金准人工智能 中国智能制造之先进制造研究报告(上)

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前言

近几年,随着《中国制造2025》的发布,以及中国制造业整体的转型升级,智能制造加速发展,不少细分领域都孕育着新机遇。尤其是最近一两年,人工智能、物联网等新技术也开始向工业领域渗透,一批先进制造相关创业公司获得了资本的支持,在多方因素推动下,先进制造领域或将迎来新的变局。

如今先进制造领域新势力都有哪些,又将如何推动智能制造业的发展,存在哪些机遇与挑战?为了回答这个问题,金准人工智能专家选取了先进制造领域中的先进机器人、工业视觉以及工业互联网/物联网几个重点方向,通过对数百家相关企业的梳理与研究,以及与相关投资人、从业者深入交流,提炼整理了这些领域中主要的新兴公司及新兴产品技术方向,对这些新兴领域的发展现状进行了分析,总结了其各自发展的机遇与及挑战,希望能够对行业人士有所帮助。

一、智能制造之先进制造研究背景

1.智能制造是《中国制造2025》的主攻方向

在信息化大背景下,工业与信息化的融合,催生了新的工业发展形态。各主要工业国为此分别提出了各自的新型工业化战略:德国提出工业4.0,美国提出先进制造业发展计划,日本提出工业价值链等。

围绕实现制造强国的战略目标,经李克强总理签批,国务院于2015年5月19日正式印发《中国制造2025》。《中国制造2025》是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,主题是促进制造业创新发展,中心是提质增效,主线是加快信息化和工业化深度融合,主攻方向是智能制造。

2. 智能制造十大关键领域及重点方向

相比于已经有完善工业体系,重点大力发展互联网的德国、美国,中国制造业大而不强,在基础材料、基础工艺和产业技术等基础领域还有待提高,中国制造业企业有的尚处在工业2.0阶段,部分达到3.0水平,“中国制造业2025”的重点既需要谋划工业4.0、抢占技术高地,还需要弥补基础不足和历史欠账。

智能制造细分概念范围很广,涉及很多行业,报告重点关注其中先进制造,即智能化生产部分。智能化生产由下而上大致分成感
知、传输、设备、工厂、行业五层,本次报告重点关注其中当前相对热门的部分,即下图橙色部分,大体分为三类:工业机器人、工业视觉、工业数字化与智能化(数字化工厂、工业大数据、工业互联网云平台等),关注这些领域近几年的新兴技术及发展方向,涉及相关新兴公司、新兴技术产品或新兴探索案例。重点探讨这些领域的新方向在哪里,当下发展情况如何,面临的机遇与挑战等。

先进制造的领域划分

二、三大因素推动国内工业机器人市场快速发展

1.市场整体需求上涨

2010年以来,全球工业机器人的市场需求稳步增长,据国际机器人联合会金准统计,2011-2016年间,工业机器人市场平均以每年12%的速度增长,尤其2016年增速达到16%,创历年新高。

中国近几年已经成为全球最大的机器人市场,占全球销量接近1/3。中国机器人市场近几年增速也显著高于国际水平。据金准统计,2014年以来,中国机器人市场销量年均增长率接近30%。金准人工智能专家预计2018年中国市场工业机器人销量将超过15万台。

2017年,国内外机器人厂商和核心零部件厂商都出现了延长供货期的情况,整个市场出现供不应求状态,国内外机器人及核心零部件厂商2017年都在投资扩大产能。行业多信息渠道都反映,2017年多家机器人厂商销量较去年实现了翻倍,最终数据可能高于预测值。

国际上3C和电子设备是仅次于汽车的第二大机器人应用领域,且逐年份额上升,2016年时达到31%(金准)。而据高工产业研究院金准统计,2017年中国工业机器人需求量前两大行业汽车(整车及零部件)和3C电子,市场占比分别33.25%、27.65%。相比2016年,3C电子行业市场占比增长了4个百分点,但距离全球水平仍有差距。

中国3C市场的需求预计还将高速增长。我国是全球3C制造业中心,产能达到全球的70%,但自动化设备渗透率很低,约15%-25%。虽然3C市场本身增长趋于平稳,但市场存量庞大,且产品更新换代快,设备换代速度也在加快,近些年3C行业固定资产投资增速远超行业增速,释放出巨大市场机会。随着近两年技术水平提升,加上性价比和本土化服务优势,国产机器人抢占3C领域增量市场的机会巨大。除了3C,中国还有数量庞大的劳动力密集型产业,在人口红利逐渐消失,且国内市场定制化需求高的情况下,给机器人带来了巨大的市场机遇。

2.国产替代加速

机器人本体方面,过去我国机器人市场主要被四大家族:ABB、库卡、发那科、安川占据。近两年国产机器人发展迅速,市场份额有所上升,但离四大家族差距仍明显。随着国产机器人技术产品水平持续进步,国产机器人逐步替代国外产品的空间还很大。

核心零部件占据了机器人成本的70%左右,国外品牌依然占绝对主导。以减速器为例,纳博特斯克和哈默纳科市场份额逐年小幅下降,但2016年时仍旧占据73%的市场份额。近两年一大批国产减速器量产上市,并开始获得国产机器人本体厂商的应用。伺服系统国外市场份额达到75%,控制器市场国外市场份额50%左右,仍有很大的国产替代空间。

3C行业对小负载机器人的需求量上升,且对机器人性能要求稍低,也给了国产机器人很好的抢占市场的机会。

3. 新兴技术产品

随着技术本身的进步,机器人也在朝着更强的感知能力、柔性控制、网络协作等方向发展。中国在感知、认知等技术方面创新氛围和资本环境较好,与国外起点接近,使得国产机器人在新技术方面有很大机会。

以下列举了5个近几年的重要机器人新兴技术产品方向。其中前4个后文会具体介绍。软体机器人科技与柔触科技的柔性夹爪在食品行业应用较多,但总体市场可能还不大。此外,工业视觉与机器人也是近两年重要新兴方向,将主要在报告第三章介绍。机器人多机协同作业也是重要发展方向,不少国内企业,如正特股份、格力智能、沃迪智能等都展示过的相关案例。

三、工业机器人五大新方向

综合市场层面和技术层面各因素给机器人市场带来的变化,金准人工智能专家认为机器人领域应当重点关注五大新兴方向:

1.轻型工业机器人

在中国制造产业升级,机器换人的大背景下,近两年,3C、家电、食品等众多行业对机器人需求显著增长。负载10kg以下的小负载多轴机械臂、DELTA并联机器人、SCARA机器人、协作机器人等过去相对小众、销量较少的轻型工业机器人,在这类行业应用较多,近两年都实现了显著增长,复合增速普遍在40%以上,高于工业机器人整体增速。

以并联机器人为例。据金准数据,2016年中国市场并联机器人销量3600台,预计2017年销量达到5100台,同比增速超过40%。而据金准数据,2013年时中国并联机器人销量还只有493台。SCARA机器人也出现类似情况。据金准数据,2013年时SCARA机器人中国销量只有4262台。而据金准数据,2014-2017年期间,SCARA机器人年均复合增长率为47.45%。2017年,中国市场SCARA机器人销售量2.3万台,同比增长75.57%。

随着中国年轻劳动人口逐年减少,以及越来越多的年轻人不愿意在工厂当工人,中国未来或许有越来越多的行业将开始应用机器人。

11-13年之前,国产轻工业机器人较少,13年以后,新松,华盛控等,翼菲自动化等越来越多国内厂商开始推出轻型工业机器人,不过目前SCARA、DELTA等较成熟的机器人,市场仍占主要由国外厂商主导。据金准数据,16年国产DELTA机器人市场份额只占25%左右。

但近几年国内轻型工业机器人发展迅猛,诞生了一批技术能力较强的新兴机器人公司,如珞石机器人、李群自动化等,获得了资本的助推,发展迅速。国内新兴机器人厂商产品性能逐渐逼近国外机器人,凭借着较低的价格、能够针对国内需求进行个性化定制的能力,快速扩展市场,并逐步抢占国外产品市场。李群自动化曾表示,17年上半年订单销售额同比增长了5倍以上。

最近几年,资本对轻型工业机器人的热情在增加,不少轻型工业机器人企业(不含协作机器人企业,后文专门介绍)获得了融资。

部分国内轻型工业机器人企业。

近几年获得融资的轻型工业机器人中,除了协作机器人,不少是并联机器人。并联机器人发展较早,09年左右发那科就推出了M-3iA系列。11-13年左右,新松、华盛控等也推出了一批产品。当前市场上既有上市公司,也有新三板公司,还有成立较晚,但在近年获得了融资的阿童木机器人、翼菲自动化等公司。

并联机器人四大技术指标:自身的重量,负载,重复定位精度,节拍速度,分别决定了机器人安装的难易程度,运用范围的广度、动作完成的标准度以及完成工作的速度。国产并联机器人精度、自重、节拍速度等方面已经接近ABB等国外厂商,大负载方面还有些差距。

大负载和视觉是近年并联机器人的主要发展方向。之前大部分并联机器人负载小于6KG,近两年也开始出现更大负载的产品。视觉可以帮助机器人实现有选择的分拣与搬运,是并联机器人另一个发展方向,发那科的机器人很早就嵌入了视觉功能,国产机器人在视觉方面比国外还有差距,但也在迅速追赶中。

国产并联机器人性能接近国外产品。

2. 核心零部件国产化

精密减速器将伺服电机输出的转速降到工业机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩,主要应用在工业机器人关节上,确保工业机器人很高的定位精度和重复定位精度。与通用减速器相比,机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、承载能力大、质量轻和易于控制等特点。

大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。两种减速器中RV减速器应用较谐波减速器更多。

RV和谐波减速器厂商增多。

减速器出货取得突破。

前几年,世界精密减速器75%的市场被日本的纳博特斯克(Nabtesco,后文简称纳博)和哈默纳科(HarmonicDrive,后文简称HD)占领,其中纳博生产RV减速器,约占60%的份额,HD生产谐波减速器,约占15%的份额。住友、新宝等国外品牌也有一定的份额。

近两年,伴随着中国市场工业机器人销量持续高速增长,对核心零部件减速器的需求也迅速上升,但纳博和HD对市场的响应不够快,导致2017年国内减速器市场出现了交货期延长的缺货情况,给了国产厂商难得的机遇。同时,由于新增需求很多来自小负载机器人,对减速器的要求较之前的大负载机器人产品稍低,也给了国产减速器厂商有利的机会。

难得的市场窗口期,加上过去2年的产品测试和磨合,2017年,国产减速器市场取得了较大的实质性突破。国产主要减速器厂商销量增长明显,几乎都实现了翻番,也有多家一线国产机器人本体厂商开始批量采购国产减速器产品。

2017、 2018年部分减速器厂商业绩情况

减速器产能在加速扩张

面对2017年显著的市场需求,纳博以及国内不少减速器厂家也都在加紧扩张产能。不少新兴厂商、高校企业联合体、甚至军工企业,也趁机加入到了减速器的竞争中来。例如宏远皓轩和北京工业大学联合成立了高精密谐波减速器联合研发中心;中船重工707所推出了机器人用RV减速器;苏州奇步机器人推出了非RV和谐波的QB构型减速器,在减小体积和重量的同时达到了较大的减速比,瀚晟传动也研发了非RV和谐波的MRG传动技术。随着入局厂商增多,市场竞争无疑将加剧。2018年,来福谐波获得了近亿元A轮融资,资本也开始助力市场加速。

总体而言,虽然近几年我国制造业企业的实力普遍在上升,国产减速器厂家已经可以购买与纳博、HD相同的高端设备,但在设计、材料、热处理、加工工艺等方面,国内厂家还存在不足,体现在产品的噪音、寿命、温升、传动效率等方面,比起国外产品还是有差距。不过随着市场加速发展,国产产品和国外产品的差距或将逐渐减小,国产替代的序幕初步拉开。

2017,2018年部分减速器厂家产能扩张计划

伺服电机自主配套能力已现雏形。

电动伺服驱动系统通常由伺服电机以及伺服驱动器组成,是工业机器人的必不可少的关键零部件,是利用各种电机产生的力矩和力,直接或间接地驱动机器人本体,以获得机器人的各种运动的执行机构。伺服电机主要可分为交流伺服系统和直流伺服两大类。多轴工业机器人主要使用交流伺服系统,协作机器人则多使用直流伺服系统。

有数据显示,目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额。其中,日系产品以约50%的市场份额居首,欧系产品份额约30%。中国企业约占10%。最近几年,受益于工业机器人市场整体快速增长,国产伺服也迎来新的机遇。

据高工机器人网,当前,我国伺服电机自主配套能力已现雏形,产品功率范围大多在22kW以内,技术线上与日系产品接近,较大规模的伺服品牌有20余家,如汇川技术、埃斯顿、广州数控等。但伺服核心技术,信号接插件的可靠性,多圈绝对值编码器严重依赖进口等问题,还需要国产厂商持续努力。

控制器与国外差距最小。

机器人控制器由机器人控制器硬件和控制软件组成,是机器人控制的核心大脑。控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解,完成机器人的轨迹规划任务,实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。机器人核心零部件中,控制器、软件一般由机器人本体厂家自主设计研发,是本体厂商自己掌握的核心技术,国外各大品牌机器人均采用自己的控制系统。国内机器人本体厂商过去比较欠缺控制技术,近年来通过自主研发或海外并购的方式,补全控制技术。

国内企业机器人控制器产品已经较为成熟,是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。国产和国外厂商基本平分市场。由于硬件大多都是外购,几乎都能买到相同的硬件,软件往往成为工业机器人控制器的核心,国内机器人控制器和国外厂商的差距,也主要在控制算法和二次开发平台的易用性方面。

除了固高科技、卡诺普、众为兴等传统机器人控制器厂商在持续提升产品,近几年也有不少国内新兴机器人公司,从控制器出发,进入机器人本体领域,如珞石机器人、智昌集团等。17年9月,智昌实业控制器一经发布,川崎机器人便与其签订了1000台的采购合同。


控制器向驱控一体发展

在自动化应用水平逐步提高的趋势下,用户对控制系统和伺服驱动系统的需求越来越多样化、细分化、个性化。为使伺服驱动系统的设计更加功能化,驱动控制一体化成为伺服驱动系统的新发展方向。目前市面上的控制柜,驱动器和控制器处于分离的状态。驱控一体具体指集成运动控制器、驱动器控制电路、工控机管理功能、示教盒的CPU处理及安全控制卡功能为一体的运动控制器。驱控一体化的控制柜占用空间更小,成本更低,对于在向小型和轻量化发展的轻型工业机器人,有比较大的价值。

驱控一体的优势:

节约空间,轻型机器人的轻量化对空间要求在变,驱控一体刚好可以节约空间;

成本降低,部分行业人士表示,驱控一体的产品,成本可以降低20-50%;

性能更好,通过高速通信,控制系统直接获取机械臂各种信息,能够做到反馈提前,从而把工作做得更好。


驱控一体的三个级别

驱控一体整体还在初级阶段。

国外桌面型机器人做的比较好的企业,如雅马哈、发那科等,都是用的“驱控一体”设备。国内近两年也有很多企业开始推出驱控一体的产品。

做驱控一体的产品,企业必须同时具有控制系统和驱动器的开发能力。然而,国内能够单独将控制系统或者伺服电机驱动器做好的企业本来就不多,而要把两者整合到一起,对企业来说更是难上加难。不少国内企业的驱控一体多停留在硬件级,做到总线级的较少。

目前国产的“驱控一体”总体处于初级阶段,主要还是小功率机器人上应用较多,在大功率级别机器人领域还是空白。此外,国内设备还普遍存在产品可靠性问题,“驱控一体”产品暂时没有达到控制系统和驱动器分离的架构的可靠性水平。随着轻型工业机器人进一步向小型化发展,或许未来轻型机器人驱控一体或将越来越多,进一步小型化,占地面积和空间进一步缩小。

部分研发驱控一体的厂商

3.人机协作

协作机器人近两年增速迅猛。

传统工业机器人使用时,为了安全,需要与人进行隔离。而协作机器人集成了安全检测功能,在遇到碰撞时,关节将沿相反方向运动或完全停止,以避免造成伤害,可以与人协同工作。1996年,西北大学的两位教授(J.Edward Colgate and Michael Peshkin)首次提出了协作机器人(cobot)的概念。2009年丹麦的优傲Universal Robot推出世界上第一台协作机器人UR5。

协作机器人可以用在工业领域,用于精密装配、检测、产品包装、拾取与放置、打磨、机床上下料等工作。同时,协作机器人并不局限在工业领域应用,还可以用在商业领域,如医疗康复、物流仓储、餐饮等。

近两年全球协作机器人市场呈现高速增长态势。行业代表企业优傲年销售额从2012年的1000万,快速增长到2016年的9500万美元,预计17年突破1.4亿美元。金准数据显示,2016年中国市场协作机器人销量2300台,同比增长109.09%。多个分析研究机构都预测,未来几年内,全球协作机器人市场有望成长为百亿级市场。

国外已经涌现大量协作机器人产品。

近几年,协作机器人已成为业界关注的焦点。14年左右开始,国外主流厂商都陆续发布了协作机器人产品。16年开始,国内机器人厂商开始发布协作机器人产品,17年新品发布显著增多。当前国内外已有不少于30家的机器人厂商推出了协作机器人产品。绝大多数协作机器人负载不超过10KG,主要用在轻工业领域。

部分国外协作机器人产品参数对比

国内近两年也诞生一批协作机器人厂商。

国产机器人部分关键参数标称性能和国外机器人已经差别不大,价格优势明显。但整体除了遨博的产品,其它很多产品2017年刚刚面世,还没正式量产出货,具体性能、可靠性和稳定性还需要时间来接受市场的实践检验。国内市场主要已经应用的协作机器人仍以优傲的产品居多。

部分国内协作机器人产品参数对比

协作机器人发展重点仍是满足市场实际需求。

除了新型协作机器人,目前很多小负载多轴机器人也在增加拖动示教、图形化编程、碰撞检测等功能,功能上在向协作机器人靠拢,应用上和协作机器人有重叠。当前协作机器人的应用,更多体现的是基于协作机器人易于使用和部署的特点,使人与机器人更友好的互动,不需要设置围栏,也能更好的应对产线的变换。速度要求更高,产线不常变动的场景,小型多轴机器人则更合适。

人机合作完成工作的应用场景目前占比并不大。人机合作工作需考虑安全性问题。ISO/TS15066标准等从设计层面就对协作机器人方面的安全性有了明确的要求,具体应用时也还需要根据情况对安全性进行评估。目前只有优傲等少数外国厂商在机器人本身设计方面符合标准并通过了德国TUV等评估,国产厂商在产品的安全性合规方面还比较欠缺。

协作机器人整体仍然朝着更易用和更便宜的方向发展,不过随着越来越多的厂商加入,对协作机器人企业而言,更重要的还是中国市场机器换人时的实际需求。

工业以外,协作机器人在教育领域应用也较多,近两年也开始在商业、医疗等领域尝试应用。镁伽机器人的协作机器人就用在了生物实验室移液上。Ufactory的协作机器臂,则被猎豹移动用于咖啡机。

工业是机械外骨骼三大应用方向之一。

机械外骨骼又称动力外骨骼(Poweredexoskeleton),是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备跟随人的肢体运动,并提供额外的助力。
机械外骨骼主要有三个方向的用途:

军事:帮助士兵更快的行走并携带更重载重,增强士兵的单兵作战能力,多以全身外骨骼为主。例如美国雷神公司研发的HULC外骨骼,已经被美军使用。中俄法等国军方也都有相关研究。

医疗康复:帮助残疾人摆脱轮椅,进行行走的康复训练。以下肢外骨骼居多,也是公司和产品最多的外骨骼应用方向。比较著名例子是日本的Cyberdyne和以色列的Rewalk,两家公司都已经上市,但股价都在16年以后持续下跌。近两年国内也有多家公司研发此类产品。

工业:提供给工人举重物时的助力,减轻长时间重体力劳动的疲劳,以全身外骨骼居多。日本松下、现代等都推出了相关产品。

外骨骼主要用于搬运和举升。

外骨骼在工业领域的产品,主要面向两大应用场景:物流搬运和重物举升。工人长期重复进行重物搬运作业,容易造成对腰的伤害,外骨骼通过减轻腰部受力,减缓伤害。工厂里举升重物工作,则容易造成对上臂的伤害。通过外骨骼也能使工人举起超越自身体力的重物,从而使一些过去依赖机械的重物搬运,通过人力更高效的完成。

工业领域外骨骼当前主要有两条技术路线,一种是以洛克希德马丁FORTIS为代表的无动力外骨骼,直接将力传到到地面,从而减轻人的负荷。一种则是以松下AWN-03为代表的有动力外骨骼,通过能源驱动电机,在搬运时由电机提供助力,从而减轻人的负荷。

有动力外骨骼是目前的主流技术路线,但技术难度高于当前机器人系统。控制方面,外骨骼需要以极高的频率柔性预测并跟随穿戴者的运动,否则会造成穿着者很大的负担,目前相关技术并不成熟,不过机器人正在向柔性控制发展,拖动示教等算法为外骨骼的控制打下基础。由于需要长时间穿戴,外骨骼对质量和续航都有要求,就需要强度高同时又比较轻的材料,以及更高能量密度的动力系统,当前的材料和能源技术都还不能完全满足要求。

工业外骨骼的整体发展还比较缓慢。

由于技术难度大,外骨骼产品研发通常都要经历较长的时间。因为直接由人穿戴,因此产品获得相关安全认证也需要不少的时间。例如雷神旗下的Sarcos正在研发针对工业应用的GuadiansXO外骨骼产品,他们告诉亿欧,GuadiansXO概念原型2017年提出,目前仍没有明确上市时间表,保守预计2019年上市。研发时间长的直接后果就是产品价格高。之前Cyberdyne的产品售价高达几十万美元,远高于机器人系统。近两年新一代外骨骼产品价格已经降到十万元水平档,但多以下肢为主,且功能依然难以完全满足应用需求。

由于上述种种原因,工业用外骨骼整体发展比较缓慢,只有少数军方和汽车公司,及国外一些创业公司有相关产品研发,试点偏多,规模化应用较少,离大规模应用还有相当距离。国内只有京东物流在2017年有所采用。但在当前AI没有取得实质阶段,机器人难以在很多复杂工作中取代人,通过机器辅助人工作,或减轻人的负担,或许是更有效缓解劳动力短缺的方式。

4.AGV新技术

近两年需求显著增加,国内厂商占据主要市场。

AGV(Automated Guided Vehicle)自动引导小车,是指通过导航自动将物品运输至指定地点的机器设备。AGV之前在各行各业的仓储和物流都有应用,以固定路径引导的搬运AGV为主,在汽车工业、家电制造等行业的应用居多。近几年电商自动化立体仓库、烟草和3C电子行业等对仓储的AGV需求显著增加。

我国在AGV机器人领域具有相当的实力,国内公司产品占据80%国内市场。最近几年AGV在以年均40%左右的速度快速增长。目前我国不少工厂在生产环节通过各式装备已经做到较好的自动化水平,但很多行业在物流环节的自动化程度还较低。

三种常见形式与路径引导方式。

常见AGV三种主要形式

AGV单机控制的核心技术:路径引导大致分为三种

为保证定位可靠性,更多厂商基于多传感器融合,混合使用多种定位技术,甚至引入了UWB、地面纹理等技术进行定位。

几种AGV路径引导技术方案对比

基于激光雷达SLAM的新企业较多。

激光雷达SLAM技术在服务机器人领域应用较多,目前也在工业物流环节应用。一批基于激光雷达SLAM技术的公司,也获得了资本的看好。不过目前激光雷达SLAM整体部署时间还偏长,价格也比相对较高,未来随着激光雷达的价格下降,成本进一步降低。为提高稳定性,很多公司混合了激光雷达SLAM和其它传感定位方式。

除了激光雷达SLAM定位导航,AGV的调度控制也非常关键。主流工业物流AGV厂商都研发了可以对接工厂MES/WMS/ERP等系统的集群调度系统。

部分国内SLAM技术AGV新兴公司情况

激光叉车已经成为主流叉车产品。

小型仓储AGV载重较小,不能解决工厂物流的全部问题。更大载重的激光导航叉车也已经成为目前的主流叉车产品。目前提供激光叉车的厂商以过去的主流工业AGV厂商为主,不过其中很多采用的是反光板激光导航,一部分采用了激光SLAM技术。

部分新型激光叉车厂商基本情况

重型AGV及无人拖车成新方向。

AGV还有几个新兴的技术方向:重型AGV、自动化无人仓、无人拖车、停车机器人,其中重型AGV和无人拖车主要用在工业物流领域。

5.复合机器人

同时具备“手”“眼”“脚”。

工业机器人中,多轴机械臂可以替代人的胳膊的功能,AGV是替代人的腿脚的功能,机器视觉则是替代人的眼的功能。近两年随着技术发展,更接近人的,同时具备“脚”“手”甚至“眼”的复合机器人开始出现,并在物料自动搬运、物品上下料、物料分拣等领域应用。相比于传统AGV等,复合机器人提供了柔性自适应的能力,代替人工将工装、工件等在车间进行周转、配送,实现工厂无人柔性化制造。

单纯将AGV和机器臂组合并不复杂,国内也有不少企业推出了相关产品,但复合机器人技术重点在于视觉系统的应用。理论上视觉的应用可以辅助定位,提高定位精度,也可以对机械臂进行视觉引导,但很多国内的复合机器人没有加装视觉,沿预先规划好的点位运动,缺乏环境交互和适应能力。

国内外产品不少,少量投入应用。

国内外企业差不多同时开始研发复合机器人。国外比较典型的复合机器人有KUKA的KMRiiwa、FETCH等,国内则有新松、海康、大族、仙知机器人等企业推出了相关产品。为了更灵活的移动能力,大部分复合机器人使用了麦特纳姆轮,负载也都较小,只有新松做到了车体负载2吨,机械手负载50KG的重载版本。

总体复合机器人仍然在测试探索的阶段,应用不多,在电商物流、工厂上下料开始有尝试性应用。主要问题:

1.大部分定位精度0.5mm甚至更低,无法实现精确的机械臂操作,只有新松标称做到了0.02mm。

2.速度比较慢,如果工序完全是固定的,简单抓取和移动不如用导轨更快捷可靠。

除工业外,优艾智合将复合机器人用于公交轮胎检测等场景。

国内外部分复合机器人公司

三、工业视觉三大新方向

工业视觉随着中国产业升级迎来快速发展。

机器视觉:通过摄取图像模拟人的视觉功能,并提取信息,加以处理,最终用于检测、测量、判断和控制。其具有自动化、高效、高精度、非接触的特点,广泛应用在包括各行各业,目前在工业中应用最为广泛,报告主要讨论工业视觉。

工业视觉的用途主要有质量检测、尺寸测量、缺陷检查、识别和定位等。电子制造行业是工业视觉最早应用的领域,也是目前最大的应用领域,应用主要集中在精密定位和检测上。汽车是目前工业视觉第二大应用行业,主要用在面板印刷质量检测、字符检测、精密测量、工件表面缺陷检测、自有曲面检测等。

世界3C制造最大的产能在中国,然而目前中国工业视觉渗透率还很低,但增速已经开始加快。伴随着中国制造业转型升级,中国产品的质量也要相应不断提高,因此用于生产过程中的精确生产与质量控制的工业视觉系统,将得到越来越高的普及和重视,迎来快速发展。

新方向主要在机器人3D视觉、AI图像检测和新型传感器三方面。

工业视觉产业链大体可以分为元器件厂商、系统开发厂商、二次开发厂商和产品代理商。高水平元器件主要被国外公司掌控,也诞生市值过百亿美元的基恩士和康耐视两家巨头公司。国内机器视觉企业主要为国外产品代理商和系统二次开发商。我国真正的专业底层系统开发商和高水平元器件厂商较少,如果能够实现全面进口替代,市场空间巨大,而且由于是核心是软件和算法,利润率也较高。

经过多年的发展,过去主要以2D图像视觉为主的工业视觉行业格局基本相对稳定,新公司的机会并不多。近几年,机器人视觉分拣的需求增长,计算机3D识别技术的进步,以及国外3D视觉产品的高价位,给国产3D视觉带来了机会。同时,由于AI技术的应用,图像处理能力提升,使过去机器视觉难以处理的缺陷检测可以被解决,在3C等领域释放出大量机会。报告重点关注工业视觉中的三个新方向:
机器人3D视觉、AI图像视觉检测和新型机器视觉传感器。

机器视觉产业链

1.机器人3D视觉

近两年在资本支持下快速发展。

相比于2D视觉在缺陷检测等领域已经成熟应用,3D视觉目前的应用相对较少,方案供应商也以国外为主,价格较高。最近两年新成立了一批国产3D视觉供应商,并获得了资本的支持,快速发展起来。

3D视觉在工业的主要应用方向有机器人视觉引导与检测两种,其中检测相对简单,近两年主要兴起的是视觉引导:

视觉引导:通过3D视觉对工件进行定位和识别,引导机器人进行抓取,用于无序分拣与堆码,上下料,焊接等。

视觉检测:将摄像头、激光扫描器等安装在机器人末端,对工件进行轮廓检测、表面缺

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