开启人机协作新时代：协作机器人的应用与展望

发布时间：2023-06-13 16:18:11     作者：显扬科技

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蓄势待发，产业变革新引擎
 

近年来，在政策扶持、资本助推和技术创新的共同作用下，产业迎来发展黄金期。日前，各行各业正经历产业智能化转型，机器人市场规模不断扩大，发展前景广阔，但机器人赛道的竞争也日趋激烈。
 

其中，协作机器人凭借其安全性强，易于编程，便于融入产线，落地部署灵活等特点，成为实现产业智能化转型的关键技术和重要抓手，在制造业和其他领域发挥着重要作用。
 

机器人技术与产业发展密不可分，技术发展推动产业变革，新应用也催生新创新。人工智能、机器视觉等技术的飞速发展，加上生成式AI的强势“霸场”，大语言模型也对机器人发展有所加持，使得协作机器人日趋智能、易于交互并具有较高的自主性，可以再更为复杂的环境中与人平稳高效地合作，真正实现“人机协作”。
 

“机器换人”是时势所趋，也是时代发展所需，协作机器人能够极大地提高生产力，满足高精度、定制化、弹性化的生产需求，带来生产方式和产业格局的重塑。

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什么是协作机器人？
 

电影《流浪地球2》的成功带火了外骨骼机械手臂，它通过硬件传感器收集人体生物电信号，将采集人体主观信号与客观硬件数据相结合，信息接收后，人体的思维能力与机器的计算能力进行信息融合处理，最后通过机器的算法协作人体的决策能力互相协调，将人体智能与机器智能相融合，优化判断后进行智能输出，达到人机合一的效果。而在电影中无处不在的机器人，不单只是科幻世界的凭空想象，还是基于现实又超越现实的国家科技实力“预言”。
 

协作机器人是一种能与人类在共同空间工作、近距离互动的机器，简单来说就是能够和人类一起「干活」「并肩战斗」。
 

协作机器人主要由机器人本体、中空力矩电机、谐波减速机、伺服驱动器、控制器组成。按照结构形式、载荷大小、力感知方式以及机器人轴数的不同，协作机器人可以分为十多种。

从结构上来看，协作机器人有单臂、双臂两种形式。
 

单臂协作机器人只有一条手臂，是机械臂中最常见的形式。由于布置灵活、控制简单，广泛应用于各种行业场景。双臂协作机器人拥有更广阔的动作空间，高效灵活，适用于需要交互协作的负载应用，或者在有限空间完成多动作的场景，如双手拧瓶盖的协同动作，与单臂机器人相比，双臂协作机器人具有更高的灵活性和可操作性，可以完成单臂不能完成的任务。

根据轴数分类，目前协作机器人主要可分为四轴协作机器人、六轴协作机器人以及七轴协作机器人。
 

其中，六轴协作机器人最常见也最为常用，它具有6个自由度，可以在三维空间内自由移动和旋转，具有较高的精度和重复性，能够广泛的应用于各个需要高精度操作的行业中，例如组装、加工和检索等。

四轴协作机器人是比较简单的协作机器人，是在SCARA机器人基础上衍生出的一个品类，具有4个自由度，可以在平面内自由移动和旋转，主要用于需要快速操作和灵活性高的任务，例如物料搬运、包装和装配等，同时也具有一定的成本优势。

七轴协作机器人是比较复杂的协作机器人，是在六轴协作机器人的基础上增加了额外的轴，能够躲避某些特定的目标，更加灵活稳定的适应某些特种工作环境，在科研领域的应用也较为广泛。

总体而言，协作机器人具有轻量化、模块化、柔性化的特点，其最大的优势在于其不像传统工业机器人一样被锁在某个特定工作区域与操作人员隔离，而是能够直接融入生产环境与操作人员一同工作。这样的特性，使得协作机器人在速度、作业空间、安全性等方面需要具备完善的感知系统和控制算法来实时判断人机动作，确保操作安全可靠。

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机器人界的“95后”
 

协作机器人(Collaborative Robots）最早由美国西北大学的两位教授J.Edward Colgate和Michael Peshkin于1996年提出，不过，世界上第一款协作机器人并不是在美国诞生的。

2008年，丹麦优傲机器人公司研制出世界上第一台轻量化、小型化、人机协作的机器人UR5并在全国实现商业应用，这标志着全球范围内真正意义上的协作机器人出现。优傲由此成为协作机器人的鼻祖，并引领着协作机器人行业的发展。
 

2012-2015年间，国外协作机器人品牌如Rethink Robotics、库卡（Kuka）、ABB、发那科（Fanuc）、安川（Yaskawa）等厂商相继推出协作机器人产品，而国内市场仍处于早期阶段。
 

自2015年起，国内企业开始加大协作机器人的研发力度，通过引进国外先进技术和自主研发相结合的方式，逐渐提升协作机器人的技术水平，国内协作机器人品牌厂商开始崭露头角：新松、遨博、越疆、艾利特、珞石、节卡等。
 

其中，珞石机器人在国内协作机器人行业有了一次成功的大胆创新。
 

2021年，珞石机器人发布的柔性机器人xMate凭借出色的设计理念、全球前沿的技术特性、卓越的产品性能，成功获得有“设计界的奥斯卡”之称的德国红点产品设计大奖。

随着国家大力发展机器人产业，我国协作机器人的市场规模持续扩大，销量也迅速增长。

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广阔的市场前景
 

在2023机器人科技创新论坛上，哈尔滨工业大学机器人研究所所长赵杰教授指出，协作机器人和医疗手术机器人是我国有望在国际上走在前列的两种产品。
 

前段时间，上海市经济和信息化委员会公布了第一批《上海市智能机器人标杆企业与应用场景推荐目录》入选名单，其中包括了节卡机器人在3C电子行业精密涂胶、汽车行业销轴加工、智慧餐饮行业辅助配餐的典型应用。
 

协作机器人相对于传统工业机器人而言，能够和人类协同工作，具有更高的灵活性和安全性，能够满足多种工业应用场景的需求，提高生产效率和质量，降低人力成本和风险，还可以释放人类的创造力和潜能，实现人机共赢。
 

据资料显示，2022年中国协作机器人市场出货量超过19000多台，协作机器人单位时间成本仅约6.59元/小时，而人工成本升至37.88元/小时，已接近前者的6倍，由此可见，协作机器人成本优势十分明显，实现了弯道超车。

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协作机器人未来可期

“人机协作”是协作机器人的本质特征，而“人机共融”是未来机器人研发领域的主要方向。通过人机个体间的融合、人机群体间的融合、人机融合后的共同演进，将视觉技术、力控技术、人工智能等融入协作机器人，使其智能化程度不断提高，迈进“人机共融”新时代。
 

在当前发展高速不确定的环境下，全球制造业企业需通过数字化、自动化手段提升生产的柔性和管理的精益度，实现敏捷生产，在上述背景下，协作机器人产业面临旺盛的市场需求。
 

中国作为全球最大、增长最快的工业机器人应用市场，市场空间与前景非常广阔，科技研发水平的提升、工艺设计的创新，以及新型材料的投入使用，产业研融合进一步加深，必然将使得头部自主品牌企业更为凸显。
 

核心技术才是硬实力，轻量化+高灵活+高柔性，得天独厚的优势未来中国将实现从跟跑至领跑的跨越！
 

显扬科技由香港中文大学博士团队创建，主要研究并产业化高速高清三维机器视觉系统，以及智能工业机器人系统。其研发的三维机器视觉设备精度能达亚微米级，三维数据采集帧率高达310帧，此外还具有高精度、大景深、高稳定性的优势，可实现高效率机器人引导，以及工业检测与测量。显扬科技的产品主要应用在对采集速度要求较高的快速工业产线、物流枢纽以及对测量精度要求高的精密制造、军工航天、半导体产业等。