工业机器人市场分析：硬件销售仅占三分之一，剩余市场何在？

hwyzw

    工业和学术的乐趣

    每周推送原创潮流机器人资讯

    关闭

    关注机器人的朋友就会知道，如今整个机器人行业最大的领头羊仍然是工业机器人。早在2012年，全球工业机器人市场规模就达到260亿美元。提到工业机器人你会想到什么？说不定你的脑海里就会立刻浮现各种明星机器人：

    图片：ABB产品

    然而，你却在不知不觉中犯了错误。在这个超过260亿的市场中，机器人硬件销售额只占可怜的87亿，不到三分之一。 （数据来源：欧盟联合“The for the EU”，2010年11月）

    剩下的市场是什么？

    “系统集成”。

    工业机器人不能插电使用。它的实际部署是一件非常麻烦的事情。工厂想要使用工业机器人，并不意味着花几十万买一个机器人，安装到生产线上，按一下按钮就开始工作。相反，它需要聘请专业人员花几个月的时间来教学、编程和测试机器人。而最终的结果，说白了，就是得到一组固定的动作。如果调整生产线、更换产品，则必须重新进行流程。以某知名相机公司为例。其最先进的自动化生产部门使用 600 台六轴工业机器人来生产墨盒。一条由60台机器人组成的生产线需要4名经验丰富的工程师12个月的工作才能完成运动设计优化并投入运行。即使保持这种部署速度，该公司也遇到了困难——他们的大多数经验丰富的工程师将在5年内退休，之后会发生什么？

    这样的困难在每一条机器人生产线上都存在。国家希望到2025年实现智能制造，打造高性能机器人只是众多困难中的一小部分。

    图：使用比购买更贵的工业机器人

    被忽略

    问题

    长期以来，工厂都把这笔成本视为理所当然——有些人可能会奇怪为什么花一千万买一堆机器人，然后再花两千万去实际使用，但大多数人只是想一想，因为它是太难系统地大幅降低系统集成成本。

    一些专门研究机器人运动规划的顶尖学者确实尝试过解决这个问题。

    在这些人中，卡耐基梅隆大学的博士生罗森是一位很有影响力的人，因为他是著名的机器人仿真运动规划平台的创始人。作为他博士研究的一部分，该平台于 2007 年创建，现已成为世界上使用最多的运动规划算法库。它拥有世界上“最可靠”的逆运动学算法。他的博士论文是在过去五年内完成的。引用次数超过两百次。

    图：仿真软件工作场景

    这位学术大师知道他所做的事情会有巨大的市场，所以在博士毕业后，他花了整整一年的时间在日本和美国的实际机器人工厂进行调查。随后他和日本明星产品经理Issei在2011年启动了一个新项目，他们共同创立了一家名为Mujin的公司，专门从事工业机器人的运动规划和工厂布局优化。次年，麻省理工毕业的机器人软件工程师刘欢加入，公司也获得了第一笔投资。过去几年，木进一直处于研发状态，核心团队只有15人左右。不过，它已经获得了本田、佳能、日产、日立等多家日本十大企业的订单和合作。

    这是一个随着机器人硬件的成熟而可能具有巨大潜力的新兴行业。而且由于技术门槛极高，几乎没有竞争。类似的公司在美国刚刚开始出现，其商业模式也非常相似，但还没有可以与Mujin相比的竞争对手。它最大的竞争对手是它自己——它能多快、多便宜地进行系统集成。木今最近开始扩张、招人，有可能发展成为机器人领域的新巨头。

    木津已经开始在日本业界受到广泛关注，但国内似乎很少有人注意到这一行业趋势。今天的文章将以Mujin为例，更详细地分析运动规划技术如何降低系统集成成本。

    三菱电机表示：

    “机器人行业迫切需要系统集成方面的创新。工业机器人只是一个组件，只有集成到系统中才有价值。但每个系统都需要专门定制，与其他系统的链接也需要功夫。因此，整个行业的机器人系统成本往往是机器人硬件成本的3到20倍。”

    系统集成成本中，软件规划至少占40%。

    数据来源：欧盟联合“The for the EU”2010年11月

    木今为企业带来的效益主要有两个方面：

    穆金

    辛

   

    这款仿真软件+教学平台是木进的主打产品之一。过去，商业仿真软件很难直接应用于实际的运动规划场景，一方面是因为仿真不够准确，另一方面是不能很好地避障。主流工业机器人厂商都有自己的模拟器，但彼此之间并不通用。

    穆金·辛则不同。它支持创建快速、高效、无碰撞、避免奇点的机器人程序，支持任何机器人，准确率超过95%（其他商业模拟器<60%）。它包含用于工业任务的高级编程语言，可以对任何类型的任务进行建模，以及布局优化功能。

    举个例子：2013年国际机器人博览会三菱机器人展台展示无印良品线下教学平台。用户只需输入4个示教点，系统就会自动生成避障、无奇异点的轨迹和机器人程序。

    视频：木津教学演示

    下面的例子有点炫耀的意思。这是与川崎重工合作的项目，高速液体处理。能够在如此高的速度下运行而不溢出液体，说明Mujin可以控制速度甚至加速度，而不是大多数工业机械臂开放的位置控制功能。

    完整视频在这里：

    视频：高速液体处理

    穆金

    在运动规划中，为了实现避障，需要对机器人工作场景进行建模。在实际复杂的生产线上，对每个特征进行测量和CAD建模是一项劳动密集型工作，而且一旦生产线发生变化，就必须重新进行。 Mujin的3D环境重建系统能够通过相机扫描极快地移动3D模型的整个生命周期，并且不需要昂贵的CAD软件。这是Mujin运动规划系统的重要组成部分。

    以气泵建模为例。工作人员手持相机采集图像30秒：

    您可以实时看到正在构建的场景的3D模型；然后您可以立即在软件上裁剪收集到的模型，只需两分钟即可完成：

    最终获得目标的3D模型，整个过程仅需5分钟。

    这个精度完全满足避障的要求。

    穆金

    具体场景应用

    在运动规划技术的支持下，木今开始推出更多具体应用。

    穆金

    “拾放”是工业机器人应用最广泛的方法。然而，目前工厂使用的取放基本上都是盲目工作——在固定的开环中运行一组动作，甚至这组动作也是工程师通过反复测试来调整的。 MUJIN的拣选系统可以根据反馈实时自主完成从识别到在线路径规划的整个过程。

    “这是唯一具有实时避障功能的仓库拣选系统”

    - 可以处理很深的盒子

    - 可以使用任何机器人

    - 更安全

    - 快点

    - 处理复杂约束的能力

   

    - 能够轻松与其他系统集成

    这些优势使得Mujin能够在多种平台上实现非常快速的系统部署。

    下面是具体的演示视频。该系统自动从一箱零件中定位单个零件，使机器人能够将它们取出并放置在目标位置，而无需接触箱壁。整套动作都是由计算机在线规划的。

    穆金

    “它是目前市场上唯一采用运动规划技术的激光切割控制系统。”它

    - 能够避开障碍物

    - 由此产生的行动没有奇点

    - 还要避免自我碰撞

    - 能够生成任何曲线

    系统兼容性也是一个主要优势，因为用户不需要购买昂贵的新设备来使用该系统。

    图片：该系统甚至与 20 世纪 80 年代的切割机兼容

    未来

    会发生什么？

    MUJIN从来没有人想过以这种方式接管系统集成。这种商业模式的技术门槛极高，就连无印良品也花费了多年的时间进行纯开发。近年来成果的实用性让木进迅速进入市场。许多曾经“绝望”的工厂客户通过各种渠道找到了MUJIN，并按照MUJIN给出的方案重新部署自动化生产。现在，日本排名前十的企业大部分都与MUJIN有合作。

    未来的潜力有多大？例如，即使在全球自动化程度最高的汽车制造商丰田的工厂中，也只有约5%的流程使用机器人，而无印良品正在大幅降低这一门槛。

    那么，有哪些风险呢？当然，它在很大程度上存在。例如，科研界这么多的运动规划研究成果却很少大规模应用于实际生产线。原因之一是实际生产线对可靠性的要求极高。运动规划算法通常有大量的可调参数。当面对新问题时，为了达到可靠性，调整参数可能比手动设置动作更麻烦，并且需要对算法的理解。

    再比如，木今声称其产品兼容任何机器人系统——这意味着两件棘手的事情：1、要承接任何项目，木今需要提供能够Hack其现有系统的高级技术人员；2、木金需要提供能够Hack其现有系统的高级技术人员； 2.随着新的机器人硬件不断涌现，木进必须不断扩展其兼容性能力。但这对于Mujin来说似乎并不是什么大问题——毕竟他们已经能够支持日本一半以上的机器人类型，并且解决了千余种机器人的逆运动学解析解。最好的情况是木金只需要一部分技术人员来维护兼容不同硬件的库，并且在每个具体项目中只需要简单的操作即可访问它们。木今目前的做法是，只要客户有需要，就支持新品牌。

    作者的结论

    由于很少有人尝试这种专门提供体育策划服务的商业模式，目前尚不清楚市场将如何接受它。但如果这个模式得到广泛认可，木今将凭借九年的研发和测试形成技术壁垒，短期内成为该领域不可动摇的垄断者，或许会像以消费级无人机飞控起家的大疆一样。美国的一些初创公司已经开始做出类似的尝试，但Mujin拥有天时地利的优势，拥有来自美国的技术、日本成熟的市场和知识渊博的客户。

    在目前的实际应用中，木金通常可以降低客户25%左右的系统集成和改造成本，提高效率20%。仅在日本，每年就节省了 22 亿美元的成本。期待木槿接下来的发展。

    （超过）