协同机器人：智能制造的下两个“蓝海”

2023-07-16 12:16:14

　　协同机器人：智能制造的下两个“蓝海”

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　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我国机器人金融行业典型研讨会

　　在今后智能制造的愿景中，机器人与人类的深度协同将正式成为两个态势。能与人类一起组织工作的协同机器人、场效应机器人、云机器人等将持续正式成为机器人应用领域研发与投资的热点。

2014年，工业机器人巨擘ABB公司面世了亚洲地区第一款或者说意义上的人机协同产品——“YuMi”双臂机器人。这款机器人是两个颠覆式的创新产品。它的应用应用领域把机器人从现代的栅栏中恢复过来，表明机器人能安全地与人类同在密切合作。从此，协同机器人作为两个最新的机器人种类将人与机器之间的密切合作带入了两个新的时代。

　　人机协同是大势所趋

　　早在1974年,机器人就早已步入工业生产应用领域。然而，40多年过去了，绝大多数情况下机器人与建筑工人依旧难以媲美组织工作。为了避免机械臂或机器人在组织工作操作过程中误杀建筑工人，在实际应用应用领域操作过程中机器人通常被固定在机柜上，并且被一定范围的防盗网相连接。

　　随著机器人智能化某种程度的提高，场效应机器人技术的产业发展，以及机器人与人类密切合作顺利完成各项任务的市场需求愈加强烈，工业机器人必将朝着人机协同的路径产业发展。

协同机器人的科学研究起源于欧洲联盟在2005年资助的两个由ABB公司、Nashik公司等工业机器人巨擘和机器人产业链上的其它公司共同参与的科学研究项目。彼时的科学研究目的是制造一种中小民营企业能买得起的、小而灵巧的机器人，用以应对制造业流出欧洲联盟，向低人力生产成本国家转移的态势。

　　不过，彼时的协同机器人都是由现代机器人改造而成，对工业机器人消费市场并没有产生太大的影响。

　　目前，工业机器人主要用以在炼铁厂里顺利完成简单、繁重的随机性组织工作，如移动物体到指定位置、定点焊接、喷漆等。而那些需要具备感官或稳定性的组织工作，比如说电子产品的装配等，工业机器人还难以独当一面。从ABB公司的“YuMi”早已开始，或者说的协同机器人的出现满足了人机协同顺利完成较为复杂各项任务的需要。

　　协同机器人在亚洲地区消费市场大放异彩

亚洲地区工业机器人消费市场快速增长迅速。根据壹行研（Innova Research）的统计数据，2015年亚洲地区工业机器人营业额总计25.3万部，消费市场营业额达至98.1万美元。壹行研预测，到2020年，亚洲地区工业机器人的营业额将会达至91.9万部，营业额达至约233万美元。

　　在我国，随著劳动力生产成本快速上涨，人口红利逐渐消失，生产方式急需向智能化、精细化路径转变，工业民营企业对包括工业机器人在内的自动化、智能化装备的市场需求正在快速快速增长。壹行研统计数据显示，2015年我国工业机器人消费市场营业额为4.7万部，营业额超过13万美元。

　　预计今年到2020年，我国工业机器人营业额将达至18.4万部，营业额将超过32万美元。能看出，我国工业机器人消费市场的快速增长速度将远远超越亚洲地区工业机器人消费市场的产业发展速度，正式成为今后5年亚洲地区工业机器人消费市场快速增长的亮点。

值得注意的是，两年前早已开始批量出货的协同机器人早已早已开始在亚洲地区机器人消费市场大放异彩。亚洲地区工业机器人四大巨擘无一例外面世了自己的协同机器人产品。除ABB公司面世的协同机器人“YuMi”外，发那科公司面世了型号为CR-35iA的大型协同机器人，Nashik公司面世了名叫“LBR iiwa”的协同机器人，柳叶藓公司则研发了名叫“Dexter Bot”的协同机器人。

　　我国工业机器人金融行业的领跑民营企业沈阳大泽机器人公司也Lizier，在2015年11月上海举行的我国国际性工业博览会上，首发了国内领跑的七轴场效应协同机器人。其它在协同机器人金融行业内脍炙人口的民营企业包括总部在美国波士顿的Rethink Robotics公司、丹麦的优傲机器人公司和日本的Life Robotics公司等。

目前，电动汽车金融行业是工业机器人最大的应用应用领域消费市场，电子金融行业次之，其它金融行业工业机器人的普及某种程度要低得多。由于工业机器人最大的电动汽车应用应用领域消费市场早已基本被ABB公司、Nashik公司、发那科公司、柳叶藓公司这四大巨擘垄断，其它机器人供应商很难步入，消费市场体量第二的电子金融行业就正式成为工业机器人巨擘和工业机器人三剑客角逐的主要应用领域。

　　除电动汽车和电子两大机器人应用应用领域消费市场外，今后工业机器人还会大量步入其它工业应用应用领域消费市场，比如说医药、食品、纺织、家具制造等金融行业。对于这些应用领域中的广大中小民营企业来说，价格相对便宜、体积小、稳定性强的协同机器人比体积庞大且昂贵的现代工业机器人更容易受到欢迎。

基于以上的判断，壹行研预计今年今后5年协同机器人消费市场营业额的快速增长速度将比现代工业机器人更加快速，到2025年，亚洲地区协同机器人消费市场体量有可能超过100万美元。到那时，协同机器人与建筑工人紧密密切合作的场景会逐步正式成为炼铁厂里随处可见的靓丽风景线。

　　技术是关键

　　现在市面上出现的是尚处于初级阶段的协同机器人，它们主要还是被用以从事重复的规定动作。不过，今后协同机器人必将更新换代，变得更高效、更精确、更聪明，同人类的配合也将更为紧密。

　　要使机器人与人类更加亲密地密切合作，人类的安全必须首先得到保障。当下协同机器人的产业发展虽然还处于初级阶段，但在主动安全性方面早已率先得到了加强。

协同机器人研发的先驱之一，丹麦优傲机器人公司出产的UR系列协同机器人装备了力矩传感器，该型号的机器人如果遇到两个超过设定值的阻力（如50～150牛顿，阻力值能调整）就会自动停止运行，这确保了机器人在运动操作过程中不会误杀人类和其它设施。

　　另外，协同机器人个头比现代工业机器人小得多，质量一般介于十几千克到几十千克之间，不但功耗较低，很多还采用了内骨骼的设计方式，外面包裹了软质材料。这种设计除不易对人产生伤害外，还使得协同机器人能和人一起顺利完成一些轻量化的组织工作，比如说夹取一些比较易碎的零件。

今后，协同机器人应朝着更易操作、更高智能、更高精度的路径产业发展。协同机器人需要比一般机器人拥有更多的感知、认知和执行能力来顺利完成一些复杂的、需要稳定性的各项任务。此外，协同机器人还需要具备与人类进行有效沟通的能力。这些都需要今后的协同机器人在人机交互、场效应机电一体化、云机器人、人工智能等关键技术应用领域取得进一步突破。

　　人机交互是操控机器人的关键技术之一。由于协同机器人直接和人打交道，实现人与机器人之间的信息传递，及时准确地理解对方的意图就显得非常重要。目前，协同机器人早已应用应用领域了比较先进的人机交互技术。

　　比如说，有些协同机器人能接受建筑工人的示教。建筑工人通过手工移动机器人的机械臂进行示范，而不需要改编程序，就能使协同机器人理解并做出相应的动作。今后，为了使协同机器人更容易操控，人机接口技术需要得到进一步的产业发展，其主要产业发展路径包括视觉和语音交互、力觉和感官交互等。

场效应机电一体化技术使机器人的安全性得到进一步保障。更安全的电机和执行机构是重要的科技创新，其中包括场效应机电一体化机械手和其它执行机构。

　　这些场效应执行机构能够根据接触外界环境时反作用力的大小调整自身的行为，也就是“知道轻重”，并根据各项任务不同而调整自身的力度，从而保证了操作的安全性，尤其是在与人一起组织工作时的安全性。今后，协同机器人的大体量采用对场效应机电一体化技术提出了更高的要求。

　　云机器人技术不但能进一步降低机器人生产成本，而且能有效提升机器人的聪明某种程度和自我学习能力。云机器人就是云计算与机器人的结合，协同机器人的云机器人化是今后产业发展的必然态势。就像其它云计算终端一样，云机器人本身不需要存储所有资料信息或具备超强的计算能力，只在需要的时候连接云端的服务器就能获得所需信息。

云计算的强大运算和存储能力，能够给机器人提供两个更智能的“大脑”，增强单个机器人执行相对复杂的各项任务的能力。同时，云计算技术的应用应用领域也使得分布在世界各地、具有不同能力的机器人开展密切合作、共享信息资源，使顺利完成更大、更复杂的各项任务正式成为可能。

　　云计算技术还能扩展机器人的应用应用领域应用领域，加速和简化机器人系统的开发操作过程，今后云端软件的模块化和可扩展性的增强也将使机器人的升级进化更加迅速。能想见，由于不需要大量存储器件和超强的计算能力，单个云机器人的硬件生产成本将大大降低。而机器人生产成本的降低对今后工业机器人和服务机器人的推广使用都具有极其深远的意义。

　　投资与技术研发的下两个“蓝海”

协同机器人从初级产品问世到现在还不到10年，因此这个金融行业还处于十分早期的阶段。协同机器人或者说吸引机器人相关投资者的目光则是在2014年ABB公司面世“YuMi”之后。2015年4月，ABB公司收购了位于德国慕尼黑的另一家机器人供应商Gomtec公司。ABB公司明确表示，此次收购的目的就是加强ABB公司在协同机器人方面的技术研发实力。2014年6月，美国工业自动化设备公司泰瑞德斥资2.85万美元收购了协同机器人金融行业的先驱——从2005年起就早已开始研发协同机器人的丹麦优傲机器人公司。这一并购正式成为当年协同机器人应用领域最大的并购案例。

同样，协同机器人应用领域的技术密切合作也在悄然兴起。2015年10月，在“2015亚洲国际性物流技术与运输展览会(CeMAT Asia)”上，Nashik公司与领跑的自动化仓库与自动化物流配送系统供应商Swisslog公司共同发布了一款人机协同的订单拣选系统。在该系统中，协同机器人和建筑工人能同在组织工作处理订单分拣各项任务，由机器人连续不断地处理随机性的组织工作，而建筑工人则能从事其它复杂的业务，从而大大提高订单处理的效率。

　　2016年7月，美国福特电动汽车公司与Nashik公司共同打造的一款全新的协同机器人，在福特电动汽车公司位于德国科隆的工厂正式亮相。该款协同机器人主要的各项任务是安装电动汽车减震器，这不仅能够确保安装位置的准确性，而且能大大提高安装的效率。

协同机器人在我国还是两个很新的机器人应用领域，目前市面上看到的国产协同机器人很少。除沈阳大泽机器人公司自主研发的七轴场效应协同机器人外，北京大学机器人实验室核心团队成立的山思跃立科技发布了“WEE”双臂协同机器人。随著协同机器人消费市场快速增长态势愈加明显，国内机器人领跑民营企业将会更加积极地投入研发，国内投资人的目光也将慢慢转向协同机器人和相关技术应用领域。协同机器人将正式成为机器人应用领域下两个投资和技术研发“蓝海”。

　　会取代现代工业机器人吗

　　协同机器人是两个颠覆性的创新。其颠覆性不仅表现在协同机器人能与建筑工人同在密切合作，改变人与机器的密切合作方式和人机世界隔离的状态，而且还在于协同机器人今后能被数量庞大的中小民营企业用于部分替代建筑工人的重复劳动，从而有效提高广大中小民营企业的劳动生产率。

协同机器人的价格大约只有现代工业机器人的一半，而且易操作、安全性高、能移动，具有很强的稳定性，经过简单调试就能适应多种各项任务，所以协同机器人今后有望被广大中小民营企业广泛采用，且能跳出目前工业机器人局限于电动汽车和电子两大工业应用应用领域的格局，转而渗透到中小民营企业扎堆的医药、食品、家具、玩具等工业应用领域，从而全面提高工业生产的效率。

　　不过，协同机器人与现代工业机器人相比也有一些劣势。由于协同机器人质量轻且能移动，所以重复定位精度比现代工业机器人差两个数量级。因此，对于精度要求特别高的生产各项任务，协同机器人现在还不能符合要求。同时，由于怕伤到一起组织工作的人类，现阶段协同机器人的动作被有意设计得比较慢，因此在生产效率上也不如现代工业机器人。

总之，协同机器人作为一项颠覆性的创新正在机器人应用领域快速生根发芽。协作机器人和相关的场效应机电一体化、人机交互、云机器人等技术将正式成为工业机器人应用领域技术研发与投资的“蓝海”。另外，亚洲地区协同机器人消费市场的快速快速增长也是大势所趋，壹行研预测在今后10年内亚洲地区协同机器人消费市场的收入快速增长将明显快于现代工业机器人消费市场，并在2025年达至100万美元的体量。不过，协同机器人并不能取代现代工业机器人。协同机器人仍将作为工业机器人的两个重要的分支，在今后很长的时间内将与现代的工业机器人共存，并共同产业发展。

展望今后，人机协同并不局限于工业应用领域为智能制造服务。事实上，人机协同在军事、安防、农林、医疗等专业服务机器人应用领域也同样是两个确定的产业发展态势。能预见，今后协同机器人必将走进应用应用领域更为广阔的服务机器人应用领域。

　　( 文章来源：互联网 )

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