【專題特供】復合機器人研究和應用現狀及發展挑戰

廣告 | 點擊查看

為更大程度挖掘和發揮智能機器人裝備的能力，國內外眾多專家、機構和企業都在研究和開發復合機器人。北京航空航天大學機械學院副教授、博士生導師，機械工業服務機器人重點實驗室主任陶永結合長期的研究開發經驗和行業觀察，為我們介紹了復合機器人的研究進展、應用前景和發展趨勢等業界關心的內容。

喜崇彬

當前，關于復合機器人技術和應用的研究方興未艾。一方面，復合機器人的市場應用具有非常大的發展潛力；另一方面，關于復合機器人的技術研究和功能拓展也面臨諸多挑戰。為此，我們專門采訪了北京航空航天大學機械學院副教授、博士生導師，機械工業服務機器人重點實驗室主任陶永。作為長期深入研究機器人及其智能技術的專家，他不僅為我們介紹了目前復合機器人研究的進展情況，還對復合機器人的市場應用前景和技術發展趨勢提供了深刻見解。

陶永

北京航空航天大學機械學院副教授、博士生導師，機械工業服務機器人重點實驗室主任

復合機器人研究方興未艾

記者：請問學術界是如何定義復合機器人的？關于復合機器人的研究是如何發展起來的？現在已進展到怎樣的階段？

陶永：我們認為，復合機器人是指由移動平臺、機械臂、視覺模組、末端執行器等組成，利用多種機器人學相關原理，融合環境感知、定位與導航、移動操作、人工智能、機械電子、智能傳感器等技術，集成移動機器人與機械臂功能的新型機器人。因此，復合機器人同時具備兩種機器人的能力：第一，復合機器人具備協作機器人利用機械臂完成各種動作的能力；第二，復合機器人也如移動機器人那樣具備移動、導航和定位的能力。

機器人是代表人類先進工業制造水平和智能技術發展的先進裝備。協作機器人和移動機器人在工業制造或物流作業中都已有較長時間的應用。不過，傳統協作機器人的作業位置是固定的，作業功能通常也是固定的；傳統移動機器人通常只有物料搬運的功能。這導致它們都很難根據自動化生產線或物流倉庫的作業變化做出靈活調整和部署，也無法適應智能化、數字化、柔性化的生產方式。

然而，如今的制造業或物流服務業往往都面臨多變的需求。例如，在3C產業的手機制造業中，產線多品規生產、產品頻繁的升級換代都是常態；在電商行業中，物流倉庫要面臨不斷變化的銷售商品品規及不定期的各類促銷活動。這些都迫使相關企業的生產作業或物流作業要具備高效和柔性的生產作業能力。

作業中的復合機器人

為了解決這一問題，更大程度挖掘和發揮機器人裝備的能力，國內外很多企業和科研院所開始研究和開發復合機器人。實際上，國際相關的制造業強國對于復合機器人的研究較早，但由于市場需求、工業應用場景的局限性，復合機器人尚未打開應用市場。而我國機器人產業近些年發展迅速，從2014年開始，連續七年成為全球最大需求和應用市場，機器人相關技術和產品也從單純模仿向自主研發探索和高端化轉型，已經在世界市場占有重要的一席之地。而針對復合機器人技術和產品的研發，正是中國機器人產業發展的重要方向之一。

記者：復合機器人具體是由哪些核心部件或子系統組成的？各部件或者子系統的發展狀況如何？

陶永：復合機器人是一種由多系統構成的復合裝備。從硬件層面看，復合機器人的下面部分是移動底盤，這一移動底盤與自動導引車AGV或自主移動平臺AMR類似，就像“腳”一樣使復合機器人能夠整體移動，實現工作區域的轉移擴展。移動底盤主要是輪式或履帶式的，可針對不同的移動作業環境或場景。當然，還有的機器人通過腿式裝置實現移動功能，廣義上也可以稱為復合機器人，但是一般把它們放在仿生機器人或人形機器人領域進行研究。

復合機器人的上面部分是機械臂，根據作業需求不同，機械臂的末端執行器（就是“手”）部分可以安裝不同裝置，以實現機械臂抓取、裝配、噴涂或打磨等不同動作功能。

為實現移動機器人底盤移動和機械臂各種作業的功能，復合機器人各個部分集成安裝有各種類型的傳感器，是構成機器人感知系統的重要部件。傳感器的類型有視覺傳感器、激光傳感器、力覺/觸覺傳感器、聲音傳感器等多種類型。隨著技術進步，各種類型的傳感器功能愈發強大，更精準和更敏感，而且制造成本也大幅降低。這都給復合機器人的功能升級和應用拓展提供了強有力支持。

從軟件層面看，機器人操作系統必不可少，可以說是機器人的“大腦”，是構成機器人系統和實現機器人作業功能的重要組成部分。機器人操作系統從軟件層面定義了機器人的功能和特性。與計算機操作系統相比，機器人操作系統在軟件架構、運行機制、功能、人機交互方式、使用等方面有自己的特點。

目前比較流行的開源的機器人操作系統，包括ROS系統、機器人嵌入式Linux操作系統。其中，ROS系統起源于2007年斯坦福大學人工智能實驗室與機器人技術公司WillowGarage的個人機器人項目（personalrobotsprogram）的合作；它是一個開源的元級操作系統（后操作系統），提供了一些標準操作系統服務。

機器人嵌入式Linux操作系統是指在機器人系統中使用的一種嵌入式操作系統，其核心是Linux系統。這些開源操作系統給復合機器人的技術探索和功能研發提供了極大便利。但是在實際商業化應用中，由于更多的復合機器人應用項目是定制開發的，為保障系統的穩定性和安全性，還是需要開發專用的復合機器人操作系統。

復合機器人應用前景廣闊

記者：據您了解，目前復合機器人在哪些行業或領域有著具體應用？其發展前景如何？

陶永：根據我們研究團隊的調研，目前國內復合機器人應用行業和領域主要集中在半導體、智能巡檢、3C、高端機床加工、新能源汽車、工程機械等領域，應用客戶普遍為自動化程度較高的企業。

復合機器人的應用，需要緊貼客戶的需求形成具體的解決方案。如適合新能源電池生產的自動掛接機器人、能進行快速分揀的料箱機器人、雙車聯動重卡裝配線機器人等。未來幾年，這種技術與應用深度融合的趨勢將會延續和發展。復合機器人行業將會打造更明確的價值輸出，通過各種技術創新，加速實現技術與應用之間的整合。

具體到作業功能環節，復合機器人可以在工業生產線上進行物料搬運、裝配、噴涂、打磨等操作和作業；可以在倉儲與物流領域實現自動化的貨物存儲和分揀；可以在醫療護理領域提供精確的物品運輸、傳遞和康復治療；可以在賓館等商業化服務場景中完成清掃與清潔等作業；還可以在農業領域進行農作物的采摘等。

總的來說，我們認為復合機器人擁有廣泛的應用前景，能為人們的生活和工作帶來極大便利和效益。

記者：在您看來，如何更好地推廣復合機器人在各個行業或不同場景中的應用？

陶永：需要強調的是，復合機器人天生就不是為替換單一工位而生的，它的價值在于使用一臺機器人取代多個人工或者多臺機器人的應用場景。因此，研發復合機器人技術、開發復合機器人功能，必須注意復合機器人功能的可拓展性，以保證復合機器人能夠執行多種任務，具有靈活性和多樣性。

目前，包括我們在內的眾多研究團隊都已開始研究移動底盤上搭載雙機械臂的復合機器人。與單臂單“手”的機器人相比，雙臂雙“手”的機器人無疑能夠實現更多復雜動作，應用場景也大大拓展。

此外，在復合機器人的應用推廣過程中，一定要考慮產品的性價比。客戶企業選擇使用復合機器人產品，也會更多地從商業投資的角度進行衡量，會考慮產品的性價比、投入產出比。因此，我們在研發技術和開發產品時，要考慮為用戶提供高效、經濟的技術和解決方案。

從長遠角度來看，我們國家自己掌握相關軟硬件的核心技術，更有利于相關產品和技術的長久和持續發展。而且隨著技術進步和行業規模不斷擴大，復合機器人產品也有望進一步降低制造和使用成本，更廣泛地走入到生產和生活服務場景中去。

復合機器人在cnc行業的應用

復合機器人發展面臨的機遇與挑戰

記者：在您看來，哪些科技進步促進了復合機器人研究或產業的發展？

陶永：如今，人工智能技術、大模型技術、自動控制技術、工業視覺技術、5G與云平臺等技術的發展，已為復合機器人技術研發和產品開發帶來巨大支持，實現了交叉融合的快速發展。例如，自動化控制技術的進步，工業視覺等新型智能傳感器的快速發展，大幅提升了復合機器人的控制精度與效果，使復合機器人的功能多樣性和可擴展性得以增加。而“5G+云+AI”相關技術的結合，5G的可靠網絡、云計算的海量算力、AI的應用智能相互協同，更是極大提升了復合機器人的功能和能力，使復合機器人成為數字化生產體系中的重要工具和動力引擎。

在具體作業環境中，復合機器人通常與其他搬運機器人或智能裝備配合使用，這涉及大規模調度和多機協同等技術。復合機器人在智慧工廠中的應用，如自動化物料運輸和機床的上下料，都是對AGV技術的繼承與拓展，包括機器人的自定位、精確操作、協同控制以及安全避障等技術要求。此外，復合機器人在執行具體的工藝操作時，需要考慮抓取順序和路徑優化，因此機器人系統的集成技術對于復合機器人的應用也十分重要。

從未來發展的角度看，具身智能、神經網絡、深度學習、大模型、新型傳感器等技術將對復合機器人未來的技術研發產生重大影響。未來的復合機器人必然是高度智能化的裝備，而人工智能、神經網絡、深度學習等技術的進步，將使復合機器人在技能學習、遷移與泛化，機器人仿真訓練和高性能計算等方面實現跨越式發展，使復合機器人擁有更高的智能化水平、更強大的作業能力。

記者：對于復合機器人的技術研究和產業發展，我們面臨哪些具體的挑戰？

陶永：復合機器人的研究和開發是一個復雜的科研項目，涉及機械、電子、控制、傳感器等多個學科領域，與很多前沿科學互有關聯，需要持續研發和迭代發展，因此需要一個強大的支撐體系。目前，國家層面高度重視該領域的研究，并有相應的研究和開發計劃，我們北京航空航天大學的研發團隊也參與其中，且取得了相關的研究成果。隨著完善的復合機器人產學研用體系的建立，及核心關鍵技術的持續攻關和推進，相信我們國家的復合機器人技術和產品能夠在世界上占有更加重要的地位。

陶永教授參與編著的《復合機器人技術及典型應用》已出版

從市場推廣角度看，我再次強調技術和產品性價比的重要性。盡管復合機器人產業剛剛起步，還是希望國家從政策層面能夠給予支持，使復合機器人的應用能形成示范效應，促進產業快速發展。對于技術開發和產品開發的企業來說，如果能形成一定的標準化、模塊化，使得研發機構和制造企業在技術應用或部件采購時能形成規模效應，并降低成本，從而推出更有競爭力的技術和產品，必然也十分有利于復合機器人技術的進步和產業的發展。

當前，新的技術革命和產業競爭已經到來，世界主要工業發達國家均將智能機器人作為科技產業競爭的前沿和焦點，加緊謀劃布局。針對復合機器人的技術研發和產業化發展，正是關鍵的競爭領域之一。相信憑借我們科研工作者和產業工作者的共同努力，我國在這個領域一定能夠建立自己的技術體系和競爭優勢，讓復合機器人成為促進我國工業發展、提高人民生活水平的得力助手和重要工具。

專題目錄

主持人/本刊記者 任芳 朱淼鑫

• 復合機器人研究和應用現狀及發展挑戰——訪北京航空航天大學機械學院副教授、博士生導師，機械工業服務機器人重點實驗室主任陶永（喜崇彬）

• 復合機器人海外研究及應用綜述（本刊記者 羅丹）

• 優艾智合：突破“最后一米”，助推工業升級——訪優艾智合機器人科技有限公司市場總監關健（任芳）

• 浙江欣奕華：以需求為舵、技術創新為帆，深耕復合機器人賽道——訪浙江欣奕華智能科技有限公司市場與產品總監張春澤（王玉）

• 斯坦德：以“1+N+X”理念提供復合機器人高效解決方案（肖原）

• 經世機器人：以技術為核心驅動力，加速復合機器人落地應用——訪山東經世智能科技有限公司總經理秦立夫（朱淼鑫）

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

本文內容源自，有刪改。

歡迎文末分享、點贊、在看！轉載請聯系后臺。

廣告宣傳