開啟人機(jī)協(xié)作新時代：協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用與展望

發(fā)布時間：2023-06-13 16:18:11     作者：顯揚(yáng)科技

01 

蓄勢待發(fā)，產(chǎn)業(yè)變革新引擎
 

近年來，在政策扶持、資本助推和技術(shù)創(chuàng)新的共同作用下，產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展黃金期。日前，各行各業(yè)正經(jīng)歷產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型，機(jī)器人市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展前景廣闊，但機(jī)器人賽道的競爭也日趨激烈。
 

其中，協(xié)作機(jī)器人憑借其安全性強(qiáng)，易于編程，便于融入產(chǎn)線，落地部署靈活等特點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)和重要抓手，在制造業(yè)和其他領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
 

機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展密不可分，技術(shù)發(fā)展推動產(chǎn)業(yè)變革，新應(yīng)用也催生新創(chuàng)新。人工智能、機(jī)器視覺等技術(shù)的飛速發(fā)展，加上生成式AI的強(qiáng)勢“霸場”，大語言模型也對機(jī)器人發(fā)展有所加持，使得協(xié)作機(jī)器人日趨智能、易于交互并具有較高的自主性，可以再更為復(fù)雜的環(huán)境中與人平穩(wěn)高效地合作，真正實(shí)現(xiàn)“人機(jī)協(xié)作”。
 

“機(jī)器換人”是時勢所趨，也是時代發(fā)展所需，協(xié)作機(jī)器人能夠極大地提高生產(chǎn)力，滿足高精度、定制化、彈性化的生產(chǎn)需求，帶來生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)格局的重塑。

02 

什么是協(xié)作機(jī)器人？
 

電影《流浪地球2》的成功帶火了外骨骼機(jī)械手臂，它通過硬件傳感器收集人體生物電信號，將采集人體主觀信號與客觀硬件數(shù)據(jù)相結(jié)合，信息接收后，人體的思維能力與機(jī)器的計算能力進(jìn)行信息融合處理，最后通過機(jī)器的算法協(xié)作人體的決策能力互相協(xié)調(diào)，將人體智能與機(jī)器智能相融合，優(yōu)化判斷后進(jìn)行智能輸出，達(dá)到人機(jī)合一的效果。而在電影中無處不在的機(jī)器人，不單只是科幻世界的憑空想象，還是基于現(xiàn)實(shí)又超越現(xiàn)實(shí)的國家科技實(shí)力“預(yù)言”。
 

協(xié)作機(jī)器人是一種能與人類在共同空間工作、近距離互動的機(jī)器，簡單來說就是能夠和人類一起「干活」「并肩戰(zhàn)斗」。
 

協(xié)作機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、中空力矩電機(jī)、諧波減速機(jī)、伺服驅(qū)動器、控制器組成。按照結(jié)構(gòu)形式、載荷大小、力感知方式以及機(jī)器人軸數(shù)的不同，協(xié)作機(jī)器人可以分為十多種。

從結(jié)構(gòu)上來看，協(xié)作機(jī)器人有單臂、雙臂兩種形式。
 

單臂協(xié)作機(jī)器人只有一條手臂，是機(jī)械臂中最常見的形式。由于布置靈活、控制簡單，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)場景。雙臂協(xié)作機(jī)器人擁有更廣闊的動作空間，高效靈活，適用于需要交互協(xié)作的負(fù)載應(yīng)用，或者在有限空間完成多動作的場景，如雙手?jǐn)Q瓶蓋的協(xié)同動作，與單臂機(jī)器人相比，雙臂協(xié)作機(jī)器人具有更高的靈活性和可操作性，可以完成單臂不能完成的任務(wù)。

根據(jù)軸數(shù)分類，目前協(xié)作機(jī)器人主要可分為四軸協(xié)作機(jī)器人、六軸協(xié)作機(jī)器人以及七軸協(xié)作機(jī)器人。
 

其中，六軸協(xié)作機(jī)器人最常見也最為常用，它具有6個自由度，可以在三維空間內(nèi)自由移動和旋轉(zhuǎn)，具有較高的精度和重復(fù)性，能夠廣泛的應(yīng)用于各個需要高精度操作的行業(yè)中，例如組裝、加工和檢索等。

四軸協(xié)作機(jī)器人是比較簡單的協(xié)作機(jī)器人，是在SCARA機(jī)器人基礎(chǔ)上衍生出的一個品類，具有4個自由度，可以在平面內(nèi)自由移動和旋轉(zhuǎn)，主要用于需要快速操作和靈活性高的任務(wù)，例如物料搬運(yùn)、包裝和裝配等，同時也具有一定的成本優(yōu)勢。

七軸協(xié)作機(jī)器人是比較復(fù)雜的協(xié)作機(jī)器人，是在六軸協(xié)作機(jī)器人的基礎(chǔ)上增加了額外的軸，能夠躲避某些特定的目標(biāo)，更加靈活穩(wěn)定的適應(yīng)某些特種工作環(huán)境，在科研領(lǐng)域的應(yīng)用也較為廣泛。

總體而言，協(xié)作機(jī)器人具有輕量化、模塊化、柔性化的特點(diǎn)，其最大的優(yōu)勢在于其不像傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人一樣被鎖在某個特定工作區(qū)域與操作人員隔離，而是能夠直接融入生產(chǎn)環(huán)境與操作人員一同工作。這樣的特性，使得協(xié)作機(jī)器人在速度、作業(yè)空間、安全性等方面需要具備完善的感知系統(tǒng)和控制算法來實(shí)時判斷人機(jī)動作，確保操作安全可靠。

03 

機(jī)器人界的“95后”
 

協(xié)作機(jī)器人(Collaborative Robots）最早由美國西北大學(xué)的兩位教授J.Edward Colgate和Michael Peshkin于1996年提出，不過，世界上第一款協(xié)作機(jī)器人并不是在美國誕生的。

2008年，丹麥優(yōu)傲機(jī)器人公司研制出世界上第一臺輕量化、小型化、人機(jī)協(xié)作的機(jī)器人UR5并在全國實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，這標(biāo)志著全球范圍內(nèi)真正意義上的協(xié)作機(jī)器人出現(xiàn)。優(yōu)傲由此成為協(xié)作機(jī)器人的鼻祖，并引領(lǐng)著協(xié)作機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展。
 

2012-2015年間，國外協(xié)作機(jī)器人品牌如Rethink Robotics、庫卡（Kuka）、ABB、發(fā)那科（Fanuc）、安川（Yaskawa）等廠商相繼推出協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，而國內(nèi)市場仍處于早期階段。
 

自2015年起，國內(nèi)企業(yè)開始加大協(xié)作機(jī)器人的研發(fā)力度，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和自主研發(fā)相結(jié)合的方式，逐漸提升協(xié)作機(jī)器人的技術(shù)水平，國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人品牌廠商開始嶄露頭角：新松、遨博、越疆、艾利特、珞石、節(jié)卡等。
 

其中，珞石機(jī)器人在國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人行業(yè)有了一次成功的大膽創(chuàng)新。
 

2021年，珞石機(jī)器人發(fā)布的柔性機(jī)器人xMate憑借出色的設(shè)計理念、全球前沿的技術(shù)特性、卓越的產(chǎn)品性能，成功獲得有“設(shè)計界的奧斯卡”之稱的德國紅點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)計大獎。

隨著國家大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，我國協(xié)作機(jī)器人的市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，銷量也迅速增長。

04 

廣闊的市場前景
 

在2023機(jī)器人科技創(chuàng)新論壇上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所所長趙杰教授指出，協(xié)作機(jī)器人和醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人是我國有望在國際上走在前列的兩種產(chǎn)品。
 

前段時間，上海市經(jīng)濟(jì)和信息化委員會公布了第一批《上海市智能機(jī)器人標(biāo)桿企業(yè)與應(yīng)用場景推薦目錄》入選名單，其中包括了節(jié)卡機(jī)器人在3C電子行業(yè)精密涂膠、汽車行業(yè)銷軸加工、智慧餐飲行業(yè)輔助配餐的典型應(yīng)用。
 

協(xié)作機(jī)器人相對于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人而言，能夠和人類協(xié)同工作，具有更高的靈活性和安全性，能夠滿足多種工業(yè)應(yīng)用場景的需求，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低人力成本和風(fēng)險，還可以釋放人類的創(chuàng)造力和潛能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)共贏。
 

據(jù)資料顯示，2022年中國協(xié)作機(jī)器人市場出貨量超過19000多臺，協(xié)作機(jī)器人單位時間成本僅約6.59元/小時，而人工成本升至37.88元/小時，已接近前者的6倍，由此可見，協(xié)作機(jī)器人成本優(yōu)勢十分明顯，實(shí)現(xiàn)了彎道超車。

05 

協(xié)作機(jī)器人未來可期

“人機(jī)協(xié)作”是協(xié)作機(jī)器人的本質(zhì)特征，而“人機(jī)共融”是未來機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域的主要方向。通過人機(jī)個體間的融合、人機(jī)群體間的融合、人機(jī)融合后的共同演進(jìn)，將視覺技術(shù)、力控技術(shù)、人工智能等融入?yún)f(xié)作機(jī)器人，使其智能化程度不斷提高，邁進(jìn)“人機(jī)共融”新時代。
 

在當(dāng)前發(fā)展高速不確定的環(huán)境下，全球制造業(yè)企業(yè)需通過數(shù)字化、自動化手段提升生產(chǎn)的柔性和管理的精益度，實(shí)現(xiàn)敏捷生產(chǎn)，在上述背景下，協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨旺盛的市場需求。
 

中國作為全球最大、增長最快的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場，市場空間與前景非常廣闊，科技研發(fā)水平的提升、工藝設(shè)計的創(chuàng)新，以及新型材料的投入使用，產(chǎn)業(yè)研融合進(jìn)一步加深，必然將使得頭部自主品牌企業(yè)更為凸顯。
 

核心技術(shù)才是硬實(shí)力，輕量化+高靈活+高柔性，得天獨(dú)厚的優(yōu)勢未來中國將實(shí)現(xiàn)從跟跑至領(lǐng)跑的跨越！
 

顯揚(yáng)科技由香港中文大學(xué)博士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建，主要研究并產(chǎn)業(yè)化高速高清三維機(jī)器視覺系統(tǒng)，以及智能工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。其研發(fā)的三維機(jī)器視覺設(shè)備精度能達(dá)亞微米級，三維數(shù)據(jù)采集幀率高達(dá)310幀，此外還具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)高效率機(jī)器人引導(dǎo)，以及工業(yè)檢測與測量。顯揚(yáng)科技的產(chǎn)品主要應(yīng)用在對采集速度要求較高的快速工業(yè)產(chǎn)線、物流樞紐以及對測量精度要求高的精密制造、軍工航天、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等。