新方向or新发展？一文解读协作机器人发展秘卷
2023-6-7 来源：- 作者：-
协作机器人我们把它叫做COBOT，它可以与人协同完成工作，是全球工业机器人产业发展的新方向。是新方向没问题，那么究竟是不是发展的新趋势？
我国大量政策支持协作机器人的发展，“十四五”规划、“机器人+”都对协作机器人产业和技术做了非常重要的指示。
2021、2022年是一个重要的时间节点。这两年，国内市场终于抛开了千年老二的局面，两次超越UR，前十名的厂商里面，国产厂商占到了八家。
现状
劳动密集型产业、医疗用品、物流领域增长非常突出。从工业向非工业领域延伸的趋势很明显，这里面有几个代表性的事件，一是遨博签了4000台与秀域的合作，二是节卡完成了10亿融资，这是资本市场对协作机器人非常重要的标志性认可。美的从去年开始，把它的移动底盘的生产中心放在了中国南方，这也是一个非常重要的信号。
综上所述，协作机器人毋庸置疑具有非常强大的行业趋势。
目前，协作机器人品类越来越丰富，但是工业机器人和协作机器人的产品边界越来越模糊。工业机器人越做越小，自重负重比越做越好，协作机器人在原有的特征下，轻量化，协作性，安全性精度越做越高，速度越做越快。这是工业机器人的典型特征和工业机器人的典型特征在融合。
应用领域的进一步拓展。应用机器人利于部署，大多数的非高速高精度环境它基本上都能胜任，所以特别受到中小企业的欢迎。现在新消费、新零售，只要是自动售卖机里面有机器人，基本上就是协作机器人，便宜，速度要求也不快。两个趋势，一个是中小企业，一个是非工业，从传统的钢铁的汽车制造、电子制造，逐渐走向轻工业的食品、卫生，甚至对人的服务。
各个知名企业都在各个省展开布局，从上下游进行系统化的部署，有意打造产业链，中国协作机器人的几大生态圈逐渐形成。
技术分析
首先看需求的变化。人类社会走到今天，智能制造高速发展，中国是世界第一制造大国，现在这个社会是个性化消费的时代，生产方式从单品种大批量走向了多品种变批量。批量化生产的灵活性不足和制造产线的柔性能力弱制约了产线的自动化和智能化发展。恰巧协作机器人具备灵活部署的特性，而且它具有更强的感知能力，我们认为它可能更适合去复杂的技能型的作业。
操作或者作业有一系列的多个定义，词源上看它的措施是指用手进行活动。从末端定义来看，操作是指机器人移动除自身以外的事物。从过程定义来看，操作是指机器人从事抓取放置，控制把持，机械装配等动作。
与传统的工业机器人相比，协作机器人在生产模式、作业环境、产品特性上各有不同，不需要进行隔离。特别是协作机器人具有更多的感知能力，无论用电流环还是用力距传感器，还是用末端六位力传感器，它比传统的工业机器人具有更好的感知能力，能够完成更加复杂的任务。
机器人的复杂作业任务面临四个挑战，其中最主要的挑战来自于两个，一个是复杂力接触，一个是环境变化，也就是不确定性的东西。复杂力接触怎么解决呢？有几个协作机器人的技术，一是灵巧操作机构，这个灵巧操作机构包括它的手臂本身，有大量的协作机器人可以做到七个自由度，操作空间具有很好的冗余性。有感知的末端，通过对整个系统和末端的动力学建模，传感，以及机构优化从而进行作业。
多模感知，机器人与环境的物理交互控制要求机器人具有力感知、视觉感知、触觉感知等。
人机交互技术，是指人类与机器人之间进行的双向交互的过程，它是协作机器人的核心技术。
技能学习技术，协作机器人具有更多的感知能力，可以在很多状态上有效反馈，更容易部署。
现在的技术趋势，核心问题是如何让协作机器人承担更多的任务，成为产业工人的合作助手，感知能力、决策能力、人机共融的执行能力，以及与人共融的自然交互能力。
首先是融合的问题。复杂的操作问题，更多的是通过试错融合来解决，从传统的视觉领域延伸到触觉加视觉，可以解决绝大部分的复杂操作问题。
智能决策。无论什么样的机器人都需要加智能，现在的大模型到底下一步怎么走，交给时间去回答。
新型末端执行器越来越多，更多的复杂作业任务也可以被完成。
移动操作。传统的工业机器人动辄50公斤，150公斤，要想把它放到一个载体上就会很大。现在的协作机器人非常轻巧，更有利于部署在移动平台上，一个高精度的移动平台加上协作机器人，可以延伸工业机器人的作业空间。
思考与展望
一、高精度，高速度，轻量化。有一些工业场景，特别是非工业场景更适用于于轻量化、协作性。人类没有亚毫米级的精度作业能力，但人类可以借助工具完成很多事情。协作机器人发展的趋势就像人的手臂一样，能够等同于人的手臂，学会人类手臂的灵巧性，加上不同的工具，来达到作业任务的高精度，高刚度，高速度。
二、视觉感知和多模感知的问题。过量信息的冗余到底是不是我们真正需要的。人类解决了80%以上的问题是靠视觉，是不是视觉加触觉就够了？还是要再加其他的东西，它在完备性上带来了好处还是算力的负担？这是值得思考的问题。
三、通用末端和专用末端的问题。传统机器人习惯于专用末端，打螺丝的时候用打螺丝的专用工具，不同型号的螺栓还有不同型号的工具，用快速的工具切换来实现各种专业化的作业。协作机器人现在的趋势是用指灵巧手和三指灵巧手完成很多复杂的任务。未来是不是把协作机器人打造成具有灵巧手的手臂，这也是值得思考的问题。
四、人机协作的刚性需求。人机协作的应用场景将对协作机器人的发展产生颠覆性的重大推动作用。这是决定协作机器人发展方向的一个核心所在，人机协作到底在哪协作？如果服务机器人场景一定是协作的，那么是什么场景？协作机器人未来的出口到底是协作场景还是服务场景？这是值得我们思考的问题。
（以上来源山东大学科学技术研究院副院长宋锐——《协作机器人作业技术分析与展望》演讲。）
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