协作机器人颠覆产业：制造业、电商、农业与食品服务的爆炸性需求增长

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    在全球自动化浪潮和中国制造2025战略布局之际，制造业对工业机器人的需求不断上升，投资者也将押注投资回报高、更新快的巨大市场驱动的机器人布局。与传统工业机器人笨重、危险、只适合大环境相比，协作机器人正在克服挑战，颠覆行业。

    作为本期智能内参，我们推荐CB的协作机器人（Cobot）行业报告，解读协作机器人场景适用性，盘点其在制造、电商、农业、食品服务等领域的爆发式需求增长。如果您想收藏本文的报道（CB - Are The），可以在知动态头条回复关键词“nc276”即可获取。

    以下是智能内参机构呈现的干货信息：

    COBOT开辟百亿市场

    20 世纪 60 年代初，德沃尔重达 2,000 磅的手臂在通用汽车工厂安家，成为第一台用于热压铸金属的工业机器人。该臂可以抓取、焊接、钻孔和喷涂，并且液压臂的路径使用鼓式硬盘驱动器进行编程。

    ▲ 手臂

    再过五十年，机器人的定义已经发生了巨大的变化。现代机器人是可编程的网络物理机器，当然不包括汽车和无人机。

    一般来说，工业机器人是大型笼式设备，用于代替人类执行重复性和危险性的任务。随着智能手机革命和自动驾驶汽车的发展，更小、更灵巧、成本更低的机器人已经进入工厂。

    这些重量更轻、成本更低的机器人可以配备传感器，使它们能够在工业环境中与人类一起工作，成为“COBOT”（协作机器人）。机器人可以执行特定的任务，例如抓取小物体、观察，甚至学习处理“边缘情况”。

    尽管协作机器人仅占 400 亿美元工业机器人市场的一小部分，但未来十年它将迅速增长，成为 100 亿美元的市场。

    机器人痛点及解决方案

    从历史上看，机器人行业在很大程度上受到以下几个问题的困扰：

    1.视觉问题：允许机器人识别和导航物体（包括人）的视觉技术一直在慢慢改进，公司依靠笼子来保护人类，同时消除短距离操纵的可能性。

    2. 灵巧性问题：机器人抓取和机械能力仍然有限。

    3、投资回报率低：昂贵的机器人价格加上低廉的劳动力成本阻碍了机器人技术在农业、制造业等领域的广泛普及。

    下面将详细介绍COBOT（协作机器人）如何应对这些技术挑战，并改造制造业、电商、农业、食品服务等行业。

    新视觉技术

    随着机器人逐渐在世界各地的工厂中使用，开发视觉系统让机器人能够识别物体并进行安全导航已被提上日程。

    许多机器人的功能是在高度结构化的环境中执行可重复的任务。因此，传统的安全措施通常由笼子组成，简单有效地避免了人与机器人接触带来的危险。但现在，变化正在发生。

    近年来，激光雷达等视觉硬件变得更便宜、更高效、应用范围更广。如今，许多初创公司正在使用基于新视觉技术的协作机器人，这些机器人装有传感器，并且可以由站在它们旁边的人类工人操作。

    1996 年左右，人们发明了许多不同形状和尺寸的协作机器人，其设计时考虑到了人类工作场所的需求。此类机器人很容易重新编程，相对自主，而且功能远不如低技术工业机器人强大。

    协作机器人在小型工厂环境中找到了“完美的利基”，可以执行 3D 打印、制造医疗设备或完成仓库订单拣选等更多认知任务。在那里，人类员工也参与工作。

    机器人认知

    教导机器人适应环境（地图）并操纵物体是一项艰巨的任务。幸运的是，谷歌和加州大学伯克利分校的一些研究进展已经成功证明了“一次性”学习的可行性，即协作机器人无需大量训练数据即可识别新物体。

    未来的机器人可能只需要观察人类员工的工作流程即可完成任务学习；或者操作员可以使用VR手势进行编程（协方差首创的方法），让机器人掌握其工作方式。

    虽然这项技术还有很长的路要走，但今天的技术已经足够成熟，可以让机器人和人类一起工作。协作机器人及其近亲 AGV（自动导引车/运输机器人）已成为制造和仓库环境中的标准配置。

    ▲三类工业机器人（运输机器人/AGV、协作机器人、传统工业机器人）

    机器人可以轻松完成重复性、可预测的任务。

    但对于相对非结构化的任务，例如从随机分类中挑选一个项目，这对应于许多更独特的场景，则需要特殊的算法。在真正协同工作的情况下，运输机器人必须自主“看到”人类员工的动作并采取相应的行动。

    开发处理这些边缘情况的算法已成为人工智能 (AI)、计算机视觉和自动驾驶领域的前沿研究课题。

    就人工智能和机器学习而言，90%场景的路径自动化很容易实现，难的是最后一公里。顶级风投A16Z的埃文斯指出，机器学习就是解决对机器来说困难而对人来说容易的问题，或者是人们难以用计算机语言描述的问题。

    随着机器学习工具变得越来越广泛，初创公司开始关注计算机视觉，以推动新一波机器人技术的发展。

    下图为Veo（左）和Osaro（右）演示的基于视觉系统的机器人拣选和分拣。 Veo 由前员工创立，旨在为笨重的机械臂改装“人类级的眼睛”。 Osaso 由 Peter Thiel、Elad Gil 和 Sean 创立，为制药和食品服务等行业的机器人开发视觉软件。

    ▲随着协作机器人的发展，工业机器人的采用率也会提高。安全性和功能的提高意味着对工业机器人的需求更大，这可能会进一步吸引初创公司设计更先进的计算机视觉系统，从而形成正反馈循环。

    追求灵巧

    虽然机器人变得越来越普遍，但它们还没有发展出我们所期望的《摩登家庭》或《终结者 2》中的智能或灵巧性。著名的机器人学家汉斯在《莫拉维克悖论》中提出：

    “让计算机在智力测试或跳棋中达到成人水平是比较容易的，但在感知和移动性方面很难或不可能让它们达到一岁人类的水平。”

    换句话说，高级推理需要很少的计算，但低级感觉或运动技能需要大量的计算资源。灵活性是机器人技术的一个主要挑战。相对而言，改进硬件是更有效的方法。

    投资回报率高

    更便宜、更好的协作机器人硬件为专注于计算机视觉和定制软件的初创公司带来了机会。最大的协作机器人制造商是丹麦（），2015年被美国（）收购。其协作机械臂为初创公司提供镐和铲子。

    ▲为初创公司提供协作机械臂

    Ready、Fetch 和  等具有风险投资背景的初创公司正在使用优傲机器人的协作机械臂来构建机器人系统。 Ready 正在为工业自动化任务提供机器人即服务 (RAS)。 Fetch的协作机器人执行电子商务分拣，并使用协作机器人对多台3D打印机进行自动化管理。

    据 称，一些机械臂平均工作195天就可以收回成本。整个行业，协作机器人的平均售价为2.4万美元，预计到2020年这将是一个30亿美元的市场。

    机械手

    尽管灵活性有所提高，但通用末端执行器（能够操纵任何物体的机械手）仍然难以实现。

    今天的机器人不具备多任务处理能力，但初创公司正在利用聪明的黑客来探索可以抓取各种物体的末端执行器。

    ▲四种末端执行器/机械手

    以Soft为例，该公司专门生产柔性机器人，使用柔性材料、流体或气压而不是机械力学。这种类型的操作仍然不完善，灵活的机器人是避免用不适当的力挤压物体的一个很好的解决方案。 Soft的抓手机器人（）已获得FDA批准用于处理食品，目前用于食品包装。

    此外，对于不太敏感的材料，Grave 在传统机械臂上使用电粘附材料，允许传感器与专用工具结合来处理它们。

    ▲亚马逊专利：一种基于共享流体量数字控制的机器夹具，可以同时处理重型、耐用的物品和轻型、柔软的物品。

    协作机器人是基于传感器的机械设备，解决了机械臂笨重的缺点。在这方面，机械臂也不例外。虽然目前的机械手，或者说末端执行器，还没有达到人类的高度灵活性，但相信未来的协作机器人将配备高效的末端执行器和智能工具，可以智能地处理任何事情。

    需求爆炸

    自20世纪40年代以来，新一代协作机器人让工业机器人巨头措手不及。

    发那科执行董事表示，“我们没想到大型制造商会愿意使用此类机器人，因为这些机器人只能举起轻型物体，而且能力有限。”

    现在，行业参与者正在追赶协作机器人部门 ，据称该公司目前占据协作机器人市场约60%的份额。

    ABB、发那科（安川电机）、库卡和罗伯特博世等主要机器人公司也跟随优傲机器人进入协作机器人市场（发那科估计拥有 6% 至 10% 的市场份额，安川电机更小）。与此同时，他们正在结成联盟：川崎重工有限公司正在与瑞士竞争对手 ABB 合作，以标准化机器人编程。

    ▲大型机器人厂商进军协作机器人市场

    为什么协作机器人需求突然增加？

    主要原因之一可能是劳动力成本上涨。工业化国家的工资由于经济增长而飙升。例如，自 2006 年以来，中国的平均工资增长了一倍多，使其不再被视为低成本外包目的地。

    事实上，中国现在的物价如此昂贵，以至于其消费电子代工工作正在流向越南等低成本邻国，去年中国对机器人的需求增长了20%以上。

    昂贵的劳动力也正在影响本地化制造的规模。为此，机器人正在掀起新一轮的再就业浪潮（正如特朗普的口号所说：将制造业带回美国）。 BCC 2015年的一项调查显示，20%的美国制造商表示，他们正积极将生产从中国迁回美国，或计划在未来两年内开发新的（国内）生产线。大多数人认为自动化降低了成本并使美国更具竞争力。

    ▲机器人与人工成本对比

    随后，企业越来越多地转向协作机器人，这种机器人易于编程，比传统劳动力更便宜，而且比传统工业机器人更便宜。由于所有这些原因，协作机器人制造商正在以比以往更低的价格销售更多的设备。

    值得指出的是，这不仅仅是科技巨头的创新战场，规模较小的工厂也在加入协作机器人的浪潮。该公司首席财务官在2018年1月的财务报告中指出，其协作机器人业务增长迅速，约50%的客户是中小企业（SMB）。

    ▲中小企业协作机器人需求猛增

    协作机器人市场正处于领先地位，较大的制造商可能更有能力为协作机器人运动提供硬件（尽管他们的大多数型号仍然是工业品种）。

    缺乏市场意识可能会成为未来的一个挑战。优傲机器人总裁指出：“我们的目标市场（现在）只有10%了解协作机器人，这意味着90%的潜在市场尚未开发。”

    工业应用

    如上所述，全球劳动力成本上升正在增加对协作机器人的需求。这种需求在农业、制造业和建筑业尤其迫切。

    随着婴儿潮一代开始接近退休年龄，劳动力市场缺乏新工人来替代他们。据估计，美国约22%的熟练制造业工人，即27,000人将在未来十年内退休，如果这种趋势持续下去，该行业将失去约200万工人。

    与此同时，电工、水管工等技术工人的退休潮正在成为建筑行业的限制因素。去年，生产商担心由于加州葡萄酒之乡农业劳动力短缺，农作物会死在葡萄藤上。

    历史上的低失业率（这意味着工人在经济的其他领域有更好的选择，即所谓的结构性劳动力短缺）使这些困难变得更加复杂。

    该公司面临着员工减少的压力。有了协作机器人，就有了对策。初创公司正在为特定行业提供定制的协作机器人。

    以下是协作机器人初创公司取得早期成功的几个领域。

    仓储及电商

    即使是像亚马逊这样的巨头也面临着劳动力短缺的问题。 2017年8月求职季期间，该公司仅收到2万份求职申请，远低于5万份的目标。

    为此，亚马逊斥资 7.75 亿美元收购了仓库机器人制造商 KiVa，据说引发了机器人制造商之间的一场竞赛：当亚马逊决定囤积 Kiva 并仅在内部使用时，其他公司争相填补。留一个空白。

    与此同时，随着电子商务的蓬勃发展，对仓储空间的需求也激增。去年，平均仓库天花板高度比 2001 年高出 21%，新仓库建设支出在 2017 年 10 月达到顶峰（仅当月就支出了 27 亿美元）。毫无疑问，仓库中协作机器人的需求正在增长。

    ▲仓储业的繁荣

    持续不断的电子商务浪潮正在给整个行业带来按时交付订单的压力。作为回应，一系列专注于提高生产力的机器人初创公司应运而生。例如，Kiva，许多初创公司正在使用运输机器人/自动导引车（AGV）进行物料运输和物品拣选。

    AGV 技术已经存在了几十年（其更复杂的“表兄弟”有时被称为 AMR，即自主移动机器人），并且随着更好的自主性和视觉系统的出现，它开始进入市场。许多资金雄厚的初创公司提供 Kiva 等货运机器人，用于运输电子商务和制造业的材料。

    像这样的初创公司，专注于码垛和叉车；奥托的部门专注于物资运输； Fetch 和 6 River 都是资金雄厚的公司，在仓库环境中提供移动拣选机器人。

    ▲仓库中的移动机器人

    除了运输之外，协作机器人在电商中的另一个主要应用是拣货和分拣。

    随着消费者购买量的增加，机器人需要挑选和包装混合物品。排序（左下）在 GAP 配送中心对物品进行排序。 （右下）更喜欢电商排序。值得注意的是，这两家公司都使用了 的机械臂硬件，但其他样品中都使用了Fanuc的机械臂。

    ▲ 排序分拣机械臂

    由于仓库的高投资回报率，初创公司可能会继续为这个蓬勃发展的垂直领域开发技术。例如，亚马逊最近透露了如何投资各种新型机器人，京东最近推出了其 100,000 平方英尺的仓库，只需 4 名工人即可每天处理多达 200,000 个订单。

    农业

    2017 年，约翰迪尔斥资 3.05 亿美元收购 Blue River  后，人们对农业机器人的兴趣开始激增。

    据美国农业部称，大多数大型农场都使用一定程度的自动化来指导农业。初创公司正在开发自动化农业设备，从自动驾驶拖拉机到专门的机械臂采摘机。

    在劳动力严重短缺和移民规定收紧的情况下，自去年加州农作物几乎未收割以来，农业机器人已经成熟。如下图所示的代表性公司正在研究浆果采摘——机器人很难在不压碎浆果的情况下完成这项工作。

    ▲浆果采摘机

    苹果采摘机器人就是其中之一，它去年从 SRI（斯坦福国际研究中心）分离出来，并从   和  Motor  等投资者那里筹集了 1000 万美元。

    ▲ 苹果采摘机

    AGV（农业 AGV）和 Lely（自动挤奶）等其他参与者正在重新定义协作机器人。

    是服务机器人领域规模最大、资金最充足的初创公司之一，为多个垂直组织开发协作机器人。该公司专注于机器人收割和播种 UGV（无人地面车辆），并对现有设备进行改造以实现自动化功能。

    餐饮业

    协作机器人初创公司还瞄准了目前失业率低至 6% 的食品服务行业。在一个以高流动率闻名的行业中，餐馆投资机器人并不是为了解雇工人，而是因为他们找不到足够的员工。

    例如，Bread在过去2年中新增了约2.5万个职位，以应对数字平台订单的增加。在许多地方，食品制造商区分线下餐厅运营和线上分销。

    ▲餐饮行业的协作机器人

    初创公司正在使用定制的人工智能和机械臂来实现烹饪自动化。 2018 年 3 月，南加州连锁餐厅试用了 Miso 的汉堡包翻转机器人（左上），名为 Miso。 NPR 报道称，这款汉堡机器人目前的零售价为 60,000 美元。此外，协作机器人在烧烤线上也很有效。在早期阶段，这些机器人无法满足客户的需求。

    在其他地方，一家自动汉堡餐厅（右上）使用 20 台计算机、350 个传感器和 50 个执行器在 5 分钟内提供 6 美元的汉堡。虽然不使用典型的协作机械臂或送货机器人 (AGV)，但该系统本质上是一台协作机器，可以制作汉堡并通过员工将其交付给顾客。

    在饮料方面，这家初创公司最近宣布与 TGI 合作创建 ，这是一个由人工智能算法驱动的调酒师，为食客提供个性化鸡尾酒。

    综上所述

    许多人已经在思考自动化将如何改变工厂并取代工人。虽然协作机器人有一个很好的核心——人机协作，但毫无疑问，这项技术将颠覆现有的工厂模式。随着需求和技术的不断增长，协作机器人即将达到一个分水岭。

    更好的自动化将产生强大的连锁反应，从而改变我们所知的制造业。工厂将搬迁，不太愿意在廉价劳动力市场上运营。与机器人管理相关的工厂工作岗位可能会激增。对协作机器人技术的新投资预计将带来生产力的大幅提高。

    企业整合技术的方式以及政府在下一经济阶段制定的政策将对未来的人机协作模式、生产成本和效率产生深远影响。

    志东西认为，制造业、农业、建筑业等领域劳动力的结构性短缺加上协作机器人相关技术的成熟，直接导致该市场可观增长，成为人工智能技术尤其是机器视觉的重要落地点技术。场景。目前已有一些成功案例验证了协作机器人的高投资回报率。传统机器人巨头的介入将使行业快速进步。 #智物公开课#8月9日（下周四）晚上8点，第七期AI芯片系列课即将开始。主讲人为鲲云科技CEO牛新宇。主题为《基于数据流定制架构的AI应用与开发》《实践》，扫描二维码报名免费参课！