PFL）是目前最常用的协作方式。机器人经过精心设计和配置，即使在最恶劣的接触情况下，传递的力和压力也能保持在ISO/TS 15066附录A中针对相关身体区域的生物力学极限以下。这得益于低移动质量、速度限制、圆润几何形状以及上文所述的扭矩感应停止装置等因素的综合运用。在许多应用中，PFL使得协作机器人无需围栏和光幕即可运行，因为机器人本身就具备安全功能。
速度和分离监控
另一种或补充方法是使用外部传感器（安全等级的激光扫描仪、3D 摄像头或安全垫）来追踪操作者的位置。当附近无人时，机器人全速运行；当有人靠近时，机器人减速；如果超出安全距离，机器人停止运行。这使得速度更快、重量更大的机器人能够在工作空间空旷时实现协作，而不会降低其生产效率。
在实践中，最完善的部署方案结合了多种方法：以功率和力限制作为基本安全措施，并叠加速度和间距监控，以便在无人操作时恢复生产效率。根据装配线部署的行业观察，如果协作机器人仅配置为在最坏情况下以功率和力限制速度运行，其潜在生产效率可能会比在工作空间畅通时允许高速运行的同类机械臂损失 40% 到 60%，因此混合配置已成为高产量生产线的默认选择。
ISO/TS 15066 下的四种协作模式
ISO/TS 15066:2016 是 ISO 10218 的补充技术规范，用于指导协作操作，它定义了四种不同的协作方式。单个应用可以使用其中一种，也可以组合使用几种。了解应用需要哪种模式是设计安全协作机器人单元的第一步。
| 协作模式 | 它是如何运行的？ | 人机交互 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 安全级监控停止 | 当有人进入共享空间时，机器人停止运行；当人离开时，机器人恢复运行。 | 当有人在协作区内时，不得有任何动作 | 手动装卸机器人单元，偶尔需要共享空间任务 |
| 手引导 | 操作员使用手持导向装置移动机械臂；机器人服从施加的力。 | 操作员直接进行物理引导，机器人运动由操作员驱动。 | 教学路径、辅助搬运、小批量零件定位 |
| 速度和分离监控 | 机器人速度随操作员距离而变化，由安全传感器测量。 | 与动态减速共存，在最小距离处完全停止 | 混合工作间，人类和机器人交替工作，彼此距离很近。 |
| 功率和力量限制 | 通过设计和控制，将接触力和压力保持在生物力学极限以下。 | 允许直接接触；机器人遇意外冲击停止。 | 操作员旁边的共享任务组装、机器操作和包装 |
根据 ISO/TS 15066 标准，附录 A 中的生物力学极限值按身体区域划分：面部和颅骨的极限值远比上臂或手部的极限值严格，因为接触后果更为严重。正确的风险评估会将机器人路径上可能发生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极限值以下。这就是为什么在一种应用中“安全”的协作机器人并不一定适用于另一种应用：工具、零件或布局的改变都会改变接触场景。
协作机器人的构造：组成部分和规格
协作机器人的规格表与小型工业机器人类似，只是增加了一些协作专用功能。选择时最重要的参数包括：
- Payload — 工具法兰处的最大质量，包括夹爪或工具。2026 年协作机器人的有效载荷将集中在 3、5、6、10、12、16、18、20 公斤级，最高可达 30 公斤级。
- 网络 — 工作范围半径，通常为 500 毫米至 1,800 毫米。在同一产品系列中，有效载荷和作业半径需要相互权衡。
- 重复性 —机械臂返回到设定点的精确度，通常为±0.02毫米至±0.1毫米，具体数值取决于尺寸。重复性并非精度；它衡量的是一致性，而一致性正是大多数装配和操作任务所需要的。
- 自由程度 — 六轴是通用 3D 任务的标准配置；七轴协作机器人可在杂乱空间中增加环绕操作的灵活性。
- 工具法兰和I/O — 夹爪和传感器的安装接口和电气/气动连接，通常通过手腕进行布线。
- 安全等级功能 — 可配置的安全区域、速度限制、力限制和安全等级的监控停止，所有这些都通过了 ISO 10218-1 和 IEC 61508/62061 功能安全等级认证。
协作能力主要体现在控制器和关节传感系统中，而非某个单一的可见组件上。这就是为什么有效载荷和臂展相同的两个机械臂在执行特定协作任务时的安全性和速度可能存在显著差异：区别在于安全控制器、传感器分辨率以及碰撞检测的调优质量。
协作机器人的应用领域
协作机器人适用于零件重量适中、需要人机协作以及机械臂可灵活重新部署比峰值循环时间更重要的应用场景。2026 年最常见的应用领域：
机器维护
用于数控机床、注塑机和折弯机的上下料。协作机器人抓取坯料，装载到机器上，等待加工周期完成，然后卸下成品。由于即使协作机器人停止运行，操作员仍然可以操作机器，因此该单元保持了灵活性。这是目前安装量最大的协作机器人应用。
组装和拧螺丝
重复性的紧固、插入和拾取放置装配任务，通常需要人工完成那些判断性较强的步骤。力控协作机器人非常适合插入任务（压入配合、卡扣配合），因为预先设定的力曲线可以防止零件损坏。
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重量不超过机械臂有效载荷的箱子，并在托盘上构建稳定的堆垛。对于较重的箱子，有效载荷成为限制因素，此时则由传统的码垛机器人接管。
质量检验和实验室自动化
配备摄像头或传感器的协作机器人可执行可重复的检测任务，在实验室中，它们负责处理样品、移液器和仪器操作。这种无围栏布局适用于人员和设备共用狭小工作台的环境。
焊接和表面处理
协作机器人焊接在小型加工车间中发展迅速，因为在这些车间里，短焊缝和小批量订单并不需要配备封闭式焊接单元。协作机器人还能通过力控完成打磨、抛光和去毛刺等工序。对于重型零件的持续大批量焊接，封闭式六轴机械臂仍然是合适的工具，正如我们在之前的文章中所述。 重工业焊接机器人指南.
危险和极端环境
防爆协作机器人可将协作操作扩展到易燃环境中，例如化工、油漆和能源设施。这些环境需要经过认证的防护等级，而非标准的协作机器人外壳。请参阅我们的专门指南。 用于危险环境的防爆协作机器人 关于认证详情。
协作机器人 vs 工业机器人：各自的优势所在
协作机器人和传统工业机器人之间的选择取决于应用场景，而非哪种技术更先进。下表列出了两者之间的权衡取舍。
| 因素 | 协作机器人 | 传统工业机器人 |
|---|---|---|
| Payload | 典型值 3 至 30 公斤 | 5 至 800+ 公斤 |
| 速度 | 出于安全考虑，速度有限；通过分离监测可以加快速度。 | 高效率，针对循环时间进行了优化 |
| 安全防护 | 风险评估后通常没有围栏 | 带围栏的牢房，光幕，联锁装置 |
| 建筑面积 | 结构紧凑，无防护罩占用空间 | 更大，包括安全周界 |
| 调动 | 速度快；机械臂可在不同任务间移动。 | 速度较慢；细胞是半永久性的 |
| 适合 | 低负载、高混合性、与人类密切相关的任务 | 高产量、高有效载荷、持续循环 |
有关此选择的完整决策框架，请参阅我们的配套分析。 协作机器人与工业机器人：您的工厂在2026年应该选择哪一种？简而言之：当有效载荷低、布局有利于与人共享空间且生产线经常变化时，协作机器人胜出；当产量和有效载荷高且单元可以专用时，传统机器人胜出。
安全部署协作机器人：风险评估
人们普遍存在一个误解，认为协作机器人“开箱即用”。虽然机械臂的设计初衷是用于协作，但整个应用场景，包括机械臂、工具、零件、布局和任务，都需要进行评估和认证。根据 ISO 10218-2 和 ISO/TS 15066 标准，集成商（可能是最终用户）负责对整个协作应用进行风险评估。
- 识别危险因素。 绘制机器人路径上所有可能与人接触的点，以及工具危险（锋利的夹爪、热端执行器）和正在处理的零件。
- 对协作模式进行分类。 确定任务使用 ISO/TS 15066 的四种模式中的哪一种，以及在循环的哪些阶段使用哪种模式。
- 验证生物力学极限。 对于功率和力限制操作，通过计算或使用力压测试装置测量，确认每个可能接触点的接触力和压力均低于该身体区域的附件 A 限值。
- 配置安全功能。 在安全控制器中设置速度、力和区域限制，并进行验证。
- 记录并验证。 记录评估结果，根据评估结果验证实际建造的单元，并在工具、零件或布局发生变化时重新评估。
在实际应用中，当EVST应用工程师现场调试协作单元时，验证过程中最常见的问题是，即使机械臂本身的力值在限值范围内，夹爪或尖锐部件产生的接触压力也会超过附件A规定的限值。解决方法通常是重新设计夹爪、加装边缘防护装置或降低受影响路径段的速度，而不是更换机器人。买家往往低估了这一步骤的重要性，他们误以为协作机器人无需进行安全工程设计。
EVST的协作机器人系列
EVST总部位于成都，生产基地位于温岭，七年来已向全球100多个国家交付自动化产品。其协作机器人产品线涵盖3公斤至30公斤的有效载荷级别，已发布的型号包括3公斤/620毫米、6公斤/917毫米、12公斤/1,300毫米和18公斤/900毫米的机械臂。除传统的QJAR工业机器人、SCARA和Delta系列产品外，EVST还生产用于危险环境的防爆协作机器人和餐饮服务协作机器人。
根据EVST的认证记录，其协作机器人生产线已获得IATF 16949汽车级质量认证，产品也通过了CE、SGS和TUV等第三方认证。这款防爆型协作机器人可在易燃气体环境中使用，使其协作操作范围扩展到标准协作机器人外壳无法进入的环境。该公司还拥有一项已授权发明专利（CN ZL 2020 1 1601091.6）、四项正在实质审查中的发明专利以及两项软件著作权，并拥有覆盖100多个国家的现场工程网络，可提供现场调试和风险评估支持。
常見問題解答
简单来说，什么是协作机器人？
协作机器人是一种无需安全围栏即可在人旁安全工作的机械臂。它利用关节处的扭矩传感器来检测接触并快速停止，其设计特点是质量小、速度慢、表面圆润，从而确保任何接触都不超过ISO/TS 15066标准中规定的可能造成伤害的力和压力限值。
协作机器人真的不需要安全围栏吗？
通常需要，但并非总是如此。是否需要防护栏取决于对整个应用（包括机械臂及其工具、工件和任务）的风险评估。许多低负载、低速应用在评估后无需防护栏即可运行。但锋利的工具、重型或尖锐的工件，或者高速运行的要求，则可能需要额外的防护措施或速度和间距监控。协作机器人支持无防护栏布局；风险评估用于确认是否允许采用这种布局。
我需要多大的有效载荷和多长的作业半径？
将零件重量和夹爪重量相加来确定有效载荷，并预留大约 20% 到 30% 的余量。对于小型零件的机床上下料，通常使用 5 到 10 公斤的机械臂；对于码垛或更重的零件搬运，则使用 16 到 30 公斤的机械臂。机械臂的伸展范围应覆盖整个作业范围，通常台式和机床上下料作业的伸展范围为 600 毫米到 1,300 毫米，码垛作业的伸展范围则更长。
ISO 10218 和 ISO/TS 15066 有什么区别？
ISO 10218（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/TS 15066 是一项技术规范，专门针对协作操作对其进行补充，在其附录 A 中增加了四种协作模式以及生物力学力和压力限制。协作应用必须同时满足这两个标准。如需更详细的买方指南，请参阅我们的相关说明。 EVST产品网站上的协作机器人安全标准.
协作机器人能以多快的速度移动？
在功率和力限制模式下，协作机器人的速度受到限制，以确保最坏情况下的接触保持在生物力学极限之内，通常远低于传统机器人的速度。通过速度和距离监控，当保护区域内没有操作员时，同一机械臂可以接近其机械极限运行，而当有人靠近时，机械臂则会减速或停止。混合配置能够在保证协作安全性的同时，恢复大部分损失的吞吐量。
下一步去哪里
要根据有效载荷和工作范围要求匹配特定的协作机器人并获取报价，请参阅 EVST 产品网站指南。 协作机器人有效载荷选择范围为 3 公斤至 30 公斤有关买家在指定无围栏牢房之前需要了解的安全标准详情，请参见 向买家解释协作机器人安全标准至于更广泛的自建或购买决策，请阅读 协作机器人与工业机器人为了估算收益，我们 面向中小企业制造的协作机器人投资回报率计算器如有采购方面的问题，可通过以下方式联系 EVST 销售部门： 联系方式页面.
关于作者：EVST 编辑团队致力于为评估自动化项目的工程师和运营负责人撰写有关工业机器人和智能制造的文章。EVST（成都艾维斯科技有限公司）成立于 2018 年，总部位于成都，已交付 600 多个自动化项目，产品销往 100 多个国家/地区。其 QJAR、协作机器人、SCARA 和 Delta 产品系列均已获得 IATF 16949 汽车级认证以及 CE、SGS 和 TUV 等第三方认证。