<mark id="oztn4"></mark>
1
| 本文作者： 韓峰濤 | 2016-09-29 15:50 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者韓峰濤，珞石科技（工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商）產(chǎn)品總監(jiān)。
協(xié)作機(jī)器人是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)非常熱門的研究方向，國際機(jī)器人大廠陸續(xù)推出了多款協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，國內(nèi)也有很多廠商已經(jīng)或者準(zhǔn)備進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于這樣一個(gè)傳統(tǒng)機(jī)器人行業(yè)里的“新興領(lǐng)域”，我們可以抓住哪些機(jī)遇，又面臨著什么挑戰(zhàn)呢？
本文整理自8.6~8.7日在廣州舉辦的 “協(xié)作機(jī)器人-前沿與挑戰(zhàn)” 學(xué)術(shù)研討會(huì)演講稿，略有增減，不足之處歡迎各位朋友指正。
每一頁Slide的文字介紹位于圖片的下方。
▲ 首先介紹一些協(xié)作機(jī)器人的背景。
▲ 協(xié)作機(jī)器人近幾年才開始獲得廣泛關(guān)注，但實(shí)際上協(xié)作機(jī)器人的概念首次提出是在上世紀(jì)90年代。
我們知道世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人是部署在GM的工廠，協(xié)作機(jī)器人的起源同樣與GM有關(guān)。在1995年GM Motor Foundation贊助了一個(gè)項(xiàng)目，試圖找出讓機(jī)器人變得足夠安全的方法，以便機(jī)器人可以和工人協(xié)同工作。之后在1996年，西北大學(xué) (伊利諾伊州)的兩位教授（J. Edward Colgate and Michael Peshkin）首次提出了協(xié)作機(jī)器人的概念（cobot）。
之后幾年，出現(xiàn)了很多在運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)機(jī)械臂不太一樣的協(xié)作機(jī)器人，但最終沒有獲得大規(guī)模發(fā)展。個(gè)人更傾向于把歐洲在2005年開始的SME計(jì)劃作為協(xié)作機(jī)器人正式興起的起點(diǎn)，SME計(jì)劃的很多成果是使用傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人完成的，與現(xiàn)在流行的協(xié)作機(jī)器人更為接近。
▲ 經(jīng)過幾年的發(fā)展，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了很多款協(xié)作機(jī)器人，上圖列舉了幾種主流的產(chǎn)品。
UR5是世界上第一臺(tái)協(xié)作機(jī)器人，由丹麥的Universal Robot公司在2009年推出，這是第一設(shè)計(jì)目標(biāo)就是協(xié)作的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品。
Franka，令人印象深刻的低價(jià)格，以及更為智能化簡單化的編程方式，官方消息是2017年春天開始出貨。
Techman，來自臺(tái)灣的協(xié)作機(jī)器人，從去年在國外開始亮相，今年的Ciros 2016第一次在國內(nèi)大型展會(huì)上亮相。
Life Robotics CORO，日本的協(xié)作機(jī)器人公司，其產(chǎn)品目前只針對(duì)日本本土市場出貨，獨(dú)特的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
Rethink Baxter市場表現(xiàn)很差，到今天為止出貨量應(yīng)該在1000多臺(tái)，后續(xù)推出的單臂Sawyer硬件配置很不錯(cuò)，但在國內(nèi)的售價(jià)有點(diǎn)高。
來自德國的Gomtec Roberta，去年4月份被ABB收購，這樣一來ABB除了Yumi之外，又多了單臂協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品線，加入了主流協(xié)作機(jī)器人的市場競爭。
▲ 協(xié)作機(jī)器人作為新興的、備受關(guān)注的機(jī)器人種類，其具備很多優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有三個(gè)：安全，低成本以及易于上手的使用方式。使用協(xié)作機(jī)器人的地方，基本上不再需要系統(tǒng)集成商（System Integrator）的角色，大部分場合可以做到即插即用，非常好的符合中小企業(yè)的需求。
但是協(xié)作機(jī)器人并不是萬能的，它只是現(xiàn)有機(jī)器人產(chǎn)品線中一個(gè)新興的細(xì)分品類，具有很多傳統(tǒng)機(jī)器人無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但是也有不少缺點(diǎn)。比如說，為了降低碰撞造成的損失，整個(gè)機(jī)器人的速度和重量必須被限制在一定范圍內(nèi)，所以協(xié)作機(jī)器人的速度普遍都很慢，負(fù)載也比較低，較小的自重導(dǎo)致剛性比傳統(tǒng)機(jī)器人差很多，重復(fù)定位精度一般比傳統(tǒng)機(jī)器人要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。
如果要用一句話來概括協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用范圍的話，那就是：
Human
class，human-scale task in a human environment .
來自Baxter的廣告詞，寫的非常貼切。
▲ 簡單了解完協(xié)作機(jī)器人的背景，接下來看一下協(xié)作機(jī)器人帶給我們的機(jī)遇。
▲ 在讓機(jī)器人更安全（二）- 協(xié)作機(jī)器人的興起 - OnionBots - 知乎專欄 中我們介紹過，協(xié)作機(jī)器人的主要目標(biāo)客戶是中小企業(yè)（ SMEs），目前全球共擁有超過600萬家中小企業(yè)，提供了全世界接近70%的制造能力，基于如此龐大的潛在用戶基數(shù)，整個(gè)協(xié)作機(jī)器人工業(yè)市場的增長預(yù)期是非常高的。
根據(jù)巴克萊的預(yù)測，到2025年，全球協(xié)作機(jī)器人的銷售額將從2015年的1.16億美金，增長到114億美金，增幅超過100倍，這幾乎相當(dāng)于2015年全球工業(yè)機(jī)器人整機(jī)市場的銷售額。
但是我認(rèn)為協(xié)作機(jī)器人的表現(xiàn)將會(huì)超過這個(gè)預(yù)測，原因是協(xié)作機(jī)器人不光可以用在工業(yè)領(lǐng)域，更大的增長動(dòng)力來自于非工業(yè)領(lǐng)域，或者說商業(yè)領(lǐng)域（具備實(shí)用價(jià)值的消費(fèi)級(jí)機(jī)械臂短期內(nèi)還不太現(xiàn)實(shí)）。在不久的將來，非工業(yè)領(lǐng)域的銷量就會(huì)獲得巨大增長。
協(xié)作機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的增長方向是比較清晰的，在這方面有很多市場分析報(bào)告，感興趣的知友可自行Google，接下來我們主要講一下非工業(yè)（商業(yè)）領(lǐng)域的市場。
▲ 我們所說的商業(yè)領(lǐng)域其實(shí)包括了很多細(xì)分方面。協(xié)作機(jī)器人用于商業(yè)領(lǐng)域，也是ToB的一種，但市場規(guī)模會(huì)比工業(yè)領(lǐng)域大很多。
目前研究和產(chǎn)品化比較多的是物流倉儲(chǔ)和醫(yī)療兩個(gè)領(lǐng)域。
例如倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域中的揀貨環(huán)節(jié)，目前主要有兩種方案：一種是貨架移動(dòng)而揀貨員不動(dòng)，以亞馬遜的kiva Amazon Robotics 系統(tǒng)為代表；另一個(gè)思路是保持貨架不動(dòng)，而使用移動(dòng)機(jī)器人+機(jī)械臂來代替工人完成移動(dòng)揀貨的功能。例如右上角的IAM Robotics，使用了FANUC的LR Mate 200系列輕型機(jī)器人搭配3d視覺系統(tǒng)來做貨架分揀，在電商如此發(fā)達(dá)的今天，這是一個(gè)非常有潛力的市場。
再一個(gè)是醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人、義肢機(jī)器人，由于協(xié)作機(jī)器人比較安全，加上機(jī)械臂模仿人類手臂的靈活特性，非常適合用在這些場合。
▲ 除了以上兩個(gè)領(lǐng)域，還有很多機(jī)器人在生活中的嘗試，都取得了不錯(cuò)的效果，但是由于傳統(tǒng)機(jī)器人安全性較差，在使用時(shí)有很多限制，而協(xié)作機(jī)器人的出現(xiàn)，將在很大程度上加快機(jī)器人的普及。
例如視頻/電影拍攝，2014年的一部電影《地心引力》，由于要實(shí)現(xiàn)失重情況下的大范圍快速旋轉(zhuǎn)拍攝，傳統(tǒng)方式存在很多局限，因此很多鏡頭就是Bot&Dolly這家公司使用工業(yè)機(jī)器人來完成。還有左上角的Bolt系統(tǒng)，使用了史陶比爾的機(jī)器人，也有很多可參考的成功案例。但是這些都是面向大型商業(yè)廣告和商業(yè)電影市場的，價(jià)格昂貴且使用不方便。目前還沒有面向小型工作室的機(jī)器人低成本攝像系統(tǒng)，存在著很大的市場空間。
再有一個(gè)比較成功的案例是用作商業(yè)展示，例如右上角是MESO為 BMW xDrive做的一個(gè)互動(dòng)展示系統(tǒng)，其中使用了ABB 120來作演示的主角，相比單純的播放視頻，互動(dòng)性更好，大家如果感興趣可以去搜一搜。
其他的諸如按摩，餐飲等等，都是很不錯(cuò)的應(yīng)用方向，協(xié)作機(jī)器人可以非常好的滿足這些需求。
協(xié)作機(jī)器人帶給我們的巨大機(jī)遇當(dāng)然不止以上提到的幾個(gè)領(lǐng)域，生活中還有無數(shù)個(gè)可以用到機(jī)器人的環(huán)節(jié)有待我們?nèi)グl(fā)掘。
▲ 之所以認(rèn)為協(xié)作機(jī)器人如此重要，是因?yàn)閰f(xié)作機(jī)器人的出現(xiàn)為我們提供了一個(gè)讓機(jī)器人走入普通人生活的可能性。
機(jī)器人行業(yè)其實(shí)和計(jì)算機(jī)行業(yè)有很多類似的地方，一開始計(jì)算機(jī)主要用于科研機(jī)構(gòu)以及大型公司，直到70年代出現(xiàn)了微處理器和較為簡單的BASIC編程環(huán)境，再加上整機(jī)成本大幅下降，個(gè)人電腦才慢慢走上歷史舞臺(tái)。
而現(xiàn)在的協(xié)作機(jī)器人就類似于40年前剛剛起步的個(gè)人電腦，雖然還有很多不完美的地方，但是代表了一個(gè)新的開始，從協(xié)作機(jī)器人開始，普通人將越來越多的接觸到先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，并從中獲益。
▲ 一個(gè)新興市場中，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存是一個(gè)必然的狀態(tài)。
▲ 首要挑戰(zhàn)就是人才缺乏，這體現(xiàn)在了產(chǎn)品研發(fā)的整個(gè)鏈條中：
研發(fā)團(tuán)隊(duì)：系統(tǒng)架構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制，伺服驅(qū)動(dòng)，機(jī)械/硬件設(shè)計(jì)，安全功能開發(fā)等。
產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)：產(chǎn)品定義，競爭策略，用戶體驗(yàn)，工業(yè)設(shè)計(jì)等。
生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)：加工、組裝，供應(yīng)鏈體系建設(shè)，質(zhì)量控制等。
請(qǐng)注意這里強(qiáng)調(diào)的是團(tuán)隊(duì)，機(jī)器人是一個(gè)涉及很多專業(yè)的交叉學(xué)科，只在某些方面做得好，是無法做出好的機(jī)器人產(chǎn)品的。
本來國內(nèi)以前搞機(jī)械臂的人就不多，創(chuàng)業(yè)潮一來，人才更加難找。
優(yōu)秀人員的匱乏導(dǎo)致優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)建設(shè)進(jìn)展緩慢，進(jìn)而影響產(chǎn)品的研發(fā)速度。
▲ 國內(nèi)機(jī)器人核心零部件一直是個(gè)大問題，我們常說的控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、減速器三大零部件的國產(chǎn)化一直沒有得到很好的解決。
這個(gè)問題在協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品中更為突出，因?yàn)閰f(xié)作機(jī)器人使用了很多傳統(tǒng)機(jī)器人沒有使用的零部件，例如直驅(qū)電機(jī)，模塊化的編碼器，關(guān)節(jié)力矩傳感器，安全控制器等等。
以電機(jī)為例，傳統(tǒng)機(jī)器人使用交流伺服系統(tǒng)，國產(chǎn)的交流伺服雖然性能比不上國外產(chǎn)品，但至少有勉強(qiáng)可用的替代產(chǎn)品。而協(xié)作機(jī)器人大部分使用中空直流電機(jī)，這個(gè)在國內(nèi)就很難找到合適的產(chǎn)品。如果選擇外資品牌，例如科爾摩根的直驅(qū)電機(jī)，同樣扭矩下，直驅(qū)電機(jī)的價(jià)格大約在交流電機(jī)的3~4倍，使用這樣的零部件成本是肯定無法降低的，國產(chǎn)機(jī)器人就失去了“價(jià)格”這個(gè)可能是最大的競爭優(yōu)勢(shì)。
再比如安全控制器，市面上也有不少現(xiàn)成的安全控制器，但多是以面向流程工業(yè)的安全PLC為主，絕大部分只能處理數(shù)字IO信號(hào)。這些安全控制器不但價(jià)格昂貴（5k+，比整個(gè)控制器的硬件成本還貴），并且無法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人某些專用的安全功能，例如速度限制，力矩限制，空間限位等。
類似的問題還有很多，由于協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)的集成度很高，很多看似不起眼的小部件都會(huì)影響最終的產(chǎn)品定型和量產(chǎn)。
▲ 對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品來講，要想在市場上站穩(wěn)腳跟，性能、品牌、價(jià)格這三個(gè)方面至少要有一個(gè)具備較強(qiáng)的競爭力，否則很難在市場競爭中獲得優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于協(xié)作機(jī)器人來說，在當(dāng)前市場上已經(jīng)有很多競品存在的情況下，如何定位自己的產(chǎn)品和目標(biāo)市場是一個(gè)值得大家認(rèn)真思考的問題。
▲ 前面說協(xié)作機(jī)器人的一大特點(diǎn)是低成本，但實(shí)際上現(xiàn)在的協(xié)作機(jī)器人還是不夠便宜。上圖右側(cè)給出了三款主流機(jī)器人的售價(jià)，最早的UR5國外售價(jià)35000刀，國內(nèi)大概15~16w人民幣；Rethink Sawyer在美國的售價(jià)是29000刀，國內(nèi)價(jià)格較高，現(xiàn)在看來不會(huì)低于25w；公開售價(jià)最低的就是今年剛剛發(fā)布的franka，但是目前看來，franka的思路可能不是靠賣硬件賺錢，而是想通過軟件來賺錢，這樣的話與前兩個(gè)沒有太大的可比性。
那我們說的低成本，要低到多少呢？就是投資回報(bào)期ROI要在6~12個(gè)月（UR宣稱它可以有6個(gè)月的ROI，但那是按照國外的工資標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算，在國內(nèi)16w的售價(jià)，基本要1~2年）
以前面我們說的商業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔绻褭C(jī)器人用于餐飲行業(yè)，目前北上廣一個(gè)普通的餐廳服務(wù)人員月薪在4000左右，一年下來餐廳的總體支出在6w（含社保/公積金/其他）左右，即$10k，因此機(jī)器人的批量售價(jià)最好控制在6w元以內(nèi)（ROI = 1年）。
這個(gè)價(jià)格對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來講成本壓力很大，但是商業(yè)市場相對(duì)于工業(yè)市場的一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)在于，它的市場空間比工業(yè)市場大很多。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來講，一年5000臺(tái)的出貨量已經(jīng)很高了，而這個(gè)數(shù)字對(duì)于商業(yè)機(jī)器人來說，可能都不值得一提。量上去了，價(jià)格下來就很容易，想一想20年前的大哥大多少錢，現(xiàn)在的手機(jī)多少錢。
▲ 現(xiàn)有的協(xié)作機(jī)器人已經(jīng)足夠簡單好用了嗎？我覺得不是，如果你使用過UR，或者Sawyer，你會(huì)發(fā)現(xiàn)他們提供的圖形界面只能完成一些簡單的Pick&Place任務(wù)，稍微復(fù)雜的工作還是會(huì)涉及到使用機(jī)器人語言進(jìn)行編程。
隨著協(xié)作機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，為了讓更多的人可以使用機(jī)器人，提供更簡單直觀，功能更強(qiáng)大的編程方法是一個(gè)必然的趨勢(shì)。
目前業(yè)內(nèi)有幾家公司在進(jìn)行這方面的嘗試，例如日本的MUJIN，他們提供了一種簡單快速的3D環(huán)境重建方法，以及一種針對(duì)復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)軌跡規(guī)劃的技術(shù)，可以極大的降低機(jī)器人部署時(shí)間和工作量。
另外，前一段時(shí)間發(fā)布的Franka也有自己的一套圖形化編程環(huán)境，根據(jù)官方資料，這是一套非常完備的圖形化編程系統(tǒng)，通過組合不同的基本元素，用戶可以在不具備任何專業(yè)知識(shí)的情況下編寫非常復(fù)雜的機(jī)器人程序。
機(jī)器人在靈活性和智能性方面還很不好用，如何降低機(jī)器人的使用門檻，讓機(jī)器人更好用，是一個(gè)很好的切入點(diǎn)和創(chuàng)業(yè)方向。
▲ 很多媒體喜歡用“彎道超車”這個(gè)詞，好像我們?cè)趥鹘y(tǒng)工業(yè)機(jī)器人落后了，就可以憑借協(xié)作機(jī)器人翻身，這是一個(gè)非常不現(xiàn)實(shí)的想法。
前面我們說過，由于供應(yīng)鏈和技術(shù)積累的原因，國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品化的難度實(shí)際上比傳統(tǒng)機(jī)器人還要高，如果把中國龐大的市場需求當(dāng)做車道，那我們的車在哪里？沒有一個(gè)好的或者至少是靠譜的產(chǎn)品，我們拿什么超車？
上圖右側(cè)給出了目前業(yè)界一些著名公司的成立時(shí)間，不考慮他們之前的技術(shù)積累，僅從這一點(diǎn)上，我們就已經(jīng)落后十年了。
那我們就沒有機(jī)會(huì)了么，當(dāng)然不是，我對(duì)國產(chǎn)機(jī)器人還是充滿信心的。近幾年選擇從國外著名實(shí)驗(yàn)室、高校以及公司回國的人才越來越多，帶來很多新的思想和技術(shù)，這對(duì)國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展打下了一些技術(shù)基礎(chǔ)。
此外，我們國內(nèi)的勞動(dòng)力市場由人口紅利轉(zhuǎn)到了工程師紅利，相對(duì)于國外技術(shù)公司較高的運(yùn)營成本，國內(nèi)公司的總體運(yùn)營成本要低很多。
再一個(gè)，市場的突破并不一定是技術(shù)領(lǐng)先，創(chuàng)新的市場策略同樣可以帶領(lǐng)公司成功突圍。
我一直堅(jiān)信中國機(jī)器人的未來一定是由國產(chǎn)機(jī)器人主導(dǎo)，因此希望大家多交流，多學(xué)習(xí)，端正心態(tài)，樹立信心，共同把中國機(jī)器人的事業(yè)做大、做強(qiáng)。
That's all.
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。
