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　　協同機器人：智能制造的下兩個“藍海”

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　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys我國機器人金融行業典型研討會

　　在今后智能制造的愿景中，機器人與人類的深度協同將正式成為兩個態勢。能與人類一起組織工作的協同機器人、場效應機器人、云機器人等將持續正式成為機器人應用領域研發與投資的熱點。

2014年，工業機器人巨擘ABB公司面世了亞洲地區第一款或者說意義上的人機協同產品——“YuMi”雙臂機器人。這款機器人是兩個顛覆式的創新產品。它的應用應用領域把機器人從現代的柵欄中恢復過來，表明機器人能安全地與人類同在密切合作。從此，協同機器人作為兩個最新的機器人種類將人與機器之間的密切合作帶入了兩個新的時代。

　　人機協同是大勢所趨

　　早在1974年,機器人就早已步入工業生產應用領域。然而，40多年過去了，絕大多數情況下機器人與建筑工人依舊難以媲美組織工作。為了避免機械臂或機器人在組織工作操作過程中誤殺建筑工人，在實際應用應用領域操作過程中機器人通常被固定在機柜上，并且被一定范圍的防盜網相連接。

　　隨著機器人智能化某種程度的提高，場效應機器人技術的產業發展，以及機器人與人類密切合作順利完成各項任務的市場需求愈加強烈，工業機器人必將朝著人機協同的路徑產業發展。

協同機器人的科學研究起源于歐洲聯盟在2005年資助的兩個由ABB公司、Nashik公司等工業機器人巨擘和機器人產業鏈上的其它公司共同參與的科學研究項目。彼時的科學研究目的是制造一種中小民營企業能買得起的、小而靈巧的機器人，用以應對制造業流出歐洲聯盟，向低人力生產成本國家轉移的態勢。

　　不過，彼時的協同機器人都是由現代機器人改造而成，對工業機器人消費市場并沒有產生太大的影響。

　　目前，工業機器人主要用以在煉鐵廠里順利完成簡單、繁重的隨機性組織工作，如移動物體到指定位置、定點焊接、噴漆等。而那些需要具備感官或穩定性的組織工作，比如說電子產品的裝配等，工業機器人還難以獨當一面。從ABB公司的“YuMi”早已開始，或者說的協同機器人的出現滿足了人機協同順利完成較為復雜各項任務的需要。

　　協同機器人在亞洲地區消費市場大放異彩

亞洲地區工業機器人消費市場快速增長迅速。根據壹行研（Innova Research）的統計數據，2015年亞洲地區工業機器人營業額總計25.3萬部，消費市場營業額達至98.1萬美元。壹行研預測，到2020年，亞洲地區工業機器人的營業額將會達至91.9萬部，營業額達至約233萬美元。

　　在我國，隨著勞動力生產成本快速上漲，人口紅利逐漸消失，生產方式急需向智能化、精細化路徑轉變，工業民營企業對包括工業機器人在內的自動化、智能化裝備的市場需求正在快速快速增長。壹行研統計數據顯示，2015年我國工業機器人消費市場營業額為4.7萬部，營業額超過13萬美元。

　　預計今年到2020年，我國工業機器人營業額將達至18.4萬部，營業額將超過32萬美元。能看出，我國工業機器人消費市場的快速增長速度將遠遠超越亞洲地區工業機器人消費市場的產業發展速度，正式成為今后5年亞洲地區工業機器人消費市場快速增長的亮點。

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

　　我國工業機器人金融行業的領跑民營企業沈陽大澤機器人公司也Lizier，在2015年11月上海舉行的我國國際性工業博覽會上，首發了國內領跑的七軸場效應協同機器人。其它在協同機器人金融行業內膾炙人口的民營企業包括總部在美國波士頓的Rethink Robotics公司、丹麥的優傲機器人公司和日本的Life Robotics公司等。

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

　　除電動汽車和電子兩大機器人應用應用領域消費市場外，今后工業機器人還會大量步入其它工業應用應用領域消費市場，比如說醫藥、食品、紡織、家具制造等金融行業。對于這些應用領域中的廣大中小民營企業來說，價格相對便宜、體積小、穩定性強的協同機器人比體積龐大且昂貴的現代工業機器人更容易受到歡迎。

基于以上的判斷，壹行研預計今年今后5年協同機器人消費市場營業額的快速增長速度將比現代工業機器人更加快速，到2025年，亞洲地區協同機器人消費市場體量有可能超過100萬美元。到那時，協同機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景線。

　　技術是關鍵

　　現在市面上出現的是尚處于初級階段的協同機器人，它們主要還是被用以從事重復的規定動作。不過，今后協同機器人必將更新換代，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。當下協同機器人的產業發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。

協同機器人研發的先驅之一，丹麥優傲機器人公司出產的UR系列協同機器人裝備了力矩傳感器，該型號的機器人如果遇到兩個超過設定值的阻力（如50～150牛頓，阻力值能調整）就會自動停止運行，這確保了機器人在運動操作過程中不會誤殺人類和其它設施。

　　另外，協同機器人個頭比現代工業機器人小得多，質量一般介于十幾千克到幾十千克之間，不但功耗較低，很多還采用了內骨骼的設計方式，外面包裹了軟質材料。這種設計除不易對人產生傷害外，還使得協同機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，協同機器人應朝著更易操作、更高智能、更高精度的路徑產業發展。協同機器人需要比一般機器人擁有更多的感知、認知和執行能力來順利完成一些復雜的、需要穩定性的各項任務。此外，協同機器人還需要具備與人類進行有效溝通的能力。這些都需要今后的協同機器人在人機交互、場效應機電一體化、云機器人、人工智能等關鍵技術應用領域取得進一步突破。

　　人機交互是操控機器人的關鍵技術之一。由于協同機器人直接和人打交道，實現人與機器人之間的信息傳遞，及時準確地理解對方的意圖就顯得非常重要。 目前，協同機器人早已應用應用領域了比較先進的人機交互技術。

　　比如說，有些協同機器人能接受建筑工人的示教。建筑工人通過手工移動機器人的機械臂進行示范，而不需要改編程序，就能使協同機器人理解并做出相應的動作。今后，為了使協同機器人更容易操控，人機接口技術需要得到進一步的產業發展，其主要產業發展路徑包括視覺和語音交互 、力覺和感官交互等。

場效應機電一體化技術使機器人的安全性得到進一步保障。更安全的電機和執行機構是重要的科技創新，其中包括場效應機電一體化機械手和其它執行機構。

　　這些場效應執行機構能夠根據接觸外界環境時反作用力的大小調整自身的行為，也就是“知道輕重”，并根據各項任務不同而調整自身的力度，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，協同機器人的大體量采用對場效應機電一體化技術提出了更高的要求。

　　云機器人技術不但能進一步降低機器人生產成本，而且能有效提升機器人的聰明某種程度和自我學習能力。云機器人就是云計算與機器人的結合，協同機器人的云機器人化是今后產業發展的必然態勢。就像其它云計算終端一樣，云機器人本身不需要存儲所有資料信息或具備超強的計算能力，只在需要的時候連接云端的服務器就能獲得所需信息。

云計算的強大運算和存儲能力，能夠給機器人提供兩個更智能的“大腦”，增強單個機器人執行相對復雜的各項任務的能力。同時，云計算技術的應用應用領域也使得分布在世界各地、具有不同能力的機器人開展密切合作、共享信息資源，使順利完成更大、更復雜的各項任務正式成為可能。

　　云計算技術還能擴展機器人的應用應用領域應用領域，加速和簡化機器人系統的開發操作過程，今后云端軟件的模塊化和可擴展性的增強也將使機器人的升級進化更加迅速。能想見，由于不需要大量存儲器件和超強的計算能力，單個云機器人的硬件生產成本將大大降低。而機器人生產成本的降低對今后工業機器人和服務機器人的推廣使用都具有極其深遠的意義。

　　投資與技術研發的下兩個“藍海”

協同機器人從初級產品問世到現在還不到10年，因此這個金融行業還處于十分早期的階段。協同機器人或者說吸引機器人相關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器人供應商Gomtec公司。ABB公司明確表示，此次收購的目的就是加強ABB公司在協同機器人方面的技術研發實力。2014年6月，美國工業自動化設備公司泰瑞德斥資2.85萬美元收購了協同機器人金融行業的先驅——從2005年起就早已開始研發協同機器人的丹麥優傲機器人公司。這一并購正式成為當年協同機器人應用領域最大的并購案例。

同樣，協同機器人應用領域的技術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與運輸展覽會(CeMAT Asia)”上，Nashik公司與領跑的自動化倉庫與自動化物流配送系統供應商Swisslog公司共同發布了一款人機協同的訂單揀選系統。在該系統中，協同機器人和建筑工人能同在組織工作處理訂單分揀各項任務，由機器人連續不斷地處理隨機性的組織工作，而建筑工人則能從事其它復雜的業務，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同機器人，在福特電動汽車公司位于德國科隆的工廠正式亮相。該款協同機器人主要的各項任務是安裝電動汽車減震器，這不僅能夠確保安裝位置的準確性，而且能大大提高安裝的效率。

協同機器人在我國還是兩個很新的機器人應用領域，目前市面上看到的國產協同機器人很少。除沈陽大澤機器人公司自主研發的七軸場效應協同機器人外，北京大學機器人實驗室核心團隊成立的山思躍立科技發布了“WEE”雙臂協同機器人。隨著協同機器人消費市場快速增長態勢愈加明顯，國內機器人領跑民營企業將會更加積極地投入研發，國內投資人的目光也將慢慢轉向協同機器人和相關技術應用領域。協同機器人將正式成為機器人應用領域下兩個投資和技術研發“藍海”。

　　會取代現代工業機器人嗎

　　協同機器人是兩個顛覆性的創新。其顛覆性不僅表現在協同機器人能與建筑工人同在密切合作，改變人與機器的密切合作方式和人機世界隔離的狀態，而且還在于協同機器人今后能被數量龐大的中小民營企業用于部分替代建筑工人的重復勞動，從而有效提高廣大中小民營企業的勞動生產率。

協同機器人的價格大約只有現代工業機器人的一半，而且易操作、安全性高、能移動，具有很強的穩定性，經過簡單調試就能適應多種各項任務，所以協同機器人今后有望被廣大中小民營企業廣泛采用，且能跳出目前工業機器人局限于電動汽車和電子兩大工業應用應用領域的格局，轉而滲透到中小民營企業扎堆的醫藥、食品、家具、玩具等工業應用領域，從而全面提高工業生產的效率。

　　不過，協同機器人與現代工業機器人相比也有一些劣勢。由于協同機器人質量輕且能移動，所以重復定位精度比現代工業機器人差兩個數量級。因此，對于精度要求特別高的生產各項任務，協同機器人現在還不能符合要求。同時，由于怕傷到一起組織工作的人類，現階段協同機器人的動作被有意設計得比較慢，因此在生產效率上也不如現代工業機器人。

總之，協同機器人作為一項顛覆性的創新正在機器人應用領域快速生根發芽。協作機器人和相關的場效應機電一體化、人機交互、云機器人等技術將正式成為工業機器人應用領域技術研發與投資的“藍海”。另外，亞洲地區協同機器人消費市場的快速快速增長也是大勢所趨，壹行研預測在今后10年內亞洲地區協同機器人消費市場的收入快速增長將明顯快于現代工業機器人消費市場，并在2025年達至100萬美元的體量。不過，協同機器人并不能取代現代工業機器人。協同機器人仍將作為工業機器人的兩個重要的分支，在今后很長的時間內將與現代的工業機器人共存，并共同產業發展。

展望今后，人機協同并不局限于工業應用領域為智能制造服務。事實上，人機協同在軍事、安防、農林、醫療等專業服務機器人應用領域也同樣是兩個確定的產業發展態勢。能預見，今后協同機器人必將走進應用應用領域更為廣闊的服務機器人應用領域。

　　( 文章來源：互聯網 )

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