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协作机器人的国内机会

摘要: 协作机器人的国内机会 从零部件看,协作机器人相对于传统工业机器人并没有本质上的跃升,都是由减速器、伺服系统、控制器三大件组成。 除了减速器,高端电机和控制器均由工业机器人四大家族——日本发那科、安 ...
        协作机器人的国内机会

        从零部件看,协作机器人相对于传统工业机器人并没有本质上的跃升,都是由减速器、伺服系统、控制器三大件组成。

        除了减速器,高端电机和控制器均由工业机器人四大家族——日本发那科、安川、瑞士ABB和德国库卡(已被美的全资收购并私有化)牢牢把控,时至今日,四家在国内的合计市占率仍接近40%。

        问题来了,协作机器人为何不见四大家族的身影,反而给了创业公司机会?

        在此刻的中国制造业,工业机械臂最大的BUG就在于不能与人协同工作。机器人四大家族随着德国、日本汽车工业一同崛起,产品主要做三个标准化动作:搬运上下料、焊接和喷涂,其存在的意义就是让车间内无人化、自动化。不与人协作所以无需考虑安全性,动作简单所以用不上智能化技术。

        它们的最核心考核标准和优势在于:极度稳定,保证价值上亿的汽车产线没有卡壳的那一刻。因此,汽车厂很少考虑采购新兴品牌的机械臂。

        松禾资本执行董事朱明告诉,“中国企业常用的国产替代和性价比打法很难行得通,即便国产机器人低于进口品牌十多万,也难以受到头部汽车品牌青睐。”就像库卡、ABB绑定德系汽车厂一样,日系汽车厂同样只采购发那科、安川、川崎等日本厂商的机器人,当这些外资汽车品牌到中国建厂时,通常也一并将惯用的机器人也带入国内。

        但在商业世界,很多时候壁垒和软肋是一体两面。

        只顾着把高速度、高精度性能指标拉满的四大家族,数十年来极少在安全性、协作性、易用性上花心思,因为在汽车产线中,人和机器是完全隔离开的。于是当中国的3C电子、半导体、锂电等新兴产业崛起时,壁垒出现了裂缝。2020年,3C电子、锂电、光伏领域已经占到国内工业机器人下游应用的38%。而立德智库数据显示,2021年协作机器人全球销量为4.65万台,中国市场占到了1.65万台。

        这些产业对自动化的需求发生了质的变化——对电子厂、半导体和锂电车间这些近年才开始采用机器人的场景来说,工厂已经建设成型,不可能像汽车厂那样为工业机器人腾出一大块位置、统一规划产线。所以机械臂要能够可以迅速且灵活部署到各个车间中,并且,这些工厂属于人力密集型产业,仍然需要机械臂可以安全智能地配合人员工作。

        因此,以更低的软硬件成本,可以感知并接触到周围的环境后并做出决策,执行目标动作是协作机器人与工业机械臂的最核心区别。因为能感知人的存在,前者得以与人类共同工作,而不会像机械臂一样有造成工伤的风险。由此,协作机器人走出了物理围栏。

(图:主流协作机器人品牌 MIR整理)

        那么,协作机器人是如何保证安全的?行业内目前分为两种方法。

        第一种是在碰撞前模拟出“电子围栏”,用力觉、视觉传感器来判断机器人与障碍物之间的相对位置,当相对位置小于安全距离时,采取适当的控制措施防止碰撞发生。

        第二种是在碰撞后降低碰撞的冲击力,防止对人造成二次伤害。除了用前述的传感器检测,还有创业公司选择用更轻的材料或者增加弹性材料来实现。比如深圳越疆科技就给机械臂包裹了一层含有温度、压力传感器的电子皮肤,可以检测到人接近的同时还能起到缓冲作用。

(采用“电子皮肤”的越疆机器人 图源:越疆科技)

        不过,走入人机共融的环境只是第一步的基础,协作机器人相对更小更轻,易于部署(提供更多样的编程方式),在开放了内部接口后更容易适配各种各样的硬件传感器,以实现协作机器人的第二个阶段“智能化”——感知周围的环境,实时调整动作。就如珞石机器人CTO韩峰涛所说的,“协作机器人不仅能替代人工,还能比人的动作更精确、更标准。”

(图:传统工业机器人与协作机器人的区别)

        2011年,富士康郭台铭曾表示要在三年内布置100万台机械臂,但很快不了了之。韩峰涛曾撰文分析道:“因为3C电子制造最主要的流程是零件装配,机械臂需要和工件进行实际的物理接触,这就要求机械臂要感知到力的大小。”彼时的工业机械臂并不具备这样的技术基础。

        受益于近年来发展迅猛的3D视觉和力觉技术,3D视觉所建立的三维信息可以反映物体和环境的状态,实现接近人类的感知模式。协作机器人内部安装力矩传感器,可以实现类似真人手臂的真实操作。

        新希望六和董事长刘畅在过去两年,连续主导投资了三家机器人公司,思灵、非夕和珞石。出手的关键逻辑就在于,智能机器人和协作机器人有可能解决农牧业场景中的非标动作,实现一个养殖加工环节的标准化,进而提升管理的标准化。对于拥有全产业链的新希望集团而言,任何一个环节标准化后的提效价值都会被放大。

        例如,以往养猪场虽然有成熟的车载机器人,轨道机器人等,但仍然局限于负责图像识别和信息传输等功能,类似用可移动的24小时智能摄像头,来鉴别猪场异常情况。

        据了解,目前新希望正在让几家公司在畜牧加工全产业链场景中分别探索一部分的自动化任务,并在新希望投资集团下成立新希望智能设备制造公司,不仅投资,更与这些机器人公司成立合资公司,专门聚焦农牧产业场景下的智能解决方案。例如新希望与思灵机器人正在探索用机器人完全接管猪舍内的管理,“养殖是一个生命培育的过程,从母猪发情、受精,怀孕,小猪出生,育肥,期间需要防止猪生病,要给它打疫苗,这个过程很复杂。"

        就拿给猪打疫苗这一动作来说,新希望投资集团副总裁刘栩对媒体表示,“生猪是一个有机活物,每只猪的重量大小都不一样,不可能像工业机器人那样所面对的产品都是标准化的。未来用机器人打针,首先必须基于视觉,判断具体接种的位置,再基于力觉,在末端控制打针的力度,同时结合猪只体温判断猪的健康状态,以在最合适的时机完成接种。"

        在这个过程中,机器人的研发团队和产业场景必须密切配合,因为准确判断位置和控制打针九度背后都需要一整套AI算法,积累足够多的场景数据不断去迭代优化算法。所以,从这一具体案例来看,智能和协作机器人做的是模式创新,塑造了新的竞争变量,而不再和四大家族“死磕”高精度和高速度性能。

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2022-9-9 12:11
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