說到機器人，很多人腦海里就會浮現出一個長的像人一樣的機器，但實際上，廣義的機器人其實存在著多種形式，人形機器人只是其中的一種，機器人已經以各種各樣的形式在我們日常生活中扮演非常重要的角色，比如生產線上的機械臂、無人駕駛車輛、無人機、掃地機器人、娛樂機器人、仿生機器人等等。如下圖所示：

如此多種形態各異的機器人，到底該如何分類呢？按照國際機器人聯盟的分類，機器人一般分為工業機器人和服務機器人。當然這樣的分類也是泛指，隨著機器人及人工智能技術的發展，機器人形式越來越多樣化，人和機器的聯系越來越緊密，按照這個定義其實很難將如此多種類的機器人進行比較清晰的分類。

因此，本人將機器人按照具體的用途細分為如下幾個方向：

生產制造機器人。主要指用于生產線上從事精密的、重復性勞動的機械臂。這也是機器人最早最古老的用途。
娛樂陪伴機器人。主要用于教育、娛樂、客服等方向，一般是長的小巧可愛的人形機器人。
特種行業機器人。主要指用于醫療、航空航天等行業的機器人。
救援巡檢機器人。主要用于洪澇地震災難中救援及高壓線路、邊境等危險作業中的巡檢工作。

仿生機器人。主要用于模擬人類、動物飛行、奔跑、爬樹甚至思考的機器人。

本文首先從機器人最古老的用途：生產制造開始介紹。其他類型機器人請關注后續文章。

制造機器人發展歷史

第一個用于生產制造的機器人是1956年由Unimation 公司生產的，功能非常簡單，不能進行編程，只能通過預設機器臂角度來操作。之后全球開啟了機器人的浪潮，以歐美和日本為主導。第一臺可編程的商用工業機器人是瑞典的ABB公司在1974年1月研發的，這是世界上第一臺由微處理器控制的機器人，并且實現了量產。之后機器人在生產車間里大規模使用，可以代替大量的人力，降低運營成本，從而使標準化生產得以實現，并提升生產效率和產品良率。目前全世界著名的制造機器人有四大家族，即日本的FANUC、安川電機，瑞典的ABB，和德國的KUKA（被美的收購）。其中，FANUC和 KUKA，主要用于汽車行業；ABB主要用于電子電氣和物流搬運，而安川電機主要應用在電機和變頻器行業。

用于生產制造的機器人最被人熟知的應用就是汽車制造行業， 在美國超過60%的工業機器人都是用于汽車制造業。下面就以汽車制造機器人為例進行介紹。

制造機器人的優勢及問題

在汽車制造領域，機器人一般是以各種各樣的機械臂的形式出現的。這些機械臂在汽車生產制造中，主要扮演著裝配工、操作工、焊接工等角色，主要應用在裝配、焊接、涂膠、弧焊、噴涂等。汽車制造業對機器人有非常剛性的需求，主要有以下幾個原因：

機器人生產效率非常高，可以完成對高強度、高精度要求很高的工作，只要事先設定好程序，就可以保質保量的完成任務；

機器人代替人類在低溫、高溫、有毒等惡劣環境下工作；并且可以全天候，全年無休的工作，只要定期進行維修保養就行。

當然了，萬事都有兩面性，制造機器人也不是沒有缺點的。目前制造機器人主要存在以下幾個問題：

第一個問題就是部署成本高，這個部署工作通常是由系統集成商完成。這兒需要解釋下系統集成商的概念，因為機器人和自動化設備為主的生產線，本身是一個系統工程，大多數工廠客戶并不具備這樣的能力，因此需要一個第三方的角色來完成安裝，編程，調試等，這個第三方就叫系統集成商（System Integrator）。

搭建一條機器人生產線，其實機器人本身價格只占其中一小部分，還有相當一部分是部署成本。可以占到整個成本的一大半這是為什么呢？

還用上面的例子，這里解釋下原因：汽車工業制造機器人對定位精度要求非常高，除了機器人本身，要保證高標準設計要求之外，待加工的產品也必須精確的放在固定的位置，以便機器人每次都可以到同一個地方，精確執行某種操作。對于現代復雜的流水線作業來講，這需要非常細致的設計和施工，一般需要幾個月時間實施，調試。此外，只有經過培訓的專業人士，才能熟練完成裝配、編程以及維護的工作。因此部署成本就上去了。

第二個問題是更換成本高。每一條生產線上的大部分機器臂，都是針對特定的功能設計的，如果使用了一段時間需要變更生產需求，就需要重新設計和部署。比如汽車制造機器人的控制系統、夾具等都是專為某一車型的生產線定制的，如果車型改設計，就需要重新設計工裝、夾具，加工線，然后重新部署機器臂、培訓工人。這個過程一般需要幾個月甚至更長。

第三個問題是空間利用率低。傳統工業制造用的機械臂一旦固定好，一般情況下這個空間就只能給它專用。從安裝好一直到它報廢，這塊地方都是它的，也就是說不能復用。

說到這里，有些讀者會有疑問：既然汽車制造機器人這么多問題，為什么汽車制造商還在大量使用？

其實對于像汽車制造行業來說，生產周期一般較長，而且單價高。一條加工線布置完成后，機器人的部署一般會保持數年不變。所以在這段時間內，就算是實施柔性生產，也只需要調整工裝和夾具，加工線基本不會做大的變動，可以最大化發揮機器人標準化、高效率的優勢。據統計，2016年汽車行業占據了全球機器人出貨量的40%以上。

制造機器人面對的新挑戰
目前中國人口紅利逐漸消失，以前人工成本低，所以勞動密集型產業還是可以活的很好。現在企業生產線用人成本在逐漸提高，而且年輕人越來越不愿意去做這種重復性勞動，也不愿意加班，企業招工難、用人成本高。這方面，對成本敏感的中小企業尤其壓力山大。

另外，最近幾年隨著3C等新興行業發展，手機、平板、可穿戴設備等消費電子產品的更新換代速度非常快，基本上生命周期只有一兩年，短的甚至只有幾個月。

如果采用傳統機器人方案，投入大量資源，耗費數月建設的生產線可能連成本的零頭還沒收回，所生產的產品就該退市了。而如果對生產線再進行改造，又要投入巨大的資源，這是不可接受的。

因此，相對于前面講過制造機器人存在部署成本高、占用空間大、更新換代難等問題，3C行業對工業機器人有著短周期、定制化、低成本的強烈需求。

有沒有什么解決辦法？

新趨勢：協作機器人
傳統工業制造機器人無法滿足中小企業和3C等新興市場的短周期、定制化、協作化的需求。因此，更加靈活、智能、可以和人協作的協作機器人出現了。

說到協作機器人，最有名的就是Rethink Robotics公司。這家公司發布了全球首款協作機器人，其兩款機器人Baxter 和 Sawyer開啟了協作工業機器人的新時代。

Baxter是第一代協作機器人，它主要用于生產線上料、機器操控、包裝和材料處理等小批量、多品種的生產任務。它有一個非常有意思的功能，就是可以通過顯示屏呈現的表情變化，了解機器人當下的運行情況。如果工作一切順利，它就會微笑；如果工作出錯了，它會皺眉；如果他對你輸入的指令產生疑惑，它就會揚起眉毛。如果它想從你的手中接過一樣東西，他的眼睛先會朝著你所在的方向看，然后才有“拿東西”這個動作。下圖所示是Baxter的表情變化體現機器人的“情緒”。

Baxter的類似人類的情緒設計，讓它在實際應用中更好的與人類協作。而且，Baxter還配備了力傳感器，所以它的移動更加溫和，在碰撞時，可以在短時間內迅速減少沖擊力，把安全風險降到最低。這個與我們平常在工廠里看見的那種非常笨重，冷冰冰的機器臂就很不一樣。不過，Baxter也存在不少缺點。比如Baxter的最后一節手臂，處于安全的考慮采用了塑料材質，因此，它在精度、額定負載，都很難達到傳統工業機器人的應用標準。為了彌補這個缺陷，Rethink Robotics在2015年初發布了第二款協作機器人Sawyer。

Sawyer最大的亮點就是具有類似人類的自主學習能力。舉個例子，你想讓機器人完成從A到B的移動，并且抓起在B點的一只水杯。你只需要“教”它一次就可以了，也就是只需要用手來拖動機器手臂到B點，并且抬起機械鉗幫它把水杯抓起來，點擊示教結束就可以了。就像我們“手把手”教小孩走路一樣。整個演示的路徑，也都被機器人程序自動記錄，并通過路徑規劃，進行持續優化，最終找到最優的路徑。以后它就能按照這個路徑，自行完成這個操作。

此外，Sawyer的頭頂和手臂上都安裝有攝像頭，利用計算機視覺技術可以實現機器人視覺定位。

該技術可以讓機器人適應不斷變化（比如被撞后移動的桌子、被移動的設備等）的真實世界，幫助機器人在桌面、工作臺等發生變化后仍然能夠準確的工作。這個系統通過使用環境標記（landmarker），與它的嵌入式視覺系統相結合，機器人能夠識別標記的原始位置，當這些位置稍微改變時，可以觀察到新位置的方向變化，并相應地調整它的運動。它能識別X，Y，和角旋轉的變化。

在工業4.0時代，面對“多訂單，小批量”的柔性生產模式，對機器人編程和調試的更改頻率會增加。Sawyer配套了軟件交互平臺Intera，在這個平臺上，代碼被內嵌到每一個圖形模塊中，設計人員可以用類似拼圖的方式進行創建新程序，修改何調試，快速監控機器人工作。

協作機器人體型小、靈活程度高、易于使用，能夠滿足多品種少量生產。 可以用于小家電、電子玩具等短周期生產線，為客戶節省空間、降低成本，可以根據客戶需求靈活變更人與機器人的作業分擔，更愉快的實現人機協作。應用前景非常廣闊。

原文發布時間為：2018-06-27
本文作者：electech6
本文來自云棲社區合作伙"計算機視覺life"，了解相關信息可以關注“計算機視覺life”

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的制造机器人的现状和发展趋势的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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