根據(jù)中國移動機(jī)器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，新戰(zhàn)略移動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計， 2021年度中國市場新增復(fù)合移動機(jī)器人980臺，同比增長75%，市場銷售額達(dá)到4.1億元，同比增長 57.7%。
圖表：2018-2021中國市場復(fù)合移動機(jī)器人銷售規(guī)模與數(shù)量
從2015年國內(nèi)第一款復(fù)合機(jī)器人面世開始，經(jīng)過近幾年發(fā)展，復(fù)合機(jī)器人在某些領(lǐng)域已經(jīng)邁入“小批量”應(yīng)用階段，但離大規(guī)模爆發(fā)還尚早。綜合產(chǎn)品特性及市場需求來看，在工業(yè)物流領(lǐng)域，“手腳兼具”的復(fù)合機(jī)器人，如何接好“最后一棒”？
從實(shí)驗室走向落地
盡管復(fù)合機(jī)器人落地應(yīng)用時間并不長，但相關(guān)技術(shù)研究其實(shí)從很早就開始了。
早在1984年，德國MORO開發(fā)了這種復(fù)合機(jī)器人系統(tǒng)，由于受當(dāng)時人工智能技術(shù)的局限，這種機(jī)器人只是做一些簡單的搬運(yùn)。
1994 年 Yamamoto and Yun 用操作度準(zhǔn)則確定機(jī)械臂的理想構(gòu)形，但沒有將移動機(jī)械臂作為一個整體來考慮，1999年，他們研究了移動機(jī)械臂的平臺與機(jī)械臂間的協(xié)調(diào)問題，但是對移動機(jī)械手移動性和操作性之間的關(guān)系沒有揭示。
在2006年之后，隨著計算機(jī)視覺、激光傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用技術(shù)的成熟，使它增加了很多的活力，各種公司推出了很多復(fù)合機(jī)器人。比較典型的是庫卡發(fā)布Youbot復(fù)合機(jī)器人-移動機(jī)械臂機(jī)器人。之后復(fù)合機(jī)器人集成了很多的技術(shù)變得更加聰明，如美國的PR2機(jī)器人。
國內(nèi)首臺商業(yè)化復(fù)合機(jī)器人產(chǎn)品在2015年推出，但一些高校及研究機(jī)構(gòu)對復(fù)合機(jī)器人的研究在這之前就已經(jīng)展開。
孵化于西安交大的移動機(jī)器人企業(yè)優(yōu)艾智合，其核心創(chuàng)始團(tuán)隊早在在校期間就開始探索復(fù)合機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用。
2017年，優(yōu)艾智合正式成立。同年，優(yōu)艾智針對米其林輪胎的需要，開發(fā)出了以自主導(dǎo)航移動平臺、多關(guān)節(jié)機(jī)械臂、輪胎探傷檢測傳感器為三大核心模塊的商用車輛巡檢機(jī)器人，該巡檢機(jī)器人分為三層，最底層是移動底盤，中間是機(jī)械臂，最上面一層是檢測機(jī)構(gòu)，可通過機(jī)器視覺和傳感器智能檢查并上報有問題的車輛，這是優(yōu)艾智合復(fù)合機(jī)器人商業(yè)化落地的開端。
這一時期，國內(nèi)對復(fù)合機(jī)器人的關(guān)注也開始逐漸增多，很多移動機(jī)器人公司都開辟了相關(guān)產(chǎn)品線，相繼推出復(fù)合類產(chǎn)品。
而在第一款復(fù)合機(jī)器人正式落地后，基于移動底盤技術(shù)的積累，優(yōu)艾智合開始不斷豐富產(chǎn)品線，包括系列標(biāo)準(zhǔn)底盤以及在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同場景需求打造的不同類型的移動機(jī)器人。
當(dāng)前，優(yōu)艾智合業(yè)務(wù)主要分為兩大板塊：工業(yè)物流&巡檢運(yùn)維。
在工業(yè)物流領(lǐng)域，優(yōu)艾智合致力于為以半導(dǎo)體為核心的精密電子制造客戶提供軟硬一體的物流自動化解決方案。
優(yōu)艾智合認(rèn)為，復(fù)合機(jī)器人在移動底盤移動性能的基礎(chǔ)上，附加了機(jī)械臂行業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展積累的價值，這是打通全流程物流流轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，“機(jī)械臂通過簡單的更換夾爪就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作，它能夠?qū)拥膶ο蟛粌H是非常標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)臺設(shè)備、輥筒設(shè)備或者是一個標(biāo)準(zhǔn)料車，還有非常精細(xì)化的料盒，這是一般的移動搬運(yùn)設(shè)備所不具備的。”
單機(jī)協(xié)同&多機(jī)調(diào)度——規(guī)模化應(yīng)用的兩大關(guān)鍵
技術(shù)的不斷發(fā)展是產(chǎn)品落地的前提。
優(yōu)艾智合CTO邊旭認(rèn)為，復(fù)合機(jī)器人從實(shí)驗室走向落地的關(guān)鍵在兩方面，一是自然導(dǎo)航技術(shù)（以激光SLAM路線為主）的成熟，二是協(xié)作型機(jī)械臂的發(fā)展。
“基于自然導(dǎo)航技術(shù)，柔性大規(guī)模調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)，而協(xié)作機(jī)械臂的誕生，使得人機(jī)協(xié)作的安全性可以保證，這兩大技術(shù)的成熟是當(dāng)前復(fù)合機(jī)器人得以落地應(yīng)用的關(guān)鍵。”
近幾年，在不同行業(yè)中，復(fù)合機(jī)器人的落地正在逐漸加快。但邊旭提到：“其實(shí)從15年首臺商業(yè)化產(chǎn)品落地到現(xiàn)在，復(fù)合機(jī)器人整體技術(shù)框架并沒有太大的變化，仍然是側(cè)重于做集成應(yīng)用。”
復(fù)合機(jī)器人本體主要由三大部分組成：移動底盤、機(jī)械臂、末端執(zhí)行器。復(fù)合機(jī)器人廠商做的，就是將三者集成一起，使其協(xié)同應(yīng)用。
從單機(jī)角度而言，在集成應(yīng)用的過程中，如何使三者更好的協(xié)同運(yùn)作，是業(yè)內(nèi)主要的探索方向，而其中涉及到的主要是復(fù)合機(jī)器人的控制問題。
當(dāng)前，復(fù)合機(jī)器人主要有以下控制方式以下：
移動與操作協(xié)同控制。整車控制層面，復(fù)合機(jī)器人是由AMR和機(jī)械臂配合完成，需要機(jī)內(nèi)調(diào)度系統(tǒng)打通兩者的協(xié)議層，同時將機(jī)械臂的示教系統(tǒng)和AMR部署系統(tǒng)進(jìn)行UI層面的打通。在產(chǎn)品應(yīng)用層面，部署調(diào)試和任務(wù)層面AMR和機(jī)械臂要實(shí)現(xiàn)解耦，以實(shí)現(xiàn)更高效的開發(fā)和更快速的部署。此控制方式將復(fù)合機(jī)器人作為一個多自由體進(jìn)行控制，由同一個控制器控制底盤驅(qū)動電機(jī)和關(guān)節(jié)電機(jī)，構(gòu)建統(tǒng)一的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型進(jìn)行解算，此方式可以實(shí)現(xiàn)底盤和操作的聯(lián)動，具備最大的柔性和較高的技術(shù)難度。
移動與操作獨(dú)立控制與調(diào)度。此控制方式通常由一個調(diào)度系統(tǒng)同時控制底盤和上層機(jī)械臂兩個設(shè)備，底盤與機(jī)械臂的任務(wù)和狀態(tài)相對獨(dú)立，僅通過有限的IO通訊或者協(xié)議通訊交互狀態(tài)。一般此種控制方式在執(zhí)行作業(yè)時也需要上下互鎖。
為了更好提升復(fù)合機(jī)器人的協(xié)同性，優(yōu)艾智合自主研發(fā)了復(fù)合機(jī)器人操作系統(tǒng)，基于一款控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以上兩種控制方式，并可以兼容目前主流的協(xié)作型機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人。
單機(jī)協(xié)同之外，多機(jī)協(xié)同也是復(fù)合機(jī)器人深入場景及規(guī)模化應(yīng)用的先決條件之一。
假如把工廠看作一個有機(jī)生命體，規(guī)模化落地的復(fù)合機(jī)器人就是生命體里攜帶氧氣的紅細(xì)胞，要怎樣調(diào)度才能使細(xì)胞群體擁有一致性，達(dá)到最優(yōu)的工作效率？
優(yōu)艾智合工業(yè)物流事業(yè)部總監(jiān)許瑨提到，“在大部分工業(yè)場景中，往往都不是一臺機(jī)器人在工作，而是一群，集群化管理可以大大增加效能，達(dá)到1+1大于2的效果，這需要機(jī)器人廠商將上層調(diào)度系統(tǒng)做得非常完備，這是復(fù)合機(jī)器人能夠大規(guī)模應(yīng)用的核心，復(fù)合機(jī)器人廠商要做的，并不是只將單機(jī)做出來，還需要能夠在實(shí)際的應(yīng)用場景里，將多臺機(jī)器人協(xié)同調(diào)度起來，實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)化。”
軟件算法能力外，要做好復(fù)合機(jī)器人的調(diào)度，許瑨認(rèn)為，還需要深入了解客戶的整廠物流規(guī)劃，“只有熟悉生產(chǎn)制造流程和物流流轉(zhuǎn)模式，才能對機(jī)器人做出合適的調(diào)度。”
基于對行業(yè)的理解以及技術(shù)的沉淀，優(yōu)艾智合自主研發(fā)了 YOUI Fleet 多機(jī)調(diào)度協(xié)作系統(tǒng)以及YOUI TMS 場內(nèi)機(jī)器人物流系統(tǒng)。
“YOUI Fleet 自發(fā)布以來一直在經(jīng)歷仿真測試。從一開始基礎(chǔ)的去場景仿真壓力測試調(diào)度算法，到現(xiàn)在的1:1項目仿真，一直在經(jīng)歷不斷升級的壓力測試挑戰(zhàn)。目前在算法邏輯層面已經(jīng)突破調(diào)度500臺機(jī)器人的壓力測試，實(shí)際項目仿真中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)200臺機(jī)器人的調(diào)度還原。”
邊旭透露，目前優(yōu)艾智合應(yīng)用數(shù)量最多的單個項目一共投入了150臺復(fù)合機(jī)器人，公司的規(guī)模化調(diào)度能力已經(jīng)在實(shí)際項目落地中得到了驗證。
提及優(yōu)艾智合接下來的技術(shù)方向，邊旭表示，“現(xiàn)階段還是會從軟件層面著手，將機(jī)械臂與移動機(jī)器人的視覺系統(tǒng)融合，生成MOS系統(tǒng)，另外優(yōu)化安全系統(tǒng)的任務(wù)邏輯，加速現(xiàn)場部署，最關(guān)鍵的是要為復(fù)合機(jī)器人的一致性做工具端與算法端的深入研究。”
從半導(dǎo)體到精密電子制造全場景
伴隨著復(fù)合移動機(jī)器人技術(shù)走向成熟，相應(yīng)的市場需求也迎來增長，這一趨勢在半導(dǎo)體領(lǐng)域尤為凸顯。
許瑨介紹，半導(dǎo)體行業(yè)之所以會迎來復(fù)合移動機(jī)器人的爆發(fā)，因為其本身就兼具了很多先決條件。首先，搬運(yùn)的對象是精密、昂貴、輕型的材料；其次，工作流程有大量重復(fù)搬運(yùn)及上下料的動作。另外，半導(dǎo)體工廠的制造生產(chǎn)流程普遍是自動化、信息化的。
“最重要的一點(diǎn)，目前半導(dǎo)體行業(yè)迫切地需要機(jī)器人來彌補(bǔ)勞動力缺口。”許瑨強(qiáng)調(diào)。
在人口紅利減弱、勞動力從第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的大背景下，行業(yè)持續(xù)面臨“用工荒”問題，招聘難、培養(yǎng)慢、離職率高成為行業(yè)的普遍痛點(diǎn)；工廠環(huán)境復(fù)雜，三班倒工作制，員工流動性高。“此外，半導(dǎo)體行業(yè)都是無塵車間，人員在里面工作需要全副武裝防護(hù)服，加之空間狹窄，久而久之容易催生不穩(wěn)定的情緒因素，然而在物料轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中需要非常精細(xì)，人的放置力度稍微出現(xiàn)差錯都會使物料震裂，良率下降，這些都是潛在隱患。”
在優(yōu)艾智合看來，半導(dǎo)體行業(yè)對物流自動化有著迫切需求。針對半導(dǎo)體行業(yè)不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用特點(diǎn)，優(yōu)艾智合開發(fā)了系列移動機(jī)器人產(chǎn)品，可為半導(dǎo)體上下游企業(yè)提供整體的物流解決方案，而這其中，復(fù)合機(jī)器人是非常重要的一環(huán)。
許瑨認(rèn)為，“復(fù)合機(jī)器人有手有腳有眼睛，就像人一樣，但它比人更穩(wěn)定。”
2019年中旬，針對芯片封測車間多物料轉(zhuǎn)運(yùn)問題，優(yōu)艾智合開始研發(fā)移動操作機(jī)器人，在移動底盤上搭載了承料貨架，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體封測前端FOL工藝環(huán)節(jié)彈夾、焊針、焊線等物料在工序間的自主轉(zhuǎn)運(yùn)。
針對半導(dǎo)體行業(yè)晶圓搬運(yùn)這一環(huán)節(jié)，優(yōu)艾智合自2019年中旬開始啟動晶圓搬運(yùn)機(jī)器人的研發(fā)工作，2021年3月，在全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體8寸晶圓廠，利用晶圓盒搬運(yùn)機(jī)器人執(zhí)行晶圓盒轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)，該機(jī)器人搭載了6自由度機(jī)械臂及智能夾爪，實(shí)現(xiàn)晶圓盒在電子料架、機(jī)臺、存儲倉之間的柔性運(yùn)輸及無人化自動上下料。
從2019年正式切入半導(dǎo)體領(lǐng)域至今，優(yōu)艾智合針對這一場景已經(jīng)相繼開發(fā)了多個系列機(jī)器人，已布局半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的多個環(huán)節(jié)，從上游的晶圓制造、芯片封測，以及各種光電器件、傳感器、分立器件的制造，再到下游的SMT、模組加工，以及最后的組裝環(huán)節(jié)。包括海內(nèi)外的多家國際知名半導(dǎo)體廠已成功引入了優(yōu)艾智合解決方案以提升自動化。
許瑨表示，國內(nèi)的復(fù)合移動機(jī)器人雖起步較晚，但中國作為全球最大消費(fèi)電子產(chǎn)品市場，隨著半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)張，制造企業(yè)擴(kuò)廠增產(chǎn)的需求進(jìn)一步增加，倒逼工廠通過物流自動化等手段實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，而復(fù)合移動機(jī)器人在此過程中發(fā)揮著重要價值，可以預(yù)見在市場應(yīng)用驅(qū)動下復(fù)合機(jī)器人的爆發(fā)式增長。
同時，在許瑨看來，半導(dǎo)體行業(yè)只是一個開始，在工業(yè)制造領(lǐng)域，復(fù)合機(jī)器人還有很大的機(jī)會。“目前移動搬運(yùn)類型的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能夠解決工廠大范圍、長距離、復(fù)雜批次的移載工作，但是邊界只能觸達(dá)產(chǎn)線的線邊倉，還是需要人力執(zhí)行“最后一米”的物料裝填，但現(xiàn)在復(fù)合機(jī)器人可以很好解決這個問題。”
許瑨預(yù)測：“未來會有50%以上的智能工廠用復(fù)合機(jī)器人來完成最后一米的物流搬運(yùn)。”
而對于優(yōu)艾智合而言，目前最重要的是要推動復(fù)合機(jī)器人規(guī)模化落地。
2021年，優(yōu)艾智合移動機(jī)器人出貨近千臺，其中復(fù)合機(jī)器人占比超過三分之一。2022年，優(yōu)艾智合會以半導(dǎo)體為核心，持續(xù)聚焦精密電子板塊，深入理解各個場景，串聯(lián)整個精密電子制造的上下游規(guī)模化服務(wù)，在未來更好地將復(fù)合型產(chǎn)品橫向復(fù)制到不同行業(yè)。
規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：助力行業(yè)發(fā)展
作為復(fù)合機(jī)器人賽道的領(lǐng)先者，優(yōu)艾智合在聚焦企業(yè)自身發(fā)展的同時，也在思考未來復(fù)合機(jī)器人行業(yè)整體的發(fā)展方向。
優(yōu)艾智合認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)化是一個行業(yè)發(fā)展壯大的前提之一。
2022年4月，由中國移動機(jī)器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，優(yōu)艾智合牽頭制定《工業(yè)應(yīng)用移動機(jī)器人 技術(shù)規(guī)范-復(fù)合機(jī)器人》將正式對外發(fā)布。
邊旭表示，制定標(biāo)準(zhǔn)的意義主要在于三個大方面。
第一，行業(yè)發(fā)展方面：在招標(biāo)與商業(yè)項目實(shí)行的過程中，有規(guī)范性的參考標(biāo)準(zhǔn)可以提供給合作企業(yè)，同時可以幫助初創(chuàng)型小企業(yè)快速地融入行業(yè)。
第二，技術(shù)突破方面：移動機(jī)器人與機(jī)械臂各自獨(dú)立的主控制系統(tǒng)已經(jīng)相對成熟，雙方的硬件及軟件需要更優(yōu)化整合，規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以推動雙方控制與調(diào)控系統(tǒng)朝一致性方向發(fā)展。
第三，響應(yīng)國家政策：機(jī)器人十四五規(guī)劃特別強(qiáng)調(diào)了“可在運(yùn)轉(zhuǎn)、打磨、裝配等工作區(qū)域內(nèi)任意位置移動、實(shí)現(xiàn)空間任意位置和姿態(tài)可達(dá)、具有靈活抓取和操作能力的移動操作機(jī)器人。”行業(yè)積極響應(yīng)國家政策，通過制定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)形成復(fù)合機(jī)器人領(lǐng)域影響力。
邊旭還提到，目前復(fù)合機(jī)器人的應(yīng)用開發(fā)生態(tài)是相對封閉的，未來，通過標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方式，可以降低開發(fā)門檻，進(jìn)而推動復(fù)合機(jī)器人在更多場景的規(guī)模化落地。
結(jié)語：復(fù)合機(jī)器人的出現(xiàn)給工業(yè)智能制造提供了新的破局之路，盡管當(dāng)前來看，還存在技術(shù)門檻高等問題等，但新技術(shù)的誕生與應(yīng)用并不是一蹴而就的，在市場應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展雙重驅(qū)動下，復(fù)合移動機(jī)器人將在更多的場景中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。
