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深度 协作机器人发展现状及产品盘点

投递时间:2018-11-06 00:38:12感谢『』投递来源:

[导读]中国人。

  随着工厂和商店对机器人的柔性要求越来越高,第二代工业机器人——协作机器人正逐渐成为制造业、零售业的宠儿。

  尽管近年来服务机器人(无论有没有移动能力)发展迅猛,但和工业机器人相比,这还是一个新兴的、尚未成熟的领域,而协作机器人继承了第一代机器人的优点,同时装备有视觉、触觉传感器,更便携、更安全,更易编程操作,因此更适合应用于各个领域,和人类协同工作提升整体工作效率。

  协作机器人可以被视为一种对人类能力的补充。一般情况下,人类更擅长理解和解决一些不确定的事物,而机器人则在高精度、高重复性的工作上更具优势。协作机器人的诞生,是对人类身心的解放。

  维基百科对协作机器人是这样定义的:协作机器人(collaborative robot),简称cobot或co-robot,是一种设计和人类在共同工作空间中能进行近距离互动的机器人。到2010年为止,大部分工业机器人是自动作业或是被安装在防护网中被人引导作业的。协作机器人则不同,它能和人类近距离接触,在生产生活中充当不同的角色,如在办公室环境下它可以是和人类一起工作的自主机器人,在工厂中它可以充当没有防护罩的工业机器人。

  ABB发布了一个安全传感器套件—— SafeMove2,激活后,机器人会处于安全模式。

  近5年来,全球机器人呈指数级增长,据巴克莱银行的生产资料分析师估计,从2015年到2025年的短短10年间,协作机器人市场将从1.16亿美元增长到115亿美元。而美国知名数据分析公司IDC特意撰写了一份名为《2017年关于世界机器人的10个预测》的报告,并大胆预测了协作机器人的发展走向:

  Transparency Market Research在今年1月发布了一份报告称,到2024年底,全球协作机器人的市值将达到950亿美元,年均复合增长率30%。

  Research and Markets在2016年发布报告,称到2021年,协作机器人的全球销售总额将达到20亿美元,年均复合增长率60%。

  Markets and Markets在2016年8月发布的一份报告中同样指出,从2016年至2021年,协作机器人的年均复合增长率将高达60%。

  因此:到2018年,协作机器人将在机器人市场上占据30%的份额,它们将以3倍于当前机器人的工作效率服务各行各业,并能给予人类员工安全保障。

  这样的预测是有道理的,以典型协作机器人企业丹麦优傲(UR)为例,2012年,优傲的年销售额为1000万美元,到2016年,这个数字已经疯涨到了9500万美元,2017年,优傲的年销售额预计能破1.4亿美元。这些惊人的数据反映了协作机器人的前景无限。

  目前机器人在市场上“遇冷”的最大原因就是价格过高。机器人优秀的工作性能众所周知,但是中小企业由于资金有限,成本回收期是他们进行“机器换人”的首要考虑因素。优傲针对这种心理推出了一个广告视频——购入优傲协作机器人后,客户在三四个月到一年不等的时间内便可收回成本,开始盈利。这是个相当杰出的广告,以此为开端,众多协作机器人厂商纷纷从价格入手,用易用性、成本回收期短来突出产品优势。如中国的Dobot协作机器人最低售价仅为3000美元,德国Franka售价11000美元,美国的Sawyer售价29000美元,丹麦优傲的UR10售价35000美元,瑞士ABB的Yumi售价6万美元,最贵的要数KUKA的LBR iiwa,价格为10万美元(注:以上价格为国外售价,仅供参考)。

  如今每天都会有新的机器人公司成立,越来越多人正在加入竞争。机器人网(为服务各机器人企业及制造业厂商,特别列举了全球范围内产品性能较出色、成熟的协作机器人制造商及其产品,若有未在名单的新兴企业愿意自荐,可至机器人网()留下联系方式,我将关注贵企发展,并撰写客观报道。

  2014年在慕尼黑举办AUTOMATICA展会上,Gomtec Roberta的单臂机器人是一大亮点。Gomtec Roberta是发明家、企业家以及100多项专利的拥有者Bernd Gombert离开德国航空中心后创立的新公司。Bernd Gombert在展会上向展示了几十种新型机器人,前来观看的人群几乎挤爆了展览区。Gomtec的机器人价廉物美,设计时尚,软件也非常直观易用。2015年初,ABB收购了Gomtec并从市场上撤下了Roberta,宣布要将其整合到ABB品牌中,并协调软件之间的差异。有消息称2017年ABB会发布基于Roberta的三种新型号,但是ABB的内部人士表示对此一无所知。

  2015年年中,ABB发布了双臂协作机器人YuMi。此前,YuMi的前身——FRIDA已经在各大汽车制造商的车间里被试验了多年,也经常被论文和报道所提及。新型机器人的名字YuMi代表“你”和“我”一起协作。然而,它的实际操作并没有像它的名字一样亲民,ABB传统的编程语言和示教方法使它对于中小企业来说不是那么具有吸引力,因为他们并不想在装ABB机器人的同时还得需要配备编程示教人员。

  除了配色,遨博i5在外形上看起来几乎和优傲的UR5一模一样,当然遨博i5比UR5便宜了10000美元,两者使用的软件也有所不同。AUBO的开放软件系统由API和ROS提供支持,能进行二次软件和产品开发。云平台管理系统使其可以进行远程维护、故障诊断和在线年夏天上市。

  Bosch以前在其企业内部的装配任务中使用它们的便携式APAS机器人。2014年,它们将其进行商业化发售,并称其是首款通过新安全ISOs认证的移动协作机器人。在几个月前的拉斯维加斯的大型消费电子产品展上,APAS被配置成了一个可以处理手机订单的咖啡、棉花糖商贩。

  Carbon.ai是一家旧金山的初创公司,它的产品是廉价的小型单臂机器人Katia(Kick Ass Trainable Intelligent Arm)。目前,他们正准备量产Katia,该机器人预计将在2017年的第三或第四季度上市。

  柯马的Racer 3和Racer 5(负载范围分别为3kg和5kg)使用了AURA扩展系统,是一种可选配的协作机器人。虽然外表很时尚,但是和ABB的YuMi一样,Racer 3和Racer 5配备示教器,只支持旧式机器人编程方法,这使其对代工企业及未装备柯马机器人的企业缺乏吸引力。柯马旗下还有一个双臂协作机器人Amico和一台AGV——Agile 1500,同样十分具有市场竞争力。

  自2015年年末在大型日本贸易展iREX上作为产品原型展示后,Denso公司时尚、小型的协作机器人Cobotta计划在2017年正式上市,目前公司还未透露价格。Cobotta的可负载只有1磅,可被配置成单臂或双臂机器人。Denso是否会将其现有的用于编程的机器人软件套装替换成更直观和易用的版本,目前还是个未知数。

  这个中国制造的小型单臂机器人6月已开始众筹,售价3000美元,预计8月出货。DobotM1面向的主要群体是DIY爱好者和大学生,从产品说明书上可以看出,它与Sawyer很接近。机器人内置精心调校的伺服电机,谐波减速机和运动学算法,可被改装成双臂机器人,用于3D打印、激光雕刻、电路板焊接、分拣等。

  CR-35iA机器人手腕部最大负载达到35kg,运动可达半径1813mm,适合应用于汽车制造、机床上下料领域。除了这款重负载的协作机器人,Fanuc还推出了负载为4kg和5kg的小型协作机器人。CR系列机器人符合新出台的安全标准,配有运动捕捉功能,可以在没有安全围栏隔离的情况下与人在同一个空间工作。但是和其他Fanuc的其它产品一样,这系列的机器人也需要配合旧版的Fanuc交互界面和示教系统使用。

  在去年的汉诺威工博会上,Franka推出了售价仅为12150美元的七轴机器人Franka Emika,被包括IEEE在内的众多行业机构、专家视为机器人技术将实现重大突破的前兆。据当时的消息,Franka Emika的工业版本将在2017年下半年上市。

  这款协作机器人由机器人手臂、控制器、轴和可替换的夹具组成,它包含一个完整的软件框架,从低级机电一体化控制到高度直观的基于应用程序的编程环境Franka Desk。由于这是一款力矩控制的机器人,使用了应变计测量其所有七个关节的力,因此它能够检测到最轻微的碰撞,比一般机器人更灵活。Franka Emika适合被应用于对精度要求比较高的3C行业,执行如钻、拧、抛光金属元件,及检查、装配任务。

  大族电机早在多年前就开始制造激光切割、焊接机器人了,去年,该公司在中国市场推出了一款和UR产品非常相似的协作机器人Elfin。Elfin机械手是一款集减速机、电机、编码器以及驱动控制于一体的协作型六轴机器人;采用模块化安装,装配快捷,控制简单,维修方便,成本较低。Elfin机器人手臂采用轻型设计,标准额定负载为5Kg,自重仅为21Kg。日本自动化和医疗保健集团欧姆龙近期与大族电机签署了共同开发机器人技术和协作机器人的战略伙伴协议。欧姆龙收购了机器人公司Adept Technologies,这是一家工业机器人、AGV制造商,但没有协作机器人生产线。

  JK-Tech是一家位于北京的初创公司,在今年的汉诺威工博会上,该公司在中国境外首次展示了旗下产品JK7和双臂协作机器人。JK7是一款七轴协作机器人,铝制外壳,自重22kg,负载7kg,装备联合扭矩传感器和力控制算法,能实现对碰撞和接触的高灵敏度感知。目前该公司还没有发布任何产品销售和发行的信息。

  2013年,川田工业是川田科技的一家子公司,主要为工业、制造业生产产品。Nextage的设计初衷是一台工业机器人,由于性能出众,后来它被改造成了协作机器人。机器人的头部配备立体摄像头,两手各配备一个手持摄像头,可实时对装置等做图像识别,此外它还使用了低功率电机和肘部控制,以此辅助安全生产。Nextage可装配电动螺丝刀、配合冲压机等机械工具进行加工作业。该机器人售价6000美元,目前已售出超过200台,用户主要集中在日本地区。

  Kinova生产的机器人主要有两种:残疾人用的外骨骼机器人、工业机器人。而Jaco和Mico正是可同时应用于这两个领域的协作机器人。Jaco是一款七轴机器人,自重5.5kg,负载2.4kg,工作范围为984mm,手臂末端装配专用的三指夹具。它原本是为一名患有肌肉萎缩症的患者开发的。Jaco的售价约为30000美元,Mico是它的低配版本,更小更紧凑,售价仅为10000美元。

  LBR iiwa是工业机器人四大巨头之一的KUKA旗下的第一款协作机器人,它的突出特征是造型优美、功能强悍。作为KUKA产品的一个突出代表,LBR iiwa刚进入市场时售价高达100000美元,如今价格虽然有所回落,但也保持在60000美元左右,比同类竞品在售价上高了一个档次。这款机器人高50mm,负载有7kg、14kg两个版本,拥有7个自由度(七轴)。同FANUC一样,KUKALBR iiwa也必须使用KUKA本厂专用的编程语言和示教系统,这使它对中小企业几乎不具备吸引力。

  Life Robotics成立于2007年,2016年初,该公司开始为汽车企业及工业制造商提供服务,并成功获得440万美元A轮融资。CORO是一款六轴协作机器人,自重26kg,负载2kg,它在关节处采用伸缩接头,避免了旋转损耗,同时,它无需螺栓固定,可自由布局,占用空间小,实现了最大程度的柔性。这款机器人可应用于零部件分拣、产品检测、上下料等领域。

  MABI Robotic是一家瑞士企业,不同与其他机器人制造商的产品分类,该公司的Speedy系列六轴机器人有负载6kg和12kg两种型号,但这两种型号又下分基础版、专业版和高级版三个类别。其中,基础版不是协作机器人,专业版和高级版在每个轴上都装有力矩传感器,加上协作机器人上的控制软件,可以和人一起安全协作。Speedy还有实时交互和图形界面。

  这款来自加拿大初创公司Mecademic的迷你机器人Meca500自重4.5kg,负载0.5kg,体型约为一般小型协作机器人的二分之一。虽然个头小,但是Meca500堪称市面上精度最高的六轴机器人,重复精度约为5μm。它的控制器被放置在基座中,可作为一个即插即用的套件,适合被应用于生物制药、制表、3C、医疗等领域。

  这家旧金山的创业公司把模块化理念引入协作机器人,制造了一个由标准零部件组成的6轴协作机器人。机器人的每个零件可由平板设备单独访问编程,操作人员也可在专业模拟器中对机器人进行模拟组装和重新配置。虽然号称是一款工业级产品,但其模块化设计目前还是更适合高校实验室和机器人DIY玩家。西门子公司曾对这款产品表现出兴趣,但没有透露具体合作消息。

  pi4 Robotics是一家德国机器人本体和集成商,该公司的Workerbots协作机器人使用优傲机器人手臂,经多年应用检验,市场反响不错。但是,该机器人价格昂贵,美国定价从70000美元到100000美元不等,不适合资金链短的企业。Workerbot3是整合了安全技术的协作机器人,它的夹具上可搭载摄像机及警报器。

  Precise Automation的创始人曾长期担任Unimation PUMA和Adept科技的机器人专家,该公司生产的协作机器人主要用于各大实验室。他们最近对其机器人进行了改进,以符合ISO15066标准。

  这家南加利福尼亚初创企业在今年4月的美国Automate/ProMat展会上展示了他们的OB-7机器人。OB-7是一款7轴协作机器人,手臂末端装有一个二指夹具,可近距离与人共同工作。由于新近推出,产量有限,目前这款产品已脱销。

  说到协作机器人,就不得不提目前最先进的协作机器人提供商之一Rethink Robotics。2008年,Rodney Brooks创立了Heartl and Robotics,其目标是向中小企业提供低价、易训练的机器人。2012年,他将公司重命名为Rethink Robotics并发布了Baxter——一款基础售价仅为25000美元的双臂机器人。Baxter是一款双臂7轴协作机器人,主要针对低容量、高混合的工作内容设计。事实上,Baxter并不符合商业标准,但是受益于优傲的宣传策略和发展方向,同样走人机协作路线的Baxter受到了市场的青睐。

  2015年,Rethink Robotics正式推出新一代协作机器人Sawyer。Sawyer自重仅19 kg(42磅),拥有7个自由度(7轴),工作范围为1260毫米,可在狭小的空间以及各种针对人类设计的工作区间内工作。Sawyer支持顺应动作控制,即使位置略有不正,也可通过“摸索”将物体置于夹具或机器中的正确位置。这使得 Sawyer 拥有整个机器人行业中独一无二的主动适应型可重复性,能够在半结构化环境中非常精准 (+/- 0.1mm) 地与人类协作者一起安全工作。

  Schunk的机器人手臂有3个ERB Powerball模块和6个自由度。每个模块有2个由精密齿轮驱动的正交伺服轴和无刷直流伺服驱动器,并且每个轴都有单独的制动装置,通过ROS或KEBA进行控制。Schunk在业内的宣传口号——时尚、精确和高效,都在这款机器人中得到了体现。

  ST Robotics是一家英国机器人生产商。该款机器人有5轴、6轴两个版本,机器人携带的Workspace Sentry是基于围绕共享的空间的策略性定位传感器的机器人和区域安全系统。除了供应协作机器人,该公司还是一家夹具制造商。

  TM Techman是生产电脑周边产品的台湾企业Quanta Storage的子公司。该公司的协作机器人TM5自重22kg,负载有4kg和6kg两个型号。TM Techman机器人的最大优势在于独特的机器视觉系统,TM5内置智能视觉系统,同时搭配该公司独有的视觉模型,能高效完成培训教学。

  优傲机器人是一家致力于开发具有广泛可用性的机器人技术的公司,公司成立于2005年,总部位于丹麦的欧登塞市。2008年,该公司发行了其首款协作机器人,自此开始,优傲的销售量以每年50%—80%的速度增长。2015年,优傲被全球著名的自动测试设备供应商泰瑞达收购。泰瑞达曾购置过一些UR机器人,从它的视角来看,这是一次双赢的交易:泰瑞达成为了协作机器人领域的一员;优傲的研发人员和高层也得到了一个值得信赖的战略合作伙伴。

  优傲旗下的协作机器人有三款:UR3、UR5和UR10,售价分别为16万、22万、27万元人民币不等。这些机器人在市场上长盛不衰的原因主要有三个:易于安装调试,一台机器人进入生产线,一周左右就可完成安装调试工作;安全,能够与工人近距离接触;价格相对亲民,是中小企业的福音。

  安川HC10是一款6轴协作机器人,负载10kg,工作范围1200mm。该机器人每个轴上都装有力/力矩传感器,能确保协作员工的安全。HC10与Motoman组合中的其他机器人兼容,在控制和硬件方面都有令人称道的优点。

  下表是现在实际生产和销售协作机器人夹具的企业(不包括机器视觉、工具变换器和传感器供应商)。

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