协作机器人在机器人市场独领风骚 成本更低更智能解三大行业燃眉之急

当乔治·C·德沃尔（George C. Devol）将可编程的尤尼梅特机械手臂引入时，自动车库的初始接纳者对其持有怀疑态度。德沃尔坚信机器人的潜力，他强调：“机器人具有一个显著优势，那就是它们可以全天候三班倒或一天24小时不间断地工作。”

到了20世纪60年代初，德沃尔发明的重达两千磅的尤尼梅特机械臂，第一台真正的工业机器人，在通用汽车工厂的厂房内找到了归宿。这个装置能够抓取、焊接、钻孔和喷涂，其液压臂的运动路径通过磁鼓硬盘驱动器进行精确编程。

这些轻量级、低成本的机器人，配备先进的传感器，能够在工业环境中与人类并肩作业，从而诞生了所谓的“协作机器人”。这些机器人能够执行一系列高难度任务，如抓取微小物体、视觉识别以及学习解决极端情况。

尽管协作机器人在庞大的工业机器人市场中仍占比较小，但预计未来十年其市场份额将迅猛增长，超过100亿美元。

历史上，机器人行业一直面临多重难题的挑战：

视觉系统的短板：机器人识别和导航物体的视觉技术改善速度缓慢，这一问题使得许多公司不得不依赖围栏或笼子来保障人类免受机器人操作不当的威胁。

操作灵活性的局限：机器人在抓握和机械操作方面的能力仍然有限。

投资回报率的问题：由于劳动力成本较低，机器人在农业、制造业等领域的大规模整合仍面临投资回报率不高的挑战。

协作机器人正在逐步应对这些技术挑战。接下来，我们将深入探讨企业如何利用协作机器人来应对这些挑战，并探究协作机器人的出现将如何深刻改变制造业、电子商务、农业和食品服务行业的经济效益。通过协作机器人的应用，企业可以期待更高效的生产流程、更精准的操作以及更高的投资回报率，从而推动行业的革新与进步。随着机器人在全球范围内的广泛应用，它们已经逐渐进入到了各类工厂中。而视觉系统的发展，使得机器人具备了识别和导航能力，使得它们能够在物体周围进行更加灵活和安全的活动。这一发展在初期并没有受到足够的重视，但现在却成为了一个重要的转折点。

过去，许多机器人被限制在高度结构化的环境中，执行重复的任务。为了保障人员安全，通常会将机器人置于笼子之中，以防止人类过于接近并产生危险。随着技术的不断进步，这一局面正在发生翻天覆地的变化。

近年来，视觉硬件如激光雷达等，价格更为亲民，性能更加强大，应用范围也更加广泛。如今，许多创业公司正致力于研发具备视觉功能的协作机器人。这些协作机器人配备了负载传感器，能够在无需笼子保护的情况下，与人类共同工作。

协作机器人的发展可以追溯到1996年左右。这些机器人拥有多种多样的形态和尺寸，设计之初就考虑到了人类的工作环境。相较于传统的工业机器人，协作机器人更容易进行编程和自动化操作。它们在力量上可能不及低技术工业机器人，但却拥有更高的灵活性和智能性。

协作机器人在小型工厂运营中找到了最佳的应用场景。在这些场景中，人类与机器人共同协作，共同完成任务。例如，在3D打印、医疗设备制造或是仓库订单拣选等认知任务中，协作机器人都能够发挥巨大的作用。它们能够准确地识别物体，灵活地执行任务，极大地提高了工作效率和安全性。协作机器人的出现也为我们带来了更多的可能性，让我们能够在更加复杂和多样化的任务中，实现人与机器人的和谐共生。机器人视觉领域仍具有巨大的进步空间。欧姆龙机器人公司的Masaru Takeuchi（在2018年国际消费电子展上因乒乓球机器人而声名鹊起）向英国《金融时报》透露：“虽然机器人能够选择物体并快速移动，但在区分物体以及决定如何移动上仍然面临挑战。”

教授机器人识别并操纵物体并非易事。一些研究团队如谷歌的DeepMind和加州大学伯克利分校的研究者已经取得了一些突破性进展。他们发现，协作机器人可以在无需大量训练数据的情况下识别新物体，实现一次性学习的成功应用。

未来的机器人可能仅需观察一次人类行为即可学习新任务，或者通过使用Covariant开创的VR手势控制进行编程。尽管这项技术仍在不断发展中，但当前的系统已经足以使机器人与人类协同工作。如今，协作机械臂及其表亲——轮式AGV（自动导向运输车）已经成为制造和仓库环境的标配。

针对结构化较少的任务，如随机分类项目的挑选，存在着众多独特的场景，这些场景的特殊性处理需依靠算法的计算完成。为了实现真正的协同作业，AGV必须拥有自动“看见”人类障碍并作出相应行动的能力。

在人工智能和计算机视觉的尖端研究中，处理这些极端情况成为了先锋领域。对于自动驾驶汽车研究而言，开发能够应对这些场景的算法是关键所在。人工智能和机器学习已经为90%的场景实现了自动化路径，但那最后的10%却构成了真正的挑战。正如a16z的本尼迪克特·埃文斯所说，机器学习解决了曾经困扰计算机、但对人们来说轻而易举的问题。更为关键的是，它解决了人们难以向计算机描述的问题类型。

随着机器学习工具的普及，初创公司正积极开发计算机视觉技术，以支持新一轮的机器人技术革新。例如，Veo Robotics和Osaro的展示，展现了工业拾取和分类功能的视觉系统。Veo Robotics由前Rethink Robotics的员工创立，致力于用人类感知的“眼睛”改造“哑巴”机器人手臂。而Osaro在天使轮融资的支持下，正在为制药和食品服务等行业开发视觉软件，助力机器人实现更精准的视觉识别和操作。这些创新正推动着机器人技术的边界向前延伸，令人期待未来的更多可能。随着协作机器人视觉技术的不断进步，其应用也将随之广泛采用。更高的安全性和能力的提升意味着系统需求将不断增长，这有望吸引更多初创公司投入计算机视觉技术的研发，从而形成一个积极的反馈循环。

克服机械问题一直是机器人技术领域的核心挑战。尽管机器人已经变得越来越普遍，但它们仍然未能完全展现出我们所期望的智慧或灵巧。这引发了著名的莫拉维奇悖论，由知名机器人专家汉斯·莫拉维克所提出：

“计算机在智力测试或玩跳棋时表现出成人水平相对容易，但在感知和移动方面，赋予它们一岁孩童的技能却很难或不可能。”

换句话说，高级推理所需要的计算相对较少，而低级感官或运动技能却需要大量的计算资源。尽管存在这样的挑战，机器人技术在硬件方面的改进已经使得协作机器人更加高效。

在未来，随着视觉技术的进一步发展，机器人将能够更好地适应各种环境和任务。对于初创公司来说，研发更先进的计算机视觉技术将成为一个充满机遇的领域。通过解决机械问题并提高机器人的灵活性，我们可以期待看到更多的创新和突破，为机器人技术的发展打开新的大门。随着科技的飞速发展，协作机器人硬件变得越来越便宜，性能也越来越出色，这为初创公司提供了广阔的舞台，使他们能够专注于计算机视觉以及为特定任务定制软件。在这个领域里，Universal Robots（UR）无疑是一颗璀璨的明星，这家公司于2015年被Teradyne收购，如今已成为全球最大的协作机器人制造商。来自丹麦的公司的协作机器人手臂服务更是成为了新一代创业公司的首选。

风险投资支持的初创公司如Ready Robotics、Fetch Robotics和Voodoo Manufacturing都在UR的合作机械臂上构建系统，以此推动工业自动化的进步。Ready Robotics提供机器人即服务（RaaS），专为工业自动化任务量身定制；Fetch的协作机器人则专注于电子商务分类，而Voodoo Manufacturing则使用协作机器人自动管理多个3D打印机，展示了软件与硬件结合的无尽可能。

整个行业中，协作机器人的平均价格约为24,000美元，预计至2020年，这一市场将价值300亿美元。这一数字令人瞩目，预示着协作机器人的市场潜力和未来发展前景。

Empire Robotics和Soft Robotics正在专注于软体机器人的研发，这种机器人采用柔性材料和流体或气压替代传统机械结构。虽然其操作精度尚待提升，但这种软体机器人却是一种出色的解决方案，可以避免因使用不当的力度而破坏物体。这些机器人的夹具已经通过了FDA的认证，可用于食品处理，目前正广泛应用于食品包装行业。

对于需要处理敏感材料的场景，Grabit在常规机器人手臂上运用了电粘附技术，而Optoforce则专注于为专业领域提供传感器和工具。

当前，协作机器人领域的竞争愈发激烈，Teradyne的Universal Robots（UR）部门继续占据市场的主导地位，市场份额高达约60%。其他知名参与者如ABB、Fanuc、Yaskawa、KUKA以及Robert Bosch等也不甘落后，纷纷进军协作机器人市场。尽管Fanuc的市场份额估计在6%至10%之间，Yaskawa的市场份额较小，但行业内的合作趋势也在逐渐显现。例如，Kawasaki正在与瑞士竞争对手ABB携手合作，推动机器人编程的标准化进程。

那么，为何协作机器人突然受到如此热捧呢？一个重要的原因可能是全球劳动力成本的上升。随着经济的增长，工业化国家的工资水平也在飙升。以中国为例，自2006年以来，平均工资已经翻了一番，并且中国也不再被普遍视为低成本外包的目的地。实际上，中国的劳动力成本现在已经非常昂贵，以至于许多消费电子产品的工作岗位正在转移至越南等低成本邻国，这也促使了机器人需求的增长。去年，机器人需求在越南等国的增长甚至超过了20%。

随着劳动力成本的上升和企业对效率的追求，协作机器人正成为解决方案的一部分。这些机器人不仅能够帮助企业解决高成本劳动力的问题，同时还能提高生产效率，降低成本，增强工作的安全性。协作机器人的发展与应用前景可谓一片光明。随着劳动力成本的上涨，一场关于本地化制造的规模变革正在悄然展开。这场变革背后的推手，正是机器人技术，它正在引领制造业回流美国的趋势。在波士顿咨询集团2015年的一项调查中，我们发现，已经有20%的美国制造商正在或将要在未来两年内把生产线从中国转移回美国。他们认为，美国之所以更具竞争力，很大程度上是因为较低的自动化成本。与此协作机器人正受到越来越多企业的青睐。这些机器人易于编程，成本相较于传统劳动力和“哑巴”机器人更具优势。协作机器人制造商的销量正在以惊人的速度增长。

这一趋势并非科技巨头的专属战场。即便是规模较小的工厂也纷纷投身其中，购买协作机器人以提高效率、降低成本。Teradyne首席财务官格雷戈里·比彻在2018年1月的财报电话会议上指出，其合作公司业务的增长迅猛，其中约50%的客户是中小型企业。他们同样感受到了劳动力成本上升的压力，因此寻求通过协作机器人来减轻负担。

劳动力的变迁正在催生出对协作机器人的巨大需求。这种需求在全球范围内的农业、制造业和建筑业等行业尤为显著。随着全球劳动力成本的持续上升，这些行业正面临巨大的压力，迫切需要寻找一种替代方案来降低人力成本并提高生产效率。协作机器人正是这样一个解决方案，它们能够帮助企业实现自动化生产，降低人力依赖，提高生产效率，从而应对劳动力成本上升的挑战。作为世界上逐渐步入退休年龄的婴儿潮一代逐渐退出职场，新的劳动力短缺问题日益凸显。据估计，未来十年内，美国将有大约22%的熟练制造业劳动力（相当于270万工人）退休，这一趋势持续下去的话，该行业将出现大约200万的工人缺口。这一挑战并非仅限于制造业。

其他行业同样面临着劳动力短缺的瓶颈。电工、管道工等熟练工人在建筑业中尤为紧缺。去年，加州的葡萄酒产业就因农业劳动力短缺而面临困境，生产商担忧农作物可能因无人采摘而在葡萄藤上枯萎。

这些困境在历史上的低失业率背景下更为复杂。低失业率意味着工人在经济中的选择更为广泛，他们可能更倾向于留在当前的工作岗位，而不是转入其他行业。

面对劳动力短缺的压力，企业正寻求让员工更加高效的方法。协作机器人（Cobots）的出现大大降低了这方面的成本，并受到了创业公司的热烈欢迎。特别在需求最迫切的领域，如仓储和电子商务，协作机器人已经取得了早期的成功。

即便是电商巨头如亚马逊，也难以应对其履行中心劳动力短缺的问题。仓储和电子商务领域对劳动力的需求日益增长，而协作机器人为解决这一难题提供了新的可能性。创业公司纷纷进入这一领域，提供针对性的协作机器人解决方案，助力企业应对劳动力短缺的挑战。在招聘日到来的2017年8月，亚马逊公司期待的求职申请数量是5万份，然而收到的仅有2万份申请，与其预期相去甚远。尽管如此，亚马逊始终致力于扩大员工队伍规模。值得一提的是，亚马逊斥资7.75亿美元收购了仓库机器人制造商Kiva Systems，这一举动迅速在机器人行业引发了一场竞赛。亚马逊的收购决策让其他公司匆忙填补Kiva留下的空白，只专注于内部使用机器人技术。

随着电子商务的热潮不断高涨，仓库空间需求急剧增长。与2001年相比，现在的仓库平均天花板高度增加了21%，而在去年十月，新仓库建设的投资更是达到了惊人的27亿美元。这种增长的背后，是协作机器人在仓库中的需求日益上升。随着电子商务推动行业内准时交付订单的压力增大，机器人创业公司的爆炸式增长主要集中在提高履行效率上。他们像Kiva一样，利用自动导引车（AGV）进行物料运输和物品挑选。

AGV技术虽已存在数十年，但得益于更好的自动化和视觉系统的发展，它开始获得显著的改进。其更先进的同类被称为AMR（自动移动机器人）。如今，许多资金雄厚的初创公司，如提供货运机器人的Kiva类似企业，都在为电子商务和制造业务的材料运输提供服务。一些初创公司专注于特定的应用，例如Seegrid专注于码垛和叉车，而Clearpath的Otto部门则专注于物料运输。Fetch和Locus等公司还提供移动挑拣机器人，以满足不断增长的仓库自动化需求。这些机器人的出现不仅提高了效率，也预示着未来仓库管理的新方向。除了运输领域，电子商务中的另一个核心协同工作领域便是挑拣与分类。随着消费者的购物需求愈加多样，迫切需要机器人来应对复杂的物品挑选与包装工作。例如，Kindred Sort正在Gap进行试点项目，负责配送中心内商品的细致分类工作。Righthand Robotics也在电子商务领域扮演着重要角色，专注于商品的挑选工作。值得一提的是，这两款技术均基于灵活通用的机械手臂硬件。

随着仓库的回报率居高不下，众多初创公司正持续为该蓬勃发展的垂直行业研发先进技术。亚马逊已公开其在新机器人技术方面的投资布局，而京东则展示了其庞大的设施规模——一个占地10万平方英尺的物流中心，每天能处理高达20万个订单，仅需四名工人进行协调。

农业领域也在逐步成为机器人技术应用的热土。早在2017年，随着John Deere以3.55亿美元成功收购Blue River Technology，农业机器人技术便引发了市场的广泛关注与兴趣。这一收购案例预示着农业领域的自动化与智能化趋势即将到来，为农业机器人技术的发展打开了巨大的市场空间。随着美国农业部门的自动化步伐加快，大型农场正在热烈拥抱技术革新。据美国农业部报道，许多领先的初创企业正致力于开发高度自动化的农业设备，从自动驾驶的拖拉机到精细的机械臂采摘机，无一不展现了科技的巨大潜力。

由于劳动力短缺和移民政策的严格化，加州的农作物采摘一度面临困境。这一挑战却催生了农业自动化解决方案的需求。在这一背景下，如Agrobot这样的公司崭露头角。他们专注于浆果采摘，这是一项对机器人精度要求极高的任务。他们研发的机器人能够在不损害浆果的情况下完成采摘，展现了技术与农业的完美结合。

与此其他农业自动化领域的创业公司也在蓬勃发展。例如，Abundant Robotics为苹果园设计了智能选择器，该公司已从SRI International分拆出来，并成功从Google Ventures和Yamaha Motor Ventures等投资者那里筹集了1000万美元的资金。

Harvest Automation和Lely等公司也在农业自动化领域取得了显著进展。它们开发的材料处理AGV和自动挤奶设备只是其众多创新中的一部分。而Clearpath Robotics作为服务机器人领域的佼佼者，正在为多个垂直领域开发协作机器人。值得注意的是，Notaby的机器人能够收割和播种UGV，并可以改造现有设备，使其具备全自动功能。

餐饮与食品服务的新篇章：协作机器人闪亮登场

在这个充满竞争与变革的时代，餐馆和食品服务行业也正经历着前所未有的创新浪潮。协作机器人创业公司纷纷瞄准这一领域，即便当前失业率为6%，餐饮业依然选择投资机器人技术。他们并非为了取代员工，而是出于寻找解决劳动力短缺的妙招。

以Panera Bread为例，过去两年中，该公司增设了约25,000个工作岗位，以应对数字订单带来的额外需求。而在其他食品服务领域，一些企业通过延时开放或提供配送服务来突显差异。即便这些努力，仍难以满足日益增长的业务需求。

在这一背景下，初创公司正借助定制的AI技术和协作机器人手臂，为烹饪流程注入全新活力。回想去年南加州连锁餐厅CaliBurger大胆尝试的汉堡翻煎协作机械臂——“Flippy”，一度引起轰动。据NPR报道，“Flippy”汉堡机器人的零售价高达6万美元。尽管其性能尚未完全满足烤架线上的所有需求，但它的出现仍被视为餐饮行业自动化的一大进步。

与此自动汉堡餐厅Creator展现了另一种可能。这家餐厅凭借由人类工人交付的机器人制作汉堡脱颖而出。该系统虽然未采用传统的协作机器人手臂或AGV技术，却同样展现了人机协同的威力。它依赖的计算机、传感器和执行机构高达数百个，能够在五分钟内完成价值仅六美元的汉堡制作流程。这种创新的合作模式让餐饮行业看到了未来无限的可能性和潜力。在这个变革的时代里，人与机器的合作将引领餐饮行业走向更加繁荣的未来。在饮品创新领域，新兴企业Hypergiant近期携手知名连锁餐厅TGI Fridays，共同推出了一项颠覆性的科技合作成果——人工智能调酒师Flanagan。这一创新举措，将带来前所未有的个性化鸡尾酒体验。

Flanagan不仅仅是一台智能机器，它更是饮品创新的杰作，能够根据食客的口味偏好和需求，智能调配出独一无二的鸡尾酒。这一人工智能调酒师的问世，无疑将为饮品市场带来一场革命性的变革。

Hypergiant与TGI Fridays的这次合作，不仅展示了科技与餐饮的完美结合，更是推动了个性化消费时代的步伐。在未来，我们期待更多的创新成果涌现，让每一位消费者都能享受到科技带来的独特体验。