深度特稿 |

2016-08-01

在生產制造領域，協(xié)作機器人為何能成為后起之秀

本文將嘗試解答以下問題： 1.為什么需要協(xié)作機器人 2.協(xié)作機器人的起源 3.協(xié)作機器人與傳統(tǒng)機器人有什么區(qū)別

韓峰濤

本文將嘗試解答以下問題：

為什么需要協(xié)作機器人
協(xié)作機器人的起源

協(xié)作機器人與傳統(tǒng)機器人有什么區(qū)別
為什么需要協(xié)作機器人能扒？

協(xié)作機器人的興起意味著傳統(tǒng)機器人必然有某種程度的不足佣渴，或者無法適應新的市場需求。

總結一下初斑，主要有三點：

1辛润、傳統(tǒng)機器人部署成本高

其實相對來講，工業(yè)機器人本身的價格并不高见秤。主流場合使用的機器人砂竖，根據負載能力不同，售價區(qū)間在￥10w ~￥40w鹃答。一般情況下一臺機器人的使用使用壽命在 5 ~ 8 年乎澄，作為比較高端的工業(yè)設備來講并不算貴。

傳統(tǒng)機器人貴在其部署（將機器人安裝到工廠并正常運行）成本上测摔，原因有兩個：

第一置济，目前的工業(yè)機器人主要負責工廠中重復性的工作，這依賴于其非常高的重復定位精度（重復到達空間某些固定位置的能力锋八，一般機器人可以做到 0.02mm 以下）浙于，以及依賴固定的外界環(huán)境。

為了保證這一點挟纱，除了機器人本身的設計要求之外羞酗，還需要待加工的產品放在固定的位置，以便機器人每次都可以到同一個地方準確的拿取或者執(zhí)行某項操作紊服。對于現代復雜的流水線作業(yè)來講檀轨，在整個產線上為每一個使用機器人的工序都設計這些固定的外界環(huán)境需要耗費大量的資源，占用大片寶貴的車間面積以及長達數月的實施時間欺嗤。

第二参萄，機器人的使用難度較高，只有經過培訓的專業(yè)人士才能熟練使用機器人煎饼，完成配置拧揽、編程以及維護的工作，普通用戶很少具備這樣的能力。

將之前以工人操作為主的流水線淤袜，變?yōu)橛蓹C器人和自動化設備為主的生產線，是一個系統(tǒng)工程衰伯，絕大多數終端工廠客戶并不具備這樣的能力铡羡，因此就需要一個第三方的角色來完成這部分工作，這個第三方即系統(tǒng)集成商（System Integrator意鲸，計算機行業(yè)也存在類似分工的企業(yè)烦周，從本質上來講做的事情是差不多的），來根據客戶現場的實際情況怎顾，來完成機器人的最終部署读慎。

系統(tǒng)集成商的工作至少包括：

生產線的自動化改造方案（流程、設備布局槐雾、人員配置等）
機器人外圍支持設備的設計夭委、制造、安裝
符合工藝要求的機器人編程募强、調試
客戶技術團隊的培訓
以及后續(xù)的售后維護工作

根據很多業(yè)內機構和前輩統(tǒng)計的數字株灸，整個機器人部署/集成應用的費用大概是機器人售價的 3 ~ 4 倍。近幾年隨著國內集成商的迅速擴軍擎值，競爭越來越激烈慌烧，整體價格有所下滑，但也基本在 2 ~ 3 倍鸠儿。

以常見的弧焊工作站為例屹蚊，采購一臺進口品牌的弧焊機器人價格約在 11 ~ 15w 之間，但是經過系統(tǒng)集成商這一層之后进每，整體報價不會低于 30w汹粤，個別夸張的甚至能報到 100w。在工資相對較高的長三角和珠三角地區(qū)品追，一名熟練焊工的工資大概在 5k ~ 7k玄括，1 臺機器人代替 1~2 名工人，ROI 不會少于 2 年肉瓦，很多中小企業(yè)主對機器人會選擇猶豫和觀望遭京。

如果使用機器人的數量比較多，則大部分情況下需要對原有的生產線進行改造泞莉，甚至重新建設哪雕，不僅需要巨大的投資，可能還涉及到停產改造鲫趁，這也是很多工廠遲遲不上機器人的原因之一斯嚎。

除此之外，因為每一條生產線上的大部分設備（末端工具、非標機械堡僻、控制流程等）都是針對特定的產品設計的糠惫，如果涉及到中途變更生產需求，很大概率上之前的生產線無法直接滿足新產品生產的需求钉疫，這就涉及到機器人系統(tǒng)的重新設計和部署硼讽，這部分的工作量有時會接近首次部署。

簡而言之牲阁，單獨的機器人無法直接用于工廠的生產線上固阁，還需要很多外圍設備的支持。雖然機器人本身是一種高柔性城菊、高靈活性的設備备燃，但整個生產線不是，一旦涉及生產線變動凌唬，費用很高并齐。

2. 傳統(tǒng)機器人無法滿足中小企業(yè)需求

中小企業(yè)（Small and medium-sized enterprises，SMEs）是目前機器人新興市場的主要客戶法瑟，目前傳統(tǒng)的工業(yè)機器人無法很好的滿足 SME 的需求冀膝。

傳統(tǒng)工業(yè)機器人的目標市場是可以進行大規(guī)模生產的企業(yè)。

大規(guī)模生產是 20 世紀最流行的資本主義生產方式霎挟，以生產過程的分解窝剖、流水線組裝、標準化零部件酥夭、大批量生產和機械式重復勞動等為主要特征赐纱。

有能力進行大規(guī)模生成的企業(yè)，對機器人系統(tǒng)高額的部署費用相對不敏感熬北，因為在產品定型之后疙描，在足夠長的時間內，生產線可以不做大的變動讶隐，機器人基本不需要重新編程或者重新部署起胰，可以最大化利用機器人標準化、高效率的特點巫延，實現投資價值最大化效五。

汽車行業(yè)是大規(guī)模生產的典型代表，世界上第一臺工業(yè)機器人也部署在通用汽車的工廠中炉峰，負責沖壓零件的搬運工作畏妖。到今天，汽車行業(yè)仍然占據了全球機器人出貨量的 40% 以上：

一款新車從發(fā)布到退出市場疼阔，一般會經歷 3~6 年時間戒劫。這期間半夷，即使有改款，也只是對外觀迅细、內飾進行微調巫橄，這些變動一般不會影響到機器人的工作（車身焊接、噴漆疯攒、主要零部件搬運）嗦随，因此在機器人的整個生命周期里，基本上不需要對已經完成的生產線進行改動或者對機器人進行重新部署敬尺，只需要正常的維護即可，發(fā)揮了機器人的優(yōu)點贴浙，避開了它的缺點砂吞。

而中小企業(yè)則不一樣，它們的產品一般以小批量崎溃，定制化蜻直，短周期為特征，沒有太多的資金對生產線進行大規(guī)模改造袁串，并且對產品的 ROI 更為敏感概而。

這要求機器人具有較低的綜合成本、快速部署/重部署能力囱修、簡單上手的使用方法赎瑰，而這些，傳統(tǒng)機器人很難滿足破镰。

此外餐曼，在某些機器人應用的新興行業(yè)中，即使是大企業(yè)也面臨與中小企業(yè)同樣的問題鲜漩，3C（Computer Communication源譬，Consumer Electronics）產業(yè)是這個方面的典型代表。

3C 市場中如手機孕似、平板踩娘、可穿戴設備等主流產品的更新換代速度非常快喉祭，基本上生命周期只有 1 ~ 2 年养渴，短的甚至只有幾個月。如果采用傳統(tǒng)機器人方案臂拓，投入大量資源厚脉，耗費數月建設的生產線可能連成本的零頭還沒收回，所生產的產品就該退市了胶惰。而如果對生產線再進行改造傻工，又要投入巨大的資源，這是不可接受的。

除了資金投入中捆，3C 行業(yè)很多時候更關心時間鸯匹，常見的機器人自動化改造方案耗時 1 個月到數個月不等，但 3C 產品無法在每一次換代都等待這么久泄伪。那邊蘋果說「下個月開始生產 iPhone7 的外殼」殴蓬，你這邊說「先等我 1 個月把生產線改造一下」，顯然是不現實的蟋滴，這些情況下還是人靠譜染厅，培訓 3 天，立馬上崗津函。

3. 無法滿足新興的協(xié)作市場需求

工業(yè)機器人一直以來都是高精度肖粮、高速度自動化設備的典范，但是由于歷史和技術原因尔苦，與人在一起時的安全性不是機器人發(fā)展的重點涩馆，因此在絕大多數工廠中出于安全性考慮，一般都要使用圍欄把機器人和人員進行隔離允坚。

幸好對于大部分之前機器人所從事的工作來講魂那，并不需要人的參與，機器人可以獨立完成稠项。

但是人力成本的上升涯雅，很多其他以前沒有或很少使用機器人的行業(yè)開始尋求機器人自動化解決方案，例如之前提到的 3C 行業(yè)皿渗，還有醫(yī)藥斩芭、食品、物流等行業(yè)乐疆。

這些新興行業(yè)中的特點是產品種類很多划乖、體積普遍不大、對操作人員的靈活度/柔性要求高〖吠粒現有的機器人很難在成本可控的情況下給出性能滿意的解決方案琴庵，那怎么辦？

機器人不行的仰美，人來補充嘛迷殿，我們搞人機結合（不要想歪了）。

由人類負責對柔性咖杂，觸覺庆寺，靈活性要求比較高的工序，機器人則利用其快速诉字、準確的特點來負責重復性的工作懦尝。

比如組裝鍵盤知纷，可以由機器人把鍵帽放置到位，人來進行卡扣的工作陵霉；再比如組裝手機/電腦琅轧，機器人負責把主要零配件、螺絲放到合適的位置踊挠，人來負責排線安裝乍桂，卡扣，擰螺絲的工作效床。

但是如果二者要合作睹酌，中間還要隔一個柵欄就太不方便了，人和機器人之間要進行交互剩檀，還要先通過安全門忍疾，整體效率還不如單獨使用人來得高。這個時候就需要一些額外的技術來保證機器人與人類可以安全的在同一個區(qū)域工作谨朝，而不需要柵欄這樣礙事的東西擋在中間，即要求機器人具有安全協(xié)作的特性甥绿。

各大機器人廠商的機器人都配備有各自的安全技術字币，例如 ABB 的 SafeMove，Fanuc 的 DCS共缕，KUKA 的 KUKA.safe洗出，但其安全功能本身還比較初級，例如將物理的圍欄換成了虛擬圍欄图谷、檢測到有人靠近時自動停止翩活，仍然不算是完整的協(xié)作安全技術。

——接下來便贵，是關于協(xié)作機器人的一點簡單歷史——

協(xié)作機器人的起源

為了準確定義協(xié)作機器人菠镇，先看兩個名詞。

協(xié)作區(qū)域（Collaborative Workspace）

指機器人和人類可以同時工作的區(qū)域承璃，以下是 ISO 10218-2 中的定義：

workspace within the safeguarded space where the robot and a human can perform tasks simultaneously.

協(xié)作機器人（Collaborative Robot）

指被設計成可以在協(xié)作區(qū)域內與人直接進行交互的機器人利耍，以下是 ISO 10218-2 中的定義：

robot designed for direct interaction with a human within a defined collaborative workspace

前面已經說過，中小企業(yè) SMEs 是協(xié)作機器人非常重要的客戶群盔粹，而協(xié)作機器人的興起也與 SMEs 密不可分隘梨。

SME Project ：開始于 2005 年，由 EU FP6（Framework Programme 6）項目資助舷嗡，參與的企業(yè)包括 ABB轴猎、KUKA、Reis进萄、Comau捻脖、Güdel 等锐峭，其目的是尋找防止勞動力離岸（offshore）輸出到低勞動成本國家的方法。其主要的論點是郎仆，如果通過機器人技術增強 SMEs 的勞動力水平只祠，降低成本，提高競爭力扰肌，就可以避免勞動力外包的情況（將工作機會留在國內）抛寝。因此，協(xié)作機器人（co-bots）最初的市場就是中小企業(yè)（SMEs）曙旭。

同年 Esben ?stergaard, Kasper St?y 和 Kristian Kassow 在南丹麥大學一起做研究時創(chuàng)辦了 Universal Robot盗舰，現在的 CEO Esben ?stergaard 當時是南丹麥大學的助理教授，三個人發(fā)現了中小企業(yè)對機器人的新需求（也與當時丹麥政府主導的一項機器人計劃有關）桂躏，并在 2009 年推出了第一款協(xié)作機器人 UR5钻趋。

在 UR5 之前的絕大多數協(xié)作機器人都是在傳統(tǒng)機器人的基礎上改造的，UR5 是第一個從產品設計伊始就以協(xié)作機器人的要求進行開發(fā)的機器人剂习。

之后不久（2008 年）蛮位，Rodney Brooks 創(chuàng)辦了 Rethink，其最初的目的也是為了幫助美國本土的 SMEs 提高生產效率鳞绕，降低成本失仁，減少離岸外包。最初推出的雙臂 Baxter 并不是很成功们何，慢慢開始落后于 UR萄焦，去年秋天推出了新款的單臂 Sawyer 機器人，市場接受度如何還有待觀察冤竹。

在 UR 和 Rethink 之后拂封，成長出一大批新創(chuàng)立的協(xié)作機器人公司，市場上的協(xié)作產品也越來越多鹦蠕，協(xié)作機器人的概念開始慢慢被大家所認識和接受冒签。