今年以來，隨著國家工信部等十七部門印發(fā)的《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實施方案》，以及上海經(jīng)信委等八部門印發(fā)的第一批《上海市智能機(jī)器人標(biāo)桿企業(yè)與應(yīng)用場景推薦目錄》的陸續(xù)公布，標(biāo)志著中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)邁向了新的高質(zhì)量發(fā)展階段?！皺C(jī)器人+”代表的是一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，目標(biāo)是將機(jī)器人的智能創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟(jì)社會的各個領(lǐng)域之中，以實現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)的價值最大化。在這一發(fā)展過程中，增強(qiáng)“機(jī)器人+”應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐能力、構(gòu)建機(jī)器人產(chǎn)用協(xié)同創(chuàng)新體系、加快機(jī)器人應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研制與推廣等都是當(dāng)前十分緊迫的工作。

　　組編/編輯部

　　協(xié)作機(jī)器人成耀眼“明星”

　　由中國電子學(xué)會組織編寫的《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2022年)》中指出，2022年全球機(jī)器人市場規(guī)模達(dá)513億美元，其中工業(yè)機(jī)器人為195億美元，服務(wù)機(jī)器人為217億美元，特種機(jī)器人為101億美元(如圖1所示)，2017-2022年整體市場的平均增長率達(dá)到14%;隨著疫情在全球范圍內(nèi)得到控制，機(jī)器人市場逐漸回暖，預(yù)計到2024年，全球機(jī)器人市場規(guī)模將突破650億美元。

　　2022年，中國機(jī)器人市場規(guī)模達(dá)到174億美元，其中，2022年工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模87億美元，服務(wù)機(jī)器人65億美元，特種機(jī)器人22億美元;預(yù)計到2024年，中國機(jī)器人市場規(guī)模將超過250億美元，2022年至2024年市場的年均增長率將達(dá)21%左右(圖2)，發(fā)展速度要遠(yuǎn)高于全球平均水平。

　　回顧過去的三年，新冠疫情席卷全球、世界政經(jīng)局勢巨變，改變了人們的生產(chǎn)、生活方式，尤其是當(dāng)中國制造業(yè)現(xiàn)階段正面臨人口紅利逐漸消退、制造業(yè)外遷等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之際，對于機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了更為迫切的需求。從去年的市場狀況來看，由于3C電子制造市場的低迷，使得小六軸機(jī)器人與SCARA的市場應(yīng)用增速不及預(yù)期;但另一方面，伴隨著近期國內(nèi)新能源汽車、鋰電池行業(yè)的高速發(fā)展，也相應(yīng)地帶動了中大負(fù)載六軸機(jī)器人的應(yīng)用增速。

　　另一個值得關(guān)注的現(xiàn)象是，協(xié)作型機(jī)器人以其自動化實現(xiàn)速度快、行業(yè)應(yīng)用范圍廣、無需專業(yè)編程等先天優(yōu)勢，日益被市場寄予厚望，成為了當(dāng)前一顆閃閃發(fā)亮的“明星”。根據(jù)Markets and Markets發(fā)布的報告數(shù)據(jù)顯示，全球協(xié)作機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)計將從2022年的11億美元增長到2028年的92億美元，期內(nèi)的復(fù)合年增長率約為41.5%左右，其中，預(yù)計增長速度最快的是負(fù)載5-10 kg的協(xié)作機(jī)器人細(xì)分應(yīng)用市場。

　　顧名思義，協(xié)作機(jī)器人指的是一種能與人類在共同空間工作、近距離互動的機(jī)器人，2008年，丹麥優(yōu)傲公司研制的UR5協(xié)作機(jī)器人正式交付使用，掀開了這類新型機(jī)器人應(yīng)用的開端，如今，它不僅被用于汽車制造、3C電子、金屬加工等工業(yè)領(lǐng)域，并且在物流倉儲、零售服務(wù)以及教育科研等行業(yè)中，也越來越多地出現(xiàn)協(xié)作機(jī)器人的身影?？傮w而言，編程簡單是協(xié)作機(jī)器人的一大核心優(yōu)勢，只需要通過對用戶友好的軟件和移動應(yīng)用程序，便可學(xué)習(xí)新的動作，因此安裝調(diào)試方便，且對操作者的專業(yè)度要求不高;此外，成本較低、回本周期短、ROI投資回報率高、部署靈活、柔性度高、安全可靠等等，都是這類機(jī)器人在實際應(yīng)用中的顯著特點。目前，除了優(yōu)傲、安川、ABB、發(fā)那科、庫卡等國際知名大廠已推出了有代表性的協(xié)作機(jī)器人系列之外，中國本土也涌現(xiàn)出節(jié)卡、艾利特、珞石、遨博、越疆等一批優(yōu)秀的協(xié)作機(jī)器人企業(yè)，整體市場正迅速朝著AI人工智能化、力控技術(shù)柔順控制等方向演進(jìn)。

　　圖1 2022年全球機(jī)器人市場規(guī)模及構(gòu)成

　　圖2 2017-2024年中國機(jī)器人市場規(guī)模統(tǒng)計及年均增長率預(yù)測(單位：億美元，資料來源：IFR，中國電子學(xué)會整理)

　　圖3 2017-2024年全球工業(yè)機(jī)器人銷售額及增長率統(tǒng)計(單位：億美元)

　　核心部件廠商密集擴(kuò)產(chǎn)

　　根據(jù)相關(guān)資料顯示，減速器、伺服電機(jī)、中空力矩電機(jī)、控制器、傳感器、編碼器及末端執(zhí)行器等關(guān)鍵零部件在機(jī)器人整體成本中的占比約為70%左右，目前國內(nèi)減速器市場規(guī)模約為80億元，其中諧波減速器的市場規(guī)模約30億元，RV減速器市場約為50 億元;伺服系統(tǒng)的整體市場規(guī)模約為280億元，工業(yè)機(jī)器人用伺服市場的規(guī)模約為30億元;工業(yè)機(jī)器人控制器的市場規(guī)模約15億元。

　　從去年開始，在整體機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的形勢下，部分國內(nèi)外核心零部件廠商也紛紛加快了產(chǎn)能擴(kuò)展的步伐。例如， 據(jù)日經(jīng)中文網(wǎng)報導(dǎo)，日本電產(chǎn)宣布在2022年度內(nèi)把小型減速器的產(chǎn)能提高到原來的近3倍，小型減速器是手臂型工業(yè)機(jī)器人的主要部件，據(jù)悉，公司正在菲律賓建設(shè)新廠房，同時，為了擴(kuò)大市場份額，日本電產(chǎn)新寶還開發(fā)出了一款將過去外置于減速器的扭矩傳感器做成片狀內(nèi)置其中的新型減速器。

　　今年三月，綠地諧波宣布將在上海成立機(jī)器人新公司，注冊資本100萬元;中大力德計劃在泰國投資設(shè)立孫公司，主要從事減速電機(jī)/減速器的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及咨詢服務(wù)、進(jìn)出口等。而早在去年6月份，安川電機(jī)建在江蘇省常州市的新工廠已順利竣工投產(chǎn)，據(jù)介紹，該工廠主要生產(chǎn)安裝在工業(yè)機(jī)器人控制面板上的電子零部件，以及伺服電機(jī)和逆變器零部件等。匯川技術(shù)在岳陽基地的項目預(yù)計將在今年4月份試生產(chǎn)，建成后將形成年產(chǎn)1100萬套伺服電機(jī)及相關(guān)零部件的產(chǎn)能，同時公司在南京的新工廠定位為精密機(jī)械制造基地，主要涉及工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)軟件、絲杠、數(shù)字化以及研發(fā)等業(yè)務(wù)板塊，并將整合工業(yè)視覺和圖像、磁懸浮高速電機(jī)、自動化等板塊業(yè)務(wù)，預(yù)計達(dá)產(chǎn)后，年產(chǎn)28萬套精密絲桿、12萬套機(jī)器人。

　　核心零部件的技術(shù)性能在機(jī)器人系統(tǒng)中的作用也越來越被重視，在國家制定的《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，詳細(xì)地指明了各重要零部件未來的技術(shù)攻關(guān)方向：

　　l 高性能減速器：研發(fā)RV減速器和諧波減速器的先進(jìn)制造技術(shù)和工藝，提高減速器的精度保持性(壽命)、可靠性，降低噪音，實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn);研究新型高性能精密齒輪傳動裝置的基礎(chǔ)理論，突破精密/超精密制造技術(shù)、裝配工藝，研制新型高性能精密減速器;

　　l 高性能伺服驅(qū)動系統(tǒng)：優(yōu)化高性能伺服驅(qū)動控制、伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、自整定等技術(shù)，研制高精度、高功率密度的機(jī)器人專用伺服電機(jī)及高性能電機(jī)制動器等核心部件;

　　l 智能控制器：研發(fā)具有高實時性、高可靠性、多處理器并行工作或多核處理器的控制器硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化;突破多關(guān)節(jié)高精度運動解算、運動控制及智能運動規(guī)劃算法，提升控制系統(tǒng)的智能化水平及安全性、可靠性和易用性;

　　l 智能一體化關(guān)節(jié)：研制機(jī)構(gòu)/驅(qū)動/感知/控制一體化、模塊化機(jī)器人關(guān)節(jié)，研發(fā)伺服電機(jī)驅(qū)動、高精度諧波傳動動態(tài)補(bǔ)償、復(fù)合型傳感器高精度實時數(shù)據(jù)融合、模塊化一體化集成等技術(shù)，實現(xiàn)高速實時通信、關(guān)節(jié)力/力矩保護(hù)等功能;

　　l 新型傳感器：研制三維視覺傳感器、六維力傳感器和關(guān)節(jié)力矩傳感器等力覺傳感器、大視場單線和多線激光雷達(dá)、智能聽覺傳感器以及高精度編碼器等產(chǎn)品，滿足機(jī)器人智能化發(fā)展需求;

　　l 智能末端執(zhí)行器：研制能夠?qū)崿F(xiàn)智能抓取、柔性裝配、快速更換等功能的智能靈巧作業(yè)末端執(zhí)行器，滿足機(jī)器人多樣化操作需求。

　　新型核心部件創(chuàng)新不斷

　　在移動機(jī)器人領(lǐng)域，針對物流倉儲AGV(Automated Guided Vehicle)的應(yīng)用特點，集成化伺服輪是現(xiàn)階段的一個主要開發(fā)趨勢。

　　例如，步科自動化新推出的600公?以下負(fù)載移動機(jī)器???專?iWMC集成式動?伺服輪，采用?集成化設(shè)計，驅(qū)動器、電機(jī)、減速機(jī)、輪?四?部件一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于?體?型化;安裝精度?，提?了??控制精度;外部只有電源與通信線纜，抗?擾性好，提?了整?系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

　　偉創(chuàng)電氣開發(fā)的V7R系列伺服減速電機(jī)同樣采用一體化設(shè)計，減速機(jī)與電機(jī)精密配合，實現(xiàn)更可靠、精度更高的控制，相比于傳統(tǒng)的分體式搭配，具備短機(jī)身、精度高、可靠性好等特點，安裝簡易，可用于激光切割、手持工具、木工雕刻、物流倉儲AGV自動導(dǎo)引運輸車等行業(yè)。

　　另外將動力裝置和傳動裝置整合在一起的輪轂電機(jī)也逐漸被引入這一專業(yè)領(lǐng)域。如和利時電機(jī)為快倉“青鸞”量身定做的10530NE伺服電動輪，就屬于一種直驅(qū)低壓伺服輪轂電機(jī)，其應(yīng)用優(yōu)勢是省去了傳統(tǒng)電機(jī)必配的減速器，令機(jī)器人實現(xiàn)了低噪音、低故障率、低成本、結(jié)構(gòu)簡單等特點，且車身小巧，大幅度提升了設(shè)備空間利用率，使得“青鸞”整車成本及生產(chǎn)組裝成本大大降低。和利時電機(jī)公司還為小型清潔機(jī)器人量身打造了7030系列、8030系列低壓伺服電動輪，該電機(jī)及外輪一體化設(shè)計，具有伺服電機(jī)高精度、高響應(yīng)速度等優(yōu)良特性，不需要減速箱，且安裝方便。

　　在驅(qū)控一體化的探索上，上海新時達(dá)機(jī)器人開發(fā)的集中式機(jī)器人智能伺服驅(qū)動器，是集伺服驅(qū)動技術(shù)、機(jī)器人控制技術(shù)于一體的多軸驅(qū)控系統(tǒng)，通過集中式驅(qū)動控制，除去了接線麻煩、避免了信號干擾，可大幅提高機(jī)器人的集成化程度，提高了機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性，相對傳統(tǒng)機(jī)器人控制器與伺服驅(qū)動器組合系統(tǒng)，具有低成本、高集成度、高性能等優(yōu)勢，提升了機(jī)器人控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的技術(shù)水平，促進(jìn)了上下游產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展，使機(jī)器人本體的精度、節(jié)拍都有大幅的提升，從而使得機(jī)器人的應(yīng)用從簡單的搬運、上下料，向弧焊、噴涂、裝配等高端應(yīng)用拓展礎(chǔ)。

　　力控功能是協(xié)作機(jī)器人的重中之重，目前市場上出現(xiàn)的力感知方式包括：(扭矩)電流環(huán)感知、扭矩傳感器感知、六維力傳感器感知，以及柔性電子皮膚力感知等。

　　基于關(guān)節(jié)扭矩傳感器的力控協(xié)作機(jī)器人是近年來比較熱門的一類產(chǎn)品，它由扭矩傳感器與電機(jī)(帶多圈編碼器、單圈絕對值編碼器)、減速器等構(gòu)成柔性關(guān)節(jié)(見圖4)，扭矩傳感器基于集成的 MEMS 稱重傳感器，可以將機(jī)械扭矩轉(zhuǎn)換為與施加的扭矩成正比的數(shù)字輸出信號，用以監(jiān)測協(xié)作機(jī)器人上各種旋轉(zhuǎn)樞軸點的機(jī)械扭矩，具有更高的精度和反饋頻率，并可提高協(xié)作機(jī)器人的安全性和可靠性，易于實現(xiàn)機(jī)器人的柔順控制，在精密裝配、打磨、手術(shù)、按摩等場景都有應(yīng)用。

　　另一種基于六維力傳感器的力感知協(xié)作機(jī)器人，原理是利用外裝于機(jī)械臂末端或底座的六維力傳感器來感知外界環(huán)境，具有較高的測量精度。艾利特新出品的CS66F力控協(xié)作機(jī)器人就是其中的代表產(chǎn)品之一，借助工具端法蘭內(nèi)的六維力/力矩傳感器，CS66F協(xié)作機(jī)器人能提供150N、10Nm的力/力矩量程，綜合準(zhǔn)度2%，精度0.5%，相比依靠關(guān)節(jié)電流進(jìn)行力檢測的形式，機(jī)器人工具端力/力矩檢測精度可提高1個數(shù)量級以上，并且工具法蘭內(nèi)置姿態(tài)和加速度傳感器，通過傳感器融合算法實現(xiàn)負(fù)載運動的補(bǔ)償，進(jìn)一步提高了機(jī)器人加減速和振動工況下的力/力矩檢測精度。

　　圖4 典型協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)(圖片來源：TE Connectivity)

　　ChatGPT引爆服務(wù)機(jī)器人市場開發(fā)

　　2023年，市場最熱的話題莫過于美國人工智能研究實驗室OpenAI開發(fā)的全新聊天機(jī)器人模型——ChatGPT，它能夠通過學(xué)習(xí)和理解人類的語言來進(jìn)行對話，還能根據(jù)聊天的上下文進(jìn)行互動，并協(xié)助人類完成一系列任務(wù)。有觀點提出機(jī)器人是人工智能未來的終極入口，這一類AI語言模型，將為服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用場景開發(fā)提供更強(qiáng)有力的人工智能技術(shù)支撐。

　　三月中旬，百度公司正式發(fā)布了大語言模型、生成式AI產(chǎn)品“文心一言”(英文名：ERNIE Bot)，這也是國內(nèi)第一個對標(biāo)ChatGPT的語言模型，旋即已有超過600多家企業(yè)宣布加入百度“文心一言”生態(tài)圈建設(shè)，其中也包括一些服務(wù)機(jī)器人企業(yè)。例如，創(chuàng)澤智能機(jī)器人計劃把百度領(lǐng)先的智能對話技術(shù)成果應(yīng)用在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，通過百度智能云全面體驗并接入“文心一言”的能力;麥巖智能將會把“文心一言”的強(qiáng)大功能用于其“極光壹號”系列商用清潔機(jī)器人上，以實現(xiàn)更加先進(jìn)和高效的人機(jī)交互及環(huán)境交互方式;鯨啟智能將全面接入百度“文心一言”的智能化能力，雙方在智能服務(wù)機(jī)器人聚焦語音交互場景的產(chǎn)業(yè)深度服務(wù)方面進(jìn)行合作，打造“更加智能”的服務(wù)機(jī)器人。

　　根據(jù)中國電子學(xué)會組編制的《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2022年)》顯示，至2024年，全球服務(wù)機(jī)器人的市場規(guī)模將有望增長到290億美元(見圖5)，中國服務(wù)機(jī)器人的市場規(guī)模將突破100億美元，市場潛力和發(fā)展空間巨大。服務(wù)機(jī)器人對于人機(jī)交互、環(huán)境交互功能有著嚴(yán)苛的要求，大語言模型、生成式AI技術(shù)將大幅提升服務(wù)機(jī)器人的感知、計算、執(zhí)行能力，使其更加智能化、精準(zhǔn)化和柔性化，對于實際應(yīng)用場景的開拓是一劑強(qiáng)而有力的強(qiáng)心劑。

　　圖5 2017-2024年全球服務(wù)機(jī)器人銷售額及增長率預(yù)測(單位：億美元)