協(xié)作機(jī)器人是一種可以與人類在共享工作環(huán)境中進(jìn)行物理交互的機(jī)器人，它們設(shè)計(jì)靈活，安全易用，能夠在保持人類與機(jī)器之間協(xié)同互動的同時提高生產(chǎn)效率，改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)線的固定作業(yè)模式。

近年來，隨著智能制造和工業(yè)5.0的快速發(fā)展，協(xié)作機(jī)器人在汽車、電子、物流、醫(yī)療等行業(yè)都有著批量化應(yīng)用。2021年以來，中國已成為全球最大的協(xié)作機(jī)器人市場，MIR DATABANK數(shù)據(jù)表明，2024-2026年協(xié)作機(jī)器人將邁向更快增長通道。各大機(jī)器人制造商紛紛推出自己的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，市場競爭日趨激烈，協(xié)作機(jī)器人在性能、功能和成本方面也在不斷優(yōu)化和提升。

(數(shù)據(jù)來源：MIR DATABANK)

目前，中國的協(xié)作機(jī)器人行業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)呈現(xiàn)出哪些典型特征?有哪些突出企業(yè)?本文綜合對比了市場上多家主流協(xié)作機(jī)器人廠商，橫向評估了企業(yè)產(chǎn)品在性能、功能表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)部分協(xié)作機(jī)器人廠商的產(chǎn)品目前已經(jīng)展現(xiàn)高端性特征，具有相當(dāng)可觀的全球化競爭優(yōu)勢。

01

主流廠商研發(fā)趨勢

MIR認(rèn)為，2023年協(xié)作機(jī)器人市場競爭的典型特點(diǎn)可以概括為一句話：性能邁向高端化，價格趨于平民化。在發(fā)那科、庫卡等各大傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人制造商踐行“多生孩子好打架”、“見縫插針”的全品類產(chǎn)品戰(zhàn)略下，不同型號、規(guī)格和功能的協(xié)作機(jī)器人也越來越多，從而滿足不同行業(yè)和應(yīng)用場景的需求。國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人廠商如捷勃特也緊隨其后，同樣推出協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，并積極融入了主流新技術(shù)，在性能表現(xiàn)和性價比方面不斷進(jìn)行優(yōu)化和提升。

協(xié)作機(jī)器人的核心評價指標(biāo)不僅包括運(yùn)動軌跡精度、速度、重復(fù)定位精度、負(fù)載能力與作業(yè)范圍等傳統(tǒng)指標(biāo)，還包括人機(jī)交互能力、編程易用性、安全性、環(huán)境感知與場景適應(yīng)性等新興指標(biāo)，以及國際上新興的動力性能與能耗、技術(shù)開放性等附加指標(biāo)。

縱觀中國協(xié)作機(jī)器人行業(yè)近年來的發(fā)展歷程，在精度方面的進(jìn)步無疑最為直觀，多家廠商在定位精度和重復(fù)定位精度方面表現(xiàn)差異已經(jīng)不大。例如節(jié)卡、珞石等品牌主力型號的協(xié)作機(jī)器人精度提升有目共睹，而以捷勃特為代表的后起之秀，整機(jī)重復(fù)定位精度同樣能夠達(dá)到±0.02mm，并能直接與優(yōu)傲機(jī)器人、鈕祿美卡等國際頂尖廠商形成分庭抗禮的姿態(tài)。精度這個小參數(shù)背后，恰恰體現(xiàn)了國內(nèi)協(xié)作機(jī)器人企業(yè)在研發(fā)實(shí)力上的穩(wěn)步提升。

在研發(fā)實(shí)力不斷增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，一個很顯著的趨勢是協(xié)作機(jī)器人的高端化進(jìn)程在不斷加速。這表現(xiàn)為由于市場競爭激烈，目前市場上主流的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，都正嘗試提升產(chǎn)品配置與規(guī)格，提升可靠性指標(biāo)，并優(yōu)化無故障時間(MTBF)和平均修復(fù)時間(MTTR)。

可以發(fā)現(xiàn)一些品牌如優(yōu)傲、遨博、大族的協(xié)作機(jī)器人，近年來負(fù)載能力就因此不斷加高，臂展變長，自重卻開始變輕。這其實(shí)是部分廠商開始采用精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如輕質(zhì)而堅(jiān)固的鋁合金材料，以及經(jīng)過精確計(jì)算和優(yōu)化的連桿長度和關(guān)節(jié)配置，從而期望達(dá)到更高的運(yùn)動靈活性和精度。這種輕量化設(shè)計(jì)使得協(xié)作機(jī)器人在產(chǎn)線更替時更具靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，即搬即走。

而另外一部分廠商，則不僅僅是外觀材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，還開始從內(nèi)部架構(gòu)上進(jìn)行了調(diào)整。例如法奧、達(dá)明、庫卡等企業(yè)，就嘗試采用標(biāo)準(zhǔn)化組件，重點(diǎn)優(yōu)化了包括電機(jī)效率、閑置功耗、能量回收系統(tǒng)等因素，并嘗試提高機(jī)器人對灰塵、潮濕和極端溫度等惡劣環(huán)境條件的抵抗力。

目前看來，改進(jìn)后對于協(xié)作機(jī)器人性能提升效果最為明顯的還是在核心零部件領(lǐng)域，尤其驅(qū)控系統(tǒng)的優(yōu)化。2023年以來，市場上例如捷勃特、珞石、非夕等企業(yè)的一部分高端協(xié)作機(jī)器人，開始配備高性能的伺服電機(jī)和減速器，例如，捷勃特協(xié)作機(jī)器人采用多摩川無框電機(jī)、綠的諧波減速機(jī)等一線品牌零部件，以及自研單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動控制器，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和集成的方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)控一體化。這為協(xié)作機(jī)器人提供更大的扭矩和更快的響應(yīng)速度，并實(shí)現(xiàn)更快速、更準(zhǔn)確的動作執(zhí)行。而他們所采取的主流做法就是將包括編碼器、驅(qū)動器、減速器、電機(jī)、制動器等驅(qū)動關(guān)節(jié)的所有零部件集成為一體化產(chǎn)品，并通過自研一部分部件，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制的持續(xù)優(yōu)化。

國內(nèi)外協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品性能對比

(數(shù)據(jù)來源：捷勃特)

之所以要自主研發(fā)核心部件，我們通過捷勃特機(jī)器人單芯片驅(qū)控一體控制器(SCIMC)帶來的產(chǎn)品性能差異就能感受地非常明顯。就原理上而言，這是由于機(jī)器人運(yùn)動本質(zhì)上依靠于運(yùn)動控制器和伺服控制器，兩者之間依靠工業(yè)總線聯(lián)系。雖然工業(yè)總線能夠讓運(yùn)動規(guī)劃和電機(jī)控制之間的交互信息變多，支持復(fù)雜的控制算法，但是也會在多任務(wù)點(diǎn)規(guī)劃時，出現(xiàn)延時性、同步性問題，這造成了機(jī)器人在精度、安全性等性能走向高端化場景存在一定缺陷。

在2023年，捷勃特、珞石等企業(yè)就找到了這種問題存在的根結(jié)，并嘗試在控制這個核心層面通過打破工業(yè)總線的瓶頸，擺脫對英特爾X86處理器、微軟Windows操作系統(tǒng)的依賴。捷勃特目前的協(xié)作機(jī)器人GBT-C5A，就已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)自定義通信架構(gòu)，解決了絕對延遲問題，與國外品牌站在了同一水平線。這種通過實(shí)現(xiàn)真正的自主可控技術(shù)，打破國外的品牌壟斷的方式，正在協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域越來越多體現(xiàn)。

當(dāng)然，自研部件更是為國產(chǎn)機(jī)器人帶來了超乎尋常的價格優(yōu)勢。綜合市場上大部分協(xié)作機(jī)器人品牌的價格來看，能夠批量化出貨的品牌大多價格已經(jīng)來到了10萬元的水平線，制造商積極在性能、功能和成本之間找到更好的平衡點(diǎn)，以滿足不同行業(yè)和應(yīng)用場景的需求。像捷勃特等掌握核心技術(shù)的企業(yè)，更是在一些小公斤級產(chǎn)品上，已經(jīng)做到了世界一流白菜價。

02

場景需求拉動功能優(yōu)化

越來越高的配置，越來越低的價格，在絕對的性價比面前，國產(chǎn)協(xié)作機(jī)器人的市場占有率正穩(wěn)步提升。例如節(jié)卡、艾利特、珞石等部分企業(yè)，更是已經(jīng)走向國際化，前往日本、歐洲、美國等地“反向輸出”。

當(dāng)然，一些老牌機(jī)器人廠商在高端協(xié)作機(jī)器人領(lǐng)域仍然有著工藝和解決方案的優(yōu)勢。如發(fā)那科的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品就具有特有的刀片補(bǔ)償功能，使得機(jī)器人在精加工切割過程中能夠保持更高的精度，這使得在部分工藝上，“四大家族”的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品依然有著很不錯的市場。

這種技術(shù)優(yōu)勢在越來越快速的技術(shù)迭代和人才流動下，所保持的領(lǐng)先身位越來越小。在近年來，我們開始看到協(xié)作機(jī)器人除了工業(yè)市場之外，開始越來越多進(jìn)入到新零售、醫(yī)療，甚至食品加工或戶外農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，這使得除了傳統(tǒng)核心零部件，傳感器與感知技術(shù)的進(jìn)步則是另外一項(xiàng)重要標(biāo)志。而國內(nèi)部分走向高端化的機(jī)器人更積極開始配備多種高精度傳感器，如高分辨率的力覺傳感器、視覺傳感器等，以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的環(huán)境感知和負(fù)載控制，完成更復(fù)雜的操作和任務(wù)。

同時，國內(nèi)一直以來將安全性和易用性作為協(xié)作機(jī)器人的核心競爭力，國內(nèi)所有協(xié)作機(jī)器人幾乎都配備了多種安全功能，如碰撞檢測、緊急停止等，以確保人類與機(jī)器人之間的安全互動。同時，協(xié)作機(jī)器人的操作界面簡單直觀，易于學(xué)習(xí)和使用，這使得它們成為許多企業(yè)的首選，節(jié)卡、越疆、捷勃特等企業(yè)所自研的核心零部件，更是將作業(yè)安全性和可靠性帶上了新的臺階。

例如捷勃特就開發(fā)了一種“超閉環(huán)”控制技術(shù)，該技術(shù)主要利用SCIMC架構(gòu)，在超高的頻率下實(shí)現(xiàn)全手臂閉環(huán)(超閉環(huán))，在閉環(huán)過程中融合了所有關(guān)節(jié)多種傳感器的信息，同時嵌入了整機(jī)的系統(tǒng)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)算法進(jìn)行綜合計(jì)算，并以超高刷新頻率更新各個關(guān)節(jié)的出力。該技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)手臂全局范圍內(nèi)的力感知和行動約束，還可以讓手臂的末端在特定的自由度上表現(xiàn)出順應(yīng)性(低剛度)而在特定的自由度上表現(xiàn)為高剛性?；诖隧?xiàng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)需要“手感”的柔順裝配，無力傳感器也可實(shí)現(xiàn)空間自由度約束下的拖動示教。

這意味著無論是在工業(yè)機(jī)器人垂直行業(yè)例如汽車制造、3C電子等領(lǐng)域，還在醫(yī)療保健、物流等新興關(guān)鍵細(xì)分市場，協(xié)作機(jī)器人都開始有了更大的用武之地。部分企業(yè)的高端協(xié)作機(jī)器人還支持多種通信協(xié)議和接口，方便與其他設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行集成和擴(kuò)展，這使得它們能夠適應(yīng)更多元化、更復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。

不僅僅如此，例如ABB、思靈等另外一部分制造商，則正積極構(gòu)建協(xié)作機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)，探索直觀的編程界面和離線編程功能的可用性，并嘗試優(yōu)化與ROS(機(jī)器人操作系統(tǒng))等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性以及對OPC UA等通信協(xié)議的支持，以無縫集成到現(xiàn)有的自動化生態(tài)系統(tǒng)中，為用戶提供更加全面和高效的解決方案。

也有例如長廣溪等另外一些廠商的協(xié)作機(jī)器人在速度方面也有不錯的表現(xiàn)。他們試圖通過優(yōu)化編程和路徑規(guī)劃來提高工作效率，在保持協(xié)作機(jī)器人高精度和負(fù)載的同時，打破協(xié)作機(jī)器人的速度瓶頸，從而更好地為當(dāng)前愈發(fā)廣泛的需求市場服務(wù)。

03

結(jié)語與未來

總體來看，全球協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品性能方面表現(xiàn)正愈發(fā)出色，不斷朝著高精度、高效率、高安全性和高易用性等方向突破。

在這種大趨勢下，一部分企業(yè)開始探索更高精度和性能的路線，另一部分則走向追求成本效益和易用性的道路，從而形成了不同的技術(shù)條線和戰(zhàn)略選擇，導(dǎo)致協(xié)作機(jī)器人在產(chǎn)品性能、技術(shù)路線和成本效益等方面已經(jīng)呈現(xiàn)出多元化的特點(diǎn)，不同品牌和型號的協(xié)作機(jī)器人在性能方面出現(xiàn)了一定的差異。但總體來說，市場上的協(xié)作機(jī)器人企業(yè)，都正在共同探索著協(xié)作機(jī)器人這個品種的更大市場潛力，從各類底層技術(shù)中尋找著配置、規(guī)格、性能表現(xiàn)、先進(jìn)技術(shù)開放性的最優(yōu)解。

我們預(yù)計(jì)，在未來的5-10年內(nèi)，隨著廠商對于協(xié)作機(jī)器人核心技術(shù)的不斷掌握，下游市場的不斷拓展打開，協(xié)作機(jī)器人有望融入更多新興技術(shù)，具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和決策能力，實(shí)現(xiàn)更高級別的智能化生產(chǎn)，未來在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣，這將不僅僅為工業(yè)自動化領(lǐng)域帶來更大的變革和發(fā)展機(jī)遇，還會誕生更大的想象空間。而掌握自主可控核心技術(shù)，兼顧兩條路線的協(xié)作機(jī)器人廠商，有機(jī)會跑在全球市場的前列。