多元復雜環境下的協作機器人發展路徑分析

文:2023年第六期

  當今世界,工業發展已進入復雜多元的新時代。物聯網、人工智能、云計算等高科技的廣泛應用,對工業機器人提出了更高、更精準的技術要求。對于諸多高難度、高強度甚至處于極端環境的工作,機器人的介入和協作賦予了這些場景全新的工作視角和解決方案,不僅能夠在極端環境中代替人類完成各種任務,還能更精準地完成人手無法進行的精細操作。隨著協作機器人技術的發展和完善,機器人的應用領域和產品矩陣也在不斷拓寬,產品型號越來越豐富,成為多元復雜環境下工業發展的強大推動者。

  1多元化應用下的協作機器人

  (1)大負載、高柔性應用

  協作機器人設計初衷是實現安全性、輕量化,高靈活等特性,目前市場以3kg~6kg級別輕負載協作機器人為主。而近年來隨著機械加工、汽車零部件、家電、食品飲料、醫療用品等行業對大負載產品的需求增加,大負載協作機器人在對剛性和負載要求較高的應用場景,如焊接、搬運、包裝、碼垛等領域多有應用。

  碼垛是當前協作機器人的主要應用之一,近年來碼垛應用逐漸從大批量、尺寸固定的商品轉變為按需生產的多品種、小批量商品。這種變化對協作機器人的柔性能力和負載能力提出了更高的要求。協作機器人需要能夠適應不同尺寸、重量和形狀的貨物,以及快速調整工作任務和位置,以滿足生產需求。

  傳統工業機器人難以滿足生產的柔性、靈活性需求,而輕型協作機器人又無法滿足生產中大負載、高剛性的作業的要求。這時大負載協作機器人滿足大負載和大臂展需求的同時,又具備較高的靈活度、精確度和安全性,在一定程度上填補了當前的市場空白。目前已有不少協作機器人廠商如艾利特(ELITE ROBOTS)、優傲(UR)、節卡(JAKA)、遨博(AUBO)等對大負載、大臂展產品進行了研發。其中艾利特(ELITE ROBOTS)于 2023年分別研發了臂展1800mm、負載20kg的CS620協作機器人和臂展1500mm、負載25kg的CS625協作機器人,以及臂展2,000mm,負載可達20kg的CS520H協作機器人,實現大臂展的同時也滿足了實際負載要求,適用于搬運、碼垛等場景中,很大程度上拓寬了在市場中的應用空間。

  (2)“技術活”應用

  螺絲鎖付、涂膠、打磨、拋光、去毛刺、焊接、切割等精細化工作也存在許多痛點,面臨大量的“機器換人”需求。例如在螺絲鎖付中,人工作業勞動強度大,裝配質量不夠統一,成品良率難以提高;在涂膠中,傳統工業機器人由于安全性限制,需要用護欄與工作人員分隔開,產線利用率受限、人工涂膠較難把控精度和質量。

  協作機器人能否靈活滿足上述“技術活”應用,國產機器人廠商給我們了答案。

  圍繞精細化應用場景,艾利特專門研發了CSR回轉體系列協作機器人。相比于其他協作機器人產品,CSR簡化末端關節,拉近末端工具與末端軸的距離,在工作時更加靈活,滿足螺絲鎖付在狹小空間內角度刁鉆及各種復雜工件的工藝要求。搭配力控指令與力控工藝包可實現精確的復雜曲面打磨、拋光等作業。

  協作機器人在解決精細化工作的痛點和滿足“技術活”需求上具有巨大潛力,國產機器人廠商通過研發創新產品為市場提供了優秀的解決方案。

  (3)特殊環境作業

  在許多工業作業中,潮濕和粉塵是常見的環境痛點。在機器人的各項參數中,除了負載、臂展、精度等基本指標,防護等級同樣非常重要,而IP68作為業內最高的防水防塵等級,是一座考驗協作機器人保護等級的分水嶺。國產協作機器人艾利特,今年上半年,就率先宣布CS系列及其子系列全系標配IP68,在IP防護等級這項高端化象征的硬核指標上,亮出了滿分成績。

  而在石油、化工、煤礦等屬于高危作業環境,在運輸和貯存的各個過程中,都可能會發生爆炸和火災等嚴重事故,對協作機器人的防護功能提出了更高要求。目前在日常運維中用機器人替代人工已成為發展趨勢,為滿足高防護標準的工作環境需求,艾利特還研發了針對危險易爆環境的具有高安全性防爆技術的CS防爆系列協作機器人。

  2 拓寬產品矩陣,應對細分領域需求

  (1)從通用到細分領域,拓寬產品矩陣推陳出新

  協作機器人主要應用在下游行業的柔性化非標化場景,協作機器人的下游細分行業種類繁多,其具備典型的非標屬性。例如,在航空、汽車、電子等行業中,需要精細控制和復雜操作的任務不斷增加,不同行業中對協作機器人的性能、功能、規格大小要求也各不相同。

  在協作機器人發展現階段,出現了眾多“同質化”廠商,資本市場開始降溫。越來越多的協作機器人廠商開始突破傳統工業應用、以客戶真實需求和行業痛點為中心拓展產品矩陣來增強自身競爭力,協作機器人市場慢慢由通用轉向細分領域。

  2023年,協作機器人市場繼續高速發展,各大廠商競相發布新品。廠商通過研發及集成技術的突破與革新,為自身的強勢領域不斷拓展新的應用場景,為整個協作機器人市場帶來源源不斷的活力。國產協作機器人廠商艾利特一直秉持推陳出新的觀念,跳出傳統場景,針對真實行業痛點與客戶需求進行產品研發,僅2023年就推出了29款型號新品,快速適應市場發展和客戶需求。

  (2)深挖多元行業場景,量身定制解決方案

  在紛繁復雜的市場競爭中,協作機器人廠商意識到僅僅提供機器人本體并不能滿足客戶的需求,因此他們通過深挖多元行業場景,量身定制解決方案的方式來不斷推陳出新。這種定制化解決方案的推出不僅提高了機器人的實用性和適用性,還進一步拓寬了機器人的應用范圍。光伏、鋰電、新能源汽車等行業在近兩年發展如火如荼,作為新興下游市場,中國協作機器人廠商紛紛加速布局,借機占領市場。

  近期,某電子、汽車及新能源頭部企業,與國產協作機器人廠商艾利特簽下目前協作機器人市場全球最大全產業鏈單一訂單,一次性下單超2000臺國產六軸協作機器人。

  據艾利特相關負責人表示:“大訂單對整個行業都是利好消息,這證明協作機器人的賽道越走越寬,也相信生態合作伙伴對協作機器人會越來越有信心。艾利特將積極應對市場變化、繼續發掘增量機會,堅持產品力提升,在國內持續深耕的同時,持續拓展海外市場,讓世界看到‘中國智造’的力量。”

  協作機器人安全靈活、簡單易用、投資回報率高,尤其適用于鋰電池生產中后段工藝的半自動線和試制線,在檢測、涂膠、貼標、焊接、上下料、鎖付等工序中都有大量應用機會。

  據了解,艾利特針對鋰電電池制造流程中的應用點,在制芯工程、模組組裝、PACK線等產線,實現了下箱體上線清潔、模組安裝固定、水冷回路氣密測試、上蓋板裝配擰緊、ATS測試、BUD&Bus裝配/擰緊等實際應用,解決了客戶在新能源汽車、鋰電、汽車三電等領域的各種“痛點”及需求。

  總的來看,協作機器人廠商通過不斷推陳出新來滿足客戶需求、提升產品競爭力,進而推動整體行業發展。

  3 協作機器人市場分析

  (1)市場規模預測

  隨著以3C電子、汽車為代表的傳統制造業對舊產線的柔性自動化升級訴求增多,協作機器人憑借靈活部署、提效降本的優勢,解決了許多制造業企業的柔性自動化改造難題,協作機器人導入需求大幅增加,市場保持良好增長。

工業機器人

  圖1 2015-2025年協作機器人市場銷售規模

  (2)從長遠來看,協作機器人未來市場空間廣闊

  協作機器人高度契合制造企業對于智能制造、人機協同、柔性化制造的轉型需求。不僅可以在工業領域應用,還可以在餐飲、健康醫療、農業、軌交等非工業領域開拓新場景,非工業場景需求有待進一步開發,具有廣泛的應用延展性。

  4 結語

  協作機器人市場蓬勃發展的同時,新型協作機器人廠商與傳統工業機器人廠商紛紛入局并爭先搶奪市場。面對競爭激烈的協作機器人市場,機器人廠商們正積極應對挑戰,通過深挖多元行業場景和量身定制解決方案來不斷推陳出新。同時,國產協作機器人也不斷進行自我創新突破,通過優化性能和功能,適應不同行業的需求。

  未來,我們可以期待在更多行業領域中,機器人的深入應用和個性化定制解決方案的不斷涌現。隨著技術的進步和應用的拓展,機器人將繼續為各行各業帶來革命性的變革和增長的機遇。

工業機器人

(圖片來源:艾利特機器人)

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