根據(jù)中國移動機器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，新戰(zhàn)略移動機器人產(chǎn)業(yè)研究所統(tǒng)計， 2021年度中國市場新增復(fù)合移動機器人980臺，同比增長75%，市場銷售額達到4.1億元，同比增長 57.7%。
圖表：2018-2021中國市場復(fù)合移動機器人銷售規(guī)模與數(shù)量
從2015年國內(nèi)第一款復(fù)合機器人面世開始，經(jīng)過近幾年發(fā)展，復(fù)合機器人在某些領(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)合機器人，如何接好“最后一棒”？
從實驗室走向落地
盡管復(fù)合機器人落地應(yīng)用時間并不長，但相關(guān)技術(shù)研究其實從很早就開始了。
早在1984年，德國MORO開發(fā)了這種復(fù)合機器人系統(tǒng)，由于受當時人工智能技術(shù)的局限，這種機器人只是做一些簡單的搬運。
1994 年 Yamamoto and Yun 用操作度準則確定機械臂的理想構(gòu)形，但沒有將移動機械臂作為一個整體來考慮，1999年，他們研究了移動機械臂的平臺與機械臂間的協(xié)調(diào)問題，但是對移動機械手移動性和操作性之間的關(guān)系沒有揭示。
在2006年之后，隨著計算機視覺、激光傳感器和機器學習應(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)合機器人。比較典型的是庫卡發(fā)布Youbot復(fù)合機器人-移動機械臂機器人。之后復(fù)合機器人集成了很多的技術(shù)變得更加聰明，如美國的PR2機器人。
國內(nèi)首臺商業(yè)化復(fù)合機器人產(chǎn)品在2015年推出，但一些高校及研究機構(gòu)對復(fù)合機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器人企業(yè)優(yōu)艾智合，其核心創(chuàng)始團隊早在在校期間就開始探索復(fù)合機器人技術(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)出了以自主導航移動平臺、多關(guān)節(jié)機械臂、輪胎探傷檢測傳感器為三大核心模塊的商用車輛巡檢機器人，該巡檢機器人分為三層，最底層是移動底盤，中間是機械臂，最上面一層是檢測機構(gòu)，可通過機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)合機器人商業(yè)化落地的開端。
這一時期，國內(nèi)對復(fù)合機器人的關(guān)注也開始逐漸增多，很多移動機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，包括系列標準底盤以及在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同場景需求打造的不同類型的移動機器人。
當前，優(yōu)艾智合業(yè)務(wù)主要分為兩大板塊：工業(yè)物流&巡檢運維。
在工業(yè)物流領(lǐng)域，優(yōu)艾智合致力于為以半導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)艾智合認為，復(fù)合機器人在移動底盤移動性能的基礎(chǔ)上，附加了機械臂行業(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，“機械臂通過簡單的更換夾爪就可以實現(xiàn)復(fù)雜操作，它能夠?qū)拥膶ο蟛粌H是非常標準化的機臺設(shè)備、輥筒設(shè)備或者是一個標準料車，還有非常精細化的料盒，這是一般的移動搬運設(shè)備所不具備的。”
單機協(xié)同&多機調(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邊旭認為，復(fù)合機器人從實驗室走向落地的關(guān)鍵在兩方面，一是自然導航技術(shù)（以激光SLAM路線為主）的成熟，二是協(xié)作型機械臂的發(fā)展。
“基于自然導航技術(shù)，柔性大規(guī)模調(diào)度可以實現(xiàn)，而協(xié)作機械臂的誕生，使得人機協(xié)作的安全性可以保證，這兩大技術(shù)的成熟是當前復(fù)合機器人得以落地應(yīng)用的關(guān)鍵。”
近幾年，在不同行業(yè)中，復(fù)合機器人的落地正在逐漸加快。但邊旭提到：“其實從15年首臺商業(yè)化產(chǎn)品落地到現(xiàn)在，復(fù)合機器人整體技術(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)合機器人本體主要由三大部分組成：移動底盤、機械臂、末端執(zhí)行器。復(fù)合機器人廠商做的，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)合機器人的控制問題。
當前，復(fù)合機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)合機器人是由AMR和機械臂配合完成，需要機內(nèi)調(diào)度系統(tǒng)打通兩者的協(xié)議層，同時將機械臂的示教系統(tǒng)和AMR部署系統(tǒng)進行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和機械臂要實現(xiàn)解耦，以實現(xiàn)更高效的開發(fā)和更快速的部署。此控制方式將復(fù)合機器人作為一個多自由體進行控制，由同一個控制器控制底盤驅(qū)動電機和關(guān)節(jié)電機，構(gòu)建統(tǒng)一的運動學和動力學模型進行解算，此方式可以實現(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械臂兩個設(shè)備，底盤與機械臂的任務(wù)和狀態(tài)相對獨立，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)合機器人的協(xié)同性，優(yōu)艾智合自主研發(fā)了復(fù)合機器人操作系統(tǒng)，基于一款控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)以上兩種控制方式，并可以兼容目前主流的協(xié)作型機器人和工業(yè)機器人。
單機協(xié)同之外，多機協(xié)同也是復(fù)合機器人深入場景及規(guī)模化應(yīng)用的先決條件之一。
假如把工廠看作一個有機生命體，規(guī)模化落地的復(fù)合機器人就是生命體里攜帶氧氣的紅細胞，要怎樣調(diào)度才能使細胞群體擁有一致性，達到最優(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，往往都不是一臺機器人在工作，而是一群，集群化管理可以大大增加效能，達到1+1大于2的效果，這需要機器人廠商將上層調(diào)度系統(tǒng)做得非常完備，這是復(fù)合機器人能夠大規(guī)模應(yīng)用的核心，復(fù)合機器人廠商要做的，并不是只將單機做出來，還需要能夠在實際的應(yīng)用場景里，將多臺機器人協(xié)同調(diào)度起來，實現(xiàn)效率最優(yōu)化。”
軟件算法能力外，要做好復(fù)合機器人的調(diào)度，許瑨認為，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 多機調(diào)度協(xié)作系統(tǒng)以及YOUI TMS 場內(nèi)機器人物流系統(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臺機器人的壓力測試，實際項目仿真中已經(jīng)實現(xiàn)200臺機器人的調(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)合機器人，公司的規(guī)模化調(diào)度能力已經(jīng)在實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，將機械臂與移動機器人的視覺系統(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)合機器人的一致性做工具端與算法端的深入研究。”
從半導體到精密電子制造全場景
伴隨著復(fù)合移動機器人技術(shù)走向成熟，相應(yīng)的市場需求也迎來增長，這一趨勢在半導體領(lǐng)域尤為凸顯。
許瑨介紹，半導體行業(yè)之所以會迎來復(fù)合移動機器人的爆發(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)搬運及上下料的動作。另外，半導體工廠的制造生產(chǎn)流程普遍是自動化、信息化的。
“最重要的一點，目前半導體行業(yè)迫切地需要機器人來彌補勞動力缺口。”許瑨強調(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；工廠環(huán)境復(fù)雜，三班倒工作制，員工流動性高。“此外，半導體行業(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)運的過程中需要非常精細，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，半導體行業(yè)對物流自動化有著迫切需求。針對半導體行業(yè)不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用特點，優(yōu)艾智合開發(fā)了系列移動機器人產(chǎn)品，可為半導體上下游企業(yè)提供整體的物流解決方案，而這其中，復(fù)合機器人是非常重要的一環(huán)。
許瑨認為，“復(fù)合機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)運問題，優(yōu)艾智合開始研發(fā)移動操作機器人，在移動底盤上搭載了承料貨架，實現(xiàn)了半導體封測前端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。
針對半導體行業(yè)晶圓搬運這一環(huán)節(jié)，優(yōu)艾智合自2019年中旬開始啟動晶圓搬運機器人的研發(fā)工作，2021年3月，在全球領(lǐng)先的半導體8寸晶圓廠，利用晶圓盒搬運機器人執(zhí)行晶圓盒轉(zhuǎn)運任務(wù)，該機器人搭載了6自由度機械臂及智能夾爪，實現(xiàn)晶圓盒在電子料架、機臺、存儲倉之間的柔性運輸及無人化自動上下料。
從2019年正式切入半導體領(lǐng)域至今，優(yōu)艾智合針對這一場景已經(jīng)相繼開發(fā)了多個系列機器人，已布局半導體產(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)合移動機器人雖起步較晚，但中國作為全球最大消費電子產(chǎn)品市場，隨著半導體相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴張，制造企業(yè)擴廠增產(chǎn)的需求進一步增加，倒逼工廠通過物流自動化等手段實現(xiàn)降本增效的目標，而復(fù)合移動機器人在此過程中發(fā)揮著重要價值，可以預(yù)見在市場應(yīng)用驅(qū)動下復(fù)合機器人的爆發(fā)式增長。
同時，在許瑨看來，半導體行業(yè)只是一個開始，在工業(yè)制造領(lǐng)域，復(fù)合機器人還有很大的機會。“目前移動搬運類型的技術(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)合機器人來完成最后一米的物流搬運。”
而對于優(yōu)艾智合而言，目前最重要的是要推動復(fù)合機器人規(guī)模化落地。
2021年，優(yōu)艾智合移動機器人出貨近千臺，其中復(fù)合機器人占比超過三分之一。2022年，優(yōu)艾智合會以半導體為核心，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)范標準：助力行業(yè)發(fā)展
作為復(fù)合機器人賽道的領(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)合機器人行業(yè)整體的發(fā)展方向。
優(yōu)艾智合認為，標準化是一個行業(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)用移動機器人 技術(shù)規(guī)范-復(fù)合機器人》將正式對外發(fā)布。
邊旭表示，制定標準的意義主要在于三個大方面。
第一，行業(yè)發(fā)展方面：在招標與商業(yè)項目實行的過程中，有規(guī)范性的參考標準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：移動機器人與機械臂各自獨立的主控制系統(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)標準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：機器人十四五規(guī)劃特別強調(diào)了“可在運轉(zhuǎn)、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。”行業(yè)積極響應(yīng)國家政策，通過制定規(guī)范標準形成復(fù)合機器人領(lǐng)域影響力。
邊旭還提到，目前復(fù)合機器人的應(yīng)用開發(fā)生態(tài)是相對封閉的，未來，通過標準化、模塊化的方式，可以降低開發(fā)門檻，進而推動復(fù)合機器人在更多場景的規(guī)模化落地。
結(jié)語：復(fù)合機器人的出現(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)合移動機器人將在更多的場景中實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。
