從機器人誕生的第一天起,機器人和人類的關系就在被反復討論,“工具論”、“主仆論”、“取代論”層出不窮,這種爭論持續了半個多世紀,但有一種觀點贏得了更高的呼聲,即人類和機器人的關系更多將走向協同。
協作機器人的誕生及其衍生技術的落地,像破曉前的一道光輝,成為“人機協同”發展的關鍵推手。
據高工機器人產業研究所(GGII)數據顯示,2024年我國協作機器人(含四軸、六軸、七軸)市場銷量達4萬臺,同比增長27.33%,并且在新能源、3C電子等行業的應用滲透率快速提升。
在機器人滲透到千行百業的同時,部分場景對協作機器人的安全性、柔順性、交互性提出新的要求。為了更好地實現“人機協同”,越來越多協作機器人廠商選擇在機身搭載六維力傳感器,為機器人賦予超強的“力覺神經”,提升決策質量和工作效率。
比如在柔性裝配、恒力打磨、曲面拋光、介入手術等高感知力控場景,六維力傳感器可以讓機器人敏銳地感知人類施加的微小外力,及時調整動作,實現力度控制的“收放自如”,在保障出品一致性的同時保護人員安全,實現高效的人機協同作業。
細分市場占有率領先
沖刺年標定產能3萬臺
六維力傳感器是目前維度最高、力覺信息反饋最全面、同時也是技術難度最大的力覺傳感器,最早應用在航天航天領域。
當這項技術從飛機、火箭遷移到機器人身上,協作機器人在碰撞觸停、柔順力控、阻抗控制、拖拽示教等功能上便完成了進化,在實際運行中,循徑精度、運動速度、工作節拍等性能大幅度提升。
過去六維力傳感器市場長期被歐美日韓等外資品牌壟斷,如ATI、Schunk、AMTI、ROBOTOUS等企業占據了大部分市場。隨著國產傳感器研發企業的崛起,尤其是在航空航天、汽車、機器人等領域的規模化應用,國內外的技術差距正在快速縮小。
GGII數據顯示,中國協作機器人領域的六維力傳感器國產化率已經超過80%,其中坤維科技的出貨量排在首位,在協作機器人市場占有率超過了50%。
坤維科技的技術基因傳承自中國航空航天領域,雖然坤維科技成立只有不到7年的時間,但創始團隊在多軸力傳感器領域擁有近20年的研發及應用經驗,核心成員均來自于國內航天科研機構。創始人熊琳曾就職于中國航天科技集團第十一研究院,擔任六維力傳感器研發負責人,研發出多個適用于飛行器的六維力傳感器。
坤維科技的核心技術包括多軸力/力矩傳感器結構優化、六軸聯合標校技術、高精度串擾解耦算法等技術,在行業普遍達到的串擾度是2-2.5%F.S的情況下,坤維科技的六維力傳感器準度是0.5%F.S(含串擾),精度可優于0.1%FS,達到國際前沿水平。
目前坤維科技的標準化產品從30mm直徑到200mm直徑,量程范圍涵蓋了30N~20KN,可基本覆蓋協作機器人應用場景和小負載六軸工業機器人及人形機器人的應用場景,與節卡機器人、遨博智能、越疆機器人、艾利特機器人、大族機器人、睿爾曼智能、思靈機器人、小米集團、3C果鏈企業等多家知名企業達成合作。
產品能在市場上得到廣泛應用,離不開高效的生產供應能力。六維力傳感器的工藝復雜,生產和標定難度大,通過技術突破,坤維科技打造的全自動六軸聯合標定檢測系統已經具備1.5萬臺/年的產能,在今年將繼續新建3萬臺/年的標定能力。
高工機器人了解到,原先在航天領域的進口六維力傳感器單只價格區間在20~60萬元左右,相比之下,用在機器人領域的國產六維力傳感器價格只有其十分之一。
坤維科技創始人熊琳認為,通過效率提升和資本賦能,降低六維力傳感器的生產成本,推動機器人行業大規模應用,帶給客戶超出預期的體驗,是坤維科技所追求的目標。
在今年1月,坤維科技引入了小米產投、舜宇產業基金、深創投、高瓴創投等投資機構,老股東匯川、明薈追加投資,融資完成后將新建和優化標定檢測系統,提高六維力傳感器的標定產能到3萬臺/年,擴大系列產品矩陣,進一步滿足機器人企業在力控領域的多樣化需求。
智能感知力,助力攻克高精尖應用
隨著機器人智能感知和柔順力控技術的發展,加上人形機器人應用的快速起量,六維力傳感器的市場銷量將進一步提升。GGII預計到2027年,中國市場六維力/力矩傳感器銷量有望突破84000套,復合增長率超過60%,其中機器人行業銷量有望突破42000套。
在智能傳感技術的助力之下,協作機器人正在攻堅更多高精度需求的工藝和場景,如打磨拋光、智能焊接、柔性裝配、理療按摩、康復輔助等應用,可滿足汽車零部件、3C電子、醫療康復、一般工業等領域的高精度力控和人機協作需求。
在面向五金、汽車零部件等工件的柔性打磨中,六維力傳感器可以“大展身手”。如坤維科技與越疆機器人聯合開發的六維力傳感器曲面打磨工站,協作機器人可以實時感知打磨力、浮動位置和磨頭姿態等參數,自動補償調整打磨姿態,替代人力完成恒力作業,有效緩解打磨領域勞動力緊張、用工成本高等問題。
自2023年以來,船舶、鋼結構領域對機器人焊接的需求增加,據國家統計局數據顯示,2024年鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業增長10.6%,產業的增長帶動了智能焊接機器人的需求。
智能焊接協作機器人可以靈活部署在多個工作站,適用于碎片化的焊接工作場景,配合坤維科技準度為0.3%FS(含串擾)的六維力傳感器,可以通過接觸尋位定位快速生成最佳焊接軌跡,在焊接過程中能精準感知并實時調整焊接頭的位置和力度,防止過載和碰撞,保護人員和工件的安全,助力協作機器人在焊接領域規模化應用。
傳統機器人很難涉及到醫療這一高精尖的商用場景,六維力傳感器、抑振算法等力控技術的突破,幫助協作機器人打破了應用壁壘。
在醫療手術領域,力反饋技術在手術機器人中發揮著關鍵作用,六維力傳感器提供高精度的力反饋機制,讓主刀醫生能夠精確控制操作力度,減少不必要的損傷,目前坤維科技的六維力傳感器+協作機器人的組合已經應用在手術機器人、康復機器人、按摩理療機器人、遠程B超機器人等領域。
在汽車及零部件領域,搭載了六維力傳感器的協作機器人可以勝任噴涂和涂膠、發動機缸蓋去毛刺打磨、精準螺絲鎖付、工件柔性裝配等場景應用,替代傳統人工作業帶來的精度和良品率問題,提高汽車行業的生產效率。
而新能源汽車的迅猛發展,也帶動了終端對智能充電的需求,如華為、比亞迪、蔚來等汽車企業與復合機器人方案集成商紛紛涌入備戰。
充電機器人想要高效完成各種車型的自動化插拔充電工作,也離不開六維力傳感器的加持,通過“手、足、眼”一體化配合完成充電。一位機器視覺行業資深從業人士告訴高工機器人,充電機器人市場目前還在培育期,大概會在2026年開始規模化起量。
高工機器人觀察到,在3C行業精密裝配、實驗室取樣檢測、海關檢測等場景,雙臂協作機器人迎來了小規模落地,六維力傳感器可以助力雙臂更好協同動作,實現仿人化動作軌跡,助力機器人邁出走向具身智能的一大步。
具身智能技術的發展堪稱“一日千里”,AI大模型技術帶來的智能生產技術革命,有望增強機器人的智能決策與自主學習能力,在此浪潮下,坤維科技已經與全球多家協作機器人、人形機器人廠商達成合作,廣泛應用在末端、關節、手腕、腳踝等部位,強化機器人在復雜物理世界的力控與感知能力。
而六維力傳感器、靈巧手、AI視覺等多重信息感知技術的融合,也將推動協作機器人從傳統單一工業場景,走向更廣闊的人機協同智能作業場景,并且拓展至商業及家庭服務,開辟“人機協同”工作的新篇章。屆時,廣大科研人員與從業者理想中人機協同的“最后一公里”將真正落地實現。
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原文標題:為協作機器人賦予“力覺神經”,這家傳感器企業如何做到隱形冠軍?
文章出處:【微信號:gaogongrobot,微信公眾號:高工機器人】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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