“3D視覺+協(xié)作機器人”，能否激活全新的應用市場？

隨著3D視覺與工業(yè)機器人搭配的緊密度提高，在過去幾年里雙方搭配的滲透率也正在持續(xù)攀升。

高工機器人產業(yè)研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2022年中國3D視覺+工業(yè)機器人應用臺套數(shù)為8500套，在整個工業(yè)機器人的滲透率為2.8%。

而在工業(yè)機器人領域，協(xié)作機器人是工業(yè)機器人增速最快的細分領域之一。從協(xié)作機器人的銷量上來看，GGII認為，未來5年中國協(xié)作機器人整體銷量年均復合增速將保持35%以上。預計到2026年，中國協(xié)作機器人銷量將突破10萬臺大關，市場規(guī)模將突破100億元。

面對3D視覺+機器人廣闊的市場，目前部分3D視覺玩家和協(xié)作機器人廠商開始謀局未來。

3D視覺企業(yè)&協(xié)作機器人企業(yè)齊發(fā)力

3D視覺玩家推出搭載協(xié)作機器人產品

面對協(xié)作機器人這枝后起之秀，3D視覺玩家開始將協(xié)作機器人作為業(yè)績增長的考量之一，為協(xié)作機器人推出合適的應用產品。

今年2月，埃爾森推出了新款AT-S1000-06C-S3型3D視覺相機，AT-S1000-06C-S3具備輕巧的機身，兼具埃爾森成熟的雙目成像技術，面向工業(yè)自動化用戶提供可靠的精度及運行穩(wěn)定性，為機械臂，尤其是以協(xié)作機器人為代表的輕型機械臂提供了更充裕的負載余量和更寬松的末端執(zhí)行器安裝空間。

今年3月，圖漾科技正式發(fā)布了新款3D工業(yè)相機PS800-E1，該款新相機體積小、重量輕，面向近距離高精度的應用場景，滿足無序分揀和物體的測量檢測等多種應用場景，尤其適合以eye-in-hand方式安裝于協(xié)作機器人前端，實現(xiàn)機器人的高精度定位引導。

2022年，梅卡曼德推出的Mech-Eye Nano 工業(yè)級3D相機，重量輕、體積超小，臂載式安裝于協(xié)作機器人上，具備優(yōu)異的抗環(huán)境光性能，在較強陽光環(huán)境下（> 60000 lx）可穩(wěn)定運行。

協(xié)作機器人企業(yè)：手眼協(xié)同，效率加倍

近年來，隨著協(xié)作機器人工藝包的持續(xù)開發(fā)，協(xié)作機器人能實現(xiàn)的應用逐漸多元化。從應用場景來看，目前協(xié)作機器人的應用主要集中于工業(yè)場景的裝配、螺絲鎖付、搬運/上下料、拋光打磨、焊接、噴涂等領域。

隨著終端廠家生產的需求與日俱增，協(xié)作型機器人需要視覺感知來獲取實際應用中的人機交互能力，來實現(xiàn)更加智能化和高效的操作。

目前市場上已有部分協(xié)作機器人企業(yè)推出視覺和協(xié)作機器人的相關組合，或與視覺企業(yè)優(yōu)勢互補，強強合作。

4月4日，在2023 ITES深圳工業(yè)展期間，大族機器人發(fā)布了Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機器人，突破了前置AI視覺小型化的難點，做到一體化內走線應用，使之同時擁有眼睛（視覺）、大腦（AI），達到了看得見、看得準、會“思考”的目標。

中科新松自研開發(fā)了視覺產品——DUCO Mind智能應用控制器，形成了機器視覺+多可協(xié)作機器人組合的解決方案，其中，DUCO Mind智能應用控制器可為協(xié)作機器人作業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的3D視覺柔性化定位。

2021年，遨博與視科普共同建設成立“智能機器人聯(lián)合實驗室”，雙方分別從應用研究和基礎研究方面致力于多個方向的研究，開發(fā)重要復合型產品，解決產品開發(fā)上游基礎研究和下游產業(yè)化過程中的共性和關鍵技術難題，轉化科技為生產力。

3D視覺+協(xié)作機器人的協(xié)同

當前，3D視覺+協(xié)作機器人的組合已經應用于搬運(拆碼垛)、上料、揀選、分類、定位、涂膠、裝配、檢測等應用場景。

例如，在物料搬運過程中，如果物料是無規(guī)則狀態(tài)，3D視覺可以幫助機器人識別物料的位置和方向，從而進行準確的抓取和搬運。在品質檢測環(huán)節(jié)機3D視覺可以識別和檢測產品的缺陷或瑕疵，例如裂紋、異物、變形、錯裝、漏裝等，并將檢測結果反饋給機器人進行后續(xù)處理。在導航和定位環(huán)節(jié)，在協(xié)作機器人工作過程中，需要對周圍環(huán)境進行感知和理解，協(xié)作機器人可以利用3D視覺技術實現(xiàn)精確的導航和定位。

可以說，有了3D視覺后，協(xié)作機器人如虎添翼，兩者可以產生較好的協(xié)同作用，有效滿足了柔性自動化以及生產設備安全性需求。

那么，滿足生產柔性化需求的挑戰(zhàn)是什么？兩者如何較好的協(xié)同？

埃爾森CEO苗慶偉指出，在以精密加工為主的應用場景中，協(xié)作機器人對視覺定位、引導的精度、節(jié)拍和穩(wěn)定性要求都很高，“一般要求視覺具備小體積、輕重量，不過在壓縮視覺相機體積和重量的同時，還不能讓視覺產品的性能打任何折扣，這對視覺廠商的制造、集成能力提出了極高要求。”

對于視覺相機而言，“瘦身”絕非易事，要兼顧結構穩(wěn)定、散熱、精度、接口等方方面面，對制造廠商的傳感器設計和集成能力要求很高。

大族機器人產品經理郝瑜表示：“協(xié)作機器人和視覺較好地協(xié)同起來需要進行系統(tǒng)設計、目標識別和定位、資源共享、關鍵技術參數(shù)調整、測試驗證等多個環(huán)節(jié)的協(xié)調合作?！?/p>

首先在系統(tǒng)設計階段，需要充分考慮協(xié)作機器人和視覺的硬件、軟件和通信接口等方面的兼容性，確保兩者可以順利接口和相互傳遞數(shù)據(jù)。對于一些需要使用共同資源的場景，例如攝像頭、計算單元等，可以通過合理的設計，將資源共享以避免沖突和浪費。在測試驗證階段，系統(tǒng)設計完成后，需要進行測試驗證，檢查系統(tǒng)在現(xiàn)實應用環(huán)境下的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

中科新松負責人也認為，協(xié)作機器人和3D視覺在搭配使用前，要先確保彼此之間硬件兼容，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定和可靠?！?D視覺的算法需要與機器人的行為控制算法協(xié)同設計，以確保機器人能夠根據(jù)3D視覺的數(shù)據(jù)進行準確的操作和決策，以便機器人能夠將操作結果及時反饋3D視覺系統(tǒng)，以便對數(shù)據(jù)進行分析和優(yōu)化，提高整體的性能?！?/p>

“眼在手外”or“眼在手上”

克服協(xié)同的難點后，3D視覺+協(xié)作機器人又以什么樣的形式出現(xiàn)？

高工機器人了解到，機器視覺安裝在協(xié)作機器人上主要有兩種結合方式，一種是“眼在手外”，即3D視覺和協(xié)作機器人分開，另一種形式是eye-in-hand，即在協(xié)作機器人執(zhí)行末端外置3D視覺。

目前，市場上普遍以eye-in-hand為主，不少行業(yè)人士認為，將3D視覺搭載在協(xié)作機器人執(zhí)行末端已經成為近年來的一種技術趨勢。

這種方案的優(yōu)點在于感知范圍更廣，機器人手臂上的3D視覺可以隨著機器人運動而感知不同的環(huán)境，可以360度查看周邊環(huán)境，可以更好地適應復雜的任務環(huán)境。將3D視覺搭載在機械臂末端上，可以實現(xiàn)對目標物體的更加精確、個性化的檢測和定位，提高作業(yè)準確度和成功率。

“如果拍照點和位置較多比較適合eye-in-hand的方式?！敝锌菩滤韶撠熑吮硎?，該方式可以一個相機搞定多個視覺應用場景，減少相機數(shù)量，節(jié)省成本。

不過，eye-in-hand這種方案也存在一些局限性。

郝瑜介紹道，在協(xié)作機器人的末端增置3D視覺后，需要考慮機械臂的負載和速度，如果末端負載過重對機器人的運行速度和精度有一定影響。

中科新松負責人表示，將3D視覺搭載在機械臂末端上會增加機械臂的運動時間，拍照時間與機械臂動作時間不能重疊，所以整體時間變長。

值得一提的是，當eye-in-hand開始普遍存在市場上時，以大族機器人和達明機器人為代表的廠家又研發(fā)了一種新的技術，在協(xié)作機器人的末端內建了視覺系統(tǒng)。

據(jù)了解，達明機器人的內建視覺系統(tǒng)，讓機器人可將”看見”的影像數(shù)據(jù)轉譯成命令提示的能力；大族機器人的Elfin Pro（E-Pro）系列協(xié)作機器人做到了一體化內走線應用。

但目前這種方式在行業(yè)人士看來，成本比較高。

部分行業(yè)人士表示，如果將3D視覺放進協(xié)作機器人執(zhí)行末端里，工作場景或者機械臂末端的工具安裝不僅會有局限性，也會提高客戶的成本?，F(xiàn)在市面上3D視覺和協(xié)作機器人的搭載方式大多是由客戶需求決定，eye-in-hand的方式成本較低，客戶的接受度較高。

3D視覺+復合機器人成未來新趨勢？

事實上，3D視覺+協(xié)作機器人的應用還可以拓展更寬的邊界。

在智能制造的趨勢下，單一的能力已經不足以滿足制造生產的需求。從一種能力到多種能力，從執(zhí)行單一任務到多任務結合，讓機器人“有手有腳有眼睛”，逐漸成為了未來機器人產業(yè)發(fā)展的重要趨勢，滿足了更多細分場景的需求。

在苗慶偉看來：“將視覺搭載在末軸上這種安裝形式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在復合機器人應用上，這種形式拓寬了機器人和視覺的工作范圍，比如在半導體行業(yè)，可以實現(xiàn)一臺復合機器人對一組十幾臺甚至幾十臺設備的管理，而這在過去難以實現(xiàn)。”

5月23日，在第四屆中國（華南）國際機器人與自動化展覽會IARS展會上，高工機器人也注意到，協(xié)作機器人企業(yè)和3D視覺企業(yè)在展示產品的時候，也展示了復合機器人，這些復合機器人均由3D視覺+協(xié)作機器人+自主移動機器人組成。

艾利特應用軟件工程師劉建樹表示，3D視覺+協(xié)作機器人+自主移動機器人可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，具備精準定位、安全性和自主移動性，適用于需要更多靈活性和智能化的制造場景。

遨博深圳區(qū)域總經理劉艷介紹，遨博已經創(chuàng)新地將機械臂、2D/3D視覺系統(tǒng)以及自主移動機器人（AMR）控制算法部署于一臺中央控制器中，通過統(tǒng)一的機器人控制軟件對上述三種設備進行操作，由一套電池-電源系統(tǒng)為三種設備供電，可以節(jié)省設備空間。

3D視覺玩家和協(xié)作機器人玩家積極推進3D視覺+協(xié)作機器人的落地應用，一定程度上有利于激發(fā)市場活力，提高兩者組合的滲透率，打開機器人+3D視覺背后蘊藏的藍海市場。

審核編輯 ：李倩