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柔性智能:工業(yè)機器人演進分水嶺

http://casecurityhq.com 2022-01-20 10:39 來源:中國電子報

2021年,機器人賽道炙手可熱。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅11月,機器人領(lǐng)域相關(guān)融資已經(jīng)超17起,超億元的融資項目超過兩位數(shù)。在資本的瘋狂追逐下,2021年機器人行業(yè)迎來新一輪爆發(fā),大量一線投資機構(gòu)密集掃描機器人賽道,新項目也如雨后春筍般涌現(xiàn)。

放到更長的時間線來看,我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,年復合增長率約15%。2020年機器人產(chǎn)業(yè)的營業(yè)收入已經(jīng)突破千億元關(guān)口。其中工業(yè)機器人的產(chǎn)量已經(jīng)超過21萬臺,據(jù)工信部數(shù)據(jù),制造業(yè)機器人的密度已經(jīng)達到246臺/萬人,比全球平均水平高出1倍。在工業(yè)領(lǐng)域,機器代替人的進程開始從量變轉(zhuǎn)為質(zhì)變,在墨影科技創(chuàng)始人、CEO楊一鳴看來,未來機器人的大市場將在需要更高端、智能的深度應用場景中出現(xiàn)。

工業(yè)機器人演進處于分水嶺

“從2013年左右開始,我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,并且不斷有企業(yè)家、學者提出‘某年是機器人元年’的觀點。例如,很多人把2013年作為機器人發(fā)展元年,因為那年開始中國就是全球最大的工業(yè)機器人市場;還有人把2021年當作機器人元年,因為疫情把大家對機器人的認知又推上了一個新高度。”楊一鳴對《中國電子報》記者說,“當前,技術(shù)、產(chǎn)業(yè)都在發(fā)展,工業(yè)機械臂、協(xié)作機器人、AGV、AMR、送餐機器人、防爆機器人等,產(chǎn)品在增多,規(guī)模在擴大,相對應,機器人深入的領(lǐng)域也在增多,包括3C、半導體、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域。”

但與國外先進水平相比,中國的機器人產(chǎn)業(yè)仍存在著技術(shù)積累不足、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、高端供給缺乏等問題。最近發(fā)布的《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》就提出,到2025年,我國要成為全球機器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。一批機器人核心技術(shù)和高端產(chǎn)品取得突破,整機綜合指標達到國際先進水平,關(guān)鍵零部件性能和可靠性達到國際同類產(chǎn)品水平。

如果從遙控機械手、主從機械手的誕生開始算起,機器人發(fā)展至今已經(jīng)有70多年。分析機器人行業(yè)歷史演進與未來發(fā)展,專家們認為從機器人能力看,可分為從L0到L5共6個階段,L0至L2階段涵蓋了所有現(xiàn)存機器人的狀態(tài)。L3等級機器人將會成為機器人智能提升的一個分水嶺,為未來L4、L5等級機器人實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

楊一鳴說,我們以歷史為主線,以滿足的功能作為重要角度來推斷出新的趨勢。1940年代,為了應對特殊場景(如核輻射),遙控機械手、主從機械手相繼誕生,機器人智能水平極低,人們需要遙控操作。目前的醫(yī)療手術(shù)機器人、無人機等依然屬于這一類。

1954年左右,工業(yè)機器人概念提出,機器人智能等級相對有些提高,機器人能基于機械、簡單的電子信號,實現(xiàn)重復性的單一固定動作。這也是現(xiàn)在應用最為廣泛的機器人品類之一。

1966年前后,具備感知能力的移動機器人出現(xiàn),它可以利用傳感器測量環(huán)境信息,完成單一動作。近些年,移動機器人在工業(yè)、電商等領(lǐng)域大規(guī)模應用。市面上已落地L2級別機器場景中有場內(nèi)物流、無人化智能倉儲等。這類場景的特點是,當環(huán)境發(fā)生小幅變化時,機器人可以通過相應的傳感器信號或預制算法完成既定、單一的動作。

從2013年之后,L3級柔性智能機器人得到了發(fā)展。楊一鳴認為,2022年,會是移動協(xié)作機器人元年,L3級柔性智能機器人面世,同樣具備感知能力,可以利用各種傳感器測量環(huán)境信息,通過預設(shè)程序,進行識別、理解,并反饋預設(shè)動作。

與傳統(tǒng)的機器人相比,L3級機器人既是對已有機器人的演進——代替人類做簡單、重復的工作,又是向更強的智能升級,從服務(wù)于“人類不能做、不愿做”向服務(wù)于“人類不會做”轉(zhuǎn)變,如流水線、CNC(數(shù)據(jù)機床)上下料等都是使用場景。未來更高的L4~L5級別,機器人的重點會進一步趨向于服務(wù)“人類不會做”。機器人也將從單純的“機器”演進為“智能機器人”,更智能、更具有人的屬性。

機器人將更柔性更智能

按照這樣的演進方向,未來的機器人會是什么樣的?楊一鳴認為未來的機器人會更加柔性、更加智能。

以往大部分工業(yè)機器人的新應用都需要代碼,相同類型場景的部署結(jié)束后往往無法直接復用在其他同類產(chǎn)品中。L3智能等級機器人則可快速實現(xiàn)二次開發(fā),降低邊際成本。楊一鳴說,墨影科技通過創(chuàng)新設(shè)計,實現(xiàn)了小時級二次開發(fā)。用戶通過墨影伏羲示教器和拖拽式工程模塊,實現(xiàn)零代碼秒級部署。在不需要敲代碼的基礎(chǔ)上,只需要在示教器上通過模塊拖拽,完成復雜場景的部署與調(diào)整,工廠普通工人通過簡單培訓也可以實現(xiàn)操作,L3機器人的簡單部署從根本上解決了柔性制造對邊際成本的要求。

未來,機器人還有一個趨勢是超多機、超柔性。以數(shù)控機床(CNC)為例,在規(guī)?;疌NC場景中,廠房內(nèi)有近萬臺CNC設(shè)備,它們由數(shù)百乃至千人的普通工人操作。如果希望實現(xiàn)機器人代替普通工人,就必須實現(xiàn)超多機、超柔性協(xié)同,數(shù)百臺、千余臺機器人需要和人一樣,可以分工協(xié)作,實現(xiàn)不同工序與操作。

“就協(xié)作舉例而言,假設(shè)您希望機器人幫您實現(xiàn)穿衣,兩臺墨影移動協(xié)作機器人協(xié)同作業(yè),其中一臺機器人負責把大衣展開,另一臺機器人通過云端調(diào)度系統(tǒng),以自適應的方式把衣角從地面上提起來給您穿衣,協(xié)作能力堪比人類。”楊一鳴說,“以1臺機器人照看10臺設(shè)備計算,1萬臺機床的場景內(nèi),1000臺墨影機器人就像上千位普工一樣,在工廠內(nèi)實現(xiàn)協(xié)同工作。”

從制造業(yè)的需求看,因為生產(chǎn)的產(chǎn)品越來越復雜,未來機器人勢必需要和人一樣,可以實現(xiàn)自主移動與復雜操作,簡單說就是像人一樣,既可以移動,也可以操作。因此機器人本體在移動協(xié)作的要求下,關(guān)節(jié)數(shù)與自由度將有巨大增長,這也同時意味著機器人大腦數(shù)據(jù)通量和算法復雜度會面臨巨大的挑戰(zhàn)。

機器人的智能水平也會更高。以往的機器人,買來只能隨著使用年限折舊,而L3智能等級機器人,隨著OTA(空中下載)技術(shù)的使用,在面向未來的超復雜OS系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)之下,通過OTA技術(shù)可實現(xiàn)自身不斷進化與成長。用在CNC場景的移動協(xié)作機器人能夠借助OTA技術(shù),購買者可導入新場景模塊,實現(xiàn)其他場景應用,如冰淇淋制作、咖啡泡制等,一個機器人可以有“十八般武藝”,同時也使得機器人可以自我學習、自我成長。

柔性智能機器人有更好性價比

《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》“專欄3”明確了重點發(fā)展的高質(zhì)量工業(yè)機器人方向,包括面向汽車、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的高精度、高可靠性的焊接機器人,面向半導體行業(yè)的自動搬運、智能移動與存儲等真空(潔凈)機器人,具備防爆功能的民爆物品生產(chǎn)機器人,AGV、無人叉車,分揀、包裝等物流機器人,面向3C、汽車零部件等領(lǐng)域的大負載、輕型、柔性、雙臂、移動等協(xié)作機器人,可在轉(zhuǎn)運、打磨、裝配等工作區(qū)域內(nèi)任意位置移動、實現(xiàn)空間任意位置和姿態(tài)可達、具有靈活抓取和操作能力的移動操作機器人。

楊一鳴告訴《中國電子報》記者,作為L3智能等級機器人“移動協(xié)作機器人”的創(chuàng)始企業(yè),墨影科技聚焦3C/汽車電子的CNC代加工上下料環(huán)節(jié)。之所以聚焦這個市場,一方面是市場需求大。公開數(shù)據(jù)顯示,目前CNC行業(yè)操作工人的缺口高達60多萬人,以平均月薪7000元計算,一個普工的年用工綜合成本在15萬元左右,雖然成本不低,但是年輕人并不愿意從事這類工作,崗位流動性很大。另一方面,這個場景需要創(chuàng)新,需要高端、智能的設(shè)備。

粗略估計,2020年國產(chǎn)數(shù)控機床銷售數(shù)量在5萬臺以上,加上海外品牌,總量接近10萬臺。按墨影移動協(xié)作機器人1臺對接10臺的比例來看,機器人年需求量就高達萬臺以上。但這個市場上智能、高端的機器人生產(chǎn)企業(yè)不超過兩位數(shù)。

楊一鳴說,未來一定是拼軟件的時代。目前墨影研發(fā)出一套模塊化、可拓展智能機器人操作系統(tǒng),這個系統(tǒng)可以最大程度提升機器人的智能化水平,機器人的操作從以往的通過編程步驟輸入操作指令,變成僅下達任務(wù),由機器人一次性完成其中所有步驟,更靈活高效。該系統(tǒng)最初應用在移動協(xié)作機器人上,最終構(gòu)想是在各行業(yè)各類型的機器人上均可應用。

“就像手機和安卓、iOS操作系統(tǒng)的關(guān)系一樣,這個操作系統(tǒng)可以用在各大廠商生產(chǎn)的機器人中。”楊一鳴說,“這套系統(tǒng)目前是用在墨影自己的產(chǎn)品上,但是到了未來某一個節(jié)點,可能會對外開放。”

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