近年來，先進制造、智能制造等話題逐漸成為全球焦點。2021年10月6日，香港行政長官林鄭月娥在《行政長官2021年施政報告》提出“再工業化要扎根香港，創新要成為香港新的經濟動力”，并提出在香港建設兩個先進制造中心的愿景。10月13日，廣東發布《廣東省科技創新“十四五”規劃》，明確提出粵港澳大灣區國家技術創新中心建設方案，“以智能制造和裝備為重點，突破“瓶頸”技術，鍛造“長板”技術，構建全鏈條產業創新網絡”，通過先進制造技術為新興產業成長、傳統產業轉型升級和未來產業布局提供有力支撐。上述政策的引入，為中國傳統制造業升級、尋求新動能奠定了良好的基礎和鋪墊，進一步推動了“中國制造”向“中國制造”的轉變。
隨著國內制造業的逐步轉型，工業生產對自動化的需求開始從單機設備向全自動設備和生產線轉移，對全自動生產線的柔性化提出了需求。隨著柔性需求的出現，傳統的調整能力差、智能化程度低的機器人逐漸無法適應生產線，適應柔性制造的智能協作機器人應運而生。靈活、安全、緊湊的智能協同機器人，既能滿足企業的柔性生產需求，又能解決傳統工業機器人投資規模大、投資回報周期長、靈活性有限的問題，讓不同規模的企業輕松實現智能自動化，加速“智能制造”的普及落地。
當今世界，主要發達國家都在競相開發和改進新技術，使智能制造技術得到廣泛應用，獲得更多的經濟效益。隨著智能制造時代的到來，柔性制造系統的應用將越來越廣泛，智能協作機器人在工業生產中的應用將成為行業的發展趨勢。
很難想象這樣的場景：在一個工作平臺上，一邊是工人，一邊是機器人。他們合作熟練，溝通順暢，就像一對合作多年的搭檔，溝通密切，工作效率高。協作機器人的出現使這一切成為可能。小巧精致的協作機器人克服了傳統工業機器人的笨重和沉悶，使機器人能夠逃離“牢籠”【這里主要指工作時需要安全防護的傳統工業機器人，一般用防護網將每個機器人隔離，并與工作人員保持一定的安全距離。】”，尤其是新一代智能協作機器人還能成為人類的得力助手。
首先，五大優勢讓協作機器人與眾不同。
協作機器人是指設計用于在協作區域內與人直接交互的機器人。就其工作模式而言，協作機器人有三種工作模式：人機協作、人機協作和單獨工作。單獨工作時，機器人與人之間相隔一定距離，類似于工業機器人的工作模式。人機合作時，機器人和人執行不同的任務；人機協作是目前應用最廣泛的工作模式，需要機器人與工人之間進行動態交互，以達到提高質量、提高效率、降低成本的目的。
供給側改革正在向需求側改革邁進。以“小批量、多品種、定制化”為特征的新需求趨勢正在取代單一、大規模的需求，對機器人的靈活性要求更高。傳統工業機器人越來越難以適應這種市場需求。特別是對于中小企業來說，傳統工業機器人的高成本和復雜操作往往讓他們望而卻步。機器人協作具有部署靈活、投資回收快、安全性高等優點，能夠更好地滿足新市場的新需求。
與傳統工業機器人相比，協作機器人有五大優勢：
(1)靈活、方便、小
柔性生產要求機器人能夠靈活部署，適應多品種的生產需求。浙江大學熊榮教授曾在一次研討會上指出，“協作機器人由于教學、安裝方便，能夠快速適應各種生產需求，在汽車生產線上得到了廣泛應用，從人機協作生產線到純無人自動化生產線。”
傳統工業機器人的部署涉及生產線的自動化改造、機器人外圍支撐設備的設計等工作，至少需要一周甚至更長時間。協作機器人結構相對簡單，體積較小，重量較輕。市場上主流的協作機器人自重一般在幾公斤到幾十公斤不等，僅是傳統工業機器人的1/10甚至更低，可以多角度、多位置靈活快速部署。
1635212766001039783.png協作機器人人機協作安全標準自從工業機器人在工業生產中誕生和應用以來，工業機器傷人事件從未間斷。根據美國OSHA的一份報告，從1984年到2017年，發生了38起與機器人有關的事故，其中27起導致工人死亡。與傳統工業機器人不同，協作機器人是產品設計中更本質、更先進、更安全的協作方式————Power and force limiTIng，從功率和力的角度對機器人進行限制(傳統工業機器人的功率高達幾千瓦，而協作機器人的功率只有100瓦左右)，從根本上避免了傷害事件的發生。
三是核心部件“卡脖子”，但下游應用前景廣闊。
協同機器人產業鏈包括上游核心部件供應商、中游機器人本體供應商和下游系統集成供應商。
協作機器人作為工業機器人的一個分支，有著相同的產業鏈，但也存在差異。主要區別在于上游材料。工業機器人的上游一般是控制器、傳感器、減速器和伺服電機，而協作機器人的上游部件更精細，涉及的部件也更多。
圖3:協作機器人產業鏈示意圖
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資料來源：OFweek工業研究中心。
(1)上游零部件“被人控制”的情況逐漸緩解。
協作機器人的上游核心部件主要包括空心DC電機、安全控制器、扭矩傳感器、減速器、制動器、編碼器等。中國機器人產業起步較晚，趙潔[趙潔，哈爾濱工業大學教授、博士生導師，哈爾濱工業大學機器人研究所所長，機器人與系統國家重點實驗室副主任，原哈爾濱工業大學機電工程學院院長。】表示，機器人行業仍有很多卡脖子，涵蓋核心部件、芯片、軟件、流程、系統等諸多方面。特別是在伺服電機、減速器和控制器三大核心部件中，國外廠商占據了近90%的市場份額。
近年來，隨著國內廠商在技術研發上的不斷投入，國內協作機器人廠商的技術也越來越成熟，一些核心部件也逐漸被國產替代。越來越多的合作機器人廠商開始嘗試應用國產元器件，其中很多像優奧這樣的國外廠商已經大量采用了國產廠商的綠色諧波減速器。同時，基于自身的技術積累，以韓的機器人為代表的一些廠商，已經能夠實現核心部件的完全自主研發。總體來看，協作機器人核心部件國產化替代進程不斷加快，國內技術水平日益提升。
(2)中游本體和系統集成商的入局用戶數量增加。
中游本體是指協作機器人本體和機械臂的制造。系統集成主要是指協作機器人本體與噴涂、裝卸、裝配等生產環節的集成應用。綜合解決方案的供應商主要是本體廠商。
隨著2013年中國合作機器人產業的開放，以本體制造為主營業務的廠商數量不斷增加。奧博、韓的機器人、捷卡等新興本體廠商的布局，也吸引了等一大批傳統機器人公司。目前，工業企業數量保持穩定增長趨勢。據高維度咨詢統計，2020年中國合作機器人廠商超過70家，預計未來1-2年突破1000家。
(三)下游應用場景不斷豐富。
王喜文認為，“不僅在工業領域，而且在人工智能的驅動下，機器人可以廣泛應用于國防、醫療、農業、商業等領域，催生新的業態和商業模式，引發產業結構的深刻變革。”[王喜文，《機器人+：戰略行動路線圖》，2016年4月。】作為工業機器人產業的分支之一，協作機器人具有靈活、便捷、安全、高效的優勢，其創新應用模式不斷涌現，應用場景日益多樣化。
1.汽車制造
玻璃涂膠是汽車生產過程中非常重要的一個環節，涂膠的質量會影響汽車的密封性能和粘接姿態，所以為了獲得良好的涂膠形狀，大多數OEM都會選擇機器人涂膠。但對于傳統的工業機器人涂膠線來說，基于工廠安全的要求，生產線的所有設備都需要用護欄圍起來，禁止操作人員進出的區域，而且占用的面積非常大，占用了線旁大量的空間，只能完成單一的工作，浪費了現場資源，嚴重影響了企業的生產節奏。
華晨寶馬汽車有限公司的研究證明【《人機協作機器人在汽車總裝行業中的應用與發展》，《精密制造與自動化》，2020年3月】，如果在上述涂膠過程中使用協作機器人，可以完美解決上述問題。如果將協作機器人部署在汽車涂膠車間，不僅占用空間小，而且操作人員可以在自己的工作區域內移動，不會出現安全問題。此外，協作機器人在執行涂膠動作時，會放置需要涂膠的新零件，并取走已經涂膠的產品，從而加快企業速度。
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協作機器人(左)VS傳統工業機器人(右
與傳統工業機器人相比，協作機器人一般都配備了強大的反饋和碰撞檢測應用。協作機器人一旦在工作中接觸到人，就會停止移動，可以避免或減少對工人的傷害。協作機器人在安全性能方面的最終追求是對人零傷害。
(四)投資回收期很短，資本回報快，效益上升。
工業機器人的投資成本包括機器的采購價格和部署成本。以高負載能力為例，傳統工業機器人的價格一般在30-40萬元之間。由于部署在大型生產線上，項目實施時間短至數周至數月，有時甚至需要停產，投資回收期通常需要數年。
協作機器人的價格相對較低，從10萬元到20萬元不等。協作機器人的部署時間通常為幾天或一周，投資回收在一年以內。對于中小企業來說，可以更快地實現經濟效益。
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機器人協作在不同場景中的應用實例
(五)智能人機協同，“E工”不僅僅是機器替代。
機器人從不疲倦，協作機器人可以在不降低工作質量的情況下重復執行簡單的動作，其工作精度可以將故障和產品缺陷的可能性降低到幾乎為零，在保證工作質量的同時可以大大提高工作效率。
智能協作機器人還可以快速、自動地檢測成品零件、精密加工零件等。通過自帶攝像頭，并快速獲取檢測結果，保證企業產品的高質量生產。
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合作機器人正在進行電腦外殼質量檢測。
隨著協作機器人技術的成熟，其相對于傳統工業機器人的優勢將更加突出，尤其是智能技術的加持將推動傳統協作機器人向智能協作機器人演進。智能協作機器人將更加注重機器人與人之間的深度交互和實時交互。在未來的工作場景中，機器人可以快速響應工人的指令(包括口頭和行動)，并可以與人和其他機器人進行深度溝通，大大提高生產效率。
二是發展勢頭飽滿，協作機器人產業迎來“春天”
(一)黨和國家高度重視機器人產業發展。
機器人是未來智能世界的基石，是制造業向自動化、智能化轉型的核心驅動力。黨和國家高度重視機器人產業的發展，先后出臺了一系列鼓勵政策
2015年國務院發布的《中國制造2025》明確了制造業升級的發展方向，工業機器人是重中之重。2017年，國家發改委發布《增強制造業核心競爭力三年行動計劃(2018-2020年)》，該計劃的八大重點領域包括智能機器人關鍵技術產業化，重點發展基礎、相關、開放的機器人操作系統等關鍵共性技術。
2019年，國家發改委制定了《產業結構調整指導目錄(2019年本)》，增加了“機器人關鍵零部件：高精度減速器、高性能伺服電機及驅動器、全自主編程等高性能控制器、傳感器、末端執行器等。”和“用于工業機器人RV減速器的諧波減速器軸承”應用于受鼓勵行業的機械部分。2020年，國家發改委發布的《關于支持民營企業加快改革發展與轉型升級的實施意見》明確提出實施機器人和智能裝備提升計劃。
2021年，“智能制造與機器人技術”被寫入“十四五”規劃，被列為提升制造業核心競爭力的八大專項技術之一。
工業扶持和政策的不斷引進，為中國機器人產業的發展奠定了良好的外部條件，協同機器人將在工業4.0時代背景下的智能制造中迎來更大的發展機遇。
(二)成本降低，“換機”雙重疊加
首先，協作機器人的價格越來越“接近”
圖1:2014-2019年協作機器人市場價格走勢
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資料來源：OFweek工業研究中心。
二是“機換人”的優勢逐漸凸顯。隨著我國勞動年齡人口數量的減少，勞動力成本開始逐年上升，人口紅利的競爭優勢逐漸消失。近年來，隨著人工成本的逐年增加和協作機器人市場價格的下行探索，兩者之間的成本差距進一步拉大，利用協作機器人替代人工的優勢進一步凸顯。2019年，協作機器人的單位小時成本僅為6.80元/小時，而人工成本已升至32.33元/小時。
圖2:協作機器人單位時間成本逐年下降。
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資料來源：OFweek工業研究中心。
(三)安全生產不能容忍任何粗心大意
(二)簡便易行上手，降低成本，提高效率。
傳統工業機器人不僅需要安裝，還需要專門配置和編程，這往往需要系統集成商根據客戶的生產特點制定相應的解決方案，大大增加了客戶的使用成本。企業關心的是“高效、快捷、便捷、實惠”。與傳統工業機器人相比，協作機器人易于編程，并具有手動引導功能。企業可以通過簡單的培訓自行安裝和操作。
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協作機器人視覺操作界面
(三)按照國際標準，人機合作是“親密”和安全的。
由于操作人員的安全得不到保障，傳統的工業機器人一般都是孤立的，獨立工作，人與機器的交互很少或沒有。合作機器人在安全性方面更安全。
行業資訊 
2021-11-12 09:23:49
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