协作机器人

       协作型机器人作为一种新型的工业机器人，扫除了人机协作的障碍，让机器人彻底摆脱护栏或围笼的束缚，其开创性的产品性能和广泛的应用领域，为工业机器人的发展开启了新时代。

简介

       未来的智能工厂是人与机器和谐共处所缔造的，这就要求机器人能够与人一同协作，并与人类共同完成不同的任务。这既包括完成传统的“人干不了的、人不想干的、人干不好的”任务，又包括能够减轻人类劳动强度、提高人类生存质量的复杂任务。正因如此，人机协作可被看作新型工业机器人的必有属性。

主要特点

       协作机器人的主要特点有：

       1、轻量化

       使机器人更易于控制，提高安全性。

       2、友好性

       保证机器人的表面和关节是光滑且平整的，无尖锐的转角或者易夹伤操作人员的缝隙。

       3、感知能力

       感知周围的环境，并根据环境的变化改变自身的动作行为。

       4、人机协作

       具有敏感的力反馈特性，当达到已设定的力时会立即停止，在风险评估后可不需要安装保护栏，使人和机器人能协同工作。

       5、编程方便

       对于一些普通操作者和非技术背景的人员来说，都非常容易进行编程与调试。

主要优势

       人机协作给未来工厂的工业生产和制造带来了根本性的变革，具有决定性的重要优势：

       1、生产过程中的灵活性最大。

       2、承接以前无法实现自动化且不符合人体工学的手动工序，减轻员工负担。

       3、降低受伤和感染危险，例如使用专用的人机协作型夹持器。

       4、高质量完成可重复的流程，而无需根据类型或工件进行投资。

       5、采用内置的传感系统，提高生产率和设备复杂程度。

       基于人机协作的优点，顺应市场需求，更加灵活的协作型机器人成为一种承担组装和提取工作的可行性方案。它可以把人和机器人各自的优势发挥到极致，让机器人更好地和工人配合，能够适应更广泛的工作挑战。

人机协作

       智能制造的发展离不开机器人。发展智能机器人是打造智能制造装备平台、提升制造过程自动化和智能化水平的必经之路。

       1959年，美国人制造出世界上第一台工业机器人，此后，机器人在工业领域逐渐普及开来。随着科技的不断进步，特别是工业3.0的到来，广泛采用工业机器人的自动化生产线已成为制造业的核心装备。

       但是，在智能制造时代，为了应对消费者日益增长的定制化产品的需求，智能工厂需要在有限空间内，充分利用现有资源，建设灵活、安全、可快速变化的智能生产线，为适应新产品的生产，更换生产线,缩短产品制造时间，需要灵活快速的生产单元来满足这些需求，并提高制造企业产能和效率，降低成本。因此，智能机器人会成为智能制造系统中最重要的硬件设备。某种意义上说，智能机器人的全面升级，是新一轮工业革命的重要内容。但在某些产品领域与生产线上，人力操作仍不可或缺，比如装配高精度的零部件、对灵活性要求较高的密集劳动等。在这些场合人机协作机器人将发挥越来越大的作用。

       所谓的人机协作，即是由机器人从事精度与重复性高的作业流程，而工人在其辅助下进行创意性工作。人机协作机器人的使用，使企业的生产布线和配置获得了更大的弹性空间，也提高了产品良品率。人机协作的方式可以是人与机器分工，也可以是人与机器一起工作。

       不仅如此，智能制造的发展要求人和机器的关系发生更大的改变。人和机器必须能够相互理解、相互感知、相互帮助，才能够在一个空间里紧密地协调，自然地交互并保障彼此安全。

       在制造业转型升级的时代洪流中，智能机器人将越来越深入我们的工作与生活。如果忽视了智能机器人的研发与推广，整个《中国制造2025》发展战略可能会从根基上动摇。而人和设备、机器在一起工作的人机协作模式，可以提高企业效率、加强质量控制、增强生产的灵活性，可以减少物流线的成本，让制造企业更靠近市场。机器人是智能制造的支撑设备，而人机协作将成为下一代机器人的本质特征。

发展趋势

       人机协同系统经历了遥步积累、渐进发展的历程，尤其是最近的30年，随着人工智能的不断发展，人机协同系统也步入了发展的“快车道”。人机协同系统经历了数十年的发展，在很多领域已经取得了良好的应用效果与经济效益。以下，以新近出现的协同式专家系统、计算机集成制造系统为例来进行说明。

协同式专家系统

       当前存在的大部分专家系统(计算机等)，在规定的专业领域内，它是一个“专家”，但一旦超出特定的专业领域，专家系统就可能无法工作。协同式专家系统正是为了克服一般专家系统的局限性而逐渐发展起来的。20世纪80年代中叶，随常识推理和模糊理论实用化及深层知识表示技术的成熟，专家系统开始向着多知识表示、多推理机的多层次综合型转化。协同式专家系统立足于纠正传统专家系统对复杂问题求解的简单化，开始追求深层解释和推理，实现原则是技术互补，起始于单纯的知识表示和推理方法的结合，并逐渐发展到专家系统结构上的综合。

       该系统能综合若干个相近领域或一个领域多个方面的分专家系统相互协同工作共同解决一个更广泛的问题。在研究复杂问题时，可将确定的总任务分解成几个分任务，分别由几个专家系统米完成。各个专家系统发挥自身的特长，解决一个问题再进行子系统的协同，确保专家系统的推理更加全面、准确、可靠。协同式专家系统协同推理解题的过程可分为四个阶段：问题划分、子问题的分配、核心子间题求解和推理结果的综合。这四个阶段是递归的，对于非核心子问题需维续这一过程，而且可能反复“递归-回潮”，直到问题解决为止。协同式专家系统广泛应用于医疗领域，当今的器性肿疾病包括多种，肺癌、胃癌、肝癌、食道癌、鼻咽癌、白血病等。如果针对每一种悉性肿指开发一款专家系统，那么这样的专家系统就只能辅助诊断一种癌症：这显然是人力与资源的浪费。专家们开发出了“沃森医生”( Doctor Watson)及“十大常见恶性肿瘤诊疗专家系统”等协同式专家系统，可很好地辅助医生们诊断出各种不同的癌症，并给出相应的治疗方案医生与专家系统(计算机等)相互协同，不仅节约了医生的时间与精力，而且极大地提高了诊断的准确率，取得了良好的效果。此外，协同式专家系统也广泛应用在医疗诊断、天气预报、化学工程、金融决策、地质勘探、语音识别、图像处理等领域。

计算机集成制造系统

       人机协同系统也已经应用在现代制造业中，并取得了很好的成效。在现代制造业中，计算机集成制造系统正在迅速发展起来。计算机集成制造系统由美国学者哈林顿(Joseph Harrington)于1973年首次提出，指的是综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、系统工程技术等，将企业生产全部过程中有关的人、机(计算机、生产及控制设备等)有机集成并优化运行的复杂的大系统。在这样的系统中，人与机器配合工作，各司其职。人主要从事感知、推理、决策、创造等方面的工作；机器则在生产过程的实施与控制方面发挥作用，或者从事由于生理或心理因素人们无法完成的工作。在最近的几十年中，尤其是自1990年之后，美国、西欧、日本、韩国及中因的多家化工、钢铁及机械制造等企业纷纷采用了计算机集成制造系统。据调查表明，多家企业在采用了计算机集成制造系统之后，明显地提高了生产效率、产品质量与设备利用率，并显著地减少了工程设计量，缩短了生产周期，取得了良好的经济效益。以工业生产领域的协同机器人的任务完成过程为例来进行说明。协作机器人旨在协助人类并与人类一同作业且无须使用安全围栏进行隔离，解决人类较难以达成的精确度或让人类远离危险的环境和工作，协作机器人具有协作性、安全性、快速学习、适应能力强、高效和低成本等特点。据国外相关统计数据显示，2014年，协作机器人市场规模约为1亿美元，目前正以每年50%的速度增长。预计到2020年，机器人将形成“人机共融”的新局面。

       人类的生产经历了全手工劳动，到半自动、全自动等生产模式，未来必将走进人与机器人的协作时代，并且成为一种常态的工作模式。今天，可能只在生产线的上下料等上下游使用机器人，在装配过程中，采用手工来装配，配合输送带系统，追求单元的精益生产。未来，在生产线中，人与机器人将实现混合搭配，协作型机器人将使用多功能的爪钳，采用引导式的高效编程，提高整个装配系统成本竟争力。多自由度运动学元余机械手与人类一起工作，它们紧凑运动不扰乱工人工作。未来的协作机器人在人机的工作分配方面，将简单重复、劳动强度大的劳动留给机器人，复杂的智力劳动留给人类自己，协作机器人正在打破传统机器人的桎梏，在追求低价、高效、安全和生产多样化的今天或将起一场制造业机器换人的风暴。

       虽然当前人机协同系统已经广泛应用在生产生活等各个方面，已经或正在改变人类的认知世界和改造世界的方式。然而，关于其本身的协同决策及任务有效分配问题的研究却相对比较少，人机协同系统也面临知识获取的技术困境及社会问题。把握人机协同系统的发展趋势与对人工智能的理解存在着一定的关联。人机协同系统的发展，已经很好地实现了或正在实现弱人工智能并取得了丰硕的成果，如目前的各种专家系统。在诸多人机协同系统中，计算机已经很好地完成了人们分配和指定的计算与推理任务，在很大程度上解放了人们的双手和大脑。

       强人工智能仍面临很多哲学和现实问题，但是人工智能专家仍在积极努力探索，试图突破各种局限。随着强人工智能的发展，人机推理系统也将不断地发展，将更好地替代人们的工作，把人们从繁重的工作中进一步解放出来，不久的人机协同系统必将实现。

       ①人机友好协作。自动化过程仍然需要人，人作为解决方案的一部分，现有的技术不能完全自动化。一个完整的人机协作系统具有更简单的编程，意味着工厂不需要许多工程资源。

       ②更有效和更美好。安全风险最小、作业空间紧的自动化使得工厂更容易，利用现有场地进行有效生产，人机混搭的协作装配线使得生产节奏更快、更有效。

       ③质量更高，浪费更少。人和机器人协同工作超越了人类自身可达的工作精度与速度，使产品质量更高、浪费更少 。

       ④简化编程技术。引领编程技术，有别于传统复杂性编程。任何人都能掌握无须特殊培训或拥有编程技能。

应用场景

       协作机器人的应用场景非常广泛，以下是一些主要的应用领域：

制造业：

       协作机器人在制造业中发挥着重要作用，特别是在装配、物料搬运、零件检测和包装等环节。它们可以与工人协作，完成繁重、重复性的工作，从而提高生产效率和产品质量。例如，在汽车制造中，协作机器人可以协助工人进行零部件的装配和焊接等工作。

医疗保健：

       在医疗保健领域，协作机器人可用于手术辅助、病历管理、健康监测和康复训练等任务。它们能够提供精确的手术操作支持，减轻医护人员的工作负担，并提高病患的护理质量。例如，协作机器人可以在手术中稳定地操作手术器械，或者在康复训练中帮助患者恢复肢体功能。

物流和仓储：

       协作机器人在物流和仓储领域也有广泛应用，包括货物的搬运、分拣、包装以及库存管理等任务。它们能够与员工协同工作，提高物流效率和准确性，并减少人力成本和物流周期。例如，在大型仓库中，协作机器人可以根据指令快速准确地找到并搬运货物。

农业：

       在农业领域，协作机器人可以辅助农民进行农田管理，如种植监测、除草、浇水和采摘等工作。通过与传感器和智能系统的结合，它们可以根据植物的生长情况和环境条件进行智能化决策，从而提高农作物的产量和质量。

食品加工与服务业：

       协作机器人在食品加工和服务业中也有着重要的应用。它们可以用于食品的分拣、烹饪、搅拌和包装等工艺环节，提高生产效率并确保食品安全。在餐厅或酒店等服务业场所，协作机器人还可以为客户提供高质量的服务体验。

教育与研究：

       此外，协作机器人还被广泛应用于教育和研究领域。在教育领域，它们可以作为教学工具帮助学生学习编程和机器人技术；在研究领域，协作机器人则被用于探索新的应用潜力和技术创新。

       综上所述，协作机器人在多个领域都有着广泛的应用场景，并且随着技术的不断进步和市场的不断发展，其应用场景还将继续扩大和创新。

和工业机器人区别

       协作机器人和工业机器人在多个方面存在显著的区别，这些区别主要体现在概念、设计目标、使用场景、操作方式、安全性、编程以及灵活性等方面。

一、概念与设计目标

       协作机器人：协作机器人是一种与人类共同工作的机器人，它们被设计用来与人类共享工作空间，甚至直接与人们进行物理接触，以实现更高效的生产。其设计目标主要是与人类实现有效的协作，因此安全性和灵活性是协作机器人设计中的重要考虑因素。

       工业机器人：工业机器人则更倾向于自主运行，执行重复性的、高精度的任务，常常被用于制造业等环境中。其设计目标主要是提高生产效率和产品质量，实现生产线的自动化。

二、使用场景

       协作机器人：更多地出现在与人类共同工作的环境中，例如医疗协助、仓储物流等领域。它们具备与人类共享工作空间的能力，能够安全地与人类共同进行操作。

       工业机器人：主要应用于生产线上，完成重复性、繁重、高精度的工作任务，如汽车、铸造和家具制造行业等。

三、操作方式与编程

       协作机器人：操作更加依赖于人类与机器人之间的交互和协调。它们通常采用简化的编程方式，使得普通员工也能够很容易地学习和操作。协作机器人通常配备了直观的用户界面和简单的指令集，通过拖放操作或者图形化编程实现任务的设定。

       工业机器人：通常通过预先编写好的程序来执行任务，其操作比较独立，一般不需要与人类进行太多的交互。工业机器人的编程需要更多的专业知识和技能，通常需要编写复杂的编程代码，包括关节运动路径规划、传感器数据处理等，因此需要专门的工程师或技术人员来完成。

四、安全性

       协作机器人：通常配备了高度敏感的传感器和先进的安全系统，可以及时察觉到周围环境的变化，能够感知到人员的存在，并在危险情况下停止工作以保护人类的安全。

       工业机器人：主要应用于生产线上，与人类的接触较少，虽然也具备一定的安全功能，但与人机协作相比仍存在一定的局限性。

五、灵活性

       协作机器人：具有较高的灵活性和适应性，可以根据工作需求进行快速调整和重新编程。它们的机械手臂通常具有多自由度的设计，能够灵活地调整姿态和位置，以适应不同的任务需求。

       工业机器人：工作通常是在固定的环境中进行，运作方式和路径通常是预先编程好的，难以灵活地适应变化的工作需求。

六、成本与应用领域

       成本：由于协作机器人通常需要具备较高的安全性能，以及复杂的传感器和控制系统，其成本往往相对较高。而工业机器人通常在体积和功能上更加简单，因此成本相对较低。

       应用领域：协作机器人主要用于人类工人助力的场景，例如组装、装配、包装和材料处理等任务，通常被用于小批量、定制化或复杂的生产工艺中。工业机器人则更多地应用于大规模、重复性和高负荷的制造过程，如汽车工业、电子工业和物流等领域。

       综上所述，协作机器人和工业机器人在多个方面存在明显的区别，这些区别使得它们在不同的应用场景中发挥着各自独特的作用。

发展史

       协作机器人（Collaborative Robots，简称Cobots）的发展史可以追溯至20世纪90年代，以下是其详细的发展历程：

一、概念提出与早期探索

       1996年：美国西北大学的两位教授J. Edward Colgate和Michael Peshkin首次提出了协作机器人的概念，并为其申请了专利。他们希望探索一种能够在确保工人安全的前提下，与人类和谐共事的机器人。

       技术局限：尽管概念被提出，但由于当时的技术局限性，这一构想并未立即实现。

二、商业成功与初步应用

       2004年：德国库卡（KUKA）发布了全球首个协作机器人——LBR，标志着协作机器人在商业应用上的初步尝试。

       2008年：丹麦优傲机器人（Universal Robots）的UR5协作机器人交付使用，实现了协作机器人的商业成功，使得任何人操作机器人手臂成为现实。UR5以其安装迅速、部署灵活、安全可靠、编程简单等特点，赢得了市场的广泛认可。

三、快速发展与全球竞争

       2012-2015年：国外协作机器人品牌风起云涌，美国Rethink、德国库卡、瑞士ABB、日本发那科、日本安川等公司相继推出各自的协作机器人产品。这些产品各具特色，如Rethink的双臂机器人Baxter和7自由度单臂协作机器人Sawyer，以其独特的结构设计和出色的控制性能赢得了多方赞誉。

       国内起步：虽然国内在协作机器人领域的研究起步相对较晚，但自2014年起，以外资厂商UR、Rethink为主，国产协作机器人如节卡、遨博、越疆、新松等企业也开始积极布局市场。

       2015年之后：国内机器人厂商快速发展，以思灵、珞石、非夕等为代表的企业，将力控技术用于机器人柔顺控制中，引领了第二代协作机器人的快速发展。

四、市场扩张与广泛应用

       市场扩张：随着技术的不断进步和成本的持续优化，协作机器人开始走向更为丰富的商业场景，包括制造业、医疗保健、物流和农业等多个领域。

       广泛应用：协作机器人被广泛应用于装配、焊接、搬运、医疗辅助、家庭服务等多种工作场景，大幅提高了生产效率和灵活性。

五、技术特点与未来趋势

       技术特点：协作机器人通常具备轻巧、易于部署的特点，并配备感应和视觉系统以便感知并避免碰撞。它们强调人机协作性，能够在确保安全的前提下与人类高效合作。

       未来趋势：随着技术的不断发展，协作机器人将在易用性、灵活性、安全性等方面持续提升。同时，它们的应用领域也将进一步拓展，为人类带来更多便利和效益。

       综上所述，协作机器人的发展史是一个从概念提出到商业成功再到广泛应用的过程。在这个过程中，技术的不断进步和市场的持续扩张共同推动了协作机器人的快速发展。

有哪些品牌

       协作机器人品牌众多，以下是一些知名的协作机器人品牌：

       1、大族机器人：全球智能协作机器人领先品牌，国内唯一一家在核心部件完全自主研发的品牌，产品通过全球多国认证，技术处于全球领先水平。产品系列包括Elfin系列协作机器人、Elfin-P系列协作机器人、MAiRA多感知智能机器人助手、MAV多感知自动导航车、Star复合机器人等。

       2、遨博机器人：在协作机器人领域有重要地位，是“协作机器人三杰”之一，计划于科创板上市，2021年营收达3.5亿元，工业场景的整体出货量达到8000台。

       3、节卡机器人：与遨博并称为“协作机器人三杰”，以无线互联和智能互联技术而备受赞誉，可提高应用便利性，满足客户的定制需求。

       4、越疆机器人：同样是“协作机器人三杰”之一，近年来在协作机器人市场取得了显著的发展，已有超过60家世界500强企业选择其产品。

       5、中科新松：作为国内协作机器人较早的先行者，是协作机器人系列最丰富的厂商之一，自2014年成立以来，已创新研发了包括多可协作机器人和多可移动协作机器人在内的2大系列20余种产品。

       6、艾利特机器人：创始团队均来自北航机器人研究所，实现了除减速器之外的自主研发，从底层操作系统到嵌入式硬件和软件，到过程包和顶级计算能力，以及协同机器人的模块关节技术，均有深厚积累。

       7、长广溪智造：开创了新一代“车规级高速协作机器人”，其生产过程、测试方法、质量管控符合IATF16949:2016国际汽车质量管理标准。

       8、珞石机器人：专注于协作机器人、医疗机器人、打磨机器人等产品的研发和生产。

       此外，还有达明机器人、新松机器人、Flexiv非夕科技、思灵机器人、拓博、工博士、DUCO多可、KUKA库卡、YASKAWA Motoman安川、优傲、焊研威达、沐恩、深隆、钧舵、天键、SYNAPTICON、YOUTY、飏天科技、Fanuc发那科、赛邦智能、Robotiq、OnRobot等品牌也在协作机器人领域有所建树。

       需要注意的是，以上排名仅基于部分信息和数据，实际情况可能因市场变化、企业发展等因素而有所不同。协作机器人行业是一个快速发展的领域，新的品牌和技术不断涌现，因此排名可能会随着时间的推移而发生变化。

市场份额

       协作机器人市场份额是一个动态变化的数据，受到市场需求、技术进步、厂商竞争等多种因素的影响。以下是对当前协作机器人市场份额的详细分析：

一、整体市场份额

       市场规模：近年来，中国协作机器人市场规模持续增长。根据中商产业研究院的预测，2024年中国协作机器人市场规模将突破25亿元，同比增长8%左右。而根据IDC的报告，2023年中国协作机器人市场整体规模超过14.8亿元人民币，显示出该市场的强劲增长势头和巨大潜力。

       出货量：IDC的报告指出，2023年中国协作机器人销售出货量超过3万台。而根据高工机器人产业研究所（GGII）的预测，2024年中国协作机器人销量将达到4.08万台，同比增长29.78%。

二、主要厂商市场份额

       遨博和优傲：这两家公司在我国协作机器人市场中占据主导地位，共占据市场份额的60%以上。其中，遨博的占比为33.3%，优傲的占比为30%。

       其他厂商：节卡机器人、越疆、艾利特、大族机器人、睿尔曼等厂商也在市场中占据一定的份额。其中，节卡机器人占比为9.6%，越疆科技在全球累计出货量达72000台，广销100+个国家和地区。

三、市场趋势

       国产化进程加快：随着国产化进程的加快，预计国产厂商在协作机器人市场中的份额将进一步提升。

       应用场景多元化：协作机器人在工业领域的应用场景日益多元化，同时也在加速向非工业领域渗透。例如，在医疗健康、教育科研和新零售等行业，协作机器人的需求日益增长。

       技术创新和差异化竞争：随着市场对高性能、高精度协作机器人的需求增长，技术创新和差异化竞争将成为厂商争夺市场份额的关键。

四、未来展望

       市场规模持续增长：根据预测，未来几年中国协作机器人市场将保持高速增长态势。预计至2027年，中国协作机器人销量将接近9.5万台，市场规模将接近60亿元。

       新兴行业需求上升：除了传统的汽车、电子、食品饮料等领域外，光伏、家用电器等新兴行业对协作机器人的需求也在持续上升。随着技术的不断进步和成本的下降，协作机器人将在更多细分市场和场景中实现广泛应用。

       综上所述，中国协作机器人市场份额呈现出多元化、动态变化的特点。未来随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，协作机器人市场将迎来更加广阔的发展前景。