【高工機器人•深度】「人機協作」從概念到趨勢的解析（二）：協作機器人概述及產業鏈剖析

溫馨提示

由高工機器人發起的「2017高工機器人全國巡迴研討會」即將隆重啟幕，將攜手機器人行業各領域的領軍企業在全國三大區域三十城展開深入巡迴調研。

巡迴報名聯繫人：羅思娜 13632944360

協作機器人，或稱cobots。顧名思義，就是一種可以在一定區域內安全的與人類進行直接交互的機器人。

現今市場給予機器人企業兩大挑戰：一方面，有賴於勞動力密集型的低成本運營模式，勞動力紅利正在逐漸消失，技術熟練的工人使用成本快速增加，企業需要尋求機器人工位替代方案。

而另一方面，服務化以及規模化定製的產品供給，使製造商必須儘快適應更加靈活、周期更短、量產更快、更本土化的生產和設計方案。

在這兩大挑戰下，傳統工業機器人使用起來並不「解渴」，不僅僅價格昂貴、成本超預算，而且需要根據專用的安裝區域和使用空間而專門重新設計；固定的工位布局，不方便移動和變化；再加上繁瑣的編程示教控制，使得培訓周期長，需要專人使用；並且，傳統的機器人還缺少環境感知的能力，在與人一起工作的同時要求設置安全柵欄。

因此，在傳統的工業機器人逐漸取代單調、重複性高、危險性強的工作之時，能夠感知環境、與人協作的機器人也在慢慢滲入各個工業領域，與人共同工作。

協作機器人與傳統機器人相比所具備的優勢

1、安全可靠

安全性，這是人機協作機器人最基本的特性。通常情況下，機器人是非常危險的，在操作中，為了保證安全，都會強調人應該與機器人保持距離。但今後的生產線由於人機協作機器人的導入，機器人不再是拒人千里之外，而是與人一起協同工作。

本體的柔順性，需要機器人通過對環境的感知，監測到外圍的碰撞和擠壓，在裝配時避免由於人員的意外介入而造成人員的傷害。

2、簡單易用

協作機器人簡單易用的特點使其相比較傳統的機器人來說，具備更容易安裝和編程的優勢。以往，機器人編程是非常複雜和耗時的任務，必須由訓練有素的專業人士來完成。

協作機器人的「開箱即用體驗」通常為不到一小時，這其實也就是將機器人拆包、安裝，以及編寫第一個簡單的任務程序所需的時間。用戶可以將機器人調製為自由驅動模式或是手動編程模式。用戶也可以在觸摸屏上進行簡單編程，這些都意味著可以大大節省安裝、應用程序的時間。

3、部署靈活

大部分協作機器人因其主機很小，所佔空間很小，機身能夠縮小到可放置在工作台上的尺寸，因而在任何地方都可以安裝。

在小批量的生產或者季節性生產要求下，生產周期在不斷縮減，協作機器人的輕巧性讓它們很容易就能適應新任務，這使之很適合用於輔助小批量生產的柔性化製造中。

4、使用成本低

就傳統機器人而言，機器人自身的成本僅占系統總成本的25％到30％。而剩餘成本則與機器人編程、安裝以及專用的屏蔽工作間相關。

被稱為「即插即用型機器人」的協作機器人，除了省去學習和操作成本、安裝配置成本、重新設置成本外，協作機器人基本上不需要維護保養的成本投入，並且功耗負載能達到傳統機器人的10%到20%，機器人本體功耗成本也比較低。

實際上，協作機器人只是整個工業機器人產業鏈中一個非常重要的細分類別，有它獨特的優勢，但缺點也很明顯：為了控制力和碰撞能力，協作機器人的運行速度比較慢，通常只有傳統機器人的三分之一到二分之一；為了減少機器人運動時的動能，協作機器人一般重量比較輕，結構相對簡單，這就造成整個機器人的剛性不足，定位精度相比傳統機器人差1個數量級；低自重，低能量的要求，導致協作機器人體型都很小，負載一般在10kg以下，工作範圍只與人的手臂相當，很多場合無法使用。

針對協作機器人的優劣勢，各國也紛紛提出發展協作機器人的研究課題，比如，由多人多機器人組成的各個團隊之間如何有效互動和協作；機器人如何促進在各種環境下完成各種任務，並且將硬體和軟體改動控制在最小範圍；如何利用來自雲、其他機器人和人的海量信息讓機器人更有效地學習和工作；如何讓機器人的硬體和軟體設計確保可靠運行等。

此外，還有團隊支持通過創新方法構建機器人學知識並將之融入教育課程，通過教育途徑壯大機器人學研究隊伍，探索廣泛存在的協作機器人對人類未來的社會、行為和經濟影響。

此舉旨在通過學術界、行業、非營利機構及其他組織的合作，在基礎科學工程、技術開發、部署和使用之間建立更緊密的聯繫。

以「擴展協作機器人交互」為重點的研究主題

1、協作

讓機器人與其他各方（人或機器人）有效協作；

讓機器人系統實現分散式感知、行動、計劃和學習；

讓機器人高效學習直接經驗、人類、其他機器人和數字媒體提供的信息；

讓機器人能夠與其他各方（人或機器人）進行交流、指導。

2、交互

讓機器人能夠與新用戶交互，包括語言和非語言交流；

使機器人能夠與專家有效交互，包括遠程交互；

使機器人能夠可靠地識別和預測其他人的行為和活動；

研究機器人的社交智能，包括心智模式、觀點獲取和共同注意能力；

研究人類對普適協作機器人的信任問題。

3、可擴展性

研究易於自定義的機器人，以在各種情況下實現各種任務；

研究易於個人化的機器人，以便與各種人交流；

研究可組合使用的硬體或軟體，以支持普適協作機器人的開發；

研究數據管理方法，用以管理機器人生成/使用過的數據，尤其是各方共享的數據；

研究硬體和軟體策略，降低故障頻率，避免機器人突然失靈。

4、實際體現

研究可促進普適交互且安全的設計和材料（如柔性機器人）；

促進物理協作（包括端對端、協作操控以及增強人類能力）；

研究物理信息收集、感測模式以及協作和分散式感測技術；

研究其他可選的人機通信模式（如聲音、手勢、視覺、動作、觸覺），以加強團隊成員之間的合作。

5、降低准入門檻

研究具有創新價值的機器人編程語言/範例；

針對軟體、硬體和系統開發強大易用的基礎架構；

通過技術開發促進物理試驗台共享，尤其是可使現有測試台更具開放性的技術；

開發可共享的資源，如軟體和數據。

6、社會影響

研究普適協作機器人對社會和經濟平等的影響；

研究必要的經濟和管理政策；

研究與普適協作機器人有關的倫理道德和法律問題；

研究人機團隊協作、整合、合作、員工操作培訓等問題；

開發協作機器人在教育行業的創新性用途。

協作機器人產業鏈剖析

協作機器人的產業鏈可劃分為上游零部件，包括電機、伺服驅動、諧波減速器、電機端編碼器、關節端位置感測器、力矩感測器、安全控制器等。零部件主要掌握在外資企業手中，尤其是在高精密感測器、減速器等方面。

中游本體領域的代表性企業有優傲機器人、Rethink robotics、ABB、FANUC、KUKA、YASKAWA、新松機器人、大族電機、TECHMAN ROBOT等，新興的協作機器人廠商與傳統機器人巨頭展開競爭，國產協作機器人處於剛剛興起的階段。

下游集成應用包括焊接膠合、組裝裝配、拋光打磨、噴塗、點膠塗膠、搬運碼垛、上下料、檢測測試等，由人類負責對柔性，觸覺，靈活性要求比較高的工序，機器人則利用其快速、準確的特點來負責重複性的工作。

協作機器人的工作包括組裝鍵盤，可以由機器人把鍵帽放置到位，人來進行卡扣的工作；組裝手機/電腦，機器人負責把主要零配件、螺絲放到合適的位置，人來負責排線安裝、卡扣、擰螺絲的工作。

應用行業則包括汽車零部件、3C電子、金屬機械、五金衛浴、食品飲料、注塑化工、醫療製藥、物流倉儲、科研、服務等行業。其中，汽車零部件和3C電子組裝裝配、金屬及五金衛浴拋光打磨是協作機器人應用較多的領域，也是應用空間較大的領域；商業和服務行業應用未來會是協作機器人較大的增長點。

3C電子、醫療製藥、食品飲料、物流倉儲等新興行業的特點是產品種類很多、體積普遍不大、對操作人員的靈活度/柔性要求高。它們的產品一般以小批量，定製化，短周期為特徵，沒有太多的資金對生產線進行大規模改造，並且對產品的ROI更為敏感。因而中小企業是目前協作機器人的主要客戶。

此外，在某些機器人應用的新興行業中，即使是大企業也面臨與中小企業同樣的問題，3C產業是這方面的典型代表。

最後，借用Rethink Baxter的一句宣傳語，協作機器人的目標應用場合可以概括為：協作機器人最終將變成一個過渡概念，隨著技術的發展，未來所有的機器人都應該具備與人類一起安全的協同工作的特性。

正如我們現在不再區分黑白電視和彩色電視而統稱為電視，不再區分功能機和智能機而統稱為手機，未來所有的機器人也將不再區分協作與非協作，而統稱為機器人。

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