智能經(jīng)濟時代，中國協(xié)作機器人發(fā)展前景與趨勢探討

劉壯

在新一代信息技術(shù)、人工智能、先進(jìn)制造等新技術(shù)革新浪潮推動下，全球制造業(yè)正從組織模式、生產(chǎn)模式、服務(wù)模式等方面發(fā)生重大變革，以德國“工業(yè)4.0”為代表的智能制造創(chuàng)新模式得到世界各國的青睞。智能制造技術(shù)的快速推廣為工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展提供了巨大的市場機遇。協(xié)作機器人作為工業(yè)機器人家族的后起之秀，近年來在各大廠商和資本市場的持續(xù)關(guān)注下，其創(chuàng)新應(yīng)用模式不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用場景日益多元化。然而，在新市場快速興起的過程中，機遇與挑戰(zhàn)并存往往成為常態(tài)，特別是面對當(dāng)前以創(chuàng)新為核心驅(qū)動，以5G通信、大數(shù)據(jù)、云計算、智能物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為技術(shù)支撐，推動不同產(chǎn)業(yè)間、行業(yè)間實現(xiàn)跨界融合發(fā)展的“智能經(jīng)濟”新時代，協(xié)作機器人如何把握“智能經(jīng)濟”發(fā)展機遇，快速找準(zhǔn)市場定位，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，值得協(xié)作機器人廠商深入思考與探究。

協(xié)作機器人定義及分類

協(xié)作機器人是指具備自動控制和編程能力，且可與人類在同一個工作空間中進(jìn)行近距離互動、協(xié)同作業(yè)的智能機器人。與傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比，協(xié)作機器人打破了只能應(yīng)用于工業(yè)場景的限制，憑借低自重、高靈活、易編程、可快速配置、作業(yè)空間局限性小等特色優(yōu)勢，在醫(yī)療、教育培訓(xùn)、新零售等服務(wù)業(yè)場景中同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。

從主流協(xié)作機器人產(chǎn)品分類來看，一是按照結(jié)構(gòu)分類，主要包括雙臂機器人和單臂機器人。其中，雙臂機器人作業(yè)范圍相對較廣，可適應(yīng)相對復(fù)雜的工作場景，但其生產(chǎn)及應(yīng)用成本較高。特別是從協(xié)作機器人主要應(yīng)用場景來看，以3C電子、家電、食品飲料等產(chǎn)線點位密集、生產(chǎn)柔性化要求較高、操作單一且重復(fù)性動作頻次高的行業(yè)為主，雙臂機器人的適用性及應(yīng)用性價比相對較低。單臂機器人則在生產(chǎn)及應(yīng)用成本和安置空間上具備較大優(yōu)勢。二是按照協(xié)作機器人的負(fù)載能力分類，主要包括有效負(fù)載<5kg、5kg≤有效負(fù)載≤10kg、有效負(fù)載>10kg三類。

從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)鏈與工業(yè)機器人基本一致，主要包括核心零部件、本體制造、系統(tǒng)集成及下游應(yīng)用等四大環(huán)節(jié)。

其中，在核心零部件方面，由于協(xié)作機器人在運行過程中與人工接觸密切，人身安全保障對協(xié)作機器人的運行精度、操作靈活度及零力矩控制與碰撞檢測技術(shù)等方面提出了更高要求，因此協(xié)作機器人核心零部件產(chǎn)品類型與工業(yè)機器人略有差異。主要包括中空直流電機、安全控制器、力矩傳感器、減速器、制動器、編碼器等。

本體制造環(huán)節(jié)主要是指機器人本體、機械臂制造。

系統(tǒng)集成主要是指機器人本體與噴涂、焊接、上下料、裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的集成應(yīng)用，綜合解決方案供應(yīng)商主要以本體制造商為主。

下游應(yīng)用主要包括3C電子、汽車、家電、機械裝備、物流、食品飲料、商業(yè)服務(wù)等行業(yè)。

全球協(xié)作機器人發(fā)展概況

自2016年起，在大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的支撐下，人工智能產(chǎn)業(yè)開始爆發(fā)，助力工業(yè)機器人行業(yè)開啟2.0新時代，人機協(xié)作、人機共融成為市場主流趨勢，不斷將協(xié)作機器人推向市場風(fēng)口。因此，2016年全球協(xié)作機器人銷量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，當(dāng)年全球協(xié)作機器人銷售量突破1萬臺，同比增長超過90%。同時，由于協(xié)作機器人廠商大多處于產(chǎn)品打磨、試錯、解決方案優(yōu)化及技術(shù)路線選擇階段，新產(chǎn)品、新模式快速迭代，倒逼行業(yè)加速邁入“優(yōu)勝劣汰”的洗牌期。從2017-2019年全球協(xié)作機器人銷量規(guī)模來看，協(xié)作機器人市場銷量增速趨于放緩，2019年全球銷量為3萬臺，同比增長36.4%。

從全球協(xié)作機器人銷售規(guī)模來看，2019年全球協(xié)作機器人銷售額達(dá)到50億元，同比增長31.6%。

從全球協(xié)作機器人競爭格局來看，優(yōu)傲機器人是全球領(lǐng)先的協(xié)作機器人企業(yè)。據(jù)公司公開數(shù)據(jù)，目前優(yōu)傲協(xié)作機器人全球累計銷售量已突破3.7萬臺，全球協(xié)作機器人市場占有率位居首位。同時，隨著以ABB、安川、發(fā)那科等為代表的傳統(tǒng)工業(yè)機器人龍頭企業(yè)的強勢入局，全球市場競爭日益激烈。

中國協(xié)作機器人發(fā)展概況

一方面，隨著國內(nèi)適齡勞動力人口數(shù)量的減少和人力成本的提升，各制造企業(yè)選擇使用機器人替代低端勞動力的趨勢越發(fā)顯著。協(xié)作機器人與傳統(tǒng)工業(yè)機器人相比，具有低成本、輕量化、安全性能高等突出優(yōu)勢，因此，我國勞動力結(jié)構(gòu)的加速調(diào)整將進(jìn)一步帶動協(xié)作機器人的市場應(yīng)用需求。另一方面，在我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的背景下，傳統(tǒng)制造業(yè)與電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)融合發(fā)展趨勢日益明顯，不斷帶動制造業(yè)企業(yè)對于智能制造、柔性制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造等先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，從技術(shù)趨勢來看，協(xié)作機器人高度契合制造業(yè)企業(yè)對于人機協(xié)同、柔性化制造的轉(zhuǎn)型需求，市場拓展?jié)摿薮蟆?019年，我國協(xié)作機器人市場規(guī)模達(dá)到13億元，同比增長42.9%，在工業(yè)機器人市場整體“遇冷”的情況下，保持逆勢增長的發(fā)展態(tài)勢。

從我國協(xié)作機器人市場結(jié)構(gòu)來看，近年來，以遨博、節(jié)卡、大族、珞石、達(dá)明、新松等為代表的協(xié)作機器人企業(yè)，通過不斷加強技術(shù)及產(chǎn)品創(chuàng)新，逐步打破外資品牌市場壟斷地位，在我國協(xié)作機器人市場份額持續(xù)增長。

從國內(nèi)市場資本關(guān)注度來看，截至2018年底，我國協(xié)作機器人市場融資規(guī)模達(dá)到3.3億元，與2017年相比增幅達(dá)到98%，創(chuàng)造歷史數(shù)據(jù)新高。同時，從單個項目融資額度來看，部分企業(yè)單個項目融資規(guī)模也由“千萬級”躍升至“億級”。

中國協(xié)作機器人發(fā)展面臨瓶頸及趨勢展望

研發(fā)設(shè)計人才短缺，協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動力不強

協(xié)作機器人行業(yè)從業(yè)人員結(jié)構(gòu)主要包括生產(chǎn)人員、研發(fā)設(shè)計人員、技術(shù)維護(hù)人員、管理人員及銷售等其他人員。其中，研發(fā)設(shè)計人員是支撐協(xié)作機器人產(chǎn)品創(chuàng)新和行業(yè)解決方案優(yōu)化升級的主力。從我國協(xié)作機器人行業(yè)從業(yè)人員結(jié)構(gòu)占比來看，生產(chǎn)人員占比達(dá)到28%，技術(shù)維護(hù)人員占比為24%，管理、銷售及其他人員占比為38%，研發(fā)設(shè)計人員占比僅為10%。

核心零部件技術(shù)缺失，是制約我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸

核心零部件缺失是長期制約我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，協(xié)作機器人為保障其靈活性、安全性及生產(chǎn)柔性，使用了如直驅(qū)電機、安全控制器、關(guān)節(jié)扭矩傳感器、安全控制器等諸多傳統(tǒng)工業(yè)機器人沒有使用的核心零部件，國內(nèi)市場存在較大技術(shù)空白。如完全采購國外產(chǎn)品將會大幅提升國產(chǎn)協(xié)作機器人制造成本，從而失去價格優(yōu)勢。以直驅(qū)電機為例，在相同扭矩條件下，國外主流直驅(qū)電機產(chǎn)品價格為國內(nèi)產(chǎn)品價格的3-4倍。

下游應(yīng)用行業(yè)轉(zhuǎn)型升級節(jié)奏快，為協(xié)作機器人產(chǎn)品及解決方案更新迭代帶來挑戰(zhàn)

從我國協(xié)作機器人行業(yè)應(yīng)用分布來看，3C及汽車行業(yè)應(yīng)用占比達(dá)到60%。隨著5G通信、新能源汽車等新技術(shù)的快速發(fā)展，5G手機、平板電腦、電動汽車等新產(chǎn)品加速迭代，從而帶動本行業(yè)企業(yè)制造工藝技術(shù)和產(chǎn)線結(jié)構(gòu)全面升級，需要協(xié)作機器人廠商通過不斷加強對新產(chǎn)品生產(chǎn)流程、工藝技術(shù)的深刻理解，來突破協(xié)作機器人產(chǎn)品及解決方案的創(chuàng)新瓶頸。

加速與人工智能技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)智能化升級

當(dāng)前，協(xié)作機器人作業(yè)仍然需要根據(jù)實際作業(yè)需求，按照后臺程序預(yù)設(shè)實現(xiàn)規(guī)定動作的運行，其操作精度完全取決于核心零部件控制精度，更換作業(yè)時需要人工重設(shè)機械臂運動軌跡。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，機器視覺、生物識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用將賦予協(xié)作機器人“智慧大腦”使其具備自主判斷、感知、學(xué)習(xí)、分析決策和人機交互能力。同時，通過嵌入智能算法，可對協(xié)作機器人作業(yè)誤差進(jìn)行誤差補償，從而提高協(xié)作機器人的適用水平。

突破傳統(tǒng)工業(yè)場景限制，商業(yè)服務(wù)應(yīng)用將日益多元化

與傳統(tǒng)工業(yè)機器人相似，協(xié)作機器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場景較為集中，受下游行業(yè)波動影響較深，下游市場飽和及行業(yè)發(fā)展不景氣均可導(dǎo)致協(xié)作機器人企業(yè)業(yè)務(wù)下滑。同時，隨著傳統(tǒng)工業(yè)機器人企業(yè)的加速布局及新興廠商的快速崛起，協(xié)作機器人在工業(yè)應(yīng)用市場的競爭不斷加劇。為此，ABB、發(fā)那科等國際巨頭紛紛開始探索嘗試協(xié)作機器人在商業(yè)場景的創(chuàng)新應(yīng)用。諸如海茵那機器人酒店、格力機器人樂隊、Miso Robotics 和 Cali Group合作研發(fā)的協(xié)作漢堡機器人等均為協(xié)作機器人在商業(yè)服務(wù)中的應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。因此，未來跳出工業(yè)應(yīng)用場景，推動在商業(yè)服務(wù)領(lǐng)域的多元化應(yīng)用或?qū)⒊蔀閰f(xié)作機器人企業(yè)實現(xiàn)“破繭成蝶”的新路徑。