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协作机器人的机会与挑战

发布时间:2019-08-20

随着工业升级,工业制造业逐渐转向精益化生产,这意味着不仅要求企业要控制运营成本,而且要满足个性化、柔性化生产需求,最终达到降本增效的目的。目前,传统工业机器无法满足这一新兴市场的需求,能够负担通用可编程设备的协作机器人就此应运而生。协作机器人核心特点是人机互动与合作,与传统工业机器人相比,其主要优势表现如下:

1、安全性

• 传统机器人运行需限定机器人在固定且有防护栏的区域;

• 协作机器人具有敏感的力反馈与角转速检测特性,达到预设值,机器即刻停止,防止伤害。

2、学习曲线

• 传统机器人不易使用,需专业人员才能完成设定、配置、编程、以及维护的工作;

• 协作机器人可拖动示教,机器动作只需人手拖拽本体来转化机器语言,记住运动轨迹,对专业技能要求不高。

3、高度灵活

• 传统机器人主要在固定点位重复性的工作,而对于复杂的流水线作业,为产线上每个机器人生产管理而“圈定”的操作环境需要耗费大量的时间和资源;

• 协作机器人具有轻便的本体结构,打破工作空间限制,可执行多元任务,增强工厂的柔性制造能力。

4、部署成本低

• 传统机器人售价10-40万,且要保证产线顺利运作还需专精设备的系统集成商,另需收费30-100万;

• 协作机器人本体售价约在10-30万元,免去了系统集成环节,有效降低部署成本。

(1)协作机器人的机会

人机协作机器人特性满足精细化、柔性化、个性化生产的行业需求。
3C 电子、医疗制药等新兴行业中产品种类很多、体积普遍不大、对操作人员的灵活度、柔性要求高。现有传统工业机器人很难在成本可控的情况下给出性能满意的解决方案,而协作机器人的柔性、灵活度和精准度正好符合了3C 产品配件安装等工作的要求,这种人机协作的生产方式可以满足新兴行业的市场需求。

即由协作机器人利用其快速、准确的特点负责重复性的工作,而人类负责对柔性、触觉、灵活性要求较高的工序。如组装3C 产品配件,机器人负责把主要零配件、螺丝放到合适的位置,人工负责排线安装、卡扣、拧螺丝的工作。


低成本自动化的生产模式,符合中小企业利益要求。
一方面,工业机器人的成本一般包括机器人本身的价格和部署两方面。传统工业机器人的价格在10-40 万元,但其无法直接用于工厂的生产线上,还需要诸多外围设备的系统集成支持,最终部署成本将是传统工业机器人本体价格的2-3 倍,这对中小企业而言面临着极大的成本压力;而协作机器人的价格10-30 万元,因省去了部署的过程,总体部署成本要低;

另一方面,我国拥有超过5000 万家企业,其中,中小企业就占比近99%。其产品一般以小批量、定制化、短周期为特征,没有太多的资金对生产线进行大规模改造,并且对产品的ROI 更为敏感,在自动化转型升级过程中,对具有较低的综合成本、快速部署、简单上手协作机器人更符合中小企业利益要求。


(2)协作机器人面临的挑战

协作机器人作为工业机器人产业链中一个非常重要的细分类别,有其独特的优势,但也有其缺点,主要表现如下:

速度慢:为了控制力和碰撞能力,协作机器人的运行速度相对传统机器人慢,通常只有传统机器人的三分之一到二分之一;

精度低:为减少机器人运动时的动能,协作机器人一般重量比较轻,结构相对简单,这就造成整个机器人的刚性不足,定位精度相比传统机器人差1 个数量级;

负载轻:低自重、低能量的要求,导致协作机器人体型都较小,负载一般在10kg 以下,工作范围臂展少于1000mm。


协作机器人作为一个新兴的领域,在发展的过程中面临着诸多的挑战。
人才资源极其缺乏。机器人产品的开发涉及多个专业的交叉学科,其在产品研制的价值链中涉及到产品的定义、硬件/软件系统的研发、安全功能的开发、产品的装配、质量控制等多个方面;且与传统工业机器人相比,协作机器人在设计理念、制造过程等方面存在较大差别。当前,企业及高校均未(或刚刚起步)建立相关技术应用人才的有效培养体系,致使协作机器人方面的优秀人才极其缺乏。

核心零部件稀缺。因协作机器人在设计上都要遵循轻量化安全设计准则,这对关节集成度要求很高,所需核心零部件也与传统工业机器人有很大区别,如中空伺服电机、模块化编码器、伺服驱动器、安全控制器等,正是这些核心零部件决定了作机器人的结构及性能。当前很多关键零部件还没有实现大规模生产,不仅选择受限,价格也十分昂贵。


易用性不够。尽管协作机器人提供如拖动示教、图形交互界面等,但一些协作机器人产品所能提供的图形界面也只能完成一些简单的拣选/取放的任务,尚不能完全满足涉及到需使用机器人语言进行编程的稍微复杂的工作,因此易用性方面还有待提高。

市场认可度不高。目前协作机器人还处于市场导入阶段。以中国市场为例,部分企业尤其是中小企业较为关注产品的价格,这关乎投资回报期,理想的投资回报期应该在6-12 个月。而协作机器人仍存在价格优势还不明显,工作效率较低等问题,对其性能、工作效率、投资回报比等多方面还需要接受市场的检验。


除此之外,目前对协作机器人系统的理论研究仍处于发展阶段,尚没有一套成熟的理论作指导;协作机器人的生产成本普遍较高,部分核心零部件需要专门订做;关于协作机器人的应用尚没有明确定位等,都是协作机器人产业面临的挑战。


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