竞争赛道加速转换，协作机器人智能化时代来临

前言

近年来，先进制造、智能制造等话题逐渐成为全球的焦点。2021年10月6日，香港特首林郑月娥在《行政长官2021年施政报告》中提出“令再工业化植根香港，使创科成为香港新经济动力”，并提出期望在香港打造两个先进制造中心的愿景。10月13日，广东省印发《广东省科技创新“十四五”规划》，明确提出粤港澳大湾区国家技术创新中心建设计划，“以智能制造与装备等为主攻方向，突破“卡脖子”技术，锻造“长板”技术，打造全链条产业创新网络”，通过先进制造技术为新兴产业壮大、传统产业转型升级以及未来产业布局提供强力支撑。上述政策的出台为中国传统制造业的升级、寻求新的动能打下了良好的基础与铺垫，进一步将“中国制造”向“中国智造”方向推进。

随着国内制造业的逐渐转型，工业生产对自动化的需求开始从单机设备转向全自动设备、全自动生产线，并提出了对全自动化生产线柔性化的需求。柔性化需求的出现使得调整能力差、智能化程度低的传统机器人逐渐不适应产线，并诞生了适应柔性制造的智能协作机器人。灵活、安全、小巧的智能协作机器人不仅能满足企业柔性化的生产需求，还解决了传统工业机器人投资规模大、投资回报期长、灵活度有限等问题，让不同规模的企业都能轻松实现智能自动化，加速“智能制造”的普及和落地。

当今世界，各主要发达国家都在竞相开发和改进新技术，让智能制造技术应用更广泛，以获得更多的经济效益。伴随着智能制造时代的到来，柔性制造系统应用将日益广泛，智能协作机器人应用于工业生产必将成为行业发展趋势。

很难想象会出现这样的场景：在一个工作平台上，一边是工人，一边是机器人，他们配合娴熟、交流顺畅，像一对合作多年的搭档，亲密交流、高效作业。协作机器人的出现正在让这一切成为可能，小巧玲珑的协作机器人克服了传统工业机器人的笨重迟钝，使得机器人也能从“牢笼[ 这里主要是指传统工业机器人在工作时需要进行安全防护，一般会用防护网将一个个机器人隔离开来，与工作人员保持一定的安全距离。]”中走向人类世界，尤其是新一代的智能协作机器人还能成为人类的得力助手。

一、五大优势让协作机器人与众不同

协作机器人是指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人。就其工作模式而言，协作机器人有人机协作、人机配合以及单独作业三种工作模式，单独作业时机器人与人相隔一定距离，与工业机器人的工作模式相似；人机配合时机器人与人执行不同工作任务；人机协作是目前应用最广泛的工作模式，需要机器人与工作人员进行动态交流互动，达到提质、增效、降本的目的。

供给侧改革正在向需求侧改革递进，以“小批量、多品种、定制化”为特点的新需求趋势正在取代单一化、规模化需求，对机器人的灵活性要求更高，传统工业机器人越来越难以适应这一市场需求，尤其是对于中小企业来说，传统工业机器人高昂的成本和复杂的操作往往让中小企业望而却步。协作机器人具备灵活部署、投资回收快、安全性高等优势，能够更好满足新市场新需求。

与传统工业机器人相比，协作机器人具备五大优势：

（一）灵活、方便、体型小，柔性生产不可少

柔性化生产需要机器人能够灵活部署，并适应多品种的生产需求。浙江大学熊蓉教授在一次研讨会上曾经指出“协作机器人由于方便示教便于安装等特性，使其能快速适应各类生产需求，从人机协作产线到纯粹无人自动化产线，尤其在汽车产线已经大量使用。”

传统工业机器人的部署涉及到生产线的自动化改造、机器人外围支持设备的设计等多种工作，至少需要一周甚至更多的时间。协作机器人结构相对简单，体积更小、质量更轻，市场上主流协作机器人自重一般在数千克到数十千克不等，仅为传统工业机器人自重的1/10或更低，可多角度、多位置灵活快捷部署。

（二）简单便捷易上手，降本增效小能手

传统工业机器人除需要进行安装之外，还需对机器人进行特定的配置和编程，往往需要系统集成商针对客户生产特点制定相应解决方案，大大增加客户使用成本。而企业关心的是“高效、快捷、方便、实惠”，相比传统工业机器人，协作机器人易于编程，且具备手动引导功能，企业可自行安装，并通过简单的培训即可自行操作使用。

协作机器人可视化操作界面

（三）人机协作很“亲密”，国际标准安全行

由于无法保障操作人员的安全，传统工业机器人一般会被隔离开来独立工作，人机之间交互较少甚至零交互。而协作机器人在安全方面更有保障，国际标准EN ISO 10218对启动人机协作的安全性方面制定了四个明确的要求：

协作机器人人机协作安全标准

相比传统工业机器人，协作机器人一般安装有力反馈和碰撞检测等应用，一旦协作机器人在工作过程中与人发生接触，会停止运动，可避免或减轻对工作人员造成伤害，协作机器人在安全性能方面的终极追求是对人零伤害。

（四）投资回收期很短，回本快，效益涨

工业机器人的投资成本包括机器购买价格和部署成本，以高负载能力为例，传统工业机器人价格一般在30-40万元之间，由于在大规模生产线上进行部署，项目实施时间少则几周多则几个月，有时甚至需要停工停产，投资回收期一般需要几年的时间。

协作机器人价格较低，约为十几二十万元不等，协作机器人部署时间一般数天或一周时间，投资回收也在一年以内，对于中小企业来说，能够更快实现经济效益。

协作机器人不同场景的应用示例

（五）智能人机协作，“电子工友”不仅是机器换人

机器人永不疲倦，协作机器人可以重复执行简单动作而不会降低工作质量，其工作精度可将故障和产品缺陷的可能性降低到几乎为0，在保证工作质量的同时大大提升工作效率。

智能化协作机器人还可通过自身携带的摄像头对成品零件、精密加工件等进行快速自动化检测并迅速获得检测结果，保障企业产品的高质量生产。

协作机器人正在进行电脑外壳质量检测

随着协作机器人技术的愈加成熟，其相对传统工业机器人的优势也将更加凸显，尤其是智能技术的加持将推动传统协作机器人向智能协作机器人演变。智能协作机器人将更加重视机器人与人之间的深度互动、实时交互，在未来的工作场景中，机器人可迅速对工作人员的指令（包括口头、动作等）做出应变，并能与人以及其他机器人进行深度交流学习，大幅度提高生产效率。

二、发展动能十足，协作机器人行业喜迎“春天”

（一）党和国家高度重视发展机器人产业

机器人是未来智能世界的基石，是制造业向自动化、智能化转型的核心驱动力，党和国家高度重视机器人产业的发展，并出台了一系列鼓励政策。

2015年，国务院出台的《中国制造2025》明确了制造升级的发展方向，工业机器人是重中之重。2017年发改委颁布《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2018-2020年）》，计划八大重点领域中包含智能机器人关键技术产业化，重点开发基础性、关联性、开放性的机器人操作系统等关键共性技术。

2019年，发改委制定《产业结构调整指导目录（2019年本）》，在鼓励类产业机械部分增加“机器人用关键零部件：高精密减速器、高性能伺服电机和驱动器、全自主编程等高性能控制器、传感器、末端执行器等”“工业机器人RV 减速机谐波减速机轴承”等内容。2020年发改委出台的《关于支持民营企业加快改革发展与转型升级的实施意见》明确提出实施机器人及智能装备推广计划。

2021年，“智能制造与机器人技术”被写入“十四五”规划，列为制造业核心竞争力提升的8项重大专项技术之一。

机器人产业扶持政策的不断出台为我国机器人产业发展奠定了良好的外部条件，协作机器人将在工业4.0时代背景下的智能制造中迎来更大发展契机。

（二）成本下降、“机器替人”双重叠加

一是协作机器人价格愈加“亲民”。市场发展初期，由于核心零部件受国外厂商制约，协作机器人的市场价格普遍超过20万元/台，令不少中小企业“望而却步”，近年来随着协作机器人技术的日益成熟及核心零部件的国产化替代，国内协作机器人的市场价格变得逐渐“亲民”，极大降低了中小企业自动化生产门槛，拓展了协作机器人的应用领域。

图 1：2014-2019年协作机器人市场价格走势

资料来源：OFweek产业研究中心整理

二是“机器替人”优势逐步凸显。随着我国适龄劳动力人口数量的不断减少，人力成本开始逐年提升，人口红利取得的竞争优势开始逐渐消失。近年来，人工成本的逐年上升以及协作机器人市场价格的下探使得两者之间的成本差距进一步扩大，使用协作机器人替换人工的优势进一步凸显。2019年，协作机器人单位小时成本仅有6.80元/小时，而人工成本已经上升至32.33元/小时。

图 2：协作机器人单位时间成本逐年下滑

 

资料来源：OFweek产业研究中心整理

（三）安全生产容不得半点儿马虎

自工业机器人诞生应用于工业生产之日起，工业机器伤人的事件就不曾断绝，根据美国OSHA一项报告显示，1984-2017年发生了38起与机器人相关的事故，其中有27起导致工人死亡。协作机器人不同于传统的工业机器人，其在产品设计上是更为本质、更为高级、更为安全的协作方式—Power and force limiting（功率和力限制），本身就从功率和力方面对机器人进行了限制（传统工业机器人的功率高达数千瓦，而协作机器人的功率只有百瓦左右），从根源上避免伤害事件的发生。

三、核心零部件“卡脖子”，但下游应用前景广阔

协作机器人产业链包括上游核心零部件供应商、中游机器人本体供应商及下游系统集成供应商。

协作机器人作为工业机器人的一个分支，二者产业链大多相同，但也有差异。差异主要表现在上游材料方面，工业机器人的上游一般是控制器、传感器、减速器和伺服电机等，而协作机器人的上游零部件则更精细化，涉及的零部件也更多一些。

图 3：协作机器人产业链图示

资料来源：OFweek产业研究中心整理

（一）上游零部件“受制于人”局面逐步缓解

协作机器人上游核心零部件主要包括中空直流电机、安全控制器、力矩传感器、减速器、制动器、编码器等。我国机器人产业起步较晚，赵杰[ 赵杰，哈尔滨工业大学教授、博士生导师，哈尔滨工业大学机器人研究所所长、机器人技术与系统国家重点实验室副主任、原哈尔滨工业大学机电工程学院院长。]表示，目前机器人行业仍然有多项被卡脖子，内容涵盖核心部件、芯片、软件、工艺、系统等多方面。尤其在伺服电机、减速器和控制器三大核心零部件方面，国外厂商几乎占据近九成市场份额。

近年来，随着国产厂商在技术研发的持续投入，国内协作机器人厂商技术日益成熟，部分核心零部件正在逐步实现国产替代，已经有越来越多的协作机器人厂商开始尝试应用国产零部件，其中不乏优傲这样的外资厂商，已经大批量采用国内厂商绿的谐波的减速器。同时，还有以大族机器人为代表的部分厂商基于自身技术积累，已经可以实现核心零部件的完全自主研发。总得来看，协作机器人核心零部件的国产替代进程正在提速，国产技术水平日益提升。

（二）中游本体及系统集成商入局者增加

中游本体是指协作机器人本体、机械臂制造，系统集成主要是指协作机器人本体与喷涂、上下料、装配等生产环节的集成应用，综合解决方案供应商主要以本体制造商为主。

随着2013年中国协作机器人行业的开启，以本体制造为主要业务的厂商不断增多，遨博、大族机器人、节卡等新兴本体制造商的布局，也吸引新松等一大批传统机器人公司的加入，目前，行业企业数量保持稳定增长态势，据高维咨询统计的数据显示，2020年，中国协作机器人厂商已经达到70余家，在未来的1-2年内有望突破100家。

（三）下游应用场景不断丰富

王喜文认为“不仅是在工业领域，机器人在人工智能的带动下，还可以在国防、医疗、农业、商业等领域取得广泛应用，催生新的业态和商业模式，引发产业结构的深刻变革。”[ 王喜文,《机器人+：战略行动路线图》，2016年4月。]作为工业机器人行业的分支之一，协作机器人凭借其灵活、便捷、安全、高效的优势，其创新应用模式不断涌现，应用场景日益多元化。

1.汽车制造

汽车玻璃涂胶是汽车生产工艺中非常重要的环节，其涂胶的质量会影响汽车的密封性能和粘接姿态，所以为了得到良好的胶形，大部分主机厂会选择机器人涂胶。但传统工业机器人涂胶线，基于工厂安全的需求，该生产线的全部设备需由护栏包围，此区域禁止操作人员进出，且占地面积非常大，大量占用线旁空间而只完成单一工作造成对场地资源的浪费，而且严重影响企业的生产节拍。

华晨宝马汽车有限公司研究证明[ 《人机协作机器人在汽车总装行业中的应用与发展》，《精密制造与自动化》，2020年3月]，如果在上述涂胶工艺中使用协作机器人将可以完美的解决上述问题，将协作机器人部署在汽车涂胶车间，不但占地空间较小，而且操作者可以在其工作区域活动，而不会产生安全问题，并且在协作机器人执行涂胶动作的同时放置需要涂胶的新零件并取走已经完成涂胶的产品，加快企业的生产节拍。

协作机器人（左）VS传统工业机器人（右）

2.3C制造

螺丝锁缚是3C电子产品组装过程中必不可少的环节，目前这一工序主要以人工为主，也有少量厂家采用3轴机械手进行螺丝锁缚装配，从效果来看，前者耗时费力且效率低下，后者设备活动自由度小，不适应3C领域复杂的流水线组装任务，不能满足高效自动化生产需求。国内厂商研发的协作机器人可以连续几个小时以相同的精度和速度重复同一个动作，平均工作效率比人工高出人工200%，且机械手臂的重复性精度可以保持在±0.01mm，空间绝对精度±0.1mm、轨迹精度±0.2mm的技术水平。

协作机器人应用于3C领域螺丝锁缚

3.物流

随着工厂内部制造复杂程度的日益提升，对于自动化设备柔性化的程度也越来越高，相比于AGV和机械臂的单一功能，集二者于一身的复合型移动协作机器人显然更能满足企业的智能物流需求。搭载5G、云数据、激光导航AGV的复合型移动协作机器人，在大型仓库中可自主规划路径运送货物，同时可以跟随人运动，在小型仓库中协助人取货，甚至可以直达工位，精准取送货物。

协作机器人实现精准物流传送

4.医疗

在人口老龄化和慢性病群体迅速增长的时代，传统的辅助医疗器械已经日益无法满足现代医疗的需求，具备高安全性、高灵活性、高稳定性的协作机器人开始全面进入医疗领域， Renaissance、ROSA Spine、Excelsius GPS机器人、大族机器人、天玑骨科手术机器人、达芬奇机器人等协作机器人产品已经在医疗领域取得了广泛的应用。[ 《脊柱微创外科协作机器人技术的临床应用及展望》，《中国微创外科杂志》，2020年9月。]

现代医学正在往个性化及智能化的方向发展，越来越多的医疗机器以及AI技术开始被应用到医学领域中，帮助解决手术里存在的问题。当前，人工智能成为新一轮科技革命的突破口和产业变革的核心驱动力，已从理论层面加快向各行业、各领域特征的具体应用场景延伸。在医疗领域，智能协作机器人是人工智能技术应用的重要硬件平台，表现出人机协作、深度学习、自主操控的应用特征，逐渐成为医疗服务高质量发展的重要推手。未来，智能协作机器人必将在医疗领域扮演“重要角色”。

协作机器人辅助远程医疗

四、出货量成倍增长，行业市场正当“百花齐放”

2008年是协作机器人行业发展的元年，优傲于当年推出全球第一台协作机器人UR5，打开了协作机器人行业的大门。到如今，协作机器人行业发展已历时13载，行业体量不断增大，行业竞争不断加剧，逐渐形成了“群雄并起、诸侯割据”的局面。2021年是协作机器人向智能化转型的元年，大族机器人于今年3月份推出了全球第一台真正意义上的智能协作机器人MAiRA，率先打开智能协作机器人时代的大门。

（一）出货量屡创新高，2020年超过7500台

协作机器人市场被普遍看好。国际研究机构Transparency Market Research在2017年的发布的一份报告中指出“到2024年底，全球协作机器人的市值将达到950亿美元，年均复合增长率30%”，巴克莱银行分析师认为“到2025年，协作机器人市场规模能够增长至115亿美元。”

国内协作机器人市场发展如火如荼，2015-2017年，国产厂商纷纷入局协作机器人行业，大族机器人、遨博、新松机器人、珞石科技、节卡等一大批先行者先后推出其首款协作机器人产品，并在近5年内实现了产品的更新换代，逐渐形成了与国外厂商相抗衡的技术实力。

2016年，国内协作机器人出货量约1714台，2017年达到3618台，同比增长了1倍多，而后的三年，协作机器人的出货量更是一年一个新台阶，2020年出货量达到7514台，相比2016年增长3.38倍，近5年的年均复合增速高达45%。

图 4：2016-2020年中国协作机器人出货量走势图

资料来源：Mir databank OFweek产业研究中心整理

（二）协作机器人竞争新赛道即将开启

入局企业不断增加，协作机器人行业竞争程度也在不断加深，从现有市场份额来看，以优傲为代表的较早入局的厂商在出货量上占据一定的优势，但市场形势瞬息万变，尤其是技术的更新迭代带动产品不断升级，智能协作机器人即将成为协作机器人行业竞争的新赛道，掌握智能协作机器人核心技术的厂商将在未来市场上拥有更多话语权。

未来机器人将含有AI，没有AI的机器人就是个机器。[ 2017深圳国际机器人与智能系统院士论坛——《AI时代与机器2.0》]我们认为，智能协作机器人将颠覆协作机器人行业现有竞争格局。智能协作机器人相比传统协作机器人更具优势，以安全性能为例，通过对比市场上流行的协作机器人产品，绝大部分的协作机器人产品在碰撞检测方面仅停留在“接触人员后停止运动”这一层面，无法预判碰撞行为的发生，对工作人员仍有一定的安全隐患。

而智能协作机器人能够预判碰撞行为的发生可避免伤害事故。以大族机器人发布的智能协作机器人MAiRA为例，MAiRA搭载了大族机器人自主研发的人体探测传感技术和智能传感器，能够看、听和感知外部环境，具备“预判碰撞行为发生”的功能，可有效避免伤害发生。

智能协作机器人正在进行安全探测

五、MAiRA“横空出世”，协作机器人将迈入智能时代

（一）协作机器人向智能化转型是大势所趋

当前协作机器人需按照后台程序预设实现作业，其操作精度完全取决于核心零部件控制精度，在更换任务时需人工重设机械臂运动轨迹，这在很大程度上影响了协作机器人的应用及推广。随着人工智能技术的快速发展，物联网、大数据、机器视觉、生物识别、机器学习等技术的日益成熟，未来协作机器人将是集人工智能、物联网、大数据等技术于一身的综合体，使其具备自主判断、感知、学习、分析决策和人机交互能力。

机器人向智能化转型是必然。丁汉院士[ 丁汉，中国科学院院士，机械电子工程专家，华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士生导师、院长，数字制造装备与技术国家重点实验室主任。]表示，在未来，随着人类对机器人的要求不断提升，机器人一定会在制造业里面扮演越来越重要的角色，机器人发展是永无止境的。而人工智能和机器人是密不可分的，未来人工智能一定会助推机器人，所以人工智能将是机器人的翅膀。有研究认为协作机器人正从“人机协作”走向“人机共融”，即未来的协作机器人与人可以相互理解、相互感知、相互帮助[ 《中国工业机器人产业发展与应用观察》，《企业管理》，2021年4月。]。有学者提出协作机器人四大研究方向，首个便是人机交互，不仅仅局限于语音和肢体上的交互，还包括协作机器人的“观察”、深度学习等，让协作机器人更加智能[ 刘洋、孙恺，《协作机器人的研究现状与技术发展分析》，《北方工业大学学报》，2017年4月。]。

人工智能、物联网、大数据等技术的融合将强化协作机器人的智能化应用，实现基于深度学习的物品识别与分拣，完成凌乱堆放物件的智能识别及抓取位姿判断；实现仪表读数识别及文字OCR、机械臂预测性维护等数据采集及分析等，成为真正能干活的无需二次开发的“智能协作机器人”。通过与新技术的融合，智能协作机器人会在深度学习、感知、决策和执行等层面持续进行技术升级，实现数据自由流动，机器人生态系统也将随之进行突破，万物互联，促进智能协作机器人将面临更好的性能、更高的智能和更广阔的发展空间，成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力。

（二）谁将成为智能协作机器人引领者？

我们认为，协作机器人进入到智能化时代，谁拥有强大的技术实力和成熟的产品体系，谁将在协作机器人的智能化时代大潮中傲立潮头。2021年，大族机器人率先推出全球第一台智能协作机器人产品——MAiRA，这意味着，大族机器人已经掌握智能协作机器人的核心技术，最有可能成为引领协作机器人行业进入智能化时代的领导品牌。

技术实力领先。大族机器人起源于大族电机，设立于2017年，依托大族激光十几年的工业积累，大族机器人逐步掌握了包括电机、伺服驱动和运动控制等在内的多个核心零部件的自主知识产权。与行业内同类公司相比，大族机器人是少有的能够自主研发伺服系统、直驱电机、光栅编码器、力矩传感器、机器人控制器等核心零部件的厂商，是行业内名副其实的技术领头羊。

产品理念先进。成立至今，大族机器人已推出三大协作机器人产品系列，产品体系日益丰富。2017年，大族机器人推出第一代协作机器人产品—Elfin系列，2020年推出Elfin-P系列，2021年推出MAiRA系列，而MAiRA作为行业颠覆性产品，主打高智能化、人机深度交互的先进理念，是全球第一款真正意义上的智能协作机器人。

MAiRA是智能协作机器人时代的“开篇之作”，她的诞生是协作机器人行业即将迈入智能化时代的标志。MAiRA革新了人机交互的广度与深度，高度集成了最新型的传感器，控制系统和应用中完美实现前所未有的人工智能集成，具备生物识别、移动追踪、手势控制、3D视觉感应、声控交互协作、高灵敏安全检测等高端机器性能，蕴含无限的应用可能。