從第一臺軌跡再現(xiàn)型機器人亮相至今，通用化、智能化始終是機器人不斷創(chuàng)新和發(fā)展的方向。隨著機器人技術的演進，機械臂對復雜環(huán)境與復雜任務的自適應能力得以實現(xiàn)，自適應機器人這一概念也逐漸為大眾所知。
面對市場上已有的協(xié)作機器人、工業(yè)機器人、力控機器人，自適應機器人的技術優(yōu)勢、行業(yè)挑戰(zhàn)和未來發(fā)展如何?作為新一代機器人發(fā)展方向，中國自適應機器人企業(yè)如何在全球市場上貢獻自己的力量?
近日，工業(yè)和信息化部裝配工業(yè)發(fā)展中心聯(lián)合自適應機器人行業(yè)代表性企業(yè)非夕科技，推出了全國首部《自適應機器人創(chuàng)新發(fā)展藍皮書》(下稱“藍皮書”)。藍皮書中，對自適應機器人的概念、技術要點，行業(yè)上下游產業(yè)鏈，全球發(fā)展格局等都做了全面闡述，也對這一品類的機器人未來發(fā)展可能會遇到的挑戰(zhàn)進行了分析。
自適應機器人：
新一代機器人未來發(fā)展的方向
相比依賴精準位置控制的傳統(tǒng)機器人和協(xié)作機器人，藍皮書這樣定義自適應機器人(Adaptive Robot)：它是一種仿人化、智能化的機器人，融合了工業(yè)級力控、計算機視覺、AI等多元技術，能像人類一樣完成“手眼配合”等復雜作業(yè)，有效適應復雜多變的環(huán)境，以此來大幅增強生產過程中的柔性程度和生產力，具有位置誤差容忍度高、抗干擾性強、智能可遷移等特點的新一代機器人。
藍皮書指出，靈巧、智能、柔性通用的自適應機器人必將成為未來機器人發(fā)展方向，它高度契合制造業(yè)企業(yè)對于柔性制造的轉型需求，其快速發(fā)展與廣泛應用可進一步提升制造業(yè)以及細分行業(yè)產品質量、生產效能，大大提高應對生產復雜性的能力，也將推動機器人產業(yè)鏈發(fā)展和國際機器人價值鏈的重構。
在全球范圍里，2019年，非夕科技發(fā)布世界首臺自適應機器人Rizon 4(拂曉)，采用系統(tǒng)性創(chuàng)新的全新技術路線，首次實現(xiàn)工業(yè)級力控、機器視覺和人工智能技術的“三位一體”，成為力控機器人領域內擁有最先進技術之一，能使機器人智能安全地與人和環(huán)境交互、操作、高效作業(yè)的公司。這款產品在德國漢諾威工業(yè)展上發(fā)布后獲得了全球范圍的關注。
世界機器人研究基金會主席、斯坦福大學機器人實驗室教授Oussama Khatib評價非夕自適應機器人，他認為非夕自適應機器人首次實現(xiàn)了高精度力控、人工智能和視覺技術的深度融合，代表了新一代機器人未來發(fā)展的方向。
在此次的藍皮書課題中，課題組還指出隨著機器視覺、智能傳感與云計算等技術的快速發(fā)展，未來將出現(xiàn)更多型號的自適應機器人，滿足工業(yè)、服務業(yè)、家用全行業(yè)各種應用場景需求;根據(jù)不同需求場景，自適應機器人可搭配不同類型的機器人周邊設備，實現(xiàn)具備自適應性的復合形態(tài)機器人;以智能產線、智能車間、智能工廠為形式和載體，出現(xiàn)以自適應機器人為執(zhí)行終端的多機協(xié)作、群體智能新形態(tài);隨著人工智能技術與自適應機器人的深度融合，未來還有實現(xiàn)通用智能本體的可能。
自適應機器人帶來產業(yè)鏈變革
回到當下的中國機器人產業(yè)環(huán)境，藍皮書調研后發(fā)現(xiàn)，中國機器人產業(yè)鏈尚不健全完整。盡管中國擁有巨大的機器人應用市場和豐富的實踐場景，但從整體產業(yè)鏈來看，有兩個問題相對突出。一方面，國內機器人企業(yè)同質化問題突出，競爭激烈。另一方面，我國的機器人產業(yè)化起步晚，精益制造能力不足，核心零部件技術和設備基礎薄弱。
再看全球的機器人產業(yè)，藍皮書認為，目前全球機器人產業(yè)鏈正在技術、市場、成本、競爭和政策等多方因素的權衡下，尋找新的穩(wěn)態(tài)。在這種背景下，代表新一代機器人未來發(fā)展方向的自適應機器人，高度契合制造業(yè)對于柔性制造的轉型需求，除了將成為機器人自身產業(yè)發(fā)展的里程碑，它的規(guī)?；瘧?，也必將推動機器人產業(yè)鏈和價值鏈的重構，并成為助推我國智能制造水平和核心競爭力提升的重要動力。
舉例來說，自適應機器人的上游供應鏈主要包括伺服電機、減速器、力傳感器、驅動電路板和電子電器元器件等。由于自適應機器人引入了高頻力控技術閉環(huán)，繞開了固定軌跡控制的模式，不需要純粹靠高精度位置控制來穩(wěn)定完成任務，從而規(guī)避了傳統(tǒng)工業(yè)機器人對于電機和減速機高傳動精度的依賴。另一方面高響應的底層力控使得機器人關節(jié)能快速順應和吸收實際應用中震動和剛性接觸對傳動部件所產生的沖擊，對于核心部件的選型和壽命保障也更加友好。
據(jù)悉，得益于自成立以來一直堅持的軟硬件和核心零部件的自主研發(fā)、自主設計、自主生產，非夕的自適應機器人核心零部件90%以上為自主研發(fā)，已經(jīng)申請國內外發(fā)明專利280多項。同時，自適應機器人獨特的技術能力帶來的改變還傳導到了整個機器人中游配套工具和下游集成商等環(huán)節(jié)，為中國機器人產業(yè)實現(xiàn)革新提供了機會。
藍皮書中稱，當前，發(fā)達國家對于自適應機器人的研制，與我國同處于起步階段，作為新產品賽道，這無疑給我國產業(yè)發(fā)展帶來了千載難逢的機遇。在我國制造業(yè)加快轉型升級以及中國繼續(xù)保持機器人最大需求國地位等多重因素作用下，國產原創(chuàng)自適應機器人有望成為我國在技術及產業(yè)化方面更快趕超發(fā)達國家的領域，幫助我國打破傳統(tǒng)工業(yè)機器人外資品牌占據(jù)國內約70%市場份額且基本壟斷中高端機器人市場的局面。
自適應機器人發(fā)展會遇到的挑戰(zhàn)
在調研了國內外自適應機器人相關上下游發(fā)展后，藍皮書也點出了自適應機器人要實現(xiàn)工業(yè)級產品會遇到的挑戰(zhàn)。
首先是位置控制機器人技術發(fā)展了幾十年，目前最先進的關節(jié)機構設計、傳動組件、伺服硬件、運動規(guī)劃等技術均圍繞位置控制為首要目標優(yōu)化和發(fā)展而來，并非是力控制機器人的最優(yōu)形式。自適應機器人各項性能和應用價值的潛在提升空間大，但可借鑒的技術及標準非常有限。
其次，從生產工藝及質量控制看，傳統(tǒng)協(xié)作機器人以整機的軌跡精度為主要評價指標，故生產過程中主要在組裝精度方面進行管控，有成熟的觀測儀器和檢測方法支持。然而對于自適應機器人，力控精度為主要評價指標，生產過程中因為安裝工藝、組裝壓力、預緊力、溫度變化等因素造成的結構應力和傳動阻力方面的變化均會對產品性能和質量產生影響，難以通過現(xiàn)成的設備工藝解決所有問題。
第三，自適應機器人在產品價值、使用方法、方案設計層面上與傳統(tǒng)協(xié)作機器人迥然不同。在工業(yè)自動化場景下，傳統(tǒng)機器人已實現(xiàn)了大量工藝方案及周邊設備工裝的專業(yè)化積累，人才及培訓資源成熟，市場接受度高。而對于自適應機器人的推廣與使用，原有的體系難以適用，需要依托更多資源、驅動力和時間來進行工業(yè)落地進程的推動。
自適應機器人未來發(fā)展可謂是任重道遠，針對這些挑戰(zhàn)，藍皮書也給出了一些建議。例如加強核心技術攻關、補齊產業(yè)發(fā)展短板、進一步強化自適應機器人的推廣應用、培育壯大骨干企業(yè)、推進人才隊伍建設和深化國際交流等。
“對于非夕科技來說，這部藍皮書是一個開始，未來希望能聯(lián)合多方力量，一起建立起自適應機器人技術發(fā)展的行業(yè)標準，推動自適應機器人行業(yè)在世界范圍里的發(fā)展。希望能為中國智能制造及相關行業(yè)技術標準，在國際上的影響力與領先性，貢獻一份企業(yè)應盡的力量。”非夕科技CEO王世全表示。
（非夕科技）
