重載機(jī)器人，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人品牌的又一必爭(zhēng)地。

目前全球范圍內(nèi)重載機(jī)器人生產(chǎn)商主要包括庫(kù)卡、發(fā)那科、安川、ABB、川崎等，根據(jù)高工機(jī)器人調(diào)研顯示，全球重載機(jī)器人市場(chǎng)份額主要集中在前五大廠商。

某種程度來(lái)看，外資品牌憑借深厚的技術(shù)積累、嚴(yán)格的質(zhì)量把控、豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及廣泛的品牌影響力，在全球重載機(jī)器人市場(chǎng)已占據(jù)了顯著優(yōu)勢(shì)。(注：庫(kù)卡已被美的私有化，不計(jì)入外資品牌。)

在此背景下，美的集團(tuán)中央研究院院長(zhǎng)孫年祥博士在3月8日的“美的藍(lán)橙實(shí)驗(yàn)室首屆重載機(jī)器人學(xué)術(shù)論壇”上強(qiáng)調(diào)，重載機(jī)器人作為高端制造業(yè)的核心裝備，其發(fā)展水平直接關(guān)系到我國(guó)的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和戰(zhàn)略安全。

作為依托美的集團(tuán)的重載機(jī)器人全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，美的藍(lán)橙實(shí)驗(yàn)室自2022年獲批準(zhǔn)建設(shè)以來(lái)，堅(jiān)持聚焦核心零部件、整機(jī)設(shè)計(jì)、智能控制等領(lǐng)域研發(fā)。孫年祥提出，美的藍(lán)橙實(shí)驗(yàn)室不僅是美的集團(tuán)科技創(chuàng)新的重要平臺(tái)，更要成為推動(dòng)我國(guó)重載機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要支點(diǎn)。

不止美的集團(tuán)，埃斯頓、埃夫特、廣州數(shù)控、新松機(jī)器人、柴孚機(jī)器人、匯川技術(shù)、卡諾普、寶信圖靈、珞石機(jī)器人、艾創(chuàng)科技等多家國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，也在重載機(jī)器人領(lǐng)域奮起直追，以通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、深耕應(yīng)用場(chǎng)景、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)等方式，逐步打破國(guó)際壟斷。

重載機(jī)器人“國(guó)產(chǎn)替代”槍聲已響

一般來(lái)說(shuō)，100KG及以上負(fù)載的機(jī)器人可視為重載機(jī)器人，部分應(yīng)用場(chǎng)景的負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)可能更高。在實(shí)際應(yīng)用中，100KG至數(shù)噸的重載機(jī)器人類(lèi)型多樣，涵蓋六軸工業(yè)機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、四軸碼垛機(jī)器人等。

比如300KG-1000KG負(fù)載的六軸工業(yè)機(jī)器人，可用于汽車(chē)制造、機(jī)械加工、重工裝備、建材等行業(yè)，完成大型零部件的搬運(yùn)、焊接、裝配等任務(wù)。

公開(kāi)信息顯示，庫(kù)卡推出的KR Fortec系列重載機(jī)器人，負(fù)載范圍從360至600KG，與KR 1000 titan共同構(gòu)成完整重載產(chǎn)品線。另外，其KR Fortec ultra系列機(jī)器人適用于480至800KG重負(fù)載場(chǎng)景。

埃斯頓推出700KG級(jí)工業(yè)機(jī)器人，可廣泛應(yīng)用于重工裝備、汽車(chē)、建材等行業(yè)，憑借這一突破，埃斯頓重載機(jī)器人成功入選工信部《首臺(tái)(套)重大技術(shù)推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄(2024年版)》。此外，埃斯頓還將推出高達(dá)1000KG國(guó)產(chǎn)最大負(fù)載六關(guān)節(jié)機(jī)器人。

埃夫特董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理游瑋博士透露：“最新款的重載機(jī)器人，在2024年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了百臺(tái)以上的批量銷(xiāo)售。此外，負(fù)載500KG、700KG級(jí)別的產(chǎn)品，也是我們?cè)诩铀傺邪l(fā)和突破的領(lǐng)域。”

在2024年工博會(huì)上，柴孚機(jī)器人推出2.4噸負(fù)載重載機(jī)器人，這款機(jī)器人基于其力克RV減速器和柴孚系統(tǒng)，柴孚機(jī)器人伺服系統(tǒng)研發(fā)，專(zhuān)為極端工況設(shè)計(jì)，無(wú)論是在制造業(yè)、物流領(lǐng)域，還是在建筑和采礦等重工業(yè)場(chǎng)景，都能輕松應(yīng)對(duì)。

另外，匯川技術(shù)推出了IR-R220系列六關(guān)節(jié)機(jī)器人，最大負(fù)載能力為220KG。珞石機(jī)器人也已推出了NB220系列機(jī)器人，負(fù)載達(dá)到220KG。廣州數(shù)控推出了GSK RB系列工業(yè)機(jī)器人，最大負(fù)載量達(dá)到500KG，已成功通過(guò)中國(guó)機(jī)器人CR認(rèn)證。新時(shí)達(dá)也推出了有效負(fù)載165KG的SR165大負(fù)載機(jī)器人，以及有效負(fù)載180KG的SP180四軸碼垛機(jī)器人。

重載機(jī)器人待解痛點(diǎn)

盡管越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠商開(kāi)始涌入重載機(jī)器人領(lǐng)域布局，且取得顯著成效，但目前仍然面臨多方面難題，比如精度和剛度提升困難、核心零部件存在短板、智能化程度不足等。

游瑋也指出，以往在重載機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的占比還不足3%。相比小型輕負(fù)載機(jī)器人，研發(fā)難點(diǎn)主要集中在核心傳動(dòng)部件和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)上。

具體來(lái)看，由于重載機(jī)械臂屬于柔性多體系統(tǒng)，在重載高速啟停沖擊下，難以實(shí)現(xiàn)高精度的定位和軌跡控制。以航空航天領(lǐng)域?yàn)槔庸?fù)雜曲面和交變重載工件時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)難以滿足高精度要求，常出現(xiàn)攪拌摩擦焊縫偏離、機(jī)器人銑削顫振等問(wèn)題。

作為重載機(jī)器人的核心零部件，RV減速機(jī)對(duì)傳動(dòng)鏈剛度和精度影響重大，其軸承剛度和擺線針輪機(jī)構(gòu)精度分別是RV減速機(jī)剛度和精度的瓶頸所在，而現(xiàn)有改進(jìn)措施難以滿足行業(yè)跨越式發(fā)展的需求，限制了重載機(jī)器人整體性能的提升。

在智能化方面，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人主要依賴離線編程，缺乏在運(yùn)行過(guò)程中自主調(diào)整和適應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量、性能的智能編程能力。在人機(jī)協(xié)作方面，機(jī)器人與工藝難以形成閉環(huán)，難以像人類(lèi)一樣在操作過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)整。

除此之外，重載機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中成本較高，這限制了其在一些對(duì)成本敏感行業(yè)的廣泛應(yīng)用，不利于市場(chǎng)的拓展和普及。

面對(duì)以上難題，工業(yè)機(jī)器人企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)積極探索解決方案。美的集團(tuán)藍(lán)橙實(shí)驗(yàn)室借助基于V型開(kāi)發(fā)流程的正向設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，融合多學(xué)科工具鏈，顯著提升了機(jī)器人的剛度與精度;集成雙編碼器、末端傳感器及視覺(jué)補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制，并開(kāi)發(fā)出抗干擾運(yùn)動(dòng)剛度模型，有效解決了重載機(jī)器人在精度和剛度方面的難題。

據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)朱延河教授介紹，哈爾濱工業(yè)大學(xué)已聯(lián)合10家單位構(gòu)建“通用技術(shù)底座”，打破企業(yè)間技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)多譜系機(jī)器人算法與架構(gòu)的共享。此外，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出負(fù)載1噸的輕量化高剛度樣機(jī)，通過(guò)參數(shù)化建模和迭代學(xué)習(xí)控制，將絕對(duì)軌跡誤差降至0.2mm以下，有效提升了工業(yè)機(jī)器人整機(jī)性能。

針對(duì)智能化不足問(wèn)題，香港大學(xué)陳和平教授表示，其團(tuán)隊(duì)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)+深度學(xué)習(xí)方法，優(yōu)化機(jī)器人工藝參數(shù)，提升制造質(zhì)量，裝配效率從1分鐘提升至10秒。南方科技大學(xué)鄭峰教授也透露，其團(tuán)隊(duì)建立了300萬(wàn)條具身智能數(shù)據(jù)集，開(kāi)發(fā)可編輯仿真平臺(tái)，支持場(chǎng)景重構(gòu)與交互數(shù)據(jù)采集。

國(guó)產(chǎn)重載機(jī)器人“起勢(shì)”

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)深度融合，重載機(jī)器人正朝著智能化、自主化、協(xié)作化的方向邁進(jìn)。佛山市人民政府副市長(zhǎng)陳新文指出，高精度的傳感器技術(shù)、先進(jìn)的控制算法、以及輕量化材料的應(yīng)用等，成為了重載機(jī)器人研究的重點(diǎn)。

為滿足航空航天、港口作業(yè)等領(lǐng)域的需求，重載機(jī)器人正朝著更高負(fù)載和更輕量化發(fā)展。事實(shí)上，埃斯頓、柴孚機(jī)器人等計(jì)劃推出更大負(fù)載的機(jī)器人產(chǎn)品，也都是在拓展重載機(jī)器人的應(yīng)用邊界。

為擺脫國(guó)外核心部件依賴、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)紛紛加大自主研發(fā)力度。例如，卡諾普專(zhuān)注于機(jī)器人控制系統(tǒng)研發(fā);珞石機(jī)器人在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法、輕量化設(shè)計(jì)和智能化功能方面發(fā)力，能夠?yàn)橹剌d應(yīng)用提供高效、穩(wěn)定的解決方案;藍(lán)橙實(shí)驗(yàn)室用滾珠絲桿和多電機(jī)并聯(lián)傳動(dòng)替代傳統(tǒng)RV減速器;新松機(jī)器人的自主控制器實(shí)現(xiàn)硬件成本不變下的節(jié)拍提速。

在智能化進(jìn)程中，AI全面賦能重載機(jī)器人。埃斯頓集成AI實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線數(shù)字化管理，優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃與資源配置;華數(shù)機(jī)器人計(jì)劃2025年重點(diǎn)發(fā)力產(chǎn)品創(chuàng)新、軟件賦能以及機(jī)器人與人工智能的融合;南方科技大學(xué)的300萬(wàn)條具身智能數(shù)據(jù)集推動(dòng)工業(yè)質(zhì)檢性能逼近人類(lèi)專(zhuān)家水平。

總體來(lái)看，工業(yè)重載機(jī)器人行業(yè)在發(fā)展進(jìn)程中已取得顯著成績(jī)，但也面臨技術(shù)瓶頸和市場(chǎng)挑戰(zhàn)。隨著AI技術(shù)的深度應(yīng)用以及未來(lái)技術(shù)融合創(chuàng)新、生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和新興市場(chǎng)拓展，重載機(jī)器人將突破傳統(tǒng)工業(yè)邊界，滲透至航空航天、深海探測(cè)等新興領(lǐng)域，迎來(lái)真正的"黃金期"。