工廠里的機械臂,成了極客們的「逗貓神器」

摘要

過去一年,消費級機械臂市場快速增長,「輕量級」、「小型化」、「協作」已成為行業新的關鍵詞。

作者 | 魚三隹
編輯 | 鄭玄

貓咪,機械臂,兩個看起來八竿子打不著的事物,卻因為用戶的突發奇想,碰撞出了有趣的火花。

日本的富士新聞網曾報道過這樣一條新聞:早出晚歸的主人為了讓貓咪獨自在家時不無聊,將逗貓棒安裝在一個小型機械臂的末端,通過操作機械臂,定時定點逗貓。視頻中,每當機械臂來回揮動逗貓棒,貓咪就會跟著玩耍。

機械臂成「逗貓」神器

這著實有些顛覆人們對于機械臂的固有認知。

在過去的印象里,機械臂都是些工廠里的大家伙,就算體格不大,材質樣貌也一定是鋼鐵構成、堅硬無比。

隨著機械臂技術的成熟,加之人工智能的發展,「輕量級」、「小型化」、「協作機械臂」已然成為機械臂行業新的關鍵詞。除了逗貓,協作機械臂還能幫助人們泡茶、制作咖啡、采摘水果……機械臂正在從工廠走入極客群體、甚至是普通消費者的生活中,其使用場景正在無限拓展。

01 走出工廠,走向協作

根據構造、應用場景、負載精度等不同需求,機械臂可以細分為數個賽道,「協作機械臂」是近年來發展勢頭正猛的細分賽道之一。

在人們傳統印象中,機械臂大多應用在工廠、流水線上,每一步操作都有詳細、規范的流程,完成任務靠得是工程師提前編輯好的指令,不僅體型巨大,用起來不夠靈活,而且成本極高,普通人無法企及。

「有沒有一種可能性是讓更多的人都能使用機械臂,而不僅僅是在工廠里機器做著固定的任務,絲毫沒有和人們的互動?」懷揣著「讓機械臂更有生命力」的想法,宋君毅于 2016 年創辦了大象機器人,專攻協作機械臂,文章開頭逗貓案例中使用的機械臂,就是該公司研發的協作機器人 myCobot。

宋君毅

在中國,協作機械臂領域的創業公司大多起步于 2015 年前后,例如聚焦生產協作機械臂的越疆科技、遨博智能、慧靈科技均成立于 2015 年,大象機器人成立于 2016 年。

據 GGII 統計,2015 年—2020 年,國內協作機器人市場共計融資 47 例,僅 2021 年上半年,行業內就有 10 筆融資,總規模超過 30 億元。

與傳統機械臂相比,協作機械臂最大的區別在于「人機協作」,它一改往日傳統機械臂僵化固定的工作模式,不但能與人在同一個環境里共同工作,還在一定程度上實現了人機互動。

協作機械臂的概念最早誕生在歐洲。

2003 年,Esben Ostergaard 在南丹麥大學進行一個有關尋找液壓執行結構替代方案的課題研究,但他和合作伙伴找遍了市面上所有已存的機器人,也無法找到能夠滿足靈活、易用且使用時無需防護的產品。

既然找不到合適的,Esben Ostergaard 萌生了自己創辦機器人公司的念頭。

2005 年,他和另外兩個合伙人一起創辦了 Universal Robots(優傲機器人),并在 2008 年終于研發出第一臺協作機械臂 UR5,成為協作機械臂的先驅。

同一年,另一家協作機械臂的先驅公司 Rethink Robotics 成立,2011 年 Retink 也推出了自己的協作機械臂 Baxter。

自此,協作機械臂的概念開始慢慢為機器人行業所接受,國外一大批新創立的協作機械臂公司涌現,就連傳統的四大巨頭(ABB、發那科、庫卡、安川),也逐漸開始布局協作機械臂業務。

相比之下,國產的機械臂雖然起步要晚,但是據 GGII 的數據表明,目前國內的協作機器人市場,接近 70% 的份額由本土廠商占據。

當被問及為何國內機器人公司紛紛瞄準協作型機械臂時,宋君毅向極客公園介紹道:「從行業飽和度來說,因為重工業級別的機械臂市場幾乎由四大巨頭壟斷;從市場機會和客戶需求的角度出發,想進行創新最好選擇其他細分市場。協作機械臂符合人機互動的趨勢,而且易入門、成本合適,市場前景也寬闊?!?/p>

02 協作機器人爆發的背后

國內輕量級協作機械臂市場爆發的背后有三大因素:國產機器人市場的增長,技術環境的發展以及應用需求的增長。

用大象機器人 CEO 宋君毅的話來說,這是集合了「天時、地利、人和」的結果。

2016 年,中國機器人密度是 71,而到了 2021 年,中國機器人密度已經達到了 246,這意味著每一萬個制造業人口擁有 246 臺機器人,在最近的 5 年里,中國是全球機器人密度增長的主要驅動市場。

據據智研咨詢發布的數據顯示,中國機械臂品牌市場規模從 2014 年的 6.51 億元增長至 2018 年的 22.83 億元;國外品牌市場規模從 2014 年的 72.45 億元增長至 2018 年的 126.36 億元。四年里,國產品牌的市場規模翻了三倍多,而國外品牌的市場增速還不到一倍。

「小型的機械臂在行業中其實很早就有,但是最近幾年小型協作機械臂市場之所以集中爆發,主要還是得益于技術的發展?!?/strong>施格自動化總經理張立向極客公園表達了他的看法。

對于協作機械臂而言,要想實現安全地與人類相互配合,有三方面的技術能力十分重要。

其一是力感知能力,通過對外力的感知來判斷人的行動,以此減緩或者停止運動;其二是視覺感知能力,通過視覺雷達判斷人與機器的距離是否安全,機械臂是否需要減速運轉;其三則是計算能力,由算法和軟件根據力感知和視覺感知作出反饋、下達指令。

協作機械臂的「顏色識別」功能

力感知能力自上個世紀九十年代發展至今,是相對最早成熟的技術基礎,而高分辨率的 3D 視覺、自主路徑規劃、AI 識別近幾年的技術突破則為協作機械臂的研發提供了更為有力的技術支撐。

技術的發展使得機械臂的應用場景隨之拓展,需求的激增成為輕量化協作機械臂過去幾年快速發展的原因之一。

其中比較有代表性的是新零售市場的發展。中國互聯網信息中心數據顯示,從 2013 年起,我國連續七年成為全球最大的網絡零售市場。2020 新冠肺炎疫情爆發后,市場對于網絡零售的依賴更是進一步加強。而網絡新零售的形式,使過去生產制造業的「剛性自動化」遇到了挑戰。

傳統制造業的流水線依靠大量的機器設備完成生產,一旦市場需求、產品種類有變,硬件的更換成本非常高,并且嚴重缺乏靈活性。在新零售的發展以及疫情后市場需求不確定的情況下,無論是棉紗、鋼鐵、五金等工業品,還是服裝等輕工業消費品,在訂單上都呈現出來了小批量、多品類的變化趨勢。通過小批量的訂單來試產試銷,在測試出市場的真實需求后,再進行大批量的生產。

在制造業的這一變化下,能夠在小批量生產和大批量生產之間任意切換的「柔性化生產」需求增多,協作型機械臂的人機協作能力以及相對靈活的使用方式,使得它將比傳統的機械臂更能適應新的生產需求。

除此之外,宋君毅認為,人才也是推動國內機械臂行業快速發展的重要因素:「現在在做機械臂的人,包括我自己,很多有國外留學、工作的經驗。選擇回國創業的,大家基本上都是有能力、有愿景的,在共同的努力下肯定能研發出更好的產品?!?/p>

03 未來邊界

目前國內各家協作機械臂廠家面臨著產品同質化嚴重、競爭愈發激烈的痛點,隨著市場的發展,新一輪的調整已經到來。針對細分市場和應用場景的精細化開發,已經擺上機械臂品牌的日程。

施格自動化總經理張立認為:「即便是好的產品也不一定是適合市場的,如果說未來對機械臂提出了什么新要求的話,那就是要求機器人的技術發展一定要貼合場景的應用需求?!?/p>

「未來行業將逐步回歸本質及產生各自細分領域的龍頭企業,各產品線的市場將更細化?!顾尉阋渤诸愃频挠^點,「今后只有將機器人技術與細分行業進行深度結合,才能創造出實際價值。目前我們已經在輕工業、商業、教育等具體行業內展開研發與適配?!?/p>

在工業應用中的碼垛、搬運、分揀、焊接、噴涂等場景中,傳統機械臂由于復雜的編碼方式,往往需要專業的工程師花費數天甚至幾個月的時間才能調試完畢。

「如果分別采購了不同品牌的機械臂,調試過程將更為復雜,不但要先對各品牌的設備進行調試,還要針對項目整體的聯動進行調試,費時費力還未必能達到用戶的心理預期?!箯埩⒏嬖V極客公園。

這其中花費的時間和人力對于大部分中小企業而言,成本過于高昂。

針對這一痛點,有像施格自動化這樣的公司,研發出了「糖果系統」,通過平臺級的系統,不但解決了不同品牌設備之間的鏈接、信息傳輸問題,在此基礎上工程師還可以針對用戶具體的需求進行二次開發,使系統、單一設備更貼合行業的使用需求。

大象機器人也在發力?!肝覀兺ㄟ^搭建自主的應用平臺 myStudio,整合 myCobot 系列機械臂的軟件資源和各類開發程序,方便用戶進行系統更新維護升級,同時有充足的案例和開源代碼分享,試圖為用戶打造一站式機器臂應用生態平臺?!?/p>

而面向最近幾年快速增長的消費級市場,面對著可能根本就不懂代碼的普通消費者,協作機械臂的易用性更為關鍵,也更難實現。

「如何解決易用性的問題,這個是傳統的機械臂很少去考慮的問題」宋君毅介紹道,「為此我們也花費了很多精力去改進?!?/p>

以大象機器人的六軸桌面協作機械臂為例,在其底端有一塊四四方方的屏幕,屏幕下方有幾個簡單的按鈕可以實現錄制、保存和播放。用戶使用唯一要做的就是點擊錄制按鈕,然后按照自己的需要拖動機械臂,讓它作任何你想讓它做的運動,之后點擊保存、播放,這時機械臂運動的軌跡就會完整復現。

再結合上協作機械臂末端采用的全球開放專利樂高孔設計,可以搭載各種執行器,實現手機的創意拍攝、物品拾取、碼垛、分揀識別等功能。

開篇的「逗貓神器」也是這樣簡單實現的,只需在末端綁上逗貓棒,其他的均可一鍵完成,幾乎沒有技術障礙。

而樂高孔設計的底座也可適配各式移動底盤,搭載復合機器人,比如和移動執行器、小車、甚至是機器狗結合,從而實現協作機械臂的靈活移動。

為了讓更多普通的用戶也能上手操作機械臂,大象機器人制作了大量的視頻教程。同時也為相對高階的消費群體,保留了二次開發的可能。

通過研發一系列適配不同應用場景的套件套裝以及多樣化兼容拓展的接口,用戶將可以對協作機械臂進行不同程度的改造,賦予機械臂更多的想象力。

「比如曾經有用戶在協作機械臂的末端固定了一個激光的投影儀,再結合了三位點云生成,以及手勢控制等技術進行二次開發,實現用手勢控制機械臂的運動,并最終在墻上呈現出一個三維追蹤影像?!勾笙髾C器人的員工介紹道。

「我很怕用戶有了一個新奇的想法,但是卻發現我們的機械臂無法幫他實現?!乖谒尉憧磥?,協作機械臂應該更好地幫助每個人實現他們對生活的奇思妙想。

以目前的產品形態,對于完全沒有自主開發能力的消費者而言,也夠依靠「拖動示教」實現創意應用場景拖動示教,要想實現泡咖啡、疊衣服等復雜的操作加上一些代碼就不是難事。在某種意義上來說,假如連普通消費者都能熟練掌握機械臂并能用它便利日常生活,這就真正實現了機械臂的普及。

幫助普通消費者更便捷地達成使用需求,和為極客們提供機械臂開發的基礎平臺,二者或許很難兼容,也很難實現,但也恰恰是協作機械臂未來發展的重要方向。當年的互聯網、智能手機等產品從陌生到普及再到成為人們生活中一部分的過程,未必不會在協作機械臂領域重現。



*頭圖來源:視覺中國

本文為極客公園原創文章,轉載請聯系極客君微信 geekparker

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