【专题特供】复合机器人研究和应用现状及发展挑战

广告 | 点击查看

为更大程度挖掘和发挥智能机器人装备的能力，国内外众多专家、机构和企业都在研究和开发复合机器人。北京航空航天大学机械学院副教授、博士生导师，机械工业服务机器人重点实验室主任陶永结合长期的研究开发经验和行业观察，为我们介绍了复合机器人的研究进展、应用前景和发展趋势等业界关心的内容。

喜崇彬

当前，关于复合机器人技术和应用的研究方兴未艾。一方面，复合机器人的市场应用具有非常大的发展潜力；另一方面，关于复合机器人的技术研究和功能拓展也面临诸多挑战。为此，我们专门采访了北京航空航天大学机械学院副教授、博士生导师，机械工业服务机器人重点实验室主任陶永。作为长期深入研究机器人及其智能技术的专家，他不仅为我们介绍了目前复合机器人研究的进展情况，还对复合机器人的市场应用前景和技术发展趋势提供了深刻见解。

陶永

北京航空航天大学机械学院副教授、博士生导师，机械工业服务机器人重点实验室主任

复合机器人研究方兴未艾

记者：请问学术界是如何定义复合机器人的？关于复合机器人的研究是如何发展起来的？现在已进展到怎样的阶段？

陶永：我们认为，复合机器人是指由移动平台、机械臂、视觉模组、末端执行器等组成，利用多种机器人学相关原理，融合环境感知、定位与导航、移动操作、人工智能、机械电子、智能传感器等技术，集成移动机器人与机械臂功能的新型机器人。因此，复合机器人同时具备两种机器人的能力：第一，复合机器人具备协作机器人利用机械臂完成各种动作的能力；第二，复合机器人也如移动机器人那样具备移动、导航和定位的能力。

机器人是代表人类先进工业制造水平和智能技术发展的先进装备。协作机器人和移动机器人在工业制造或物流作业中都已有较长时间的应用。不过，传统协作机器人的作业位置是固定的，作业功能通常也是固定的；传统移动机器人通常只有物料搬运的功能。这导致它们都很难根据自动化生产线或物流仓库的作业变化做出灵活调整和部署，也无法适应智能化、数字化、柔性化的生产方式。

然而，如今的制造业或物流服务业往往都面临多变的需求。例如，在3C产业的手机制造业中，产线多品规生产、产品频繁的升级换代都是常态；在电商行业中，物流仓库要面临不断变化的销售商品品规及不定期的各类促销活动。这些都迫使相关企业的生产作业或物流作业要具备高效和柔性的生产作业能力。

作业中的复合机器人

为了解决这一问题，更大程度挖掘和发挥机器人装备的能力，国内外很多企业和科研院所开始研究和开发复合机器人。实际上，国际相关的制造业强国对于复合机器人的研究较早，但由于市场需求、工业应用场景的局限性，复合机器人尚未打开应用市场。而我国机器人产业近些年发展迅速，从2014年开始，连续七年成为全球最大需求和应用市场，机器人相关技术和产品也从单纯模仿向自主研发探索和高端化转型，已经在世界市场占有重要的一席之地。而针对复合机器人技术和产品的研发，正是中国机器人产业发展的重要方向之一。

记者：复合机器人具体是由哪些核心部件或子系统组成的？各部件或者子系统的发展状况如何？

陶永：复合机器人是一种由多系统构成的复合装备。从硬件层面看，复合机器人的下面部分是移动底盘，这一移动底盘与自动导引车AGV或自主移动平台AMR类似，就像“脚”一样使复合机器人能够整体移动，实现工作区域的转移扩展。移动底盘主要是轮式或履带式的，可针对不同的移动作业环境或场景。当然，还有的机器人通过腿式装置实现移动功能，广义上也可以称为复合机器人，但是一般把它们放在仿生机器人或人形机器人领域进行研究。

复合机器人的上面部分是机械臂，根据作业需求不同，机械臂的末端执行器（就是“手”）部分可以安装不同装置，以实现机械臂抓取、装配、喷涂或打磨等不同动作功能。

为实现移动机器人底盘移动和机械臂各种作业的功能，复合机器人各个部分集成安装有各种类型的传感器，是构成机器人感知系统的重要部件。传感器的类型有视觉传感器、激光传感器、力觉/触觉传感器、声音传感器等多种类型。随着技术进步，各种类型的传感器功能愈发强大，更精准和更敏感，而且制造成本也大幅降低。这都给复合机器人的功能升级和应用拓展提供了强有力支持。

从软件层面看，机器人操作系统必不可少，可以说是机器人的“大脑”，是构成机器人系统和实现机器人作业功能的重要组成部分。机器人操作系统从软件层面定义了机器人的功能和特性。与计算机操作系统相比，机器人操作系统在软件架构、运行机制、功能、人机交互方式、使用等方面有自己的特点。

目前比较流行的开源的机器人操作系统，包括ROS系统、机器人嵌入式Linux操作系统。其中，ROS系统起源于2007年斯坦福大学人工智能实验室与机器人技术公司WillowGarage的个人机器人项目（personalrobotsprogram）的合作；它是一个开源的元级操作系统（后操作系统），提供了一些标准操作系统服务。

机器人嵌入式Linux操作系统是指在机器人系统中使用的一种嵌入式操作系统，其核心是Linux系统。这些开源操作系统给复合机器人的技术探索和功能研发提供了极大便利。但是在实际商业化应用中，由于更多的复合机器人应用项目是定制开发的，为保障系统的稳定性和安全性，还是需要开发专用的复合机器人操作系统。

复合机器人应用前景广阔

记者：据您了解，目前复合机器人在哪些行业或领域有着具体应用？其发展前景如何？

陶永：根据我们研究团队的调研，目前国内复合机器人应用行业和领域主要集中在半导体、智能巡检、3C、高端机床加工、新能源汽车、工程机械等领域，应用客户普遍为自动化程度较高的企业。

复合机器人的应用，需要紧贴客户的需求形成具体的解决方案。如适合新能源电池生产的自动挂接机器人、能进行快速分拣的料箱机器人、双车联动重卡装配线机器人等。未来几年，这种技术与应用深度融合的趋势将会延续和发展。复合机器人行业将会打造更明确的价值输出，通过各种技术创新，加速实现技术与应用之间的整合。

具体到作业功能环节，复合机器人可以在工业生产线上进行物料搬运、装配、喷涂、打磨等操作和作业；可以在仓储与物流领域实现自动化的货物存储和分拣；可以在医疗护理领域提供精确的物品运输、传递和康复治疗；可以在宾馆等商业化服务场景中完成清扫与清洁等作业；还可以在农业领域进行农作物的采摘等。

总的来说，我们认为复合机器人拥有广泛的应用前景，能为人们的生活和工作带来极大便利和效益。

记者：在您看来，如何更好地推广复合机器人在各个行业或不同场景中的应用？

陶永：需要强调的是，复合机器人天生就不是为替换单一工位而生的，它的价值在于使用一台机器人取代多个人工或者多台机器人的应用场景。因此，研发复合机器人技术、开发复合机器人功能，必须注意复合机器人功能的可拓展性，以保证复合机器人能够执行多种任务，具有灵活性和多样性。

目前，包括我们在内的众多研究团队都已开始研究移动底盘上搭载双机械臂的复合机器人。与单臂单“手”的机器人相比，双臂双“手”的机器人无疑能够实现更多复杂动作，应用场景也大大拓展。

此外，在复合机器人的应用推广过程中，一定要考虑产品的性价比。客户企业选择使用复合机器人产品，也会更多地从商业投资的角度进行衡量，会考虑产品的性价比、投入产出比。因此，我们在研发技术和开发产品时，要考虑为用户提供高效、经济的技术和解决方案。

从长远角度来看，我们国家自己掌握相关软硬件的核心技术，更有利于相关产品和技术的长久和持续发展。而且随着技术进步和行业规模不断扩大，复合机器人产品也有望进一步降低制造和使用成本，更广泛地走入到生产和生活服务场景中去。

复合机器人在cnc行业的应用

复合机器人发展面临的机遇与挑战

记者：在您看来，哪些科技进步促进了复合机器人研究或产业的发展？

陶永：如今，人工智能技术、大模型技术、自动控制技术、工业视觉技术、5G与云平台等技术的发展，已为复合机器人技术研发和产品开发带来巨大支持，实现了交叉融合的快速发展。例如，自动化控制技术的进步，工业视觉等新型智能传感器的快速发展，大幅提升了复合机器人的控制精度与效果，使复合机器人的功能多样性和可扩展性得以增加。而“5G+云+AI”相关技术的结合，5G的可靠网络、云计算的海量算力、AI的应用智能相互协同，更是极大提升了复合机器人的功能和能力，使复合机器人成为数字化生产体系中的重要工具和动力引擎。

在具体作业环境中，复合机器人通常与其他搬运机器人或智能装备配合使用，这涉及大规模调度和多机协同等技术。复合机器人在智慧工厂中的应用，如自动化物料运输和机床的上下料，都是对AGV技术的继承与拓展，包括机器人的自定位、精确操作、协同控制以及安全避障等技术要求。此外，复合机器人在执行具体的工艺操作时，需要考虑抓取顺序和路径优化，因此机器人系统的集成技术对于复合机器人的应用也十分重要。

从未来发展的角度看，具身智能、神经网络、深度学习、大模型、新型传感器等技术将对复合机器人未来的技术研发产生重大影响。未来的复合机器人必然是高度智能化的装备，而人工智能、神经网络、深度学习等技术的进步，将使复合机器人在技能学习、迁移与泛化，机器人仿真训练和高性能计算等方面实现跨越式发展，使复合机器人拥有更高的智能化水平、更强大的作业能力。

记者：对于复合机器人的技术研究和产业发展，我们面临哪些具体的挑战？

陶永：复合机器人的研究和开发是一个复杂的科研项目，涉及机械、电子、控制、传感器等多个学科领域，与很多前沿科学互有关联，需要持续研发和迭代发展，因此需要一个强大的支撑体系。目前，国家层面高度重视该领域的研究，并有相应的研究和开发计划，我们北京航空航天大学的研发团队也参与其中，且取得了相关的研究成果。随着完善的复合机器人产学研用体系的建立，及核心关键技术的持续攻关和推进，相信我们国家的复合机器人技术和产品能够在世界上占有更加重要的地位。

陶永教授参与编著的《复合机器人技术及典型应用》已出版

从市场推广角度看，我再次强调技术和产品性价比的重要性。尽管复合机器人产业刚刚起步，还是希望国家从政策层面能够给予支持，使复合机器人的应用能形成示范效应，促进产业快速发展。对于技术开发和产品开发的企业来说，如果能形成一定的标准化、模块化，使得研发机构和制造企业在技术应用或部件采购时能形成规模效应，并降低成本，从而推出更有竞争力的技术和产品，必然也十分有利于复合机器人技术的进步和产业的发展。

当前，新的技术革命和产业竞争已经到来，世界主要工业发达国家均将智能机器人作为科技产业竞争的前沿和焦点，加紧谋划布局。针对复合机器人的技术研发和产业化发展，正是关键的竞争领域之一。相信凭借我们科研工作者和产业工作者的共同努力，我国在这个领域一定能够建立自己的技术体系和竞争优势，让复合机器人成为促进我国工业发展、提高人民生活水平的得力助手和重要工具。

专题目录

主持人/本刊记者 任芳 朱淼鑫

• 复合机器人研究和应用现状及发展挑战——访北京航空航天大学机械学院副教授、博士生导师，机械工业服务机器人重点实验室主任陶永（喜崇彬）

• 复合机器人海外研究及应用综述（本刊记者 罗丹）

• 优艾智合：突破“最后一米”，助推工业升级——访优艾智合机器人科技有限公司市场总监关健（任芳）

• 浙江欣奕华：以需求为舵、技术创新为帆，深耕复合机器人赛道——访浙江欣奕华智能科技有限公司市场与产品总监张春泽（王玉）

• 斯坦德：以“1+N+X”理念提供复合机器人高效解决方案（肖原）

• 经世机器人：以技术为核心驱动力，加速复合机器人落地应用——访山东经世智能科技有限公司总经理秦立夫（朱淼鑫）

———— 物流技术与应用融媒 ————

编辑、排版：王茜

本文内容源自，有删改。

欢迎文末分享、点赞、在看！转载请联系后台。

广告宣传