根據中國移動(dòng)機器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數據，新戰略移動(dòng)機器人產(chǎn)業(yè)研究所統計， 2021年度中國市場(chǎng)新增復合移動(dòng)機器人980臺，同比增長(cháng)75%，市場(chǎng)銷(xiāo)售額達到4.1億元，同比增長(cháng) 57.7%。
圖表：2018-2021中國市場(chǎng)復合移動(dòng)機器人銷(xiāo)售規模與數量
從2015年國內第一款復合機器人面世開(kāi)始，經(jīng)過(guò)近幾年發(fā)展，復合機器人在某些領(lǐng)域已經(jīng)邁入“小批量”應用階段，但離大規模爆發(fā)還尚早。綜合產(chǎn)品特性及市場(chǎng)需求來(lái)看，在工業(yè)物流領(lǐng)域，“手腳兼具”的復合機器人，如何接好“最后一棒”？
從實(shí)驗室走向落地
盡管復合機器人落地應用時(shí)間并不長(cháng)，但相關(guān)技術(shù)研究其實(shí)從很早就開(kāi)始了。
早在1984年，德國MORO開(kāi)發(fā)了這種復合機器人系統，由于受當時(shí)人工智能技術(shù)的局限，這種機器人只是做一些簡(jiǎn)單的搬運。
1994 年 Yamamoto and Yun 用操作度準則確定機械臂的理想構形，但沒(méi)有將移動(dòng)機械臂作為一個(gè)整體來(lái)考慮，1999年，他們研究了移動(dòng)機械臂的平臺與機械臂間的協(xié)調問(wèn)題，但是對移動(dòng)機械手移動(dòng)性和操作性之間的關(guān)系沒(méi)有揭示。
在2006年之后，隨著(zhù)計算機視覺(jué)、激光傳感器和機器學(xué)習應用技術(shù)的成熟，使它增加了很多的活力，各種公司推出了很多復合機器人。比較典型的是庫卡發(fā)布Youbot復合機器人-移動(dòng)機械臂機器人。之后復合機器人集成了很多的技術(shù)變得更加聰明，如美國的PR2機器人。
國內首臺商業(yè)化復合機器人產(chǎn)品在2015年推出，但一些高校及研究機構對復合機器人的研究在這之前就已經(jīng)展開(kāi)。
孵化于西安交大的移動(dòng)機器人企業(yè)優(yōu)艾智合，其核心創(chuàng )始團隊早在在校期間就開(kāi)始探索復合機器人技術(shù)與應用。
2017年，優(yōu)艾智合正式成立。同年，優(yōu)艾智針對米其林輪胎的需要，開(kāi)發(fā)出了以自主導航移動(dòng)平臺、多關(guān)節機械臂、輪胎探傷檢測傳感器為三大核心模塊的商用車(chē)輛巡檢機器人，該巡檢機器人分為三層，最底層是移動(dòng)底盤(pán)，中間是機械臂，最上面一層是檢測機構，可通過(guò)機器視覺(jué)和傳感器智能檢查并上報有問(wèn)題的車(chē)輛，這是優(yōu)艾智合復合機器人商業(yè)化落地的開(kāi)端。
這一時(shí)期，國內對復合機器人的關(guān)注也開(kāi)始逐漸增多，很多移動(dòng)機器人公司都開(kāi)辟了相關(guān)產(chǎn)品線(xiàn)，相繼推出復合類(lèi)產(chǎn)品。
而在第一款復合機器人正式落地后，基于移動(dòng)底盤(pán)技術(shù)的積累，優(yōu)艾智合開(kāi)始不斷豐富產(chǎn)品線(xiàn)，包括系列標準底盤(pán)以及在此基礎上根據不同場(chǎng)景需求打造的不同類(lèi)型的移動(dòng)機器人。
當前，優(yōu)艾智合業(yè)務(wù)主要分為兩大板塊：工業(yè)物流&巡檢運維。
在工業(yè)物流領(lǐng)域，優(yōu)艾智合致力于為以半導體為核心的精密電子制造客戶(hù)提供軟硬一體的物流自動(dòng)化解決方案。
優(yōu)艾智合認為，復合機器人在移動(dòng)底盤(pán)移動(dòng)性能的基礎上，附加了機械臂行業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展積累的價(jià)值，這是打通全流程物流流轉的關(guān)鍵，“機械臂通過(guò)簡(jiǎn)單的更換夾爪就可以實(shí)現復雜操作，它能夠對接的對象不僅是非常標準化的機臺設備、輥筒設備或者是一個(gè)標準料車(chē)，還有非常精細化的料盒，這是一般的移動(dòng)搬運設備所不具備的。”
單機協(xié)同&多機調度——規?；瘧玫膬纱箨P(guān)鍵
技術(shù)的不斷發(fā)展是產(chǎn)品落地的前提。
優(yōu)艾智合CTO邊旭認為，復合機器人從實(shí)驗室走向落地的關(guān)鍵在兩方面，一是自然導航技術(shù)（以激光SLAM路線(xiàn)為主）的成熟，二是協(xié)作型機械臂的發(fā)展。
“基于自然導航技術(shù)，柔性大規模調度可以實(shí)現，而協(xié)作機械臂的誕生，使得人機協(xié)作的安全性可以保證，這兩大技術(shù)的成熟是當前復合機器人得以落地應用的關(guān)鍵。”
近幾年，在不同行業(yè)中，復合機器人的落地正在逐漸加快。但邊旭提到：“其實(shí)從15年首臺商業(yè)化產(chǎn)品落地到現在，復合機器人整體技術(shù)框架并沒(méi)有太大的變化，仍然是側重于做集成應用。”
復合機器人本體主要由三大部分組成：移動(dòng)底盤(pán)、機械臂、末端執行器。復合機器人廠(chǎng)商做的，就是將三者集成一起，使其協(xié)同應用。
從單機角度而言，在集成應用的過(guò)程中，如何使三者更好的協(xié)同運作，是業(yè)內主要的探索方向，而其中涉及到的主要是復合機器人的控制問(wèn)題。
當前，復合機器人主要有以下控制方式以下：
移動(dòng)與操作協(xié)同控制。整車(chē)控制層面，復合機器人是由AMR和機械臂配合完成，需要機內調度系統打通兩者的協(xié)議層，同時(shí)將機械臂的示教系統和AMR部署系統進(jìn)行UI層面的打通。在產(chǎn)品應用層面，部署調試和任務(wù)層面AMR和機械臂要實(shí)現解耦，以實(shí)現更高效的開(kāi)發(fā)和更快速的部署。此控制方式將復合機器人作為一個(gè)多自由體進(jìn)行控制，由同一個(gè)控制器控制底盤(pán)驅動(dòng)電機和關(guān)節電機，構建統一的運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行解算，此方式可以實(shí)現底盤(pán)和操作的聯(lián)動(dòng)，具備最大的柔性和較高的技術(shù)難度。
移動(dòng)與操作獨立控制與調度。此控制方式通常由一個(gè)調度系統同時(shí)控制底盤(pán)和上層機械臂兩個(gè)設備，底盤(pán)與機械臂的任務(wù)和狀態(tài)相對獨立，僅通過(guò)有限的IO通訊或者協(xié)議通訊交互狀態(tài)。一般此種控制方式在執行作業(yè)時(shí)也需要上下互鎖。
為了更好提升復合機器人的協(xié)同性，優(yōu)艾智合自主研發(fā)了復合機器人操作系統，基于一款控制系統可以實(shí)現以上兩種控制方式，并可以兼容目前主流的協(xié)作型機器人和工業(yè)機器人。
單機協(xié)同之外，多機協(xié)同也是復合機器人深入場(chǎng)景及規?；瘧玫南葲Q條件之一。
假如把工廠(chǎng)看作一個(gè)有機生命體，規?；涞氐膹秃蠙C器人就是生命體里攜帶氧氣的紅細胞，要怎樣調度才能使細胞群體擁有一致性，達到最優(yōu)的工作效率？
優(yōu)艾智合工業(yè)物流事業(yè)部總監許瑨提到，“在大部分工業(yè)場(chǎng)景中，往往都不是一臺機器人在工作，而是一群，集群化管理可以大大增加效能，達到1+1大于2的效果，這需要機器人廠(chǎng)商將上層調度系統做得非常完備，這是復合機器人能夠大規模應用的核心，復合機器人廠(chǎng)商要做的，并不是只將單機做出來(lái)，還需要能夠在實(shí)際的應用場(chǎng)景里，將多臺機器人協(xié)同調度起來(lái)，實(shí)現效率最優(yōu)化。”
軟件算法能力外，要做好復合機器人的調度，許瑨認為，還需要深入了解客戶(hù)的整廠(chǎng)物流規劃，“只有熟悉生產(chǎn)制造流程和物流流轉模式，才能對機器人做出合適的調度。”
基于對行業(yè)的理解以及技術(shù)的沉淀，優(yōu)艾智合自主研發(fā)了 YOUI Fleet 多機調度協(xié)作系統以及YOUI TMS 場(chǎng)內機器人物流系統。
“YOUI Fleet 自發(fā)布以來(lái)一直在經(jīng)歷仿真測試。從一開(kāi)始基礎的去場(chǎng)景仿真壓力測試調度算法，到現在的1:1項目仿真，一直在經(jīng)歷不斷升級的壓力測試挑戰。目前在算法邏輯層面已經(jīng)突破調度500臺機器人的壓力測試，實(shí)際項目仿真中已經(jīng)實(shí)現200臺機器人的調度還原。”
邊旭透露，目前優(yōu)艾智合應用數量最多的單個(gè)項目一共投入了150臺復合機器人，公司的規?；{度能力已經(jīng)在實(shí)際項目落地中得到了驗證。
提及優(yōu)艾智合接下來(lái)的技術(shù)方向，邊旭表示，“現階段還是會(huì )從軟件層面著(zhù)手，將機械臂與移動(dòng)機器人的視覺(jué)系統融合，生成MOS系統，另外優(yōu)化安全系統的任務(wù)邏輯，加速現場(chǎng)部署，最關(guān)鍵的是要為復合機器人的一致性做工具端與算法端的深入研究。”
從半導體到精密電子制造全場(chǎng)景
伴隨著(zhù)復合移動(dòng)機器人技術(shù)走向成熟，相應的市場(chǎng)需求也迎來(lái)增長(cháng)，這一趨勢在半導體領(lǐng)域尤為凸顯。
許瑨介紹，半導體行業(yè)之所以會(huì )迎來(lái)復合移動(dòng)機器人的爆發(fā)，因為其本身就兼具了很多先決條件。首先，搬運的對象是精密、昂貴、輕型的材料；其次，工作流程有大量重復搬運及上下料的動(dòng)作。另外，半導體工廠(chǎng)的制造生產(chǎn)流程普遍是自動(dòng)化、信息化的。
“最重要的一點(diǎn)，目前半導體行業(yè)迫切地需要機器人來(lái)彌補勞動(dòng)力缺口。”許瑨強調。
在人口紅利減弱、勞動(dòng)力從第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)轉移的大背景下，行業(yè)持續面臨“用工荒”問(wèn)題，招聘難、培養慢、離職率高成為行業(yè)的普遍痛點(diǎn)；工廠(chǎng)環(huán)境復雜，三班倒工作制，員工流動(dòng)性高。“此外，半導體行業(yè)都是無(wú)塵車(chē)間，人員在里面工作需要全副武裝防護服，加之空間狹窄，久而久之容易催生不穩定的情緒因素，然而在物料轉運的過(guò)程中需要非常精細，人的放置力度稍微出現差錯都會(huì )使物料震裂，良率下降，這些都是潛在隱患。”
在優(yōu)艾智合看來(lái)，半導體行業(yè)對物流自動(dòng)化有著(zhù)迫切需求。針對半導體行業(yè)不同環(huán)節的應用特點(diǎn)，優(yōu)艾智合開(kāi)發(fā)了系列移動(dòng)機器人產(chǎn)品，可為半導體上下游企業(yè)提供整體的物流解決方案，而這其中，復合機器人是非常重要的一環(huán)。
許瑨認為，“復合機器人有手有腳有眼睛，就像人一樣，但它比人更穩定。”
2019年中旬，針對芯片封測車(chē)間多物料轉運問(wèn)題，優(yōu)艾智合開(kāi)始研發(fā)移動(dòng)操作機器人，在移動(dòng)底盤(pán)上搭載了承料貨架，實(shí)現了半導體封測前端FOL工藝環(huán)節彈夾、焊針、焊線(xiàn)等物料在工序間的自主轉運。
針對半導體行業(yè)晶圓搬運這一環(huán)節，優(yōu)艾智合自2019年中旬開(kāi)始啟動(dòng)晶圓搬運機器人的研發(fā)工作，2021年3月，在全球領(lǐng)先的半導體8寸晶圓廠(chǎng)，利用晶圓盒搬運機器人執行晶圓盒轉運任務(wù)，該機器人搭載了6自由度機械臂及智能夾爪，實(shí)現晶圓盒在電子料架、機臺、存儲倉之間的柔性運輸及無(wú)人化自動(dòng)上下料。
從2019年正式切入半導體領(lǐng)域至今，優(yōu)艾智合針對這一場(chǎng)景已經(jīng)相繼開(kāi)發(fā)了多個(gè)系列機器人，已布局半導體產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)環(huán)節，從上游的晶圓制造、芯片封測，以及各種光電器件、傳感器、分立器件的制造，再到下游的SMT、模組加工，以及最后的組裝環(huán)節。包括海內外的多家國際知名半導體廠(chǎng)已成功引入了優(yōu)艾智合解決方案以提升自動(dòng)化。
許瑨表示，國內的復合移動(dòng)機器人雖起步較晚，但中國作為全球最大消費電子產(chǎn)品市場(chǎng)，隨著(zhù)半導體相關(guān)產(chǎn)業(yè)規模迅速擴張，制造企業(yè)擴廠(chǎng)增產(chǎn)的需求進(jìn)一步增加，倒逼工廠(chǎng)通過(guò)物流自動(dòng)化等手段實(shí)現降本增效的目標，而復合移動(dòng)機器人在此過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要價(jià)值，可以預見(jiàn)在市場(chǎng)應用驅動(dòng)下復合機器人的爆發(fā)式增長(cháng)。
同時(shí)，在許瑨看來(lái)，半導體行業(yè)只是一個(gè)開(kāi)始，在工業(yè)制造領(lǐng)域，復合機器人還有很大的機會(huì )。“目前移動(dòng)搬運類(lèi)型的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能夠解決工廠(chǎng)大范圍、長(cháng)距離、復雜批次的移載工作，但是邊界只能觸達產(chǎn)線(xiàn)的線(xiàn)邊倉，還是需要人力執行“最后一米”的物料裝填，但現在復合機器人可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。”
許瑨預測：“未來(lái)會(huì )有50%以上的智能工廠(chǎng)用復合機器人來(lái)完成最后一米的物流搬運。”
而對于優(yōu)艾智合而言，目前最重要的是要推動(dòng)復合機器人規?；涞?。
2021年，優(yōu)艾智合移動(dòng)機器人出貨近千臺，其中復合機器人占比超過(guò)三分之一。2022年，優(yōu)艾智合會(huì )以半導體為核心，持續聚焦精密電子板塊，深入理解各個(gè)場(chǎng)景，串聯(lián)整個(gè)精密電子制造的上下游規?；?wù)，在未來(lái)更好地將復合型產(chǎn)品橫向復制到不同行業(yè)。
規范標準：助力行業(yè)發(fā)展
作為復合機器人賽道的領(lǐng)先者，優(yōu)艾智合在聚焦企業(yè)自身發(fā)展的同時(shí)，也在思考未來(lái)復合機器人行業(yè)整體的發(fā)展方向。
優(yōu)艾智合認為，標準化是一個(gè)行業(yè)發(fā)展壯大的前提之一。
2022年4月，由中國移動(dòng)機器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，優(yōu)艾智合牽頭制定《工業(yè)應用移動(dòng)機器人 技術(shù)規范-復合機器人》將正式對外發(fā)布。
邊旭表示，制定標準的意義主要在于三個(gè)大方面。
第一，行業(yè)發(fā)展方面：在招標與商業(yè)項目實(shí)行的過(guò)程中，有規范性的參考標準可以提供給合作企業(yè)，同時(shí)可以幫助初創(chuàng )型小企業(yè)快速地融入行業(yè)。
第二，技術(shù)突破方面：移動(dòng)機器人與機械臂各自獨立的主控制系統已經(jīng)相對成熟，雙方的硬件及軟件需要更優(yōu)化整合，規范的行業(yè)標準可以推動(dòng)雙方控制與調控系統朝一致性方向發(fā)展。
第三，響應國家政策：機器人十四五規劃特別強調了“可在運轉、打磨、裝配等工作區域內任意位置移動(dòng)、實(shí)現空間任意位置和姿態(tài)可達、具有靈活抓取和操作能力的移動(dòng)操作機器人。”行業(yè)積極響應國家政策，通過(guò)制定規范標準形成復合機器人領(lǐng)域影響力。
邊旭還提到，目前復合機器人的應用開(kāi)發(fā)生態(tài)是相對封閉的，未來(lái)，通過(guò)標準化、模塊化的方式，可以降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻，進(jìn)而推動(dòng)復合機器人在更多場(chǎng)景的規?；涞?。
結語(yǔ)：復合機器人的出現給工業(yè)智能制造提供了新的破局之路，盡管當前來(lái)看，還存在技術(shù)門(mén)檻高等問(wèn)題等，但新技術(shù)的誕生與應用并不是一蹴而就的，在市場(chǎng)應用和技術(shù)發(fā)展雙重驅動(dòng)下，復合移動(dòng)機器人將在更多的場(chǎng)景中實(shí)現規?；瘧?。
