貓咪，機械手臂，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導過這樣一條新聞：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手臂的末端，通過操作機械手臂，定時定點逗貓。影片中，每當機械手臂來回揮動逗貓棒，貓咪就會跟著玩耍。
這著實有些顛覆人們對於機械手臂的固有認知。
在過去的印象裡，機械手臂都是些工廠裡的大傢伙，就算體格不大，材質樣貌也一定是鋼鐵構成、堅硬無比。
隨著機械手臂技術的成熟，加之人工智慧的發展，「輕量級」、「小型化」、「協作機械手臂」已然成為機械手臂行業新的關鍵詞字。除了逗貓，協作機械手臂還能幫助人們泡茶、製作咖啡、採摘水果……機械手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，機械手臂可以細分為數個賽道，「協作機械手臂」是近年來發展勢頭正猛的細分賽道之一。
在人們傳統印像中，機械手臂大多應用在工廠、流水線上，每一步操作都有詳細、規範的流程，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手臂，而不僅僅是在工廠裡機器做著固定的任務，絲毫沒有和人們的互動？」 懷著「讓機械手臂更有生命力」的想法，宋君毅於2016年創辦了大像機器人，專攻協作機械手臂，文章開頭逗貓案例中使用的機械手臂，就是該公司研發的協作機器人myCobot。
在中國，協作機械手臂領域的創業公司大多起步於2015年前後，例如聚焦生產協作機械手臂的越疆科技、遨博智慧、慧靈科技均成立於2015年，大像機器人成立於2016年。
據GGII統計，2015年—2020年，中國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。
與傳統機械手臂相比，協作機械手臂最大的區別在於「人機協作」，它一改往日傳統機械手臂僵化固定的工作模式，不但能與人在同一個環境裡共同工作，還在一定程度上實現了人機互動。
協作機械手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，但他和合作夥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，他和另外兩個合夥人一起創辦了Universal Robots（優傲機器人），並在2008年終於研發出第一台協作機械手臂UR5，成為協作機械手臂的先驅。
同一年，另一家協作機械手臂的先驅公司Rethink Robotics成立，2011年Retink也推出了自己的協作機械手臂Baxter。
自此，協作機械手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手臂公司湧現，就連傳統的四大巨頭（ABB、發那科、庫卡、安川），也逐漸開始佈局協作機械手臂業務。
相比之下，中國產的機械手臂雖然起步要晚，但是據GGII的數據表明，目前中國的協作機器人市場，接近70%的份額由本土廠商佔據。
當被問及為何中國機器人公司紛紛瞄準協作型機械手臂時，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手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。協作機械手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。」
02協作機器人爆發的背後
中國輕量級協作機械手臂市場爆發的背後有三大因素： 中國產機器人市場的成長，技術環境的發展以及應用需求的成長。
用大像機器人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，這意味著每一萬個製造業人口擁有246台機器人，在最近的5年裡，中國是全球機器人密度成長的主要驅動市場。
據據智研諮詢發布的數據顯示，中國機械手臂品牌市場規模從2014年的6.51億元成長至2018年的22.83億元；國外品牌市場規模從2014年的72.45億元成長至2018年的126.36億元。四年裡，中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。
「小型的機械手臂在行業中其實很早就有，但是最近幾年小型協作機械手臂市場之所以集中爆發，主要還是得益於技術的發展。」 施格自動化總經理張立向極客公園表達了他的看法。
對於協作機械手臂而言，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，機械手臂是否需要減速運轉；其三則是計算能力，由演算法和軟體根據力感知和視覺感知作出反饋、下達指令。
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手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手臂的應用場景隨之拓展，需求的大量增加成為輕量化協作機械手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。中國網路資訊中心數據顯示，從2013年起，中國連續七年成為全球最大的網路零售市場。2020新冠肺炎疫情爆發後，市場對於網路零售的依賴更是進一步加強。而網路新零售的形式，使過去生產製造業的「剛性自動化」遇到了挑戰。
傳統製造業的流水線依靠大量的機器裝置完成生產，一旦市場需求、產品種類有變，硬體的更換成本非常高，並且嚴重缺乏靈活性。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後，再進行大批量的生產。
在製造業的這一變化下，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，協作型機械手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手臂更能適應新的生產需求。
除此之外，宋君毅認為，人才也是推動中國機械手臂行業快速發展的重要因素：「現在在做機械手臂的人，包括我自己，很多有國外留學、工作的經驗。選擇回到中國創業的，大家基本上都是有能力、有願景的，在共同的努力下肯定能研發出更好的產品。」
03未來邊界
目前中國各家協作機械手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，已經擺上機械手臂品牌的日程。
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，如果說未來對機械手臂提出了什麼新要求的話，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。」
「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。」宋君毅也持類似的觀點，「今後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。」
在工業應用中的碼垛、搬運、分揀、焊接、噴塗等場景中，傳統機械手臂由於複雜的編碼方式，往往需要專業的工程師花費數天甚至幾個月的時間才能測試調整完畢。
「如果分別採購了不同品牌的機械手臂，調整過程將更為複雜，不但要先對各品牌的裝置進行測試調整，還要針對項目整體的聯動進行測試調整，費時費力還未必能達到用戶的心理預期。」張立告訴極客公園。
這其中花費的時間和人力對於大部分中小企業而言，成本過於高昂。
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」，通過平台級的系統，不但解決了不同品牌裝置之間的鏈接、資訊傳輸問題，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、單一裝置更貼合行業的使用需求。
大像機器人也在發力。「我們通過搭建自主的應用平台myStudio，整合myCobot系列機械手臂的軟體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台。」
而面向最近幾年快速成長的消費級市場，面對著可能根本就不懂代碼的普通消費者，協作機械手臂的易用性更為關鍵，也更難實現。
「如何解決易用性的問題，這個是傳統的機械手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。」
以大像機器人的六軸桌面協作機械手臂為例，在其底端有一塊四四方方的螢幕，螢幕下方有幾個簡單的按鈕可以實現錄製、保存和播放。用戶使用唯一要做的就是點擊錄製按鈕，然後按照自己的需要拖動機械手臂，讓它作任何你想讓它做的運動，之後點擊保存、播放，這時機械手臂運動的軌跡就會完整展現。
再結合上協作機械手臂末端採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，搭載複合機器人，比如和移動執行器、小車、甚至是機器狗結合，從而實現協作機械手臂的靈活移動。
為了讓更多普通的用戶也能上手操作機械手臂，大像機器人製作了大量的影片教學。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手臂進行不同程度的改造，賦予機械手臂更多的想像力。
「比如曾經有用戶在協作機械手臂的末端固定了一個雷射的投影儀，再結合了三位點雲端生成，以及手勢控制等技術進行二次開發，實現用手勢控制機械手臂的運動，並最終在牆上呈現出一個三維追蹤影像。」大像機器人的員工介紹道。
「我很怕用戶有了一個新奇的想法，但是卻發現我們的機械手臂無法幫他實現。」在宋君毅看來，協作機械手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，對於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、疊衣服等複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手臂並能用它便利日常生活，這就真正實現了機械手臂的普及。
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手臂開發的基礎平台，二者或許很難兼容，也很難實現，但也恰恰是協作機械手臂未來發展的重要方向。當年的網路、智慧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手臂領域重現。
本文授權轉載自：極客公園
責任編輯：傅珮晴、侯品如
