协作机器人应用发展趋势
思瀚产业研究院    2024-12-24

(一) 协作机器人应用定义

协作机器人应用是指将协作机器人技术应用于各个领域的实际操作中，以实现人机协作、提高生产效率、提升工作质量和安全性等目标。协作机器人具有安全性高、灵活性强、易于操作和编程等特点，能够与人类工作人员在同一工作空间内协同工作，完成各种任务，如物料搬运、装配、焊接、检测、包装等。

在协作机器人应用中，机器人可以根据预设的程序和指令，自动执行重复性、高精度的工作，而人类工作人员则可以专注于更具创造性、复杂性和需要人类判断力的工作，从而实现人机优势互补，提高整体工作效率和质量。

在工业领域，随着协作机器人技术的不断迭代以及解决方案的不断开发，我们认为可以把应用分为三个阶段：基础应用如搬运、码垛、上下料；进阶应用如组装、测试、熨烫、锁螺丝；高难度应用如曲面涂胶、打磨、焊接、喷涂、柔性线束插拔等等。

目前，协作机器人应用主要集中于基础和进阶应用，未来将逐渐向高难度、高附加值应用场景加速渗透。协作机器人应用不仅局限于工业制造领域，还可以扩展到医疗、新零售、餐饮、农业等多个行业，为这些行业带来创新和变革。

例如，在医疗领域，协作机器人可以协助医生进行手术、康复治疗等；在新零售领域，协作机器人可以进行咖啡及奶茶制作等工作。随着技术的不断发展和创新，协作机器人应用的范围和领域还将不断扩大和深化。

(二) 协作机器人应用发展趋势

1. 工业

协作机器人以其安全性、灵活性和易用性在工业领域中越来越受到重视，它们能够填补传统工业机器人无法覆盖的空白区域，成为工业生产自动化过程中的重要补充。这些机器人能够在定制化产线、人机混合产线等场景中发挥显著优势，特别是在汽车制造、3C 电子、金属加工、食品饮料等多个行业中，如下：

①高柔性要求的个性化产线：柔性生产的核心是利用协作机器人的易部署、灵活、兼容性强、搭配移动性、易操作性、易换线等特点，实现产线生产切换灵活、柔性。未来多品种少批量、个性化定制化生产成为中国制造业的发展趋势，协作机器人方案则具有较低的系统成本、快速部署的能力、简单易用的操作方法等优点，成为未来机器人产业大力发展方向。如在 3C 等产业中，产品更新换代速度快，需要频繁切换产线，利用协作机器人可以柔性高效地对产线进行改造。

②需要人工参与的产线：一些产线、工位由于生产特殊性需有人工参与或配合进行辅助、协同作业、调试巡检等操作，同时空间相对狭窄，操作人员在设备间穿行时存在安全隐患。为保证人员安全，使用协作机器人可以与人无护栏协同工作，提高生产效率及安全性。

③空间有限的局部改造项目：一些制造企业由于厂房老旧、新旧设备交杂、原始产线规划不合理等问题而导致部署空间紧张，进行整体化改造难度大，可采用轻量化、高度集成、易部署、适应性强的协作机器人进行局部改造。

④中小型用户项目：协作机器人潜在的中小制造企业用户基数庞大，而中小型企业往往产品生产体量小、对制造成本敏感，往往会对部署周期长、价格高的传统工业机器人望而却步。协作机器人可部署安装，初期投入成本低、投资回报周期短，可满足中小型企业的诉求。此外，一些中小型企业缺乏相应的机器人技术人才，而协作机器人具备较强的易操作性，不需要太多的人才培训和完善的技术服务就能快速落地。

⑤示范性/标杆性项目：客户希望采用前沿性及创新型技术，引入协作概念，抓住热点打造示范性产线，协作机器人可以为有此类需求的企业赋能。

2. 非工业

协作机器人的技术特点使其在可拓展性方面表现出色，使其具备了覆盖众多非工业场景需求的可能性。协作机器人在非工业领域的应用将主要聚焦于 4D 应用场景，用于取代或协助人工完成 Dull（枯燥的）、Dangerous（危险的）、Duplicate（重复的）、Dirty（肮脏的）的工作，将人工解放出来。当前协作机器人在非工业领域的应用趋势主要可以从服务行业、高危作业环境、特种行业及家庭应用场景四个方面进行说明，如下：

①服务行业：新零售、餐饮、康复护理等属于重复性高、劳动强度高、人工密集型应用场景，人员流动率高，培训周期长。未来协作机器人替换空间较大。

②高危作业环境：石油、化工、煤矿等属于高危作业环境，在运输和贮存的各个过程中，都可能会发生爆炸和火灾等严重事故。目前在日常运维中用机器人替代人工已成为发展趋势。为满足高防护标准的工作环境需求，拥有高安全性防爆技术的协作机器人已应运而生。

③特种行业：医疗手术、电力等特种行业已逐渐应用协作机器人以降低人为干扰因素，保证作业过程中的安全性、稳定性，提升效率。如协作搭载 AGV模式的复合机器人已经成熟应用于高压电线搭接、电力巡检等场景中。

④家庭应用场景：协作机器人的出现提供了一个让机器人走入普通人生活的可能性，如老龄化带来的保健及康复需求、护理及养老需求等。伴随着未来协作机器人轻型化、智能化、成本降低等发展趋势，生活中还有更多可以用到协作机器人的环节有待发掘。

(三) 协作机器人生态圈助力应用丰富化发展

协作机器人周边配套应用的概念更加广泛，将机器人、末端执行工具、视觉、AGV、应用程序等结合在一起考虑，强调协作的理念本身，其发展前景将更为广阔，生态圈的概念便孕育而出。

• AGV

对于传统的工业机械臂来说，由于机身位置固定、运动半径受臂展大小的限制导致作业范围被限定，很多公司开始尝试开发协作机器人搭载 AGV 小车的复合机器人方案。

“手+脚”的方案扩展了机械臂的工作范围，提高了执行任务的灵活性，使得协作机器人不再局限于某一个单元、区域及工种，而是提升为生产线团队中的“自由机器人”，不仅可以在各工序间作搬运和调度，而且能够根据生产扩展需要，将机器人调配到任意一个工位中共同参与生产，或者在特定安全区域与操作人员进行协同工作，满足了车间自动化设备柔性化生产的需求。以机床上下料为例，工厂可采用复合机器人“一看多”的方式对多台机床进行上下料。

通常厂房机床之间的部署较为密集、供人工操作及相关自动化设备部署的空间有限。传统的设备看护及上下料，需要工人在数控机床、注塑机或其他类似设备前长时间站立，以确保可以时刻注意机器的运行需求，比如更换刀具或补充原料。

这一过程耗时漫长且乏味,工人往往需要在恶劣环境下进行危险作业。这种情况下，复合机器人有利于提高原材料及配件的传送、工件的装卸以及机器的装配等的自动化程度，不仅能解放人工并能实现一台协作机器人维护多台机器，提高生产率的同时并降低成本；也能改善劳动条件、避免人身事故的发生。

目前，复合机器人除了用于自动化工厂，在仓储分拣、医疗配送、机房数据管理、电力巡检及带电作业、无人零售超市、农业采摘等场景也多有应用。

• 视觉

视觉技术相当于协作机器人的“眼睛”，“协作机器人+视觉”使得机器人智能化变成现实。同时将视觉技术应用于协作机器人安全方案中可以极大得提高人机协同作业过程中的安全性。

目前主流的机器视觉方式分为 2D 视觉和 3D 视觉两大类。2D 技术起步较早，技术和应用也相对成熟。相较于 2D 视觉，3D 视觉更接近人眼，其核心在于对 3D 几何数据的采集和利用，在传统的图像颜色信息之外增加了额外的空间维度，可获取物体的深度信息，实现多维度定位识别。

2D 及 3D 视觉具备各自的优势和局限性。虽然 3D 视觉正在多个领域中实现应用落地，但整体而言仍处于早期，落地场景都还比较分散。未来，2D 视觉和 3D视觉将在工厂应用中融合应用，比如机器人末端配置 2D 相机，用来检测产品表面瑕疵、识别二维码等。

3D 视觉则安装在上方，对产品进行定位从而确认机器人的走位，引导机器人的动作，协助机器人进行柔性分拣操作。未来将有越来越多的协作机器人搭载视觉系统以满足工厂柔性化、智能化的生产需求。

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