【原创】“人机协作”从概念到趋势的解析(一)：从协作机器人的前世今生说起

文章来源自：高工机器人网

2017-02-21 16:44:22

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摘要本文将协作机器人的发展分为概念提出、初步发展、快速发展三大阶段。

【文/潘敏瑶】从上世纪20年代捷克斯洛伐克作家卡雷尔•恰佩克在他的科幻小说中提出机器人概念至今，科学家们对机器人的研究从未止步。

目前，从小型作坊，到横跨全球的制造业巨无霸，都已经呈现出制造业的未来形态，智能协作机器人正在引领制造业迈向生产效率更高的将来。随着技术的发展，相信协作机器人最终将变成一个过渡概念，未来所有的机器人都应该具备与人类一起安全的协同工作的特性。

据高工产研机器人研究所(GGII)统计，2016年全球协作机器人的市场规模约为10亿元，同比增长超过50%； GGII认为，随着发达国家高端制造的回归，以及中国3C应用需求的逐渐释放，协作机器人将得到快速发展，预计未来3年，年均增长率将超过50%，到2020年市场规模突破72亿元。

有业内人士将2016年称之为协作机器人元年，协作机器人在近两年广受热议。什么是协作机器人？协作机器人的机遇窗口在哪里？协作机器人的发展面临着什么困难和挑战？在国内外的应用现状如何？高工机器人网策划了《“人机协作”从概念到趋势的解析》专题，本文首先从协作机器人的前世今生说起。

本文将协作机器人的发展分为概念提出、初步发展、快速发展三大阶段。

概念提出

协作机器人近几年才开始获得广泛关注，但实际上协作机器人的概念首次提出是在上世纪90年代，起源于欧洲的SME计划，并且人机协作机器人最初的市场就是在中国企业。

世界上第一台工业机器人是部署在GM(通用汽车公司General Motors)的工厂，协作机器人的起源同样与GM有关。

在1995年，GM Motor Foundation赞助了一个项目，试图找出让机器人变得足够安全的方法，以便机器人可以和工人协同工作。之后在1996年，西北大学 (伊利诺伊州)的两位教授(J. Edward Colgate and Michael Peshkin)首次提出了协作机器人的概念(cobot)。

随后几年，出现了很多在运动学结构上与传统机械臂不太一样的协作机器人，但最终没有获得大规模发展。于是，业内人士更倾向于把欧洲在2005年开始的SME计划作为协作机器人正式兴起的起点，SME计划的很多成果是使用传统工业机器人完成的，与现在流行的协作机器人更为接近。

SME(Small and Medium Enterprises)Project开始于2005年，由EU FP6(Framework Programme 6)项目资助，其主要目的是寻找防止劳动力输出到低劳动成本国家的方法。其主要论点是，如果通过机器人技术增强SMEs的劳动力水平，降低成本，提高竞争力，就可以避免劳动力外包的情况，即将工作机会留在国内。因此，协作机器人最初的市场就是中小企业。

初步发展

1995年，世界上第一台商业化人机协作机器人WAM机械臂便诞生于美国Barrett Technology公司。Barrett致力于制造业内领先的高性能机械臂及机械抓手，该公司的高智能产品为智能机器人在创新领域中的应用提供了可能性。

WAM轻型机器人是一款高度灵活的机器人手，它是唯一在市面能够使用的采用了直接驱动技术机器人手臂，电机与关节之间为直接驱动，所以它的关节、力矩控制具有很高的稳定性。

WAM机械臂安装了全臂压力传感器，WAM轻型机器人可以抓起较大体积、较重的物体，如果安装了较小的BarrettHand机械手，则可以抓取小一些的物体。此外，WAM轻型机器人还可以与工业抓手、臂端工具以及换刀工具配合使用。

2005年，Esbenstergaard，Kasper Sty和KristianKassow在南丹麦大学一起做研究时创办了Universal Robot。2009年，Universal Robot推出了世界上第一款协作机器人UR5，这是第一设计目标就是协作的工业机器人产品。2012年，Universal Robot发布UR10，在美国纽约建立美国子公司。2013年，Universal Robot在上海建立新的子公司，正式进军中国市场。2015年3月17日，新型UR3于慕尼黑上海电子生产设备展上首发亮相，被称为全球最灵活轻便的台式机器人。

在此期间的2008年，Rodney Brooks创办了Rethink Robotics。2012年，Rethink Robotics 推出其第一款协作机器Baxter。2015年，Rethink Robotics推出第二款协作机器人sawyer ；2016年3月，Rethink Robotics宣布与协作型机器人供应商湖南瑞森可机器人科技有限公司签订分销协议，后者将在华北及华南市场向中国制造业供应Rethink Robotics 的智能协作型机器人。

快速发展

2015年，包括ABB、库卡、发那科、安川在内的外资机器人企业纷纷推出协作机器人系列，协作机器人进入快速发展期。2016年，部分国产机器人企业也推出了协作机器人，如新松、大族电机、遨博、达明等。

2014年9月，ABB发布了世界首台真正实现人机协作的双臂机器人YuMi；2015年初，ABB收购协作机器人公司Gomtec，增加了单臂协作机器人产品线。

发那科在中国地区正式推出全球负载最大的协作机器人CR-35iA，创立了协作机器人领域的新标杆。

Franka，号称是一款安全、低成本、能自我“克隆”的机械手臂，其低价格，以及更为智能化、简单化的编程方式让人心想深刻，官方消息是2017年春天开始出货。

Life Robotics CORO，是一家日本的协作机器人公司，其产品目前只针对日本本土市场出货，拥有独特的本体结构设计。

Techman，来自台湾的协作机器人，2015年在国外开始亮相，今年在Ciros 2016的亮相是国内大型展会的首秀。

新松柔性多关节机器人，是国内首台7自由度协作机器人，具备快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能。

……

据业内人士称，未来机器人的发展将会根据专业化进行分工，研发出执行机器人、管理机器人、决策机器人等不同类别的机器人，与3D打印、工业VR等充分结合，使协作机器人成为打造智能网络制造的新模式，实现机器与人的完美协同、共存共享，形成一个分享经济的时代。

当前，随着人们对工业、医疗、服务水平要求的不断提高，我们迫切希望机器人能够更加像人，并且能够和人“并肩作战”。在这一愿景的促使下，双臂协作机器人应运而生。相比单臂协作机器人而言，双臂协作机器人更加灵巧，并且能够与人接触，这无疑是机器人技术的重大突破。

国外对双臂机器人的研究开始于90时代，最早的研究工作主要是双臂的运动轨迹规划，更多的是基于多个机器人在同一工作环境中如何不相互碰撞而展开的。

在双臂机器人的研究方面，美、日等国的研究人员凭借先进的制造技术和手段以及雄厚的研究经费的支持，在双臂机器人的研究领域做出了很多技术性的突破。而国内双臂机器人的研究相对开始较晚，主要涉及运动轨迹规划、动力学以及协调控制等方面。

对于这一趋势，高工产研机器人研究所高级分析师卢彰缘表示：“协作机器人不在于单臂、双臂和多臂等几个机械臂的问题，最关键的是要实现更丰富的自由度和灵敏度，因而对控制器的要求更高，能够实现控制多轴的协同配合才是难点。”

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