“3D視覺+協(xié)作機器人”，能否激活全新的應(yīng)用市場？

隨著3D視覺與工業(yè)機器人搭配的緊密度提高，在過去幾年里雙方搭配的滲透率也正在持續(xù)攀升。

高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2022年中國3D視覺+工業(yè)機器人應(yīng)用臺套數(shù)為8500套，在整個工業(yè)機器人的滲透率為2.8%。

而在工業(yè)機器人領(lǐng)域，協(xié)作機器人是工業(yè)機器人增速最快的細分領(lǐng)域之一。從協(xié)作機器人的銷量上來看，GGII認(rèn)為，未來5年中國協(xié)作機器人整體銷量年均復(fù)合增速將保持35%以上。預(yù)計到2026年，中國協(xié)作機器人銷量將突破10萬臺大關(guān)，市場規(guī)模將突破100億元。

面對3D視覺+機器人廣闊的市場，目前部分3D視覺玩家和協(xié)作機器人廠商開始謀局未來。

3D視覺企業(yè)&協(xié)作機器人企業(yè)齊發(fā)力

3D視覺玩家推出搭載協(xié)作機器人產(chǎn)品

面對協(xié)作機器人這枝后起之秀，3D視覺玩家開始將協(xié)作機器人作為業(yè)績增長的考量之一，為協(xié)作機器人推出合適的應(yīng)用產(chǎn)品。

今年2月，埃爾森推出了新款A(yù)T-S1000-06C-S3型3D視覺相機，AT-S1000-06C-S3具備輕巧的機身，兼具埃爾森成熟的雙目成像技術(shù)，面向工業(yè)自動化用戶提供可靠的精度及運行穩(wěn)定性，為機械臂，尤其是以協(xié)作機器人為代表的輕型機械臂提供了更充裕的負(fù)載余量和更寬松的末端執(zhí)行器安裝空間。

今年3月，圖漾科技正式發(fā)布了新款3D工業(yè)相機PS800-E1，該款新相機體積小、重量輕，面向近距離高精度的應(yīng)用場景，滿足無序分揀和物體的測量檢測等多種應(yīng)用場景，尤其適合以eye-in-hand方式安裝于協(xié)作機器人前端，實現(xiàn)機器人的高精度定位引導(dǎo)。

2022年，梅卡曼德推出的Mech-Eye Nano 工業(yè)級3D相機，重量輕、體積超小，臂載式安裝于協(xié)作機器人上，具備優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，在較強陽光環(huán)境下（> 60000 lx）可穩(wěn)定運行。

協(xié)作機器人企業(yè)：手眼協(xié)同，效率加倍

近年來，隨著協(xié)作機器人工藝包的持續(xù)開發(fā)，協(xié)作機器人能實現(xiàn)的應(yīng)用逐漸多元化。從應(yīng)用場景來看，目前協(xié)作機器人的應(yīng)用主要集中于工業(yè)場景的裝配、螺絲鎖付、搬運/上下料、拋光打磨、焊接、噴涂等領(lǐng)域。

隨著終端廠家生產(chǎn)的需求與日俱增，協(xié)作型機器人需要視覺感知來獲取實際應(yīng)用中的人機交互能力，來實現(xiàn)更加智能化和高效的操作。

目前市場上已有部分協(xié)作機器人企業(yè)推出視覺和協(xié)作機器人的相關(guān)組合，或與視覺企業(yè)優(yōu)勢互補，強強合作。

4月4日，在2023 ITES深圳工業(yè)展期間，大族機器人發(fā)布了Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機器人，突破了前置AI視覺小型化的難點，做到一體化內(nèi)走線應(yīng)用，使之同時擁有眼睛（視覺）、大腦（AI），達到了看得見、看得準(zhǔn)、會“思考”的目標(biāo)。

中科新松自研開發(fā)了視覺產(chǎn)品——DUCO Mind智能應(yīng)用控制器，形成了機器視覺+多可協(xié)作機器人組合的解決方案，其中，DUCO Mind智能應(yīng)用控制器可為協(xié)作機器人作業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的3D視覺柔性化定位。

2021年，遨博與視科普共同建設(shè)成立“智能機器人聯(lián)合實驗室”，雙方分別從應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究方面致力于多個方向的研究，開發(fā)重要復(fù)合型產(chǎn)品，解決產(chǎn)品開發(fā)上游基礎(chǔ)研究和下游產(chǎn)業(yè)化過程中的共性和關(guān)鍵技術(shù)難題，轉(zhuǎn)化科技為生產(chǎn)力。

3D視覺+協(xié)作機器人的協(xié)同

當(dāng)前，3D視覺+協(xié)作機器人的組合已經(jīng)應(yīng)用于搬運(拆碼垛)、上料、揀選、分類、定位、涂膠、裝配、檢測等應(yīng)用場景。

例如，在物料搬運過程中，如果物料是無規(guī)則狀態(tài)，3D視覺可以幫助機器人識別物料的位置和方向，從而進行準(zhǔn)確的抓取和搬運。在品質(zhì)檢測環(huán)節(jié)機3D視覺可以識別和檢測產(chǎn)品的缺陷或瑕疵，例如裂紋、異物、變形、錯裝、漏裝等，并將檢測結(jié)果反饋給機器人進行后續(xù)處理。在導(dǎo)航和定位環(huán)節(jié)，在協(xié)作機器人工作過程中，需要對周圍環(huán)境進行感知和理解，協(xié)作機器人可以利用3D視覺技術(shù)實現(xiàn)精確的導(dǎo)航和定位。

可以說，有了3D視覺后，協(xié)作機器人如虎添翼，兩者可以產(chǎn)生較好的協(xié)同作用，有效滿足了柔性自動化以及生產(chǎn)設(shè)備安全性需求。

那么，滿足生產(chǎn)柔性化需求的挑戰(zhàn)是什么？兩者如何較好的協(xié)同？

埃爾森CEO苗慶偉指出，在以精密加工為主的應(yīng)用場景中，協(xié)作機器人對視覺定位、引導(dǎo)的精度、節(jié)拍和穩(wěn)定性要求都很高，“一般要求視覺具備小體積、輕重量，不過在壓縮視覺相機體積和重量的同時，還不能讓視覺產(chǎn)品的性能打任何折扣，這對視覺廠商的制造、集成能力提出了極高要求。”

對于視覺相機而言，“瘦身”絕非易事，要兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、散熱、精度、接口等方方面面，對制造廠商的傳感器設(shè)計和集成能力要求很高。

大族機器人產(chǎn)品經(jīng)理郝瑜表示：“協(xié)作機器人和視覺較好地協(xié)同起來需要進行系統(tǒng)設(shè)計、目標(biāo)識別和定位、資源共享、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)調(diào)整、測試驗證等多個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)合作。”

首先在系統(tǒng)設(shè)計階段，需要充分考慮協(xié)作機器人和視覺的硬件、軟件和通信接口等方面的兼容性，確保兩者可以順利接口和相互傳遞數(shù)據(jù)。對于一些需要使用共同資源的場景，例如攝像頭、計算單元等，可以通過合理的設(shè)計，將資源共享以避免沖突和浪費。在測試驗證階段，系統(tǒng)設(shè)計完成后，需要進行測試驗證，檢查系統(tǒng)在現(xiàn)實應(yīng)用環(huán)境下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

中科新松負(fù)責(zé)人也認(rèn)為，協(xié)作機器人和3D視覺在搭配使用前，要先確保彼此之間硬件兼容，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定和可靠?！?D視覺的算法需要與機器人的行為控制算法協(xié)同設(shè)計，以確保機器人能夠根據(jù)3D視覺的數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確的操作和決策，以便機器人能夠?qū)⒉僮鹘Y(jié)果及時反饋3D視覺系統(tǒng)，以便對數(shù)據(jù)進行分析和優(yōu)化，提高整體的性能。”

“眼在手外”or“眼在手上”

克服協(xié)同的難點后，3D視覺+協(xié)作機器人又以什么樣的形式出現(xiàn)？

高工機器人了解到，機器視覺安裝在協(xié)作機器人上主要有兩種結(jié)合方式，一種是“眼在手外”，即3D視覺和協(xié)作機器人分開，另一種形式是eye-in-hand，即在協(xié)作機器人執(zhí)行末端外置3D視覺。

目前，市場上普遍以eye-in-hand為主，不少行業(yè)人士認(rèn)為，將3D視覺搭載在協(xié)作機器人執(zhí)行末端已經(jīng)成為近年來的一種技術(shù)趨勢。

這種方案的優(yōu)點在于感知范圍更廣，機器人手臂上的3D視覺可以隨著機器人運動而感知不同的環(huán)境，可以360度查看周邊環(huán)境，可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的任務(wù)環(huán)境。將3D視覺搭載在機械臂末端上，可以實現(xiàn)對目標(biāo)物體的更加精確、個性化的檢測和定位，提高作業(yè)準(zhǔn)確度和成功率。

“如果拍照點和位置較多比較適合eye-in-hand的方式。”中科新松負(fù)責(zé)人表示，該方式可以一個相機搞定多個視覺應(yīng)用場景，減少相機數(shù)量，節(jié)省成本。

不過，eye-in-hand這種方案也存在一些局限性。

郝瑜介紹道，在協(xié)作機器人的末端增置3D視覺后，需要考慮機械臂的負(fù)載和速度，如果末端負(fù)載過重對機器人的運行速度和精度有一定影響。

中科新松負(fù)責(zé)人表示，將3D視覺搭載在機械臂末端上會增加機械臂的運動時間，拍照時間與機械臂動作時間不能重疊，所以整體時間變長。

值得一提的是，當(dāng)eye-in-hand開始普遍存在市場上時，以大族機器人和達明機器人為代表的廠家又研發(fā)了一種新的技術(shù)，在協(xié)作機器人的末端內(nèi)建了視覺系統(tǒng)。

據(jù)了解，達明機器人的內(nèi)建視覺系統(tǒng)，讓機器人可將”看見”的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯成命令提示的能力；大族機器人的Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機器人做到了一體化內(nèi)走線應(yīng)用。

但目前這種方式在行業(yè)人士看來，成本比較高。

部分行業(yè)人士表示，如果將3D視覺放進協(xié)作機器人執(zhí)行末端里，工作場景或者機械臂末端的工具安裝不僅會有局限性，也會提高客戶的成本?，F(xiàn)在市面上3D視覺和協(xié)作機器人的搭載方式大多是由客戶需求決定，eye-in-hand的方式成本較低，客戶的接受度較高。

3D視覺+復(fù)合機器人成未來新趨勢？

事實上，3D視覺+協(xié)作機器人的應(yīng)用還可以拓展更寬的邊界。

在智能制造的趨勢下，單一的能力已經(jīng)不足以滿足制造生產(chǎn)的需求。從一種能力到多種能力，從執(zhí)行單一任務(wù)到多任務(wù)結(jié)合，讓機器人“有手有腳有眼睛”，逐漸成為了未來機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢，滿足了更多細分場景的需求。

在苗慶偉看來：“將視覺搭載在末軸上這種安裝形式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在復(fù)合機器人應(yīng)用上，這種形式拓寬了機器人和視覺的工作范圍，比如在半導(dǎo)體行業(yè)，可以實現(xiàn)一臺復(fù)合機器人對一組十幾臺甚至幾十臺設(shè)備的管理，而這在過去難以實現(xiàn)。”

5月23日，在第四屆中國（華南）國際機器人與自動化展覽會IARS展會上，高工機器人也注意到，協(xié)作機器人企業(yè)和3D視覺企業(yè)在展示產(chǎn)品的時候，也展示了復(fù)合機器人，這些復(fù)合機器人均由3D視覺+協(xié)作機器人+自主移動機器人組成。

艾利特應(yīng)用軟件工程師劉建樹表示，3D視覺+協(xié)作機器人+自主移動機器人可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，具備精準(zhǔn)定位、安全性和自主移動性，適用于需要更多靈活性和智能化的制造場景。

遨博深圳區(qū)域總經(jīng)理劉艷介紹，遨博已經(jīng)創(chuàng)新地將機械臂、2D/3D視覺系統(tǒng)以及自主移動機器人（AMR）控制算法部署于一臺中央控制器中，通過統(tǒng)一的機器人控制軟件對上述三種設(shè)備進行操作，由一套電池-電源系統(tǒng)為三種設(shè)備供電，可以節(jié)省設(shè)備空間。

3D視覺玩家和協(xié)作機器人玩家積極推進3D視覺+協(xié)作機器人的落地應(yīng)用，一定程度上有利于激發(fā)市場活力，提高兩者組合的滲透率，打開機器人+3D視覺背后蘊藏的藍海市場。

審核編輯 ：李倩