新方向or新發展？一文解讀協作機器人發展秘卷
2023-6-7 來源：- 作者：-
協作機器人我們把它叫做COBOT，它可以與人協同完成工作，是全球工業機器人產業發展的新方向。是新方向沒問題，那么究竟是不是發展的新趨勢？
我國大量政策支持協作機器人的發展，“十四五”規劃、“機器人+”都對協作機器人產業和技術做了非常重要的指示。
2021、2022年是一個重要的時間節點。這兩年，國內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，國產廠商占到了八家。
現狀
勞動密集型產業、醫療用品、物流領域增長非常突出。從工業向非工業領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，二是節卡完成了10億融資，這是資本市場對協作機器人非常重要的標志性認可。美的從去年開始，把它的移動底盤的生產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，協作機器人毋庸置疑具有非常強大的行業趨勢。
目前，協作機器人品類越來越豐富，但是工業機器人和協作機器人的產品邊界越來越模糊。工業機器人越做越小，自重負重比越做越好，協作機器人在原有的特征下，輕量化，協作性，安全性精度越做越高，速度越做越快。這是工業機器人的典型特征和工業機器人的典型特征在融合。
應用領域的進一步拓展。應用機器人利于部署，大多數的非高速高精度環境它基本上都能勝任，所以特別受到中小企業的歡迎。現在新消費、新零售，只要是自動售賣機里面有機器人，基本上就是協作機器人，便宜，速度要求也不快。兩個趨勢，一個是中小企業，一個是非工業，從傳統的鋼鐵的汽車制造、電子制造，逐漸走向輕工業的食品、衛生，甚至對人的服務。
各個知名企業都在各個省展開布局，從上下游進行系統化的部署，有意打造產業鏈，中國協作機器人的幾大生態圈逐漸形成。
技術分析
首先看需求的變化。人類社會走到今天，智能制造高速發展，中國是世界第一制造大國，現在這個社會是個性化消費的時代，生產方式從單品種大批量走向了多品種變批量。批量化生產的靈活性不足和制造產線的柔性能力弱制約了產線的自動化和智能化發展。恰巧協作機器人具備靈活部署的特性，而且它具有更強的感知能力，我們認為它可能更適合去復雜的技能型的作業。
操作或者作業有一系列的多個定義，詞源上看它的措施是指用手進行活動。從末端定義來看，操作是指機器人移動除自身以外的事物。從過程定義來看，操作是指機器人從事抓取放置，控制把持，機械裝配等動作。
與傳統的工業機器人相比，協作機器人在生產模式、作業環境、產品特性上各有不同，不需要進行隔離。特別是協作機器人具有更多的感知能力，無論用電流環還是用力距傳感器，還是用末端六位力傳感器，它比傳統的工業機器人具有更好的感知能力，能夠完成更加復雜的任務。
機器人的復雜作業任務面臨四個挑戰，其中最主要的挑戰來自于兩個，一個是復雜力接觸，一個是環境變化，也就是不確定性的東西。復雜力接觸怎么解決呢？有幾個協作機器人的技術，一是靈巧操作機構，這個靈巧操作機構包括它的手臂本身，有大量的協作機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，通過對整個系統和末端的動力學建模，傳感，以及機構優化從而進行作業。
多模感知，機器人與環境的物理交互控制要求機器人具有力感知、視覺感知、觸覺感知等。
人機交互技術，是指人類與機器人之間進行的雙向交互的過程，它是協作機器人的核心技術。
技能學習技術，協作機器人具有更多的感知能力，可以在很多狀態上有效反饋，更容易部署。
現在的技術趨勢，核心問題是如何讓協作機器人承擔更多的任務，成為產業工人的合作助手，感知能力、決策能力、人機共融的執行能力，以及與人共融的自然交互能力。
首先是融合的問題。復雜的操作問題，更多的是通過試錯融合來解決，從傳統的視覺領域延伸到觸覺加視覺，可以解決絕大部分的復雜操作問題。
智能決策。無論什么樣的機器人都需要加智能，現在的大模型到底下一步怎么走，交給時間去回答。
新型末端執行器越來越多，更多的復雜作業任務也可以被完成。
移動操作。傳統的工業機器人動輒50公斤，150公斤，要想把它放到一個載體上就會很大。現在的協作機器人非常輕巧，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作機器人，可以延伸工業機器人的作業空間。
思考與展望
一、高精度，高速度，輕量化。有一些工業場景，特別是非工業場景更適用于于輕量化、協作性。人類沒有亞毫米級的精度作業能力，但人類可以借助工具完成很多事情。協作機器人發展的趨勢就像人的手臂一樣，能夠等同于人的手臂，學會人類手臂的靈巧性，加上不同的工具，來達到作業任務的高精度，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擔？這是值得思考的問題。
三、通用末端和專用末端的問題。傳統機器人習慣于專用末端，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各種專業化的作業。協作機器人現在的趨勢是用指靈巧手和三指靈巧手完成很多復雜的任務。未來是不是把協作機器人打造成具有靈巧手的手臂，這也是值得思考的問題。
四、人機協作的剛性需求。人機協作的應用場景將對協作機器人的發展產生顛覆性的重大推動作用。這是決定協作機器人發展方向的一個核心所在，人機協作到底在哪協作？如果服務機器人場景一定是協作的，那么是什么場景？協作機器人未來的出口到底是協作場景還是服務場景？這是值得我們思考的問題。
（以上來源山東大學科學技術研究院副院長宋銳——《協作機器人作業技術分析與展望》演講。）
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