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1、协作机器人的发展现状与前景,目 录,一、协作机器人定义二、协作机器人产生的渊源三、协作机器人的特点四、市场与竞争五、机遇与挑战六、发展前景初判,一、协作机器人定义,协作机器人（CR,collaborative robot）是一种被设计成能与人类在共同工作空间中进行近距离互动的机器人。协作机器人是工业机器人的一个细分类别。,二、协作机器人产生的渊源,2005年，由EUFP6项目资助，参与的企业包括ABB、KUKA、Reis、Comau、Gdel等，其目的是寻找防止劳动力离岸输出到低劳动成本国家的方法。其主要的论点是，如果通过机器人技术增强劳动力水平，降低成本，提高竞争力，就可以避免劳动力外包的情
2、况。因此，协作机器人（co-bots）最初的市场就是中小企业。同年Esben ostergaard,Kasper Stoy和Kristian Kassow在南丹麦大学一起做研究时创办了Universal Robot，现在的CEO Esben ostergaard当时是南丹麦大学的助理教授，三个人发现了中小企业对机器人的新需求（也与当时丹麦政府主导的机器人计划有关），并在2009年推出了第一款协作机器人UR5。,传统机器人已经非常强大，为什么还需要协作机器人？1.传统机器人部署成本高单个传统机器人成本已下降很多，根据负载能力不同，售价区间在￥10w￥40w。但传统机器人贵在其部署成本上，原因有两
3、个：1）目前的工业机器人主要负责工厂中重复性的工作，这依赖于其非常高的重复定位精度，以及依赖固定的外界环境。为了保证这一点，除了机器人本身的设计要求之外，还需要待加工的产品放在固定的位置，以便机器人每次都可以到同一个地方准确的拿取或者执行某项操作。对于现代复杂的流水线作业来讲，在整个产线上为每一个使用机器人的工序都设计这些固定的外界环境需要耗费大量的资源，占用大片宝贵的车间面积以及长达数月的实施时间。2）机器人的使用难度较高，只有经过培训的专业人士才能熟练使用机器人完成配置、编程以及维护的工作，普通用户很少具备这样的能力。,2.传统机器人难以满足中小企业需求 大规模生产是20世纪最流行的资本主
4、义生产方式，以生产过程的分解、流水线组装、标准化零部件、大批量生产和机械式重复劳动等为主要特征。有能力进行大规模生成的企业，对机器人系统高额的部署费用相对不敏感，因为在产品定型之后，在足够长的时间内生产线可以不做大的变动，机器人基本不需要重新编程或者重新部署，可以最大化利用机器人标准化、高效率的特点，实现投资价值最大化。而中小企业则不一样，它们的产品一般以小批量，定制化，短周期为特征，没有太多的资金对生产线进行大规模改造，这要求机器人具有较低的综合成本、快速部署/重部署能力、简单上手的使用方法，而这些，传统机器人很难满足。,3.难以满足新兴的协作市场需求 工业机器人一直以来都是高精度、高速度自
5、动化设备的典范，但是由于历史和技术原因，与人在一起时的安全性不是机器人发展的重点，因此在绝大多数工厂中出于安全性考虑，一般都要使用围栏把机器人和人员进行隔离。新兴行业中有很大部分的特点是产品种类很多、体积普遍不大、对操作人员的灵活度/柔性要求高，现有的机器人很难在成本可控的情况下给出性能满意的解决方案。因此，协作机器人的出现就成为一种必然。,三、协作机器人的特点,协作机器人与传统机器人相比，核心区别是：“安全”“轻便”和“易用”。,软包,传感器,轻便。协作机器人主要的客户群为中小企业，要根据企业需求的变化灵活适应不同的工作场景，协作机器人要比较方便的转移位置和重新部署，因此自重较小。以UR为例
6、，UR3自重仅为11公斤，有效负载3公斤；UR5自重18公斤，负载为5公斤。此外，协作机器人的安全要求和应用场景决定了机器人负载不会太大，目前市场主流协作机器人的负载基本在10Kg以下。易用。为满足中小企业多变、柔性的生产需要，协作机器人强调易用性，如应用拖动示教功能，一线工人只需要几个小时就会操作，免去传统工业机器人复杂的编程和配置。,与传统工业机器人相比，协作机器人也有自己的局限，缺点也很明显：1）为了控制力和碰撞能力，协作机器人的运行速度比较慢，通常只有传统机器人的三分之一到二分之一；2）为了减少机器人运动时的动能，协作机器人一般重量比较轻，结构相对简单，这就造成整个机器人的刚性不足，定
7、位精度相比传统机器人差1个数量级；3）低自重，低能量的要求，导致协作机器人体型都很小，负载一般在10kg以下，工作范围只与人的手臂相当，很多场合无法使用。,四、市场与竞争,GGII数据显示，2016年全球协作机器人销量1.05万台，同比增长95.35%；市场规模19.62亿元，同比增长91.44%。2014-2020年，协作机器人销量及市场趋势如下：,做为传统工业机器人四大家族ABB、KUKA、Fanuc、YASKAWA当仁不让推出了各自的协作机器人产品：,国外协作机器人新贵：UR、Rethink,UR总部位于丹麦欧登塞，员工超过300名，截止2017年7月，全球协作机器人保有量接近3万，UR
8、全球份额约60%，UR是目前全球协作机器人先驱和领先者。RETHINK总部位于美国波士顿，截止2016年底累计出货量2500台左右，现为全球第二大协作机器人供应商。,国内协作机器人厂商：遨博智能,遨博(北京)智能科技有限公司2015年1月成立，同年推出国内第一款具有核心自主知识产权的轻型协作机器人，产品具有模块化、开放性、安全性等特点。技术团队主要来自于北航、清华、中科院、哈工大、首师大、香港理工大学、法国南特中央理工大学、美国密歇根理工大学、美国田纳西大学等国内外知名高校院所。截至2017年8月，累计获得订单达600台，产品平均价格为13万左右。凭借扎实的技术基础及良好的市场前景，遨博受到资
9、本机构的青睐，于2016年5月和2017年3月分别完成Pro-A 轮、A轮融资，累计融资金额达1.2亿元。,国内协作机器人厂商：艾利特,北京艾利特科技有限公司（王田苗是其股东，股权比例不详）是由北京航空航天大学机器人所和清华大学精仪系博士及博士后发起成立，公司的机器人控制系统以及驱控一体单元系列产品集高性能多核ARM处理器、混合实时操作系统、先进轨迹控制算法、大容量FPGA、高速伺服总线、新概念示教、混合传感技术为一体，率先在国内实现完全自主化，已实现量产，并广泛应用于焊接、打磨、喷涂、人机智能协作、机器人物联网等高端产业应用领域。公司于2016年完成了数千万元人民币的天使融资（2016-08
10、-01，朗玛峰创投），并与国内数家知名企业以及高校建立了紧密共赢的合作关系。,国内协作机器人厂商：哈工大机器人集团,哈工大机器人集团（HRG）由黑龙江省政府、哈尔滨市政府、哈尔滨工业大学共同投资组建的高新技术企业，公司成立于2014年12月。集团主要从事工业机器人、服务机器人、特种机器人、智能云机器人、新兴智能装备、智慧工厂项目及相关技术转让、技术咨询、技术服务等。2017年8月23日，“2017世界机器人大会”在北京亦创国际会展中心盛大启幕。哈工大机器人集团(HRG)携旗下50余款明星产品亮相。HRG轻型协作机器人(T5)可以进行人机协作，具有运行安全、节省空间、操作灵活的特点，能够完成搬运
11、、分拣、涂胶、包装、质检等工序。,国内协作机器人厂商：新松机器人,新松开发了灵活度更高、使用更方便、适应人机协作需求的7自由度拟人化柔性多关节工业机器人，拥有完全自主知识产权，具有快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能，其极高的灵敏度、灵活度、精确度和安全性的特征，特别适用于布局紧凑、精准度要求高、工作空间有限的柔性化生产线，满足精密装配、产品包装、打磨、检测、机床上下料等工业操作需要。柔性多关节工业机器人采用力反馈技术，能够在运转过程中灵敏地感知到触碰到外物并及时停下来，从而有效保证了协作人的人身安全。,国内协作机器人厂商：达明机器人,达明机器人股份有限公司位于台湾台北市，专攻智慧机器
12、人领域。达明机器人针对中小企业及科技大厂推出TM5系列机器人，并自创Techman Robot品牌。TM5除具备人机协作机器人之安全及教导便利特性外，高度整合了视觉系统，以利于使用者快速完成任务编辑，大幅降低周边整合的困难度。达明协作机器人TM5系列产品，负载分4、6kg两种类型，本体重量均为21kg，臂展范围700-900mm，重复定位精度0.05mm，具有操作简便，编程方便，拖动示教等功能，适用于IT、3C及半导体业导入行业使用。,国内协作机器人厂商：大族电机,大族电机是由上市公司大族激光投资组建的控股子公司，是一家集技术研发、生产和销售为一体的国家级高新技术企业。大族电机自2005年成立
13、以来，致力于直驱系统在国内的研发、推广、应用，得到了广大客户的支持和信赖，是国内直驱电机的领先者。公司产品由最基础的电机零部件延伸至工业机器人本体及系统集成，在电机等产品市场占有稳固份额的同时，目前正在逐步立足于工业机器人领域。,国内协作机器人厂商：扬天科技,公司研发团队主要依托天津大学机械学院为主的教授和教师为核心团队，该团队在机器人领域已经有20多年的历史，逐步形成了完整的技术专业分工和配套齐全的专业团队。多年的实践经验形成了独特的团队优势，完成了众多国内外机器人项目的研发，逐步形成国内领先的机电液一体化技术优势。战略合伙人：金沙江联合资本、联想创投、银杏谷资本入股扬天科技，成为我们的战略
14、合伙人。,国内协作机器人厂商：越疆科技,越疆的DOBOT品牌机械臂产品已取得82项国际专利，及全球范围内的安规认证等系列国际资质，产品行销全球一百多个国家和地区。大族电机自2005年成立以来，致力于直驱系统在国内的研发、推广、应用，得到了广大客户的支持和信赖，是国内直驱电机的领先者。公司产品由最基础的电机零部件延伸至工业机器人本体及系统集成，在电机等产品市场占有稳固份额的同时，目前正在逐步立足于工业机器人领域。,国内协作机器人厂商：镁伽机器人,北京镁伽机器人科技有限公司（MegaRobo Technologies Co.,Ltd）于2016年6月创立于北京，专注于协作机器人领域。MRX是公司自
15、主研发的轻量级协作机器人系列产品，具备高精度、安全可靠、简单易用、操作灵活等特点，可广泛应用于电子装配、拆卸、包装、制衣制鞋、食品加工、实验室样品前处理等各行业的多种生产环节，完成脏、累、危险、重复、低附加值的工作，与人协作，解放双手，让人做更多高附加值工作。,国内协作机器人厂商：伟景智能,伟景智能由原世界第三大手机芯片公司展讯通信首席科学家、北京博雅华录视听技术研究院有限公司总经理董霄剑博士创立，公司核心团队皆来自国内外知名半导体公司，不仅在智能图像处理领域拥有深厚的理论基础，而且在立体视觉、物体识别、深度学习的融合应用上具有深厚的技术积累：团队在手机基带芯片、物联网、智能硬件等领域有大量成
16、功开发案例，参与量产了近20款芯片，涉及通信及多媒体，累计总销量达数亿片，创造了巨大的市场价值。,国内协作机器人厂商：梅卡曼德,梅卡曼德（Mech-Mind）致力于将智能赋予工业机器人。通过机器视觉（2D/3D）、高级编程模型、快速环境感知、智能决策、自主路径规划等核心技术，机器人将不再是仅能重复动作的笨拙机器，而是成为人人可用、随处可用的智能帮手。梅卡曼德的机器人技术将为工业、商业用户创造实在、迅速、显著的价值。梅卡曼德技术实力雄厚，研发人员均毕业于清华、北航、哈工大、CMU、慕尼黑工大等国内外机器人方向顶级高校，且拥有多年行业经验，对学术界的前沿成果和工业界的实际需求均有深入了解。现已推出
17、完整、易用、高性价比的混杂分拣方案。,国内协作机器人厂商：海默机器人,武汉海默机器人专注于机器人喷涂、高端金属加工及汽车装备自动化领域集成应用，公司在理工大学设有机器人应用研究中心；在地质大学设有下一代智能协作机器人研发中心。此外，海默在自动化装备设计实施方面有多年的行业积累，尤其在汽车焊装工艺设备、自动化输送设备、涂装工艺设备、机器人集成应用等领域为用户提供了诸多整体解决方案。机器人及解决方案被广泛推广到汽车及零部件、卫陶、五金、消费类电子、机械加工和家具等行业。研究方面，海默机器人凭借自身的优势和实力，2016年基于全闭环原理和驱控一体技术推出42-06轻型协作机器人，它是一款具有人工智能
18、关节的6自由度6公斤级工业协作机器人。2017年7月29日，海默机器人宣布完成1800万首轮(pre-A轮)融资，本轮融资由湖北省省高投领头，武汉市科投和润生投资跟投，此次融资主要用于于协作机器人市场推广，10月份正式推出协作机器人。,五、国产协作机器人的机遇与挑战,（一）机遇 如前所述，协作机器人目前是个高速增长、格局未定的新兴市场，对国内每一名参与者都是机遇。,（二）挑战 对国产协作机器人参与者来讲，主要的挑战来自于：1.人才。在产品研发的整个链条中：研发团队：系统架构，运动控制，伺服驱动，机械/硬件设计，安全功能开发等 产品团队：产品定义，竞争策略，用户体验，工业设计等 生产团队：加工、
19、组装，供应链体系建设，质量控制等 机器人是一个涉及很多专业的交叉学科，必须有全面而强大的团队，只在某些方面做得好，是无法做出好的机器人产品的。本来国内搞机械臂的人就不多，创业潮一来，人才更加难找。优秀人员的匮乏导致优秀的团队建设进展缓慢，进而影响产品的研发速度。,2.核心零部件。在传统机器人领域，控制系统、伺服系统、减速器三大零部件的国产化一直没有得到很好的解决。这个问题在协作机器人产品中更为突出，因为协作机器人使用了很多传统机器人没有使用的零部件，例如直驱电机，模块化的编码器，关节力矩传感器，安全控制器等等。以电机为例，传统机器人使用交流伺服系统，国产的交流伺服虽然性能比不上国外产品，但至少
20、有勉强可用的替代产品。而协作机器人大部分使用中空直流电机，这个在国内就很难找到合适的产品。如果选择外资品牌，例如科尔摩根的直驱电机，同样扭矩下，直驱电机的价格大约在交流电机的34倍，。再比如安全控制器，市面上也有不少现成的安全控制器，但多是以面向流程工业的安全PLC为主，绝大部分只能处理数字IO信号。这些安全控制器不但价格昂贵，并且无法实现机器人某些专用的安全功能，例如速度/力矩/空间限位等。类似的问题还有很多，由于协作机器人关节的集成度很高，很多看似不起眼的小部件都会影响最终的产品定型和量产。,3.产品定位。对于协作机器人来说，在当前市场上已经有很多竞品存在的情况下，如何定位自己的产品和目标
21、市场是一个值得参与者认真思考的问题。4.成本。低成本，要低到多少呢？就是投资回报期要在612个月（UR宣称它可以有6个月的投资回报期，但那是按照国外的工资标准来计算，在国内16w的售价，基本要12年）。按照国内工人工资水平，机器人的批量售价最好控制在6w元以内，这个价格对于工业机器人来讲，成本压力还是非常大的。,六、发展前景初判,做为一个新兴概念，由于其明确的市场应用场景及个性化生产趋势带来的机会，协作机器人从传统机器人中脱颖而出，从2014年开始，协作机器人进入快速增长期。目前，协作机器人市场仍处于发展的早期阶段，市场格局尚未定型，参与者快速成长、成为未来市场重要一员的窗口还在。但同时也应看到，传统机器人四大家族、国内传统机器人领先者、新兴机器人厂商纷纷涉足协作机器人领域，市场已逐渐变的“拥挤”。此外，随着传统机器人本质安全的提高，传统机器人与协作机器人的界限会逐步模糊，随着技术的发展，未来机器人都应该能够具备与人类一起安全协同工作的特性。综上判断，协作机器人最佳进入窗口为快速增长的2014-2017年，未来3-5年，协作机器人市场增长率曲线已趋于平缓，是协作机器人市场留给新进入者的最后的“窗口期”，随着各类参与者的不断进入，竞争趋向激烈，只有迅速成为产业链重要一环的优秀参与者才会在未来的市场中占据一席之地。,
