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新方向or新發(fā)展？一文解讀協(xié)作機(jī)器人發(fā)展秘卷

2023-6-7 來源：- 作者：-

協(xié)作機(jī)器人我們把它叫做COBOT，它可以與人協(xié)同完成工作，是全球工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。是新方向沒問題，那么究竟是不是發(fā)展的新趨勢？

我國大量政策支持協(xié)作機(jī)器人的發(fā)展，“十四五”規(guī)劃、“機(jī)器人+”都對協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)做了非常重要的指示。

2021、2022年是一個重要的時間節(jié)點(diǎn)。這兩年，國內(nèi)市場終于拋開了千年老二的局面，兩次超越UR，前十名的廠商里面，國產(chǎn)廠商占到了八家。

現(xiàn)狀

勞動密集型產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療用品、物流領(lǐng)域增長非常突出。從工業(yè)向非工業(yè)領(lǐng)域延伸的趨勢很明顯，這里面有幾個代表性的事件，一是遨博簽了4000臺與秀域的合作，二是節(jié)卡完成了10億融資，這是資本市場對協(xié)作機(jī)器人非常重要的標(biāo)志性認(rèn)可。美的從去年開始，把它的移動底盤的生產(chǎn)中心放在了中國南方，這也是一個非常重要的信號。

綜上所述，協(xié)作機(jī)器人毋庸置疑具有非常強(qiáng)大的行業(yè)趨勢。

目前，協(xié)作機(jī)器人品類越來越豐富，但是工業(yè)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人的產(chǎn)品邊界越來越模糊。工業(yè)機(jī)器人越做越小，自重負(fù)重比越做越好，協(xié)作機(jī)器人在原有的特征下，輕量化，協(xié)作性，安全性精度越做越高，速度越做越快。這是工業(yè)機(jī)器人的典型特征和工業(yè)機(jī)器人的典型特征在融合。

應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展。應(yīng)用機(jī)器人利于部署，大多數(shù)的非高速高精度環(huán)境它基本上都能勝任，所以特別受到中小企業(yè)的歡迎。現(xiàn)在新消費(fèi)、新零售，只要是自動售賣機(jī)里面有機(jī)器人，基本上就是協(xié)作機(jī)器人，便宜，速度要求也不快。兩個趨勢，一個是中小企業(yè)，一個是非工業(yè)，從傳統(tǒng)的鋼鐵的汽車制造、電子制造，逐漸走向輕工業(yè)的食品、衛(wèi)生，甚至對人的服務(wù)。

各個知名企業(yè)都在各個省展開布局，從上下游進(jìn)行系統(tǒng)化的部署，有意打造產(chǎn)業(yè)鏈，中國協(xié)作機(jī)器人的幾大生態(tài)圈逐漸形成。

技術(shù)分析

首先看需求的變化。人類社會走到今天，智能制造高速發(fā)展，中國是世界第一制造大國，現(xiàn)在這個社會是個性化消費(fèi)的時代，生產(chǎn)方式從單品種大批量走向了多品種變批量。批量化生產(chǎn)的靈活性不足和制造產(chǎn)線的柔性能力弱制約了產(chǎn)線的自動化和智能化發(fā)展。恰巧協(xié)作機(jī)器人具備靈活部署的特性，而且它具有更強(qiáng)的感知能力，我們認(rèn)為它可能更適合去復(fù)雜的技能型的作業(yè)。

操作或者作業(yè)有一系列的多個定義，詞源上看它的措施是指用手進(jìn)行活動。從末端定義來看，操作是指機(jī)器人移動除自身以外的事物。從過程定義來看，操作是指機(jī)器人從事抓取放置，控制把持，機(jī)械裝配等動作。

與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人相比，協(xié)作機(jī)器人在生產(chǎn)模式、作業(yè)環(huán)境、產(chǎn)品特性上各有不同，不需要進(jìn)行隔離。特別是協(xié)作機(jī)器人具有更多的感知能力，無論用電流環(huán)還是用力距傳感器，還是用末端六位力傳感器，它比傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人具有更好的感知能力，能夠完成更加復(fù)雜的任務(wù)。

機(jī)器人的復(fù)雜作業(yè)任務(wù)面臨四個挑戰(zhàn)，其中最主要的挑戰(zhàn)來自于兩個，一個是復(fù)雜力接觸，一個是環(huán)境變化，也就是不確定性的東西。復(fù)雜力接觸怎么解決呢？有幾個協(xié)作機(jī)器人的技術(shù)，一是靈巧操作機(jī)構(gòu)，這個靈巧操作機(jī)構(gòu)包括它的手臂本身，有大量的協(xié)作機(jī)器人可以做到七個自由度，操作空間具有很好的冗余性。有感知的末端，通過對整個系統(tǒng)和末端的動力學(xué)建模，傳感，以及機(jī)構(gòu)優(yōu)化從而進(jìn)行作業(yè)。

多模感知，機(jī)器人與環(huán)境的物理交互控制要求機(jī)器人具有力感知、視覺感知、觸覺感知等。

人機(jī)交互技術(shù)，是指人類與機(jī)器人之間進(jìn)行的雙向交互的過程，它是協(xié)作機(jī)器人的核心技術(shù)。

技能學(xué)習(xí)技術(shù)，協(xié)作機(jī)器人具有更多的感知能力，可以在很多狀態(tài)上有效反饋，更容易部署。

現(xiàn)在的技術(shù)趨勢，核心問題是如何讓協(xié)作機(jī)器人承擔(dān)更多的任務(wù)，成為產(chǎn)業(yè)工人的合作助手，感知能力、決策能力、人機(jī)共融的執(zhí)行能力，以及與人共融的自然交互能力。

首先是融合的問題。復(fù)雜的操作問題，更多的是通過試錯融合來解決，從傳統(tǒng)的視覺領(lǐng)域延伸到觸覺加視覺，可以解決絕大部分的復(fù)雜操作問題。

智能決策。無論什么樣的機(jī)器人都需要加智能，現(xiàn)在的大模型到底下一步怎么走，交給時間去回答。

新型末端執(zhí)行器越來越多，更多的復(fù)雜作業(yè)任務(wù)也可以被完成。

移動操作。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人動輒50公斤，150公斤，要想把它放到一個載體上就會很大。現(xiàn)在的協(xié)作機(jī)器人非常輕巧，更有利于部署在移動平臺上，一個高精度的移動平臺加上協(xié)作機(jī)器人，可以延伸工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)空間。

思考與展望

一、高精度，高速度，輕量化。有一些工業(yè)場景，特別是非工業(yè)場景更適用于于輕量化、協(xié)作性。人類沒有亞毫米級的精度作業(yè)能力，但人類可以借助工具完成很多事情。協(xié)作機(jī)器人發(fā)展的趨勢就像人的手臂一樣，能夠等同于人的手臂，學(xué)會人類手臂的靈巧性，加上不同的工具，來達(dá)到作業(yè)任務(wù)的高精度，高剛度，高速度。

二、視覺感知和多模感知的問題。過量信息的冗余到底是不是我們真正需要的。人類解決了80%以上的問題是靠視覺，是不是視覺加觸覺就夠了？還是要再加其他的東西，它在完備性上帶來了好處還是算力的負(fù)擔(dān)？這是值得思考的問題。

三、通用末端和專用末端的問題。傳統(tǒng)機(jī)器人習(xí)慣于專用末端，打螺絲的時候用打螺絲的專用工具，不同型號的螺栓還有不同型號的工具，用快速的工具切換來實現(xiàn)各種專業(yè)化的作業(yè)。協(xié)作機(jī)器人現(xiàn)在的趨勢是用指靈巧手和三指靈巧手完成很多復(fù)雜的任務(wù)。未來是不是把協(xié)作機(jī)器人打造成具有靈巧手的手臂，這也是值得思考的問題。

四、人機(jī)協(xié)作的剛性需求。人機(jī)協(xié)作的應(yīng)用場景將對協(xié)作機(jī)器人的發(fā)展產(chǎn)生顛覆性的重大推動作用。這是決定協(xié)作機(jī)器人發(fā)展方向的一個核心所在，人機(jī)協(xié)作到底在哪協(xié)作？如果服務(wù)機(jī)器人場景一定是協(xié)作的，那么是什么場景？協(xié)作機(jī)器人未來的出口到底是協(xié)作場景還是服務(wù)場景？這是值得我們思考的問題。

（以上來源山東大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院副院長宋銳——《協(xié)作機(jī)器人作業(yè)技術(shù)分析與展望》演講。）

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