能造鞋、倒啤酒的协作机器人,会是一个新风口么?

协作机器人 风口 新风口

美国时间4月26日,全球知名自动设备供应商泰瑞达将1.48亿美元砸向一家协作机器人创业公司Mobile Industrial Robots(简称MiR ),并承诺如果到2020年MiR能达到业绩目标,还将追加1.24亿美元。


然而,鲜为人知的是,三年前泰瑞达就曾将2.85亿美元砸中另外一家机器人Universal Robots,也就是国际知名的丹麦协作机器人公司优傲机器人。


到底是什么驱使着这个自动化设备供应巨头,肯花费高达4.33亿美元两次收购协作机器人创企呢?今天,智东西梳理出了全球40多家协作机器人企业,带你看清令巨头资本频频倒向的协作机器人行业有何玄妙之处。


前几年,工业领域“机器换人”的呼声不断,然而却在技术不成熟、应用不现实的情况下渐渐失去了声响。取而代之,“人机协作”成为产业界、学术界和市场方面的共识。


而“人机协作”的基础是“协作机器人”,这种机器人与传统的汽车制造厂中组装马达、底盘而不需人靠近的大型工业机器人不同,协作机器人更加娇小,甚至可以放在桌面上工作,而其最突出的特点是可以与人类“笔肩作战”,共同完成工作。正是由于协作机器人既能协作人类完成工作,又能友好保障人类的安全,因此它也成为机器人行业的新热门领域。



就在前两天,阿迪达斯的第二座机器人工厂Speedfactory也正式宣布落成,这个占地7.4万平方英尺的“黑科技”工厂只有150名人类雇员,大部分工作都由机器人和人类协作完成。Speedfactory专门用于生产私人订制款和限量版的运动鞋——你脚上的阿迪达斯说不定就出自它们之手。


市场方面也同样看好协作机器人领域,2016年Markets and Markets和Research and Markets两家市场调查公司纷纷发布报告称:到2021年,协作机器人的全球销售总额将达20亿美元。紧接着,2017年Transparency Market Research也发布报告称到2024年低,全球协作机器人市值将达950亿美元,实现年均30%复合增长。


如此看来,从学术界、产业界到市场环境,所有人都认为协作机器人将成为机器人行业发展的方向。然而,目前我们却没有看到协作机器人呈现爆发式的应用,为什么协作机器人这把火点了两三年,却还是无法让协作机器人真正大火起来呢?


最近,智东西调查了协作机器人这一行业,发现目前做协作机器人的较为知名的企业已有30多家,其中不仅工业机器人四大家族全部入局,由于入门成本较低也吸引了不少创业者涌入。我们发现目前,协作机器人的应用主要集中在轻工业领域,虽具有成本低、操作简单的优点,但也在技术和能力上有所限制。


协作机器人与传统工业机器人的区别


既然,协作机器人主要应用于工业机器人领域,那么协作机器人与传统的工业机器人相比有哪些优势呢?


1. 安全性高。传统的工业机器人由于不能感知人的存在,傻乎乎地完全听令于既定程序,对人来说非常危险,因此人类与机器人必须要保持必要的距离。协作机器人通过配备多重传感器,可以感知人的存在,因此无需使用安全围栏将人机隔离,人和机器人始终在进行交互,相互配合完成工作。


2. 操作简单。大部分的协作机器人的主机都非常小,对安装场地的限制也非常小,安装起来非常的简便,并且可以手动调整位置或移动。传统的机器人编程非常复杂、耗时,并且需要专业人士进行处理,而协作机器人的厂商,会为其搭配相应的系统软件,编程也变得更加容易,因此可以频繁的进行任务转换。


3. 成本低。使用成本一直是限制机器人应用的一个重要问题,传统机器人中机器人本体成本占系统总成本的25%~30%,其余成本则是关于机器人编程、安装以及专用的屏蔽工作间等。而协作机器人的成本主要在于学习、操作、安装配置等方面的成本。


不过,协作机器人也有一定的局限性,主要表现在三个方面:


1. 速度慢。协作机器人的运行速度只有传统工业机器人的1/3~2/3,造成这一问题的原因是协作机器人需要对运转进行控制,以防伤害到人,因此运行的速度比较慢。


2. 负载小。协作机器人的负载都较低,一般都在10kg以下,这个缺点也是由于为了降低碰撞造成的损失,同时协作机器人较小的自重也导致协作机器人的刚性比传统机器人差很多,重复定位精度也更低。因此,协作机器人在轻工业和演示教学方面应用更广泛。


3. 工作范围小。协作机器人的体积一般都较小,常常被用于桌面,机器臂的长度有限,所以协作机器人的工作范围也比较小,这也限制了协作机器人的应用场景和领域。



协作机器人四大派系玩家就位


整体上看,目前协作机器人领域吸引了非常多的玩家入局,不仅工业四大家族(ABB、发那科、库卡、安川机电)全部入局,还有欧姆龙、博世、柯马等大型企业,以及Rethink、Franka、优傲等知名创企。


国内方面,新松、格力、大族激光等都在入局协作机器人领域,遨博智能、节卡机器人、珞石机器人、艾利特等创业公司的也在积极研发和开拓市场。由于玩家所处地理位置的不同,相对在工业基础和技术上也会有所差异,因此,我们将协作机器人玩家大致分成了四大派系:欧系、美系、日系和国产系。



一、欧系:


1. 优傲机器人


欧洲是现代工业的发源地,工业技术和基础实力都很强,四大家族的ABB、库卡都发源于欧洲。在欧系里,丹麦的优傲机器人是协作机器人领域的核心玩家,2008年推出的首款协作机器人产品UR5也成为不少后入玩家争相模仿的对象。



优傲成立于2005年,2011年开始进入中国市场,2015年被美国自动测试设备的大型供应商泰瑞达以2.85亿美元现金收购。2008年优傲推出的UR5被认为是世界上第一台协作机器人,仅通过声音、手势、图形就能够理解人类指令,模块化的插头和生产部件,仅需三天就可完成机器人系统的部署。目前,优傲的协作机器人主要有UR3、UR5和UR10三个系列,其中的3、5、10代表的是协作机器人的负载能力(以kg为单位)


2. ABB



作为工业机器人四大家族的ABB,也十分看好协作机器人市场。2015年ABB推出了双臂协作机器人YuMi (有人将其译为“玉米”),YuMi的外观设计非常有趣,看起来像一个抱臂的人类,该设计也曾获得德国的红点设计奖。YuMi采用单臂七轴,双臂14轴的设计,机身小巧、重量轻,非常灵活,运动速度也更快,缺点是负载太小,单臂负载只有500g。2017年的东京机器人展会上,ABB还展会了单臂的YuMi,据称将在2018年正式推出,不过目前还没有任何动静。



二、美系:


1. Rethink Robotics


美国作为互联网的发源过,在工业实力和软件实力上都具有优势。在前沿技术的研究上,美国的知名大学也是种走在前列。近年来美国不少大学的教授开始创业,其中MIT机器人教授、原人工智能实验室主任Rodney Brooks就是其中之一。他不仅联合创始iRobot,还在2008年创立了协作机器人公司Rethink Robotics。


Rethink Robotics是协作机器人领域的知名玩家,2012年Rethink推出了首款协作机器人Baxter。2015年又推出比Baxter体型更小的协作机器人Sawyer,可完成测试电路板等高精度工业任务。Sawyer有亮眼的红色机械臂,并且还配有可现实卡通脸的屏幕,它也非常受市场的欢迎,不仅日本的机器人咖啡厅采用了Sawyer,此前伯克利大学研究的机器人“预见未来”算法也是利用这款机器人做的开发。



三、日系:


1. 安川机电:


日本的工业化也非常的发达,四大家族的发那科和安川机电就是日企,它们在机器人核心零部件减速机和伺服电机上,几乎处于垄断地位。继ABB推出了双臂YuMi机器人,库卡推出了七轴LBRiiwa机器人,安川电机也研发出了36厘米的六轴机器人MotoMINI,可搬运重量为500g,最大伸展距离为246mm,重量为4.3kg。采用人可抱起搬走的尺寸,也可安装在桌子上。速度方面,MotoMINI将特定动作的节拍时间缩短了25%,可用于高速动作的部件组装工作。而在精度方面,MotoMINI也达到了反复定位精度±0.02mm。



四、国产系列:


目前,中国出现了许多的协作机器人玩家,以国内机器人龙头企业新松为代表,同时由董小姐带领的格力也在去年展出了单臂、双臂两款协作机器人。除了这些大型企业入局外,由于协作机器人小型、轻量的特点也使得玩家的入门成本低于大型的工业机器人,同时在应用领域上,协作机器人也可用于轻工业和服务业,主要是在3C行业和医疗辅助方面。


1. 新松机器人



2015年在上海工博会上,新松推出了其自主研发的柔性多关节国内首台七轴双臂协作机器人,具有高灵活性、安全性、自主避障、快速配置等特点,基于可动仿生双眼视觉系统实现实时深度信息和三维重构技术。


2. 遨博智能



遨博智能是一家成立于2015年的国内机器人创企,不过这家公司的技术团队却是集合了北航、清华、中科院以及美国密歇根理工大学的研究者,研发人员的数量占到公司总数的2/3。据遨博智能工作人员透露,遨博智能的产品零部件全部是国产化产品,自主研发率达90%以上。产品方面,他们推出了工业级机械臂i5和针对教育行业的轻量机械臂MRA7。


协作机器人应用场景


2013年中国成为工业机器人最大的市场,因此工业领域也成为协作机器人用量最大的领域。目前,协作机器人在工业领域有七大场景应用:拾取、放置、设备看护、包装码垛、加工作业、精加工作业、质量检测。这些应用主要是代替工人进行重复性高、危险性高的劳动。


除了工业领域,协作机器人因其可对人类进行感知,安全性高,还被用于服务行业。比如,今年2月日本东京涩谷的“奇特咖啡厅”,就采用了Rethink Robotics的Sawyer来为客人服务。Sawyer所附带的屏幕可以现实出卡通表情,同时它还可以发出“欢迎光临、来点美味的咖啡怎么样”的语音来迎接客人。只要设定好程序,协作机器人还可以做倒咖啡、烹饪美食或者辅助人类支撑摄像机等工作。



医疗市场也是协作机器人的一大应用领域,比如,丹麦的哥本哈根大学医院就采用两台UR5机器人每天处理3000个血样,并能够保持在1小时内交付90%以上的结果,使可分析样本增加了20%。此外,在3月份的AWE上,智东西遇到了跟随美的来到展会现场的库卡,库卡不仅展示了机器人倒啤酒的“绝技”,还展示了轻量型机器人LBR Med,可用于辅助内窥镜检查或活检,还可用于锯骨或固定椎弓根螺钉。


近年来,继亚马逊kiva系统后,仓储物流机器人成为新风口,引得阿里、京东、海康威视、苏宁等纷纷布局。国内也出现了许多创企,美的旗下的安德森、与京东合作的马路创新等等。这些物流仓储机器人在仓库与人类合作分拣货物,机器人之间也彼此相互配合。


协作机器人的发展瓶颈


对于国内机器人企业来说,核心零部件始终是一个大问题,主要涉及对标减速系统、伺服系统、控制系统的精密减速机、伺服电机、控制器三大部件。而国内机器人的三大核心部件基本依赖进口,而这三者的成本占达到了70%,严重影响了国内协作机器人的议价能力。


美的机器人研究中心研究员龚黎明博士认为,协作机器人需要大量的传感器的使用,并搭配保护工作人员的安全算法。由此来看,机器人是一个计算机学、工程学、动力学等多专业交叉的学科,想要开发出满足用户需求的优秀产品也是十分不容易的。因此,协作机器人的研发对人才的要求也非常高,主要有负责运动控制、伺服驱动的研发团队,负责用户体验设计、工业设计的产品团队,以及负责加工、组装、质量控制的生产团队。


协作机器人虽然有着体积小,安全性高的优势,但在实用性上也有一些不足。比如Sawyer的图形界面,只能进行一些简单的拾或取动作,稍复杂的工作还是会涉及到使用机器人语言进行编程,增加了机器人的部署时间以及开发者的工作量。因此,协作机器人的软件系统还需降低使用门槛,才能吸引到更多的消费者。

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