開啟人機協作新時代：協作機器人的應用與展望
發(fā)布時間：2023-06-13 16:18:11 作者：顯揚科技
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蓄勢待發(fā)，產業(yè)變革新引擎
近年來，在政策扶持、資本助推和技術創(chuàng)新的共同作用下，產業(yè)迎來發(fā)展黃金期。日前，各行各業(yè)正經歷產業(yè)智能化轉型，機器人市場規(guī)模不斷擴大，發(fā)展前景廣闊，但機器人賽道的競爭也日趨激烈。
其中，協作機器人憑借其安全性強，易于編程，便于融入產線，落地部署靈活等特點，成為實現產業(yè)智能化轉型的關鍵技術和重要抓手，在制造業(yè)和其他領域發(fā)揮著重要作用。
機器人技術與產業(yè)發(fā)展密不可分，技術發(fā)展推動產業(yè)變革，新應用也催生新創(chuàng)新。人工智能、機器視覺等技術的飛速發(fā)展，加上生成式AI的強勢“霸場”，大語言模型也對機器人發(fā)展有所加持，使得協作機器人日趨智能、易于交互并具有較高的自主性，可以再更為復雜的環(huán)境中與人平穩(wěn)高效地合作，真正實現“人機協作”。
“機器換人”是時勢所趨，也是時代發(fā)展所需，協作機器人能夠極大地提高生產力，滿足高精度、定制化、彈性化的生產需求，帶來生產方式和產業(yè)格局的重塑。
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什么是協作機器人？
電影《流浪地球2》的成功帶火了外骨骼機械手臂，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據相結合，信息接收后，人體的思維能力與機器的計算能力進行信息融合處理，最后通過機器的算法協作人體的決策能力互相協調，將人體智能與機器智能相融合，優(yōu)化判斷后進行智能輸出，達到人機合一的效果。而在電影中無處不在的機器人，不單只是科幻世界的憑空想象，還是基于現實又超越現實的國家科技實力“預言”。
協作機器人是一種能與人類在共同空間工作、近距離互動的機器，簡單來說就是能夠和人類一起「干活」「并肩戰(zhàn)斗」。
協作機器人主要由機器人本體、中空力矩電機、諧波減速機、伺服驅動器、控制器組成。按照結構形式、載荷大小、力感知方式以及機器人軸數的不同，協作機器人可以分為十多種。
從結構上來看，協作機器人有單臂、雙臂兩種形式。
單臂協作機器人只有一條手臂，是機械臂中最常見的形式。由于布置靈活、控制簡單，廣泛應用于各種行業(yè)場景。雙臂協作機器人擁有更廣闊的動作空間，高效靈活，適用于需要交互協作的負載應用，或者在有限空間完成多動作的場景，如雙手擰瓶蓋的協同動作，與單臂機器人相比，雙臂協作機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。
根據軸數分類，目前協作機器人主要可分為四軸協作機器人、六軸協作機器人以及七軸協作機器人。
其中，六軸協作機器人最常見也最為常用，它具有6個自由度，可以在三維空間內自由移動和旋轉，具有較高的精度和重復性，能夠廣泛的應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。
四軸協作機器人是比較簡單的協作機器人，是在SCARA機器人基礎上衍生出的一個品類，具有4個自由度，可以在平面內自由移動和旋轉，主要用于需要快速操作和靈活性高的任務，例如物料搬運、包裝和裝配等，同時也具有一定的成本優(yōu)勢。
七軸協作機器人是比較復雜的協作機器人，是在六軸協作機器人的基礎上增加了額外的軸，能夠躲避某些特定的目標，更加靈活穩(wěn)定的適應某些特種工作環(huán)境，在科研領域的應用也較為廣泛。
總體而言，協作機器人具有輕量化、模塊化、柔性化的特點，其最大的優(yōu)勢在于其不像傳統工業(yè)機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環(huán)境與操作人員一同工作。這樣的特性，使得協作機器人在速度、作業(yè)空間、安全性等方面需要具備完善的感知系統和控制算法來實時判斷人機動作，確保操作安全可靠。
03
機器人界的“95后”
協作機器人(Collaborative Robots）最早由美國西北大學的兩位教授J.Edward Colgate和Michael Peshkin于1996年提出，不過，世界上第一款協作機器人并不是在美國誕生的。
2008年，丹麥優(yōu)傲機器人公司研制出世界上第一臺輕量化、小型化、人機協作的機器人UR5并在全國實現商業(yè)應用，這標志著全球范圍內真正意義上的協作機器人出現。優(yōu)傲由此成為協作機器人的鼻祖，并引領著協作機器人行業(yè)的發(fā)展。
2012-2015年間，國外協作機器人品牌如Rethink Robotics、庫卡（Kuka）、ABB、發(fā)那科（Fanuc）、安川（Yaskawa）等廠商相繼推出協作機器人產品，而國內市場仍處于早期階段。
自2015年起，國內企業(yè)開始加大協作機器人的研發(fā)力度，通過引進國外先進技術和自主研發(fā)相結合的方式，逐漸提升協作機器人的技術水平，國內協作機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，珞石機器人在國內協作機器人行業(yè)有了一次成功的大膽創(chuàng)新。
2021年，珞石機器人發(fā)布的柔性機器人xMate憑借出色的設計理念、全球前沿的技術特性、卓越的產品性能，成功獲得有“設計界的奧斯卡”之稱的德國紅點產品設計大獎。
隨著國家大力發(fā)展機器人產業(yè)，我國協作機器人的市場規(guī)模持續(xù)擴大，銷量也迅速增長。
04
廣闊的市場前景
在2023機器人科技創(chuàng)新論壇上，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所所長趙杰教授指出，協作機器人和醫(yī)療手術機器人是我國有望在國際上走在前列的兩種產品。
前段時間，上海市經濟和信息化委員會公布了第一批《上海市智能機器人標桿企業(yè)與應用場景推薦目錄》入選名單，其中包括了節(jié)卡機器人在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)輔助配餐的典型應用。
協作機器人相對于傳統工業(yè)機器人而言，能夠和人類協同工作，具有更高的靈活性和安全性，能夠滿足多種工業(yè)應用場景的需求，提高生產效率和質量，降低人力成本和風險，還可以釋放人類的創(chuàng)造力和潛能，實現人機共贏。
據資料顯示，2022年中國協作機器人市場出貨量超過19000多臺，協作機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，協作機器人成本優(yōu)勢十分明顯，實現了彎道超車。
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協作機器人未來可期
“人機協作”是協作機器人的本質特征，而“人機共融”是未來機器人研發(fā)領域的主要方向。通過人機個體間的融合、人機群體間的融合、人機融合后的共同演進，將視覺技術、力控技術、人工智能等融入協作機器人，使其智能化程度不斷提高，邁進“人機共融”新時代。
在當前發(fā)展高速不確定的環(huán)境下，全球制造業(yè)企業(yè)需通過數字化、自動化手段提升生產的柔性和管理的精益度，實現敏捷生產，在上述背景下，協作機器人產業(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)機器人應用市場，市場空間與前景非常廣闊，科技研發(fā)水平的提升、工藝設計的創(chuàng)新，以及新型材料的投入使用，產業(yè)研融合進一步加深，必然將使得頭部自主品牌企業(yè)更為凸顯。
核心技術才是硬實力，輕量化+高靈活+高柔性，得天獨厚的優(yōu)勢未來中國將實現從跟跑至領跑的跨越！
顯揚科技由香港中文大學博士團隊創(chuàng)建，主要研究并產業(yè)化高速高清三維機器視覺系統，以及智能工業(yè)機器人系統。其研發(fā)的三維機器視覺設備精度能達亞微米級，三維數據采集幀率高達310幀，此外還具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，可實現高效率機器人引導，以及工業(yè)檢測與測量。顯揚科技的產品主要應用在對采集速度要求較高的快速工業(yè)產線、物流樞紐以及對測量精度要求高的精密制造、軍工航天、半導體產業(yè)等。
