開啟人機協(xié)作新時代：協(xié)作機器人的應(yīng)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(chǎn)業(yè)變革新引擎
近年來，在政策扶持、資本助推和技術(shù)創(chuàng)新的共同作用下，產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展黃金期。日前，各行各業(yè)正經(jīng)歷產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)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(xié)作機器人憑借其安全性強，易于編程，便于融入產(chǎn)線，落地部署靈活等特點，成為實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)和重要抓手，在制造業(yè)和其他領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。
機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展密不可分，技術(shù)發(fā)展推動產(chǎn)業(yè)變革，新應(yīng)用也催生新創(chuàng)新。人工智能、機器視覺等技術(shù)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(xié)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(fù)雜的環(huán)境中與人平穩(wěn)高效地合作，真正實現(xiàn)“人機協(xié)作”。
“機器換人”是時勢所趨，也是時代發(fā)展所需，協(xié)作機器人能夠極大地提高生產(chǎn)力，滿足高精度、定制化、彈性化的生產(chǎn)需求，帶來生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)格局的重塑。
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什么是協(xié)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(shù)據(jù)相結(jié)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(xié)作人體的決策能力互相協(xié)調(diào)，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(xiàn)實又超越現(xiàn)實的國家科技實力“預(yù)言”。
協(xié)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(xié)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(qū)動器、控制器組成。按照結(jié)構(gòu)形式、載荷大小、力感知方式以及機器人軸數(shù)的不同，協(xié)作機器人可以分為十多種。
從結(jié)構(gòu)上來看，協(xié)作機器人有單臂、雙臂兩種形式。
單臂協(xié)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(yīng)用于各種行業(yè)場景。雙臂協(xié)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(xié)作的負載應(yīng)用，或者在有限空間完成多動作的場景，如雙手擰瓶蓋的協(xié)同動作，與單臂機器人相比，雙臂協(xié)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(wù)。
根據(jù)軸數(shù)分類，目前協(xié)作機器人主要可分為四軸協(xié)作機器人、六軸協(xié)作機器人以及七軸協(xié)作機器人。
其中，六軸協(xié)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(nèi)自由移動和旋轉(zhuǎn)，具有較高的精度和重復(fù)性，能夠廣泛的應(yīng)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(xié)作機器人是比較簡單的協(xié)作機器人，是在SCARA機器人基礎(chǔ)上衍生出的一個品類，具有4個自由度，可以在平面內(nèi)自由移動和旋轉(zhuǎn)，主要用于需要快速操作和靈活性高的任務(wù)，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(xié)作機器人是比較復(fù)雜的協(xié)作機器人，是在六軸協(xié)作機器人的基礎(chǔ)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(yīng)某些特種工作環(huán)境，在科研領(lǐng)域的應(yīng)用也較為廣泛。
總體而言，協(xié)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(tǒng)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(chǎn)環(huán)境與操作人員一同工作。這樣的特性，使得協(xié)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(tǒng)和控制算法來實時判斷人機動作，確保操作安全可靠。
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機器人界的“95后”
協(xié)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(xié)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(xié)作的機器人UR5并在全國實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，這標志著全球范圍內(nèi)真正意義上的協(xié)作機器人出現(xiàn)。優(yōu)傲由此成為協(xié)作機器人的鼻祖，并引領(lǐng)著協(xié)作機器人行業(yè)的發(fā)展。
2012-2015年間，國外協(xié)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(xié)作機器人產(chǎn)品，而國內(nèi)市場仍處于早期階段。
自2015年起，國內(nèi)企業(yè)開始加大協(xié)作機器人的研發(fā)力度，通過引進國外先進技術(shù)和自主研發(fā)相結(jié)合的方式，逐漸提升協(xié)作機器人的技術(shù)水平，國內(nèi)協(xié)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(nèi)協(xié)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(shè)計理念、全球前沿的技術(shù)特性、卓越的產(chǎn)品性能，成功獲得有“設(shè)計界的奧斯卡”之稱的德國紅點產(chǎn)品設(shè)計大獎。
隨著國家大力發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)，我國協(xié)作機器人的市場規(guī)模持續(xù)擴大，銷量也迅速增長。
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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(xié)作機器人和醫(yī)療手術(shù)機器人是我國有望在國際上走在前列的兩種產(chǎn)品。
前段時間，上海市經(jīng)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(yīng)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(yīng)用。
協(xié)作機器人相對于傳統(tǒng)工業(yè)機器人而言，能夠和人類協(xié)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(yīng)用場景的需求，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)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(xiàn)人機共贏。
據(jù)資料顯示，2022年中國協(xié)作機器人市場出貨量超過19000多臺，協(xié)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(xié)作機器人成本優(yōu)勢十分明顯，實現(xiàn)了彎道超車。
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協(xié)作機器人未來可期
“人機協(xié)作”是協(xié)作機器人的本質(zhì)特征，而“人機共融”是未來機器人研發(fā)領(lǐng)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(shù)、力控技術(shù)、人工智能等融入?yún)f(xié)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(shù)字化、自動化手段提升生產(chǎn)的柔性和管理的精益度，實現(xiàn)敏捷生產(chǎn)，在上述背景下，協(xié)作機器人產(chǎn)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(yīng)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(shè)計的創(chuàng)新，以及新型材料的投入使用，產(chǎn)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(shù)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(xiàn)從跟跑至領(lǐng)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(chǎn)業(yè)化高速高清三維機器視覺系統(tǒng)，以及智能工業(yè)機器人系統(tǒng)。其研發(fā)的三維機器視覺設(shè)備精度能達亞微米級，三維數(shù)據(jù)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(xiàn)高效率機器人引導，以及工業(yè)檢測與測量。顯揚科技的產(chǎn)品主要應(yīng)用在對采集速度要求較高的快速工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)等。
