隨著制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，許多復(fù)雜生產(chǎn)工作需要人機(jī)協(xié)作來(lái)共同完成，而傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人因體形大、安全性和靈活性較低等問(wèn)題，難以滿足市場(chǎng)需要。協(xié)作機(jī)器人憑借安全、靈活、易用等諸多優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的局限性，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，成為未來(lái)智能制造發(fā)展的關(guān)鍵。
基于此，機(jī)器人行業(yè)高端智庫(kù)——立德智庫(kù)攜手全球柔性智能機(jī)器人領(lǐng)跑者——JAKA節(jié)卡機(jī)器人，聯(lián)合發(fā)布了《2022年中國(guó)協(xié)作機(jī)器人技術(shù)發(fā)展報(bào)告》，并于2022年6月22日下午14:00-16:00開(kāi)展線上發(fā)布會(huì)。
來(lái)自上海交通大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、立德機(jī)器人研究院及節(jié)卡機(jī)器人的多位行業(yè)專家云出席發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，共同探討了協(xié)作機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展情況，對(duì)協(xié)作機(jī)器人行業(yè)的過(guò)去、當(dāng)下與未來(lái)進(jìn)行了總結(jié)和預(yù)估。
該份公開(kāi)發(fā)布的報(bào)告亮點(diǎn)紛呈，著重圍繞協(xié)作機(jī)器人專利申請(qǐng)情況、標(biāo)準(zhǔn)情況等至關(guān)重要的問(wèn)題進(jìn)行深度展開(kāi)，多位專家從自身角度與認(rèn)知出發(fā)，論述了協(xié)作機(jī)器人在機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)前沿技術(shù)等多方面的可能性。本文摘取了報(bào)告中的部分核心觀點(diǎn)以饗讀者。
報(bào)告四大關(guān)鍵看點(diǎn)
看點(diǎn)一：專利申請(qǐng)持續(xù)升溫，技術(shù)創(chuàng)新迎來(lái)更大突破
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是提升其核心競(jìng)爭(zhēng)力，技術(shù)創(chuàng)新和突破又是提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。立德智庫(kù)數(shù)據(jù)顯示，近些年，全球協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量持續(xù)快速增長(zhǎng)，申請(qǐng)數(shù)已超3400件，而中國(guó)是專利申請(qǐng)數(shù)量最多的國(guó)家，超過(guò)2500件，且整體呈上升趨勢(shì)，這正是協(xié)作機(jī)器人在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)快速崛起、逐步被市場(chǎng)認(rèn)可的時(shí)期。未來(lái)，協(xié)作機(jī)器人專利申請(qǐng)數(shù)量還將進(jìn)一步增加，申請(qǐng)范圍也會(huì)隨著市場(chǎng)應(yīng)用逐步擴(kuò)展。
以節(jié)卡機(jī)器人為樣本可以發(fā)現(xiàn)，企業(yè)獲取專利數(shù)與其行業(yè)地位正相關(guān)。節(jié)卡機(jī)器人近幾年專利申報(bào)總數(shù)超過(guò)300個(gè)，在國(guó)內(nèi)協(xié)作機(jī)器人企業(yè)專利申報(bào)上位居首位。從節(jié)卡機(jī)器人專利申報(bào)類型來(lái)看，主要集中在發(fā)明專利和實(shí)用新型專利的申報(bào)，專利質(zhì)量相對(duì)較高，這與近兩年節(jié)卡機(jī)器人在精度、負(fù)載、臂展方面超過(guò)國(guó)內(nèi)外協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，引領(lǐng)協(xié)作機(jī)器人行業(yè)發(fā)展相呼應(yīng)。
看點(diǎn)二：認(rèn)證體系逐步完善，部分企業(yè)領(lǐng)跑
MTBF認(rèn)證是衡量機(jī)器人質(zhì)量和可靠性的重要參考依據(jù)，目前在軍工、航天等行業(yè)已得到廣泛認(rèn)可。在機(jī)器人領(lǐng)域，MTBF認(rèn)證主要集中在20000-30000小時(shí)，僅節(jié)卡機(jī)器人率先實(shí)現(xiàn)30000小時(shí)、50000小時(shí)MTBF認(rèn)證，領(lǐng)跑行業(yè)。
SEMIS2認(rèn)證對(duì)設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)安全、電氣安全、人體工學(xué)、緊急停止、危險(xiǎn)告警等有嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于協(xié)作機(jī)器人，SEMIS2認(rèn)證也重點(diǎn)審核碰撞防護(hù)、輻射安全等安全措施。目前，以節(jié)卡機(jī)器人為代表的少數(shù)協(xié)作機(jī)器人頭部企業(yè)獲得SEMI認(rèn)證，致力于提升產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)保證協(xié)作機(jī)器人使用的安全性。
看點(diǎn)三：安全技術(shù)應(yīng)用突出
現(xiàn)有的協(xié)作機(jī)器人安全技術(shù)主要通過(guò)事前主動(dòng)預(yù)防和事后控制來(lái)保證。事前主動(dòng)預(yù)防主要是在協(xié)作機(jī)器人上安裝超聲波、視覺(jué)、光電等傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)判斷機(jī)器人與障礙物之間的相對(duì)位置，采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧┓乐古鲎舶l(fā)生。
事后控制是針對(duì)人和協(xié)作機(jī)器人發(fā)生碰撞時(shí)采取的安全保護(hù)措施，主要通過(guò)設(shè)計(jì)輕型機(jī)械臂、機(jī)械本體增加彈性材料、設(shè)計(jì)柔順關(guān)節(jié)，采用力／位混合控制，使用力覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器檢測(cè)碰撞方法來(lái)降低碰撞沖擊力，防止對(duì)人造成二次傷害。目前，節(jié)卡機(jī)器人主要通過(guò)“視覺(jué)防護(hù)+碰撞停止+卸力回彈+防夾推拉”來(lái)實(shí)現(xiàn)多重安全防護(hù)，幫助客戶提升產(chǎn)品在全生命周期中的安全性，最終實(shí)現(xiàn)安全可靠的生產(chǎn)目標(biāo)。
看點(diǎn)四：前沿技術(shù)領(lǐng)域研究與應(yīng)用增多
協(xié)作機(jī)器人近年能夠成為主要研究熱點(diǎn)，并被廣泛關(guān)注，離不開(kāi)協(xié)作機(jī)器人相關(guān)核心技術(shù)的研究與推動(dòng)應(yīng)用。在協(xié)作機(jī)器人前沿技術(shù)領(lǐng)域，小型化、輕量化的新型機(jī)構(gòu)和材料研究將進(jìn)一步提升協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，同時(shí)驅(qū)動(dòng)方式、傳感多模態(tài)和仿生控制等也是協(xié)作機(jī)器人前沿領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。
感知與認(rèn)知技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)和碰撞檢測(cè)技術(shù)等將快速推動(dòng)協(xié)作機(jī)器人的自主性、柔順性、安全性與舒適性。以節(jié)卡機(jī)器人為代表的協(xié)作機(jī)器人企業(yè)通過(guò)鉆研前沿技術(shù)和打磨應(yīng)用技術(shù)，率先步入柔性智能機(jī)器人賽道，在協(xié)作機(jī)器人安全、便捷、易于部署等基礎(chǔ)上重建機(jī)器人“大腦”，以先進(jìn)的視覺(jué)處理、AI技術(shù)和云計(jì)算加持，使之更智慧地處理外部場(chǎng)景，真正適應(yīng)快速、多變而復(fù)雜的大規(guī)模定制生產(chǎn)。
四大前沿發(fā)展趨勢(shì)預(yù)判
前沿發(fā)展趨勢(shì)一：智能感知——多學(xué)科交叉融合
感知是協(xié)作機(jī)器人與人、協(xié)作機(jī)器人與環(huán)境、以及協(xié)作機(jī)器人之間進(jìn)行交互的基礎(chǔ)。就感知技術(shù)而言，除了多傳感信息融合之外，協(xié)作機(jī)器人越發(fā)呈現(xiàn)出與腦神經(jīng)科學(xué)、生物技術(shù)、人工智能、認(rèn)知科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)技術(shù)等深度交叉融合的態(tài)勢(shì)。
未來(lái)的研究方向?yàn)橹鲃?dòng)感知與自然交互理論及方法，更多傳感器的加入，使協(xié)作機(jī)器人能夠理解人類指令（通過(guò)聲音、手勢(shì)、圖形）?；趯?duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下知識(shí)的主動(dòng)獲取、學(xué)習(xí)與推理方法、視覺(jué)認(rèn)知與基于動(dòng)態(tài)環(huán)境的主動(dòng)行為意圖理解與預(yù)測(cè)理論、協(xié)作機(jī)器人的自主學(xué)習(xí)與機(jī)器人知識(shí)增殖方法、以及多模態(tài)人機(jī)協(xié)作的態(tài)勢(shì)感知與自然交互方法的研究，實(shí)現(xiàn)協(xié)作機(jī)器人與人之間相互的意圖理解、信息交流，以及自然和諧的情感交互。
前沿發(fā)展趨勢(shì)二：自主認(rèn)知——復(fù)雜環(huán)境靈巧作業(yè)
高度智能是對(duì)新一代協(xié)作機(jī)器人的重大共性技術(shù)需求。當(dāng)前協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用面越來(lái)越廣，在復(fù)雜作業(yè)能力、自適應(yīng)可重構(gòu)的裝配能力、對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的感知能力，以及與人協(xié)作能力方面需要更加智能化。
協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用于在商業(yè)服務(wù)市場(chǎng)，主要挑戰(zhàn)包括自然交互、人機(jī)安全、環(huán)境適應(yīng)、復(fù)雜靈巧作業(yè)等方面，智能化是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的可行技術(shù)途徑。
協(xié)作機(jī)器人工作于復(fù)雜、嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境，需要更為智能化的環(huán)境感知和適應(yīng)能力、人機(jī)協(xié)同作業(yè)能力和異常處理能力。先進(jìn)的認(rèn)知算法是實(shí)現(xiàn)協(xié)作機(jī)器人高度智能的主要手段。
未來(lái)的研究方向?yàn)閺?fù)雜環(huán)境的自主認(rèn)知。深入研究面向復(fù)雜環(huán)境與復(fù)雜任務(wù)的自主控制，辨識(shí)協(xié)作機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)行為和智能操控與環(huán)境之間的關(guān)系和影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)協(xié)作機(jī)器人靈巧作業(yè)與自主控制。
前沿發(fā)展趨勢(shì)三：人機(jī)交互——機(jī)器人操作智能化
隨著人機(jī)交互技術(shù)的快速發(fā)展和人機(jī)工程學(xué)、用戶體驗(yàn)等領(lǐng)域的研究逐步深入，現(xiàn)有的一些人機(jī)交互系統(tǒng)不再是僅限于鼠標(biāo)與鍵盤(pán)等簡(jiǎn)單的設(shè)備輸入或示教操作，有些可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別甚至是虹膜識(shí)別，來(lái)完成工作程序的輸入。
人們對(duì)協(xié)作機(jī)器人可用性與易用性的要求越來(lái)越高，手勢(shì)理解用于人機(jī)交互已成為人機(jī)交互技術(shù)重要的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)連續(xù)的手勢(shì)識(shí)別操作協(xié)作機(jī)器人是人機(jī)交互技術(shù)的熱門(mén)研究方向之一，擁有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
手勢(shì)識(shí)別是基于人的手部動(dòng)作完成的，工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)手勢(shì)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，可簡(jiǎn)化機(jī)器人的示教過(guò)程與操作流程，具有很大的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)今，在手勢(shì)識(shí)別領(lǐng)域最為突出的研究方法包括基于手套進(jìn)行識(shí)別以及使用視覺(jué)信息進(jìn)行識(shí)別。使用手套的識(shí)別方法主要是使用光纖等獲取手掌、手指的關(guān)節(jié)位置以及彎曲程度并建模?；谝曈X(jué)的識(shí)別方法是指從相機(jī)獲取手勢(shì)視覺(jué)圖像進(jìn)行一系列算法處理，進(jìn)行識(shí)別獲取結(jié)果。
前沿發(fā)展趨勢(shì)四：碰撞檢測(cè)——自適應(yīng)柔順控制
碰撞檢測(cè)一般有基于傳感器的碰撞檢測(cè)和基于無(wú)傳感器的碰撞檢測(cè)。
基于傳感器的碰撞檢測(cè)有基于電子皮膚的檢測(cè)方式，基于關(guān)節(jié)扭矩傳感器或基于底座、末端六維傳感器的方式檢測(cè)碰撞。除了這類碰撞檢測(cè)方法，其他的碰撞檢測(cè)大多需要構(gòu)建協(xié)作機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，估計(jì)外力或構(gòu)建觀測(cè)器。當(dāng)外力檢測(cè)到或當(dāng)觀測(cè)器測(cè)到干擾時(shí)則表示碰撞發(fā)生。
基于無(wú)傳感器的碰撞檢測(cè)，首先，通過(guò)人與協(xié)作機(jī)器人接觸時(shí)單關(guān)節(jié)電機(jī)電流的檢測(cè)，來(lái)判定協(xié)作機(jī)器人與人是軟接觸或是碰撞接觸。其次，根據(jù)當(dāng)前的電機(jī)反饋得到的電流實(shí)際值與動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算中的理想值來(lái)設(shè)計(jì)融合算法，產(chǎn)生時(shí)變的電力碰撞檢測(cè)閾值，辨識(shí)事故碰撞或人有意識(shí)的軟接觸，解決人與協(xié)作機(jī)器人接觸后的安全性碰撞問(wèn)題。
發(fā)布會(huì)嘉賓核心觀點(diǎn)
在本次發(fā)布會(huì)上，立德機(jī)器人服務(wù)平臺(tái)CEO潘月博士、節(jié)卡機(jī)器人CTO許雄博士分別進(jìn)行致辭。北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所，立德機(jī)器人研究院院長(zhǎng)段星光教授、上海交通大學(xué)機(jī)動(dòng)學(xué)院吳建華副研究員、上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院黃慧潔院長(zhǎng)、節(jié)卡機(jī)器人（深圳）有限公司劉博峰總經(jīng)理分別進(jìn)行了主題演講。
北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所，立德機(jī)器人研究院院長(zhǎng)段星光教授針對(duì)《2022年中國(guó)協(xié)作機(jī)器人技術(shù)發(fā)展報(bào)告》做了全面解析，重點(diǎn)闡述近兩年國(guó)內(nèi)協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)銷量保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，其中2021年銷量達(dá)15300臺(tái)，同比增長(zhǎng)45.7%，實(shí)現(xiàn)銷售額突破15億元。隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步和智能化生產(chǎn)的需求，協(xié)作機(jī)器人將會(huì)在多個(gè)領(lǐng)域中承擔(dān)更多的工作職責(zé)，成為人類重要的助手和工具。未來(lái)協(xié)作機(jī)器人技術(shù)將呈現(xiàn)操作方式靈巧化、感知方式多樣化、決策方式智能化、控制方式更安全、系統(tǒng)架構(gòu)云端化和產(chǎn)業(yè)體系生態(tài)化的發(fā)展趨勢(shì)。
上海交通大學(xué)機(jī)動(dòng)學(xué)院吳建華副研究員發(fā)表《協(xié)作機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)思考》主題演講。他指出，在協(xié)作機(jī)器人安全性方面，視覺(jué)避碰規(guī)劃、電子皮膚可直接觀測(cè)機(jī)器人安全情況，其它技術(shù)需要精確的動(dòng)力學(xué)模型才能實(shí)現(xiàn)，而輕量化技術(shù)可降低機(jī)器人運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，本質(zhì)上確保安全性。在協(xié)作機(jī)器人易用性方面，便捷編程技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、智能控制技術(shù)、人機(jī)合作技術(shù)等將促進(jìn)協(xié)作機(jī)器人更加智能、易用。
上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院黃慧潔院長(zhǎng)在《協(xié)作機(jī)器人可靠性技術(shù)研究應(yīng)用》重點(diǎn)指出，在評(píng)價(jià)“質(zhì)量”時(shí)，產(chǎn)品研制方通過(guò)構(gòu)建責(zé)任矩陣，用于研發(fā)可靠性管理與提升，產(chǎn)品使用方應(yīng)認(rèn)知產(chǎn)品屬性，用于使用可靠性管理與提升。工業(yè)機(jī)器人整機(jī)MTBF行業(yè)水平為平均無(wú)故障時(shí)間不低于50000小時(shí)，目前國(guó)內(nèi)僅節(jié)卡機(jī)器人實(shí)現(xiàn)MTBF50000小時(shí)認(rèn)證。
節(jié)卡機(jī)器人（深圳）有限公司劉博峰總經(jīng)理發(fā)表《節(jié)卡機(jī)器人在柔性制造領(lǐng)域的技術(shù)革新》主題演講，重點(diǎn)介紹節(jié)卡機(jī)器人產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)多個(gè)高門(mén)檻柔性工藝的切入，在半導(dǎo)體封測(cè)應(yīng)用中，節(jié)卡機(jī)器人產(chǎn)品能夠快速部署、倒裝不占地，適合柔性生產(chǎn)且精度高，能夠完美替代人工且投資回報(bào)快。在機(jī)床上下料應(yīng)用中，節(jié)卡機(jī)器人產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，快速調(diào)試，且防水等級(jí)達(dá)到IP68級(jí)。
