机械手臂视觉系统 让机械臂成为行业新的关键词，猫咪就会跟着玩耍

过去一年，消费级机械臂市场迅速增长，「轻量级」、「小型化」、「协作」已变成市场新的关键词。

作者|鱼三隹编辑|郑玄

猫咪，机械臂，两个看上去八竿子打不着的事物，却由于用户的突发奇想机械手臂视觉系统，碰撞出了有趣的火花。

中国的富士新闻网曾报导过这种一条新闻：早出晚归的主人为了让狗狗独自在家时不乏味，将逗猫棒安装在一个大型机械臂的末端，通过操作机械臂，定时定点逗猫。视频中，每当机械臂来回挥动逗猫棒，猫咪就会跟着玩耍。

机械臂成「逗猫」神器

这着实有些改变他们针对机械臂的固有思维。

在过去的印象里，机械臂都是些工厂里的你们伙，就算体格不大，材质样貌也必定是钢铁构成、坚硬无比。

随着机械臂技术的成熟，加之人工智能的发展，「轻量级」、「小型化」、「协作机械臂」已然变成机械臂行业新的关键词。除了逗猫，协作机械臂能够帮助他们喝茶、制作甜点、采摘草莓……机械臂正在从工厂进入极客群体、甚至是普通消费者的生活中，其使用画面正在无限拓展。

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走出工厂，走向协作

根据构造、应用场景、负载精度等不同需求，机械臂可以细分为数个赛道，「协作机械臂」是近年来发展势头正猛的细分赛道之一。

在他们传统印象中，机械臂大多应用在工厂、流水线上，每一步操作都有具体、规范的步骤，完成任务靠得是项目师提前编辑好的指令，不仅外形巨大，用上去不够灵活，而且成本极高，普通人能够企及。

「有没有一种可能性是让更多的人都能使用机械臂，而不只是是在工厂里机器做着固定的任务，丝毫没有和人们的互动？」怀揣着「让机械臂更有生命力」的构想，宋君毅于2016年成立了大象机器人，专攻协作机械臂，文章开头逗猫案例中使用的机械臂，就是该公司开发的协作机器人myCobot。

宋君毅

在全球，协作机械臂领域的创业公司大多起步于2015年前后，例如聚焦生产协作机械臂的越疆科技、遨博智能、慧灵技术均创办于2015年，大象机器人成立于2016年。

据GGII统计，2015年—2020年，国内协作机器人行业共计融资47例，仅2021年上半年，行业内就有10笔融资，总规模达到30亿元。

与传统机械臂相比，协作机械臂最大的差别在于「人机协作」，它一改以往传统机械臂僵化固定的工作方式，不但能与人在同一个环境里一同工作，还在一定程度上推动了人机互动。

协作机械臂的概念最早问世在美国。

2003年，EsbenOstergaard在南欧洲学校进行一个有关寻找液压执行结构取代方案的课题研究，但他和合作伙伴找遍了市面上所有已存的机器人，也难以找到就能满足灵活、易用且使用时无需防护的产品。

如果找不到适合的，EsbenOstergaard萌生了自己创立机器人公司的想法。

2005年，他和此外两个合伙人一起创立了UniversalRobots（优傲机器人），并在2008年已经研发出第一台协作机械臂UR5，成为协作机械臂的先驱。

同一年，另一家协作机械臂的先驱公司RethinkRobotics成立，2011年Retink也打造了自己的协同机械臂Baxter。

自此，协作机械臂的概念开始逐渐为机器人市场所接受，国外一大批新成立的协同机械臂公司涌现，就连传统的四大巨头（ABB、发那科、库卡、安川），也随之开始发力协作机械臂业务。

相比之下，国产的机械臂其实起步要晚，但是据GGII的数据说明，目前中国的协作机器人行业，接近70%的总量由本土厂商抢占。

当被问及为何中国机器人公司纷纷瞄准协作型机械臂时，宋君毅向极客公园介绍道：「从市场饱和度来说，因为重工业级别的机械臂市场几乎由四大巨头垄断；从行业机会和用户意愿的视角出发，想进行变革最好选用其它细分市场。协作机械臂符合人机互动的态势，而且易入门、成本合适，市场形势也宽阔。」

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协作机器人爆发的背后

中国轻量级协作机械臂市场爆发的背后有三大原因：国产机器人行业的下降，技术环境的演进及其应用需求的下降。

用大象机器人CEO宋君毅的话来说，这是集合了「天时、地利、人和」的结果。

2016年，中国机器人密度是71，而到了2021年，中国机器人密度已经超过了246，这意味着每一万个生产业人口拥有246台机器人，在今天的5年里，中国是世界机器人密度下降的主要驱动市场。

据据智研咨询发布的数据显示，中国机械臂品牌市场体量从2014年的6.51亿元下降至2018年的22.83亿元；美国品牌市场体量从2014年的72.45亿元下降至2018年的126.36亿元。四年里，国产品牌的行业规模翻了三倍多，而美国品牌的行业增长还不到一倍。

「小型的机械臂在市场中似乎很早就有，但是今天几年大型协作机械臂市场之所以集中爆发，主要还是得益于科技的演进。」施格自动化总经理张立向极客公园表达了他的想法。

针对协作机械臂而言，要想谋求安全地与人类互相配合，有三方面的技术素质非常重要。

其一是力感知能力，通过对外力的认知来判定人的行动，以此减少甚至中止运动；其三是听觉感知能力，通过视觉雷达判断人与机器的距离是否安全，机械臂是否应该减速运转；其二则是计算能力，由算法和工具按照力感知和触觉感知作出反馈、下达指令。

协作机械臂的「颜色识别」功能

力感知能力自上个世纪九十年代发展迄今，是相对最早成熟的科技基础，而高分辨率的3D视觉、自主模式规划、AI识别近几年的科技突破则为协同机械臂的开发提供了更为有力的技术支撑。

技术的演进使得机械臂的应用场景逐渐拓宽，需求的猛增成为轻量化协作机械臂过去几年迅速发展的缘由之一。

其中相当有代表性的是新零售行业的演进。中国互联网信息中心数据显示，从2013年起，我国连续三年作为中国最大的网络零售行业。2020新冠肺炎疫情爆发后，市场针对网络零售的依赖更是进一步强化。而网络新零售的方式，使过去生产制造业的「刚性自动化」遇到了挑战。

传统制造业的流水线依靠长期的机器设施完成制造，一旦市场需求、产品类型有变，硬件的替换成本相当高，并且严重缺失灵活性。在新零售的演进及其疫情后市场需求不确认的状况下，无论是棉纱、钢铁、五金等工业品，还是服装等轻工业消费品，在订单上都展现出来了小批量、多品牌的差异趋势。通过小批量的订单来试产试销，在测试出市场的真实意愿后，再进行大批量的制造。

在制造业的这一变化下，能够在小批量制造和大批量生产之间任意切换的「柔性化生产」需求减少，协作型机械臂的人机协作能力或者相对灵活的使用方法，使得它将比传统的机械臂更能适应新的制造需求。

除此此外，宋君毅认为，人才也是促使中国机械臂行业迅速发展的重要原因：「现在在做机械臂的人，包括我自己，很多有美国留学、工作的经验。选择出国创业的，大家基本上都是有素质、有愿景的，在一同的尽力下必定能开发出更好的产品。」

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未来边界

现在全球各家协同机械臂厂家面临着产品同质化严重、竞争日益激烈的痛点，随着行业的发展，新一轮的调整尚未到来。针对细分市场和应用场景的精细化研发，已经摆上机械臂品牌的日程。

施格自动化总经理张立认为：「即便是好的产品也不必定是合适市场的，如果说将来对机械臂提出了什么新要求的话，那就是要求机器人的科技演进一定要贴合场景的应用需求。」

「未来产业将逐渐重回本质及形成各自细分领域的龙头企业，各产品线的行业将更明确。」宋君毅也持类似的看法，「今后只有将机器人科技与细分市场进行深度结合，才能成就出实际价值。目前我们将要在轻工业、商业、教育等详细市场内展开开发与适配。」

在工业应用中的堆码、搬运、分拣、焊接、喷涂等场景中机械手臂视觉系统，传统机械臂因为复杂的编码方法，往往必须专业的项目师花费数天或者几个月的时间才会调试完毕。

「如果分别采购了不同品牌的机械臂，调试过程将更为复杂，不但要先对各品牌的设施进行安装，还要对于工程整体的联动进行安装，费时费力还未必能超过用户的心理预期。」张立告诉极客公园。

这其中花费的时间和人力对于大个别中小企业而言，成本更加高昂。

对于这一痛点，有像施格自动化这种的公司，研发出了「糖果系统」，通过平台级的系统，不但解决了不同品牌设备之间的链接、信息存储问题，在此基础上项目师还可以对于客户详细的意愿进行二次开发，使平台、单一设备更贴合行业的使用需求。

大象机器人也在发力。「我们借助搭建自主的应用系统myStudio，整合myCobot系列机械臂的硬件资源和各种开发程序，方便客户进行平台更新维护升级，同时有充足的实例和开源代码分享，试图为客户推出一站式机器臂应用生态系统。」

而面向最近几年迅速下降的消费级行业，面对着也许根本就不懂代码的普通消费者，协作机械臂的易用性更为关键，也更难实现。

「如何缓解易用性的弊端，这个是传统的机械臂很少去考量的难题」宋君毅介绍道，「为此我们也节省了这些精力去优化。」

以大象机器人的六轴桌面协作机械臂为例，在其底端有一块四四方方的屏幕，屏幕下方有几个简单的按钮可以实现录制、保存和播放。用户使用唯一要做的就是点击录制按钮，然后根据自己的还要拖动机械臂，让它作任何你想让它做的运动，之后点击保存、播放，这时机械臂运动的轨迹就会完整复现。

再结合上协同机械臂末端采用的国内开放专利乐高孔设计，可以采用各类执行器，实现电脑的创意拍摄、物品拾取、码垛、分拣识别等功能。

开篇的「逗猫神器」也是这种简单实现的，只需在末端绑上逗猫棒，其他的均可一键完成，几乎没有技术障碍。

而乐高孔设计的托架也可适配各式移动底盘，搭载复合机器人，比如和移动执行器、小车、甚至是机器狗结合，从而推动协同机械臂的灵活移动。

为了让更多普通的用户也能上手操作机械臂，大象机器人制作了长期的视频教程。同时也为相对高阶的消费群体，保留了二次开发的或许。

通过开发一系列适配不同应用场景的套件套装或者多样化兼容拓展的接口，用户将可以对协同机械臂进行不同程度的改造，赋予机械臂更多的想像力。

「比如当时有用户在协同机械臂的末端固定了一个激光的投影仪，再结合了三位点云生成，以及手势控制等科技进行二次开发，实现用手势控制机械臂的运动，并最后在墙上呈现出一个三维追踪影像。」大象机器人的人员介绍道。

「我很怕用户有了一个新奇的看法，但是却发觉我们的机械臂能够帮他实现。」在宋君毅看来，协作机械臂必须更好地帮助每个人推动它们对生活的奇思妙想。

以现在的产品形态，对于完全没有自主研发能力的消费者而言，也够依靠「拖动示教」实现创意应用情景拖动示教，要想实现泡咖啡、叠衣服等复杂的操作加上一些代码就不是难事。在某些含义上来说，假如连普通消费者都能娴熟掌握机械臂并能用它方便日常生活，这就真正推动了机械臂的普及。

帮助普通消费者更方便地达成使用意愿，和为极客们提供机械臂开发的基础系统，二者虽然很难兼容，也很难实现，但也恰恰是协同机械臂未来发展的重要方向。当年的互联网、智能电脑等产品从陌生到普及再到作为他们生活中一部分的过程，未必不会在协同机械臂领域重现。