協(xié)同機(jī)器人：智能制造的下兩個“藍(lán)海”

2023-07-16 12:16:14

　　協(xié)同機(jī)器人：智能制造的下兩個“藍(lán)?！?/p>

　　國際性金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我國機(jī)器人金融行業(yè)典型研討會

　　在今后智能制造的愿景中，機(jī)器人與人類的深度協(xié)同將正式成為兩個態(tài)勢。能與人類一起組織工作的協(xié)同機(jī)器人、場效應(yīng)機(jī)器人、云機(jī)器人等將持續(xù)正式成為機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)與投資的熱點(diǎn)。

2014年，工業(yè)機(jī)器人巨擘ABB公司面世了亞洲地區(qū)第一款或者說意義上的人機(jī)協(xié)同產(chǎn)品——“YuMi”雙臂機(jī)器人。這款機(jī)器人是兩個顛覆式的創(chuàng)新產(chǎn)品。它的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域把機(jī)器人從現(xiàn)代的柵欄中恢復(fù)過來，表明機(jī)器人能安全地與人類同在密切合作。從此，協(xié)同機(jī)器人作為兩個最新的機(jī)器人種類將人與機(jī)器之間的密切合作帶入了兩個新的時代。

　　人機(jī)協(xié)同是大勢所趨

　　早在1974年,機(jī)器人就早已步入工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。然而，40多年過去了，絕大多數(shù)情況下機(jī)器人與建筑工人依舊難以媲美組織工作。為了避免機(jī)械臂或機(jī)器人在組織工作操作過程中誤殺建筑工人，在實(shí)際應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域操作過程中機(jī)器人通常被固定在機(jī)柜上，并且被一定范圍的防盜網(wǎng)相連接。

　　隨著機(jī)器人智能化某種程度的提高，場效應(yīng)機(jī)器人技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以及機(jī)器人與人類密切合作順利完成各項(xiàng)任務(wù)的市場需求愈加強(qiáng)烈，工業(yè)機(jī)器人必將朝著人機(jī)協(xié)同的路徑產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

協(xié)同機(jī)器人的科學(xué)研究起源于歐洲聯(lián)盟在2005年資助的兩個由ABB公司、Nashik公司等工業(yè)機(jī)器人巨擘和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上的其它公司共同參與的科學(xué)研究項(xiàng)目。彼時的科學(xué)研究目的是制造一種中小民營企業(yè)能買得起的、小而靈巧的機(jī)器人，用以應(yīng)對制造業(yè)流出歐洲聯(lián)盟，向低人力生產(chǎn)成本國家轉(zhuǎn)移的態(tài)勢。

　　不過，彼時的協(xié)同機(jī)器人都是由現(xiàn)代機(jī)器人改造而成，對工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場并沒有產(chǎn)生太大的影響。

　　目前，工業(yè)機(jī)器人主要用以在煉鐵廠里順利完成簡單、繁重的隨機(jī)性組織工作，如移動物體到指定位置、定點(diǎn)焊接、噴漆等。而那些需要具備感官或穩(wěn)定性的組織工作，比如說電子產(chǎn)品的裝配等，工業(yè)機(jī)器人還難以獨(dú)當(dāng)一面。從ABB公司的“YuMi”早已開始，或者說的協(xié)同機(jī)器人的出現(xiàn)滿足了人機(jī)協(xié)同順利完成較為復(fù)雜各項(xiàng)任務(wù)的需要。

　　協(xié)同機(jī)器人在亞洲地區(qū)消費(fèi)市場大放異彩

亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場快速增長迅速。根據(jù)壹行研（Innova Research）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人營業(yè)額總計25.3萬部，消費(fèi)市場營業(yè)額達(dá)至98.1萬美元。壹行研預(yù)測，到2020年，亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人的營業(yè)額將會達(dá)至91.9萬部，營業(yè)額達(dá)至約233萬美元。

　　在我國，隨著勞動力生產(chǎn)成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產(chǎn)方式急需向智能化、精細(xì)化路徑轉(zhuǎn)變，工業(yè)民營企業(yè)對包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的自動化、智能化裝備的市場需求正在快速快速增長。壹行研統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年我國工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場營業(yè)額為4.7萬部，營業(yè)額超過13萬美元。

　　預(yù)計今年到2020年，我國工業(yè)機(jī)器人營業(yè)額將達(dá)至18.4萬部，營業(yè)額將超過32萬美元。能看出，我國工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場的快速增長速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場的產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度，正式成為今后5年亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場快速增長的亮點(diǎn)。

值得注意的是，兩年前早已開始批量出貨的協(xié)同機(jī)器人早已早已開始在亞洲地區(qū)機(jī)器人消費(fèi)市場大放異彩。亞洲地區(qū)工業(yè)機(jī)器人四大巨擘無一例外面世了自己的協(xié)同機(jī)器人產(chǎn)品。除ABB公司面世的協(xié)同機(jī)器人“YuMi”外，發(fā)那科公司面世了型號為CR-35iA的大型協(xié)同機(jī)器人，Nashik公司面世了名叫“LBR iiwa”的協(xié)同機(jī)器人，柳葉蘚公司則研發(fā)了名叫“Dexter Bot”的協(xié)同機(jī)器人。

　　我國工業(yè)機(jī)器人金融行業(yè)的領(lǐng)跑民營企業(yè)沈陽大澤機(jī)器人公司也Lizier，在2015年11月上海舉行的我國國際性工業(yè)博覽會上，首發(fā)了國內(nèi)領(lǐng)跑的七軸場效應(yīng)協(xié)同機(jī)器人。其它在協(xié)同機(jī)器人金融行業(yè)內(nèi)膾炙人口的民營企業(yè)包括總部在美國波士頓的Rethink Robotics公司、丹麥的優(yōu)傲機(jī)器人公司和日本的Life Robotics公司等。

目前，電動汽車金融行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人最大的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)市場，電子金融行業(yè)次之，其它金融行業(yè)工業(yè)機(jī)器人的普及某種程度要低得多。由于工業(yè)機(jī)器人最大的電動汽車應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)市場早已基本被ABB公司、Nashik公司、發(fā)那科公司、柳葉蘚公司這四大巨擘壟斷，其它機(jī)器人供應(yīng)商很難步入，消費(fèi)市場體量第二的電子金融行業(yè)就正式成為工業(yè)機(jī)器人巨擘和工業(yè)機(jī)器人三劍客角逐的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　除電動汽車和電子兩大機(jī)器人應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)市場外，今后工業(yè)機(jī)器人還會大量步入其它工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)市場，比如說醫(yī)藥、食品、紡織、家具制造等金融行業(yè)。對于這些應(yīng)用領(lǐng)域中的廣大中小民營企業(yè)來說，價格相對便宜、體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)的協(xié)同機(jī)器人比體積龐大且昂貴的現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人更容易受到歡迎。

基于以上的判斷，壹行研預(yù)計今年今后5年協(xié)同機(jī)器人消費(fèi)市場營業(yè)額的快速增長速度將比現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人更加快速，到2025年，亞洲地區(qū)協(xié)同機(jī)器人消費(fèi)市場體量有可能超過100萬美元。到那時，協(xié)同機(jī)器人與建筑工人緊密密切合作的場景會逐步正式成為煉鐵廠里隨處可見的靚麗風(fēng)景線。

　　技術(shù)是關(guān)鍵

　　現(xiàn)在市面上出現(xiàn)的是尚處于初級階段的協(xié)同機(jī)器人，它們主要還是被用以從事重復(fù)的規(guī)定動作。不過，今后協(xié)同機(jī)器人必將更新?lián)Q代，變得更高效、更精確、更聰明，同人類的配合也將更為緊密。

　　要使機(jī)器人與人類更加親密地密切合作，人類的安全必須首先得到保障。當(dāng)下協(xié)同機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然還處于初級階段，但在主動安全性方面早已率先得到了加強(qiáng)。

協(xié)同機(jī)器人研發(fā)的先驅(qū)之一，丹麥優(yōu)傲機(jī)器人公司出產(chǎn)的UR系列協(xié)同機(jī)器人裝備了力矩傳感器，該型號的機(jī)器人如果遇到兩個超過設(shè)定值的阻力（如50～150牛頓，阻力值能調(diào)整）就會自動停止運(yùn)行，這確保了機(jī)器人在運(yùn)動操作過程中不會誤殺人類和其它設(shè)施。

　　另外，協(xié)同機(jī)器人個頭比現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人小得多，質(zhì)量一般介于十幾千克到幾十千克之間，不但功耗較低，很多還采用了內(nèi)骨骼的設(shè)計方式，外面包裹了軟質(zhì)材料。這種設(shè)計除不易對人產(chǎn)生傷害外，還使得協(xié)同機(jī)器人能和人一起順利完成一些輕量化的組織工作，比如說夾取一些比較易碎的零件。

今后，協(xié)同機(jī)器人應(yīng)朝著更易操作、更高智能、更高精度的路徑產(chǎn)業(yè)發(fā)展。協(xié)同機(jī)器人需要比一般機(jī)器人擁有更多的感知、認(rèn)知和執(zhí)行能力來順利完成一些復(fù)雜的、需要穩(wěn)定性的各項(xiàng)任務(wù)。此外，協(xié)同機(jī)器人還需要具備與人類進(jìn)行有效溝通的能力。這些都需要今后的協(xié)同機(jī)器人在人機(jī)交互、場效應(yīng)機(jī)電一體化、云機(jī)器人、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)一步突破。

　　人機(jī)交互是操控機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于協(xié)同機(jī)器人直接和人打交道，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人之間的信息傳遞，及時準(zhǔn)確地理解對方的意圖就顯得非常重要。目前，協(xié)同機(jī)器人早已應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域了比較先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)。

　　比如說，有些協(xié)同機(jī)器人能接受建筑工人的示教。建筑工人通過手工移動機(jī)器人的機(jī)械臂進(jìn)行示范，而不需要改編程序，就能使協(xié)同機(jī)器人理解并做出相應(yīng)的動作。今后，為了使協(xié)同機(jī)器人更容易操控，人機(jī)接口技術(shù)需要得到進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其主要產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑包括視覺和語音交互、力覺和感官交互等。

場效應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)器人的安全性得到進(jìn)一步保障。更安全的電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是重要的科技創(chuàng)新，其中包括場效應(yīng)機(jī)電一體化機(jī)械手和其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

　　這些場效應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)接觸外界環(huán)境時反作用力的大小調(diào)整自身的行為，也就是“知道輕重”，并根據(jù)各項(xiàng)任務(wù)不同而調(diào)整自身的力度，從而保證了操作的安全性，尤其是在與人一起組織工作時的安全性。今后，協(xié)同機(jī)器人的大體量采用對場效應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)提出了更高的要求。

　　云機(jī)器人技術(shù)不但能進(jìn)一步降低機(jī)器人生產(chǎn)成本，而且能有效提升機(jī)器人的聰明某種程度和自我學(xué)習(xí)能力。云機(jī)器人就是云計算與機(jī)器人的結(jié)合，協(xié)同機(jī)器人的云機(jī)器人化是今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然態(tài)勢。就像其它云計算終端一樣，云機(jī)器人本身不需要存儲所有資料信息或具備超強(qiáng)的計算能力，只在需要的時候連接云端的服務(wù)器就能獲得所需信息。

云計算的強(qiáng)大運(yùn)算和存儲能力，能夠給機(jī)器人提供兩個更智能的“大腦”，增強(qiáng)單個機(jī)器人執(zhí)行相對復(fù)雜的各項(xiàng)任務(wù)的能力。同時，云計算技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域也使得分布在世界各地、具有不同能力的機(jī)器人開展密切合作、共享信息資源，使順利完成更大、更復(fù)雜的各項(xiàng)任務(wù)正式成為可能。

　　云計算技術(shù)還能擴(kuò)展機(jī)器人的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域，加速和簡化機(jī)器人系統(tǒng)的開發(fā)操作過程，今后云端軟件的模塊化和可擴(kuò)展性的增強(qiáng)也將使機(jī)器人的升級進(jìn)化更加迅速。能想見，由于不需要大量存儲器件和超強(qiáng)的計算能力，單個云機(jī)器人的硬件生產(chǎn)成本將大大降低。而機(jī)器人生產(chǎn)成本的降低對今后工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的推廣使用都具有極其深遠(yuǎn)的意義。

　　投資與技術(shù)研發(fā)的下兩個“藍(lán)海”

協(xié)同機(jī)器人從初級產(chǎn)品問世到現(xiàn)在還不到10年，因此這個金融行業(yè)還處于十分早期的階段。協(xié)同機(jī)器人或者說吸引機(jī)器人相關(guān)投資者的目光則是在2014年ABB公司面世“YuMi”之后。2015年4月，ABB公司收購了位于德國慕尼黑的另一家機(jī)器人供應(yīng)商Gomtec公司。ABB公司明確表示，此次收購的目的就是加強(qiáng)ABB公司在協(xié)同機(jī)器人方面的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。2014年6月，美國工業(yè)自動化設(shè)備公司泰瑞德斥資2.85萬美元收購了協(xié)同機(jī)器人金融行業(yè)的先驅(qū)——從2005年起就早已開始研發(fā)協(xié)同機(jī)器人的丹麥優(yōu)傲機(jī)器人公司。這一并購正式成為當(dāng)年協(xié)同機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域最大的并購案例。

同樣，協(xié)同機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)密切合作也在悄然興起。2015年10月，在“2015亞洲國際性物流技術(shù)與運(yùn)輸展覽會(CeMAT Asia)”上，Nashik公司與領(lǐng)跑的自動化倉庫與自動化物流配送系統(tǒng)供應(yīng)商Swisslog公司共同發(fā)布了一款人機(jī)協(xié)同的訂單揀選系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，協(xié)同機(jī)器人和建筑工人能同在組織工作處理訂單分揀各項(xiàng)任務(wù)，由機(jī)器人連續(xù)不斷地處理隨機(jī)性的組織工作，而建筑工人則能從事其它復(fù)雜的業(yè)務(wù)，從而大大提高訂單處理的效率。

　　2016年7月，美國福特電動汽車公司與Nashik公司共同打造的一款全新的協(xié)同機(jī)器人，在福特電動汽車公司位于德國科隆的工廠正式亮相。該款協(xié)同機(jī)器人主要的各項(xiàng)任務(wù)是安裝電動汽車減震器，這不僅能夠確保安裝位置的準(zhǔn)確性，而且能大大提高安裝的效率。

協(xié)同機(jī)器人在我國還是兩個很新的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，目前市面上看到的國產(chǎn)協(xié)同機(jī)器人很少。除沈陽大澤機(jī)器人公司自主研發(fā)的七軸場效應(yīng)協(xié)同機(jī)器人外，北京大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室核心團(tuán)隊(duì)成立的山思躍立科技發(fā)布了“WEE”雙臂協(xié)同機(jī)器人。隨著協(xié)同機(jī)器人消費(fèi)市場快速增長態(tài)勢愈加明顯，國內(nèi)機(jī)器人領(lǐng)跑民營企業(yè)將會更加積極地投入研發(fā)，國內(nèi)投資人的目光也將慢慢轉(zhuǎn)向協(xié)同機(jī)器人和相關(guān)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。協(xié)同機(jī)器人將正式成為機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域下兩個投資和技術(shù)研發(fā)“藍(lán)?！?。

　　會取代現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人嗎

　　協(xié)同機(jī)器人是兩個顛覆性的創(chuàng)新。其顛覆性不僅表現(xiàn)在協(xié)同機(jī)器人能與建筑工人同在密切合作，改變?nèi)伺c機(jī)器的密切合作方式和人機(jī)世界隔離的狀態(tài)，而且還在于協(xié)同機(jī)器人今后能被數(shù)量龐大的中小民營企業(yè)用于部分替代建筑工人的重復(fù)勞動，從而有效提高廣大中小民營企業(yè)的勞動生產(chǎn)率。

協(xié)同機(jī)器人的價格大約只有現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的一半，而且易操作、安全性高、能移動，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，經(jīng)過簡單調(diào)試就能適應(yīng)多種各項(xiàng)任務(wù)，所以協(xié)同機(jī)器人今后有望被廣大中小民營企業(yè)廣泛采用，且能跳出目前工業(yè)機(jī)器人局限于電動汽車和電子兩大工業(yè)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域的格局，轉(zhuǎn)而滲透到中小民營企業(yè)扎堆的醫(yī)藥、食品、家具、玩具等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從而全面提高工業(yè)生產(chǎn)的效率。

　　不過，協(xié)同機(jī)器人與現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人相比也有一些劣勢。由于協(xié)同機(jī)器人質(zhì)量輕且能移動，所以重復(fù)定位精度比現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人差兩個數(shù)量級。因此，對于精度要求特別高的生產(chǎn)各項(xiàng)任務(wù)，協(xié)同機(jī)器人現(xiàn)在還不能符合要求。同時，由于怕傷到一起組織工作的人類，現(xiàn)階段協(xié)同機(jī)器人的動作被有意設(shè)計得比較慢，因此在生產(chǎn)效率上也不如現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人。

總之，協(xié)同機(jī)器人作為一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新正在機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域快速生根發(fā)芽。協(xié)作機(jī)器人和相關(guān)的場效應(yīng)機(jī)電一體化、人機(jī)交互、云機(jī)器人等技術(shù)將正式成為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)與投資的“藍(lán)?！?。另外，亞洲地區(qū)協(xié)同機(jī)器人消費(fèi)市場的快速快速增長也是大勢所趨，壹行研預(yù)測在今后10年內(nèi)亞洲地區(qū)協(xié)同機(jī)器人消費(fèi)市場的收入快速增長將明顯快于現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場，并在2025年達(dá)至100萬美元的體量。不過，協(xié)同機(jī)器人并不能取代現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人。協(xié)同機(jī)器人仍將作為工業(yè)機(jī)器人的兩個重要的分支，在今后很長的時間內(nèi)將與現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人共存，并共同產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

展望今后，人機(jī)協(xié)同并不局限于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹悄苤圃旆?wù)。事實(shí)上，人機(jī)協(xié)同在軍事、安防、農(nóng)林、醫(yī)療等專業(yè)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域也同樣是兩個確定的產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢。能預(yù)見，今后協(xié)同機(jī)器人必將走進(jìn)應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊的服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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