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| 本文作者： 韓峰濤 | 2016-09-29 15:50 |
雷鋒網按：本文作者韓峰濤，珞石科技（工業(yè)機器人供應商）產品總監(jiān)。
協作機器人是當前工業(yè)機器人領域一個非常熱門的研究方向，國際機器人大廠陸續(xù)推出了多款協作機器人產品，國內也有很多廠商已經或者準備進入這個領域。對于這樣一個傳統機器人行業(yè)里的“新興領域”，我們可以抓住哪些機遇，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 “協作機器人-前沿與挑戰(zhàn)” 學術研討會演講稿，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。
▲ 首先介紹一些協作機器人的背景。
▲ 協作機器人近幾年才開始獲得廣泛關注，但實際上協作機器人的概念首次提出是在上世紀90年代。
我們知道世界上第一臺工業(yè)機器人是部署在GM的工廠，協作機器人的起源同樣與GM有關。在1995年GM Motor Foundation贊助了一個項目，試圖找出讓機器人變得足夠安全的方法，以便機器人可以和工人協同工作。之后在1996年，西北大學 (伊利諾伊州)的兩位教授（J. Edward Colgate and Michael Peshkin）首次提出了協作機器人的概念（cobot）。
之后幾年，出現了很多在運動學結構上與傳統機械臂不太一樣的協作機器人，但最終沒有獲得大規(guī)模發(fā)展。個人更傾向于把歐洲在2005年開始的SME計劃作為協作機器人正式興起的起點，SME計劃的很多成果是使用傳統工業(yè)機器人完成的，與現在流行的協作機器人更為接近。
▲ 經過幾年的發(fā)展，市場上已經出現了很多款協作機器人，上圖列舉了幾種主流的產品。
UR5是世界上第一臺協作機器人，由丹麥的Universal Robot公司在2009年推出，這是第一設計目標就是協作的工業(yè)機器人產品。
Franka，令人印象深刻的低價格，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，來自臺灣的協作機器人，從去年在國外開始亮相，今年的Ciros 2016第一次在國內大型展會上亮相。
Life Robotics CORO，日本的協作機器人公司，其產品目前只針對日本本土市場出貨，獨特的本體結構設計。
Rethink Baxter市場表現很差，到今天為止出貨量應該在1000多臺，后續(xù)推出的單臂Sawyer硬件配置很不錯，但在國內的售價有點高。
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，又多了單臂協作機器人產品線，加入了主流協作機器人的市場競爭。
▲ 協作機器人作為新興的、備受關注的機器人種類，其具備很多優(yōu)點，概括起來主要有三個：安全，低成本以及易于上手的使用方式。使用協作機器人的地方，基本上不再需要系統集成商（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。
但是協作機器人并不是萬能的，它只是現有機器人產品線中一個新興的細分品類，具有很多傳統機器人無法比擬的優(yōu)勢，但是也有不少缺點。比如說，為了降低碰撞造成的損失，整個機器人的速度和重量必須被限制在一定范圍內，所以協作機器人的速度普遍都很慢，負載也比較低，較小的自重導致剛性比傳統機器人差很多，重復定位精度一般比傳統機器人要低一個數量級。
如果要用一句話來概括協作機器人的應用范圍的話，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。
▲ 簡單了解完協作機器人的背景，接下來看一下協作機器人帶給我們的機遇。
▲ 在讓機器人更安全（二）- 協作機器人的興起 - OnionBots - 知乎專欄 中我們介紹過，協作機器人的主要目標客戶是中小企業(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，整個協作機器人工業(yè)市場的增長預期是非常高的。
根據巴克萊的預測，到2025年，全球協作機器人的銷售額將從2015年的1.16億美金，增長到114億美金，增幅超過100倍，這幾乎相當于2015年全球工業(yè)機器人整機市場的銷售額。
但是我認為協作機器人的表現將會超過這個預測，原因是協作機器人不光可以用在工業(yè)領域，更大的增長動力來自于非工業(yè)領域，或者說商業(yè)領域（具備實用價值的消費級機械臂短期內還不太現實）。在不久的將來，非工業(yè)領域的銷量就會獲得巨大增長。
協作機器人在工業(yè)領域的增長方向是比較清晰的，在這方面有很多市場分析報告，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)）領域的市場。
▲ 我們所說的商業(yè)領域其實包括了很多細分方面。協作機器人用于商業(yè)領域，也是ToB的一種，但市場規(guī)模會比工業(yè)領域大很多。
目前研究和產品化比較多的是物流倉儲和醫(yī)療兩個領域。
例如倉儲物流領域中的揀貨環(huán)節(jié)，目前主要有兩種方案：一種是貨架移動而揀貨員不動，以亞馬遜的kiva Amazon Robotics 系統為代表；另一個思路是保持貨架不動，而使用移動機器人+機械臂來代替工人完成移動揀貨的功能。例如右上角的IAM Robotics，使用了FANUC的LR Mate 200系列輕型機器人搭配3d視覺系統來做貨架分揀，在電商如此發(fā)達的今天，這是一個非常有潛力的市場。
再一個是醫(yī)療康復機器人、義肢機器人，由于協作機器人比較安全，加上機械臂模仿人類手臂的靈活特性，非常適合用在這些場合。
▲ 除了以上兩個領域，還有很多機器人在生活中的嘗試，都取得了不錯的效果，但是由于傳統機器人安全性較差，在使用時有很多限制，而協作機器人的出現，將在很大程度上加快機器人的普及。
例如視頻/電影拍攝，2014年的一部電影《地心引力》，由于要實現失重情況下的大范圍快速旋轉拍攝，傳統方式存在很多局限，因此很多鏡頭就是Bot&Dolly這家公司使用工業(yè)機器人來完成。還有左上角的Bolt系統，使用了史陶比爾的機器人，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，價格昂貴且使用不方便。目前還沒有面向小型工作室的機器人低成本攝像系統，存在著很大的市場空間。
再有一個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做的一個互動展示系統，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，都是很不錯的應用方向，協作機器人可以非常好的滿足這些需求。
協作機器人帶給我們的巨大機遇當然不止以上提到的幾個領域，生活中還有無數個可以用到機器人的環(huán)節(jié)有待我們去發(fā)掘。
▲ 之所以認為協作機器人如此重要，是因為協作機器人的出現為我們提供了一個讓機器人走入普通人生活的可能性。
機器人行業(yè)其實和計算機行業(yè)有很多類似的地方，一開始計算機主要用于科研機構以及大型公司，直到70年代出現了微處理器和較為簡單的BASIC編程環(huán)境，再加上整機成本大幅下降，個人電腦才慢慢走上歷史舞臺。
而現在的協作機器人就類似于40年前剛剛起步的個人電腦，雖然還有很多不完美的地方，但是代表了一個新的開始，從協作機器人開始，普通人將越來越多的接觸到先進的機器人技術，并從中獲益。
▲ 一個新興市場中，機遇與挑戰(zhàn)并存是一個必然的狀態(tài)。
▲ 首要挑戰(zhàn)就是人才缺乏，這體現在了產品研發(fā)的整個鏈條中：
研發(fā)團隊：系統架構，運動控制，伺服驅動，機械/硬件設計，安全功能開發(fā)等。
產品團隊：產品定義，競爭策略，用戶體驗，工業(yè)設計等。
生產團隊：加工、組裝，供應鏈體系建設，質量控制等。
請注意這里強調的是團隊，機器人是一個涉及很多專業(yè)的交叉學科，只在某些方面做得好，是無法做出好的機器人產品的。
本來國內以前搞機械臂的人就不多，創(chuàng)業(yè)潮一來，人才更加難找。
優(yōu)秀人員的匱乏導致優(yōu)秀的團隊建設進展緩慢，進而影響產品的研發(fā)速度。
▲ 國內機器人核心零部件一直是個大問題，我們常說的控制系統、伺服系統、減速器三大零部件的國產化一直沒有得到很好的解決。
這個問題在協作機器人產品中更為突出，因為協作機器人使用了很多傳統機器人沒有使用的零部件，例如直驅電機，模塊化的編碼器，關節(jié)力矩傳感器，安全控制器等等。
以電機為例，傳統機器人使用交流伺服系統，國產的交流伺服雖然性能比不上國外產品，但至少有勉強可用的替代產品。而協作機器人大部分使用中空直流電機，這個在國內就很難找到合適的產品。如果選擇外資品牌，例如科爾摩根的直驅電機，同樣扭矩下，直驅電機的價格大約在交流電機的3~4倍，使用這樣的零部件成本是肯定無法降低的，國產機器人就失去了“價格”這個可能是最大的競爭優(yōu)勢。
再比如安全控制器，市面上也有不少現成的安全控制器，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字IO信號。這些安全控制器不但價格昂貴（5k+，比整個控制器的硬件成本還貴），并且無法實現機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，由于協作機器人關節(jié)的集成度很高，很多看似不起眼的小部件都會影響最終的產品定型和量產。
▲ 對于一個產品來講，要想在市場上站穩(wěn)腳跟，性能、品牌、價格這三個方面至少要有一個具備較強的競爭力，否則很難在市場競爭中獲得優(yōu)勢。
對于協作機器人來說，在當前市場上已經有很多競品存在的情況下，如何定位自己的產品和目標市場是一個值得大家認真思考的問題。
▲ 前面說協作機器人的一大特點是低成本，但實際上現在的協作機器人還是不夠便宜。上圖右側給出了三款主流機器人的售價，最早的UR5國外售價35000刀，國內大概15~16w人民幣；Rethink Sawyer在美國的售價是29000刀，國內價格較高，現在看來不會低于25w；公開售價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？就是投資回報期ROI要在6~12個月（UR宣稱它可以有6個月的ROI，但那是按照國外的工資標準來計算，在國內16w的售價，基本要1~2年）
以前面我們說的商業(yè)領域為例，如果把機器人用于餐飲行業(yè)，目前北上廣一個普通的餐廳服務人員月薪在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，因此機器人的批量售價最好控制在6w元以內（ROI = 1年）。
這個價格對于工業(yè)機器人來講成本壓力很大，但是商業(yè)市場相對于工業(yè)市場的一個非常大的優(yōu)勢在于，它的市場空間比工業(yè)市場大很多。對于工業(yè)機器人來講，一年5000臺的出貨量已經很高了，而這個數字對于商業(yè)機器人來說，可能都不值得一提。量上去了，價格下來就很容易，想一想20年前的大哥大多少錢，現在的手機多少錢。
▲ 現有的協作機器人已經足夠簡單好用了嗎？我覺得不是，如果你使用過UR，或者Sawyer，你會發(fā)現他們提供的圖形界面只能完成一些簡單的Pick&Place任務，稍微復雜的工作還是會涉及到使用機器人語言進行編程。
隨著協作機器人應用領域的不斷擴展，為了讓更多的人可以使用機器人，提供更簡單直觀，功能更強大的編程方法是一個必然的趨勢。
目前業(yè)內有幾家公司在進行這方面的嘗試，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，以及一種針對復雜環(huán)境進行自動軌跡規(guī)劃的技術，可以極大的降低機器人部署時間和工作量。
另外，前一段時間發(fā)布的Franka也有自己的一套圖形化編程環(huán)境，根據官方資料，這是一套非常完備的圖形化編程系統，通過組合不同的基本元素，用戶可以在不具備任何專業(yè)知識的情況下編寫非常復雜的機器人程序。
機器人在靈活性和智能性方面還很不好用，如何降低機器人的使用門檻，讓機器人更好用，是一個很好的切入點和創(chuàng)業(yè)方向。
▲ 很多媒體喜歡用“彎道超車”這個詞，好像我們在傳統工業(yè)機器人落后了，就可以憑借協作機器人翻身，這是一個非常不現實的想法。
前面我們說過，由于供應鏈和技術積累的原因，國內協作機器人產品化的難度實際上比傳統機器人還要高，如果把中國龐大的市場需求當做車道，那我們的車在哪里？沒有一個好的或者至少是靠譜的產品，我們拿什么超車？
上圖右側給出了目前業(yè)界一些著名公司的成立時間，不考慮他們之前的技術積累，僅從這一點上，我們就已經落后十年了。
那我們就沒有機會了么，當然不是，我對國產機器人還是充滿信心的。近幾年選擇從國外著名實驗室、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，這對國內機器人產業(yè)實現快速發(fā)展打下了一些技術基礎。
此外，我們國內的勞動力市場由人口紅利轉到了工程師紅利，相對于國外技術公司較高的運營成本，國內公司的總體運營成本要低很多。
再一個，市場的突破并不一定是技術領先，創(chuàng)新的市場策略同樣可以帶領公司成功突圍。
我一直堅信中國機器人的未來一定是由國產機器人主導，因此希望大家多交流，多學習，端正心態(tài)，樹立信心，共同把中國機器人的事業(yè)做大、做強。
That's all.
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