隨著制造業(yè)的轉型升級，許多復雜生產(chǎn)工作需要人機協(xié)作來共同完成，而傳統(tǒng)工業(yè)機器人因體形大、安全性和靈活性較低等問題，難以滿足市場需要。協(xié)作機器人憑借安全、靈活、易用等諸多優(yōu)勢，可以彌補傳統(tǒng)工業(yè)機器人應用范圍的局限性，在降低生產(chǎn)成本的同時提高生產(chǎn)效率和質量，成為未來智能制造發(fā)展的關鍵。
基于此，立德智庫與節(jié)卡發(fā)布了《2022年中國協(xié)作機器人技術發(fā)展報告》。共同探討了協(xié)作機器人行業(yè)的發(fā)展情況，對協(xié)作機器人行業(yè)的過去、當下與未來進行了總結和預估。
該份公開發(fā)布的報告亮點紛呈，著重圍繞協(xié)作機器人專利申請情況、標準情況等至關重要的問題進行深度展開，多位專家從自身角度與認知出發(fā)，論述了協(xié)作機器人在機械臂結構設計、基礎前沿技術等多方面的可能性。本文摘取了報告中的部分核心觀點以餮讀者。
▍報告4大關鍵看點
看點一：專利申請持續(xù)升溫，技術創(chuàng)新迎來更大突破
機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵是提升其核心競爭力，技術創(chuàng)新和突破又是提升核心競爭力的關鍵。立德智庫數(shù)據(jù)顯示，近些年，全球協(xié)作機器人領域專利申請數(shù)量持續(xù)快速增長，申請數(shù)已超3400件，而中國是專利申請數(shù)量最多的國家，超過2500件，且整體呈上升趨勢，這正是協(xié)作機器人在國內市場快速崛起、逐步被市場認可的時期。未來，協(xié)作機器人專利申請數(shù)量還將進一步增加，申請范圍也會隨著市場應用逐步擴展。
看點二：認證體系逐步完善，部分企業(yè)領跑
MTBF認證是衡量機器人質量和可靠性的重要參考依據(jù)，目前在軍工、航天等行業(yè)已得到廣泛認可。在機器人領域，MTBF認證主要集中在20000-30000小時。
SEMI S2認證對設備的機械設計安全、電氣安全、人體工學、緊急停止、危險告警等有嚴格的測試標準。對于協(xié)作機器人，SEMI S2認證也重點審核碰撞防護、輻射安全等安全措施。
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看點三：安全技術應用突出
現(xiàn)有的協(xié)作機器人安全技術主要通過事前主動預防和事后控制來保證。事前主動預防主要是在協(xié)作機器人上安裝超聲波、視覺、光電等傳感器來實時檢測判斷機器人與障礙物之間的相對位置，采取適當?shù)目刂拼胧┓乐古鲎舶l(fā)生。
事后控制是針對人和協(xié)作機器人發(fā)生碰撞時采取的安全保護措施，主要通過設計輕型機械臂、機械本體增加彈性材料、設計柔順關節(jié)，采用力／位混合控制，使用力覺、觸覺等傳感器檢測碰撞方法來降低碰撞沖擊力，防止對人造成二次傷害。
看點四：前沿技術領域研究與應用增多
協(xié)作機器人近年能夠成為主要研究熱點，并被廣泛關注，離不開協(xié)作機器人相關核心技術的研究與推動應用。在協(xié)作機器人前沿技術領域，小型化、輕量化的新型機構和材料研究將進一步提升協(xié)作機器人的運動性能，同時驅動方式、傳感多模態(tài)和仿生控制等也是協(xié)作機器人前沿領域重點關注的內容。
感知與認知技術、人機交互技術和碰撞檢測技術等將快速推動協(xié)作機器人的自主性、柔順性、安全性與舒適性。以節(jié)卡機器人為代表的協(xié)作機器人企業(yè)通過鉆研前沿技術和打磨應用技術，率先步入柔性智能機器人賽道，在協(xié)作機器人安全、便捷、易于部署等基礎上重建機器人“大腦”，以先進的視覺處理、AI技術和云計算加持，使之更智慧地處理外部場景，真正適應快速、多變而復雜的大規(guī)模定制生產(chǎn)。
▍4大前沿發(fā)展趨勢預判
前沿發(fā)展趨勢一：智能感知——多學科交叉融合
感知是協(xié)作機器人與人、協(xié)作機器人與環(huán)境、以及協(xié)作機器人之間進行交互的基礎。就感知技術而言，除了多傳感信息融合之外，協(xié)作機器人越發(fā)呈現(xiàn)出與腦神經(jīng)科學、生物技術、人工智能、認知科學、網(wǎng)絡大數(shù)據(jù)技術等深度交叉融合的態(tài)勢。
未來的研究方向為主動感知與自然交互理論及方法，更多傳感器的加入，使協(xié)作機器人能夠理解人類指令（通過聲音、手勢、圖形）?；趯碗s動態(tài)環(huán)境下知識的主動獲取、學習與推理方法、視覺認知與基于動態(tài)環(huán)境的主動行為意圖理解與預測理論、協(xié)作機器人的自主學習與機器人知識增殖方法、以及多模態(tài)人機協(xié)作的態(tài)勢感知與自然交互方法的研究，實現(xiàn)協(xié)作機器人與人之間相互的意圖理解、信息交流，以及自然和諧的情感交互。
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前沿發(fā)展趨勢二：自主認知——復雜環(huán)境靈巧作業(yè)
高度智能是對新一代協(xié)作機器人的重大共性技術需求。當前協(xié)作機器人應用面越來越廣，在復雜作業(yè)能力、自適應可重構的裝配能力、對非結構化環(huán)境的感知能力，以及與人協(xié)作能力方面需要更加智能化。
協(xié)作機器人應用于在商業(yè)服務市場，主要挑戰(zhàn)包括自然交互、人機安全、環(huán)境適應、復雜靈巧作業(yè)等方面，智能化是應對挑戰(zhàn)的可行技術途徑。
協(xié)作機器人工作于復雜、嚴苛的工業(yè)環(huán)境，需要更為智能化的環(huán)境感知和適應能力、人機協(xié)同作業(yè)能力和異常處理能力。先進的認知算法是實現(xiàn)協(xié)作機器人高度智能的主要手段。
未來的研究方向為復雜環(huán)境的自主認知。深入研究面向復雜環(huán)境與復雜任務的自主控制，辨識協(xié)作機器人的動力學行為和智能操控與環(huán)境之間的關系和影響規(guī)律，實現(xiàn)協(xié)作機器人靈巧作業(yè)與自主控制。
前沿發(fā)展趨勢三：人機交互——機器人操作智能化
隨著人機交互技術的快速發(fā)展和人機工程學、用戶體驗等領域的研究逐步深入，現(xiàn)有的一些人機交互系統(tǒng)不再是僅限于鼠標與鍵盤等簡單的設備輸入或示教操作，有些可通過語音識別、指紋識別甚至是虹膜識別，來完成工作程序的輸入。
人們對協(xié)作機器人可用性與易用性的要求越來越高，手勢理解用于人機交互已成為人機交互技術重要的研究內容。通過連續(xù)的手勢識別操作協(xié)作機器人是人機交互技術的熱門研究方向之一，擁有很廣泛的應用領域。
手勢識別是基于人的手部動作完成的，工業(yè)生產(chǎn)中，通過手勢控制機器人運動，可簡化機器人的示教過程與操作流程，具有很大的應用價值。現(xiàn)今，在手勢識別領域最為突出的研究方法包括基于手套進行識別以及使用視覺信息進行識別。使用手套的識別方法主要是使用光纖等獲取手掌、手指的關節(jié)位置以及彎曲程度并建模?；谝曈X的識別方法是指從相機獲取手勢視覺圖像進行一系列算法處理，進行識別獲取結果。
前沿發(fā)展趨勢四：碰撞檢測——自適應柔順控制
碰撞檢測一般有基于傳感器的碰撞檢測和基于無傳感器的碰撞檢測。
基于傳感器的碰撞檢測有基于電子皮膚的檢測方式，基于關節(jié)扭矩傳感器或基于底座、末端六維傳感器的方式檢測碰撞。除了這類碰撞檢測方法，其他的碰撞檢測大多需要構建協(xié)作機器人的動力學模型，估計外力或構建觀測器。當外力檢測到或當觀測器測到干擾時則表示碰撞發(fā)生。
基于無傳感器的碰撞檢測，首先，通過人與協(xié)作機器人接觸時單關節(jié)電機電流的檢測，來判定協(xié)作機器人與人是軟接觸或是碰撞接觸。其次，根據(jù)當前的電機反饋得到的電流實際值與動力學模型計算中的理想值來設計融合算法，產(chǎn)生時變的電力碰撞檢測閾值，辨識事故碰撞或人有意識的軟接觸，解決人與協(xié)作機器人接觸后的安全性碰撞問題。
▍發(fā)布會嘉賓核心觀點
北京理工大學智能機器人研究所，立德機器人研究院院長段星光教授針對《2022年中國協(xié)作機器人技術發(fā)展報告》做了全面解析，重點闡述近兩年國內協(xié)作機器人市場銷量保持高速增長態(tài)勢，其中2021年銷量達15300臺，同比增長45.7%，實現(xiàn)銷售額突破15億元。隨著機器人技術的進步和智能化生產(chǎn)的需求，協(xié)作機器人將會在多個領域中承擔更多的工作職責，成為人類重要的助手和工具。未來協(xié)作機器人技術將呈現(xiàn)操作方式靈巧化、感知方式多樣化、決策方式智能化、控制方式更安全、系統(tǒng)架構云端化和產(chǎn)業(yè)體系生態(tài)化的發(fā)展趨勢。
上海交通大學機動學院吳建華副研究員發(fā)表《協(xié)作機器人技術發(fā)展趨勢思考》主題演講。他指出，在協(xié)作機器人安全性方面，視覺避碰規(guī)劃、電子皮膚可直接觀測機器人安全情況，其它技術需要精確的動力學模型才能實現(xiàn)，而輕量化技術可降低機器人運動動能，本質上確保安全性。在協(xié)作機器人易用性方面，便捷編程技術、人機交互技術、智能控制技術、人機合作技術等將促進協(xié)作機器人更加智能、易用。
上海機器人產(chǎn)業(yè)技術研究院黃慧潔院長在《協(xié)作機器人可靠性技術研究應用》重點指出，在評價“質量”時，產(chǎn)品研制方通過構建責任矩陣，用于研發(fā)可靠性管理與提升，產(chǎn)品使用方應認知產(chǎn)品屬性，用于使用可靠性管理與提升。工業(yè)機器人整機MTBF行業(yè)水平為平均無故障時間不低于50000小時。
