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《液态全柔性智能机器人新突破》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： shenxiang
  • 发布时间：2019-11-19

  • 天津大学精仪学院黄显教授团队成功研发出液态全柔性智能机器人，有望成为柔性电子产业和植入医疗器械的革命性突破。相关研究成果近期发表于国际工程和自然科学领域权威期刊《尖端科学》，并得到国家自然科学基金和天津自然科学基金等支持。

    柔性电子器件具有超薄、可折叠、可延伸的“类皮肤”特性，在能源、医疗、通讯等领域拥有广阔的应用前景。该机器人除了拥有良好的运动性和适应能力外，还搭载着多种传感器，温湿度传感器，食品毒素传感器，无线能量采集模块，该机器人诞生具有重要的科学价值和应用市场。

    黄显教授表示：理论上，利用柔性电子技术研发的微型“软体”机器人可以反复改变形状，实现运动、抓取、运输和触觉感应等功能。但现阶段“软体机器人”依然面临“硬伤”，需要依赖传统的刚性传感元件和电路，严重阻碍了性能的实现。现代社会的多元化需求急切呼唤“全柔性”机器人的出现。

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相关报告

  • 《智能工业机器人：数量缺口待补齐 关键技术需突破》
    • 来源专题：数控机床——前沿技术
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2018-09-20
    • 近年来，我国智能工业机器人行业发展迅猛，但在核心及关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件、系统工艺应用解决方案等方面与发达国家相比还有差距。业内专家认为，一方面要扩大国产机器人产量，提高国内机器人企业的产能；另一方面，要推动国产机器人关键零部件的国产化，提高关键零部件生产能力，满足国产机器人产能扩张的需要―― 　　智能工业机器人被称为“制造业皇冠顶端的明珠”、淘金“中国制造”的“风口”，其研发、制造、应用成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。 　　关键零部件突破尚需时日 　　日前，在深圳举办的2018智能制造与机器人产业对接交流会上，香港中文大学（深圳）机器人与智能制造研究院副院长丁宁表示，机器人存在的意义就是为人服务，要具备工具、经济、技术、社会属性。随着运行、使用成本高等难题的解决，机器人产品落地将不断推动企业制造模式的转型升级。 　　深圳机器人协会秘书长毕亚雷认为，人工智能与机器人的融合正成为新趋势，一方面推动产业规模提升，随着劳动成本不断提升，机器人换人的积极性也在提高。其中，快递小哥和3C生产线的工人将会是机器人产业作为人机协同、帮助人完成重复性任务的最好应用场景。 　　多位业内专家表示，目前，AI（人工智能）本身推动机器人产业的发展，机器人也很好地成为AI产业的抓手。在基础层有算法模型、智能芯片、智能传感器；在技术层有语音识别、文本识别、图片识别；在应用层有无人机、智能驾驶、智能机器人、智能教育、智能金融、智能医疗等。 　　以深圳为例，2017年机器人行业已有龙头企业崛起，工业机器人行业已开启规模化效应，服务机器人已进入快速发展期。在应用于3C和物流等主导产业的“本体+系统集成”领域，代表企业有雷柏科技、中科德睿等。控制器、伺服电机等机器人关键零部件企业发展也十分迅速，涌现出雷赛智能、固高科技等优秀企业，但部分零部件规模化尚需时日。服务机器人产业部分细分领域异军突起的代表企业有神州云海、中智科创等。 　　长期关注智能制造和机器人产业发展的深圳康利集团董事长王翠霞在会上表示，将为智能制造和机器人科技研发成果转化，智能制造和机器人行业企业、项目与社会资本提供有效对接，将高端科研成果、产业和资金有机结合起来，更好地将核心技术走向产业化、走向高端制造。据悉，康利科创智谷科技孵化器目前已经正式投入运营，孵化企业已陆续进驻。 　　工业机器人岗位有空缺 　　为抢占新一代工业机器人国际制高点，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部联合发布的机器人产业发展规划提出，将为我国机器人产业提供更好的发展机遇，提升企业自主创新能力，突破新型材料、新型感知、智能控制等前沿技术和关键技术，加快新一代工业机器人的技术研发和样机生产。 　　据深圳市机器人协会统计，按10年使用寿命折旧来算，工业机器人产品每年成本约5万元，而3个成熟的焊接技工每年的成本至少需要21.6万元。1台工业机器人在产生相同效益时，投入的成本是使用人工成本的23%。这个比例将大大降低企业制造成本，为企业盈利提供广阔空间。 　　然而，我国工业机器人的使用密度远低于全球平均水平，与韩国、日本、德国等发达国家相比差距更加明显。如韩国是全球工业机器人使用密度最高的国家，每万人中拥有机器人数量396台；日本的万人拥有量也达到了339台；德国则以267台的万人拥有量位居第三。而我国的万人工业机器人拥有量则仅为23台，不及国际平均水平58台的一半。目前工业机器人的应用在我国比例为6.4%，日本是26.6%、美国是13.8%、德国是13.6%、韩国是10.8%。由此来看，与发达国家的巨大差距意味着我国工业机器人市场发展潜力巨大。 　　前瞻产业研究院发布的《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》显示，目前工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业等领域中。在我国，约33%的工业机器人用于汽车整车制造及汽车零部件制造行业、约31%的工业机器人用于电子电气行业。 　　截至2017年底，我国工业机器人生产已超过13万套，累计增长68.1%，其中12月份产量达到12682套，单月同比增长56.5%，连续占据工业机器人最大市场。毕亚雷表示，产量高速增长的背后也带动了机器人行业的人才需求，不管是机器人的维修、调试、操作或编程，都大量需要相关的技术人员。 　　产业发展任重道远 　　机器人产业发展包括研发试验、机器人本体和零部件产业化、系统集成技术、服务等，每一个环节都很重要。整体来看，产品以低端为主，我国大部分机器人企业目前集中在集成领域，加工组装企业占多数，国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足10%；在核心及关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件、系统工艺应用解决方案以及主机批量生产等方面，距发达国家还有相当大的差距。虽然多年来国家对这方面也做了较大的投入支持，但由于原来市场规模和产业化程度不高，不足以带动核心部件的发展，致使效果不理想。此外，自主品牌认可度不高、行业标准有待进一步规范等都制约着工业机器人产业的高质量发展。 　　由此可见，我国机器人技术实力不足制约了产业化规模，而规模较小也反过来制约了技术的发展，这些都影响了机器人产业化进程。业内专家认为，若想提高国产机器人的市场竞争力，一方面要扩大国产机器人产量，提高国内机器人企业的产能；另一方面，要推动国产机器人关键零部件的国产化，提高关键零部件生产能力，满足国产机器人产能扩张的需要。 　　目前，我国对智能制造和机器人亦高度重视，多部门力推机器人产业发展，从顶层设计、示范应用、人才培养等多个方面着手推进自主品牌机器人产业发展，扶持政策越来越全面、细化。明确提出了将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，提出机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、化工、轻工等工业机器人应用，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体，减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。”这些对我国机器人企业突破技术瓶颈、提高产业化能力将起到促进作用。 　　与此同时，工业和信息化部在原材料工业转型发展工作要点中提出，在机器人产业方面，扩大关键岗位机器人应用，在健康危害和危险作业环境、重复繁重劳动、智能采样分析等岗位推广一批专业机器人。 　　尽管如此，我国工业机器人与美、日、欧等发达国家相比差距仍然明显，尤其是高端工业机器人核心部件和核心技术还需要进一步形成具有较大行业影响力的自有品牌。面对发展中的我国工业机器人，毕亚雷表示，要加快实现中国从制造业大国向制造业强国的转变，一方面需持续优化产业结构，出台促进制造业转型升级的更有力举措，助推工业机器人国产化，提升核心竞争力；另一方面，企业在采购工业机器人时，不要盲目依赖进口品牌，而应综合考虑性价比，在性能相当时优先选择国产机器人。
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  • 《国产机器人打硬仗人才瓶颈制约“机器人红利”》
    • 来源专题：数控机床——战略政策
    • 编译者：杨芳
    • 发布时间：2018-09-20
    • 在国产机器人的整机新能、核心零部件逐步取得进展之后，巨大的人才缺口、应用生态的匮乏开始成为制约“机器人红利”的重要因素。 自2013年成为全球最大的机器人市场之后，中国的“机器人红利”渐行渐近。在8月15-19日举行的世界机器人大会期间，整个机器人行业都明显感受到“人口红利消失之后，越来越多的制造企业探索通过机器人打破瓶颈”。 中国机器人市场的爆发超出所有人预期。根据世界机器人协会IFR此前发布的《2018年世界机器人报告》，2017年，中国市场消费机器人高达13.8万台，同比增长58%，占全球38万台总销量的36.3%。这一销量远超IFR此前预测的11.5万台。2013年以来，中国机器人市场规模从3.7万台提升至13.8万台，年复合增长率38.97%。 根据中国机器人产业联盟数据，2016-2017年，中国机器人密度已从69台/万人提升至101台/万人。机器人密度是指每万名工人使用机器人数量，IFR此前公布数据介绍，2016年全球制造行业机器人密度为74台/万人。 根据《机器人产业发展规划（2016－2020年）》，中国到2020年的机器人密度将达到150台/万人，未来3年仍存在数十万的市场需求。相比之下，日本、德国的机器人密度已超过300台/万人，韩国更是达到631台/万人，中国仍存在巨大的增量空间。而目前，这一高速增长的市场需求正在驱动中国乃至全球的机器人产业链、应用生态加速成熟。 国产机器人的规模效应 “2017年，我们签了1000台销售订单，今年会超过3000台。”2015年成立的遨博智能科技如今已经成为国内协作机器人的领军企业，遨博智能机器人研究院院长李永东告诉记者，“我们有200-300家企业正在试用产品，其中包括很多以前从没使用过机器人的中小企业。从试用到批量订货的市场拓展中，订单在高速增长。”目前，遨博机器人在国内销量仅次于Universal Robots，后者是全球最早推出协作机器人的公司，目前总销量已突破20000台。 在传统工业机器人逐渐取代了单调重复、高负荷、高危险性工作之后，适用于柔性生产线、低成本、操作简单的协作机器人在近几年开始登上历史舞台。 “电子、汽车、服装等行业，一条生产线会生产很多类型的产品，一周生产一个订单，之后迅速换另一个产品，这就要求机器人能够快速切换不同工具，能够快速编程切换到新的产品上，而且机器人要有足够的安全性与工人协同”。李永东告诉记者，“传统机器人做不到，但协作机器人应运而生。” 协作机器人主要工作在负载10公斤以下的人工作业场景，诸如汽车、电子行业的拧螺钉、上下料、零部件打磨、检测、电路板焊接等环节，其操作简单、部署成本低等特性被越来越多中小企业所接受。 2017年国内协作机器人市场规模约4000-5000台，在总市场中占比约3.5%。不过，协作机器人是目前增速最快的市场，而且，在李永东看来，“如果以销售套数统计，协作机器人很快会成为需求量最大的产品。” 值得一提的是，遨博机器人的低成本主要得益于全产业链的国产化，其核心操作系统、控制器属于自研，伺服电机等核心零部件与国内企业定制研发，在与Universal Robots同样达到0.02毫米精度的情况下，其产品成本降低了50%以上。目前，遨博机器人除了在国内迅速扩张之外，还有20%-30%的订单来自于韩国、美国、欧洲等国外市场。 减速器、伺服电机、控制器是机器人的三大核心部件，目前这三大产品的国产化都已经取得部分突破。以苏州绿的谐波减速器为例，太平洋证券预测：“2017年绿的谐波减速器2017年出货量已达7万套，且2018年将翻倍成长，预计可以替代日本企业HD的市场份额。” 在核心部件国产化之前，国产机器人进口价格是国际企业的两倍以上，使得国产机器人在性能、成本上均难以参与竞争，如今，在同样性能的产品中国产机器人已经具备明显成本优势。 根据《机器人产业发展规划（2016－2020年）》，到2020年，自主品牌工业机器人年产量达到10万台，精密减速器、伺服电机及驱动器、控制器的性能、精度、可靠性达到国外同类产品水平，市场占有率达到50%以上。 国产机器人的硬仗 2017年，国内市场上国产机器人的销量达到37825台，同比增长了29.8%，但是，如果要达到2020年产量10万台目标，国产机器人至少在此后四年保持40%的复合增长率。 而相比之下，2017年，外资机器人在华销售量超过10万台，同比增长了72%。国产机器人的市占率反而从2016年的32.7%降至26.8%，降低了5.9%个百分点。 “2017年市场的爆发主要来自汽车、3C行业，这两个行业大部分产线对精度、出货效率要求非常高，国产机器人指标、性能、一致性暂时达不到要求，所以一直以来这两个行业都是以进口为主。”一位资深行业分析师告诉记者，“2017年，3C、汽车行业的机器人需求量占总市场的65%，而且主要增量也来自这两个行业，所以国产机器人的占比就自然下滑了。” 根据中国机器人产业联盟数据，2017年，在3C制造业，外资机器人占比71.6%，在汽车行业，外资机器人占比更是高达89.6%。 不过，国产机器人在金属加工、焊接，以及物料搬运、码垛行业正在迅速占领市场，60%的国产机器人主要用户不同场景的搬运、上下料，而在这一市场，国产机器人占比已经达到36.6%。国产机器人、核心零部件的突破主要来自于物料搬运、金属加工等一般制造业场景。 “最近几年国内企业一直进步，减速器、控制器、伺服电机系统都取得了一定程度上的突破。”科技自动化联盟秘书长、国产伺服驱动器厂商清能德创董事长王健告诉记者，“在对精度、性能要求不高的码垛、上下料、一般焊接市场上都可以胜任。” “受益于国内强大的电子制造业基础，我们可以设计、制造可靠、可用的伺服驱动器，并做到进口替代。”王健告诉记者，但想要让机器人在精度、性能、一致性等指标上再进一步，仍需要持续的积累，“减速器、电机这类核心部件，都属于机械制造，我们与国际企业在机械制造领域存在着工艺、材料、装备、设计等全方位的差距。” “现在，国产机器人产业正处在一个相对艰难的微妙时刻。”王健告诉记者，在中国机器人企业逐步崛起之后，国际机器人、零部件巨头都在开始有节奏地进行价格调整，国产机器人的利润被一步步压缩，“虽然产量、用量都在增加，但毛利在下降，外资企业的竞争力在提升，国内的整机、零部件却很难有更多的利润去支撑研发，行业正在逐渐步入红海。” 虽然同样走在中国市场的机器人浪潮中，但显然外资企业的生存环境远比国产企业舒适。王健告诉记者，“虽然长远来看国产机器人肯定能够成长起来，但现在我们有一场硬仗要打。” 遭遇生态瓶颈 对于诸多制造企业而言，“机器人转型”同样也是一场硬仗。 “买一台机器人，可能只要20万，但是为了让机器人在生产线上工作，你可能得花800万、1000万。”一位手机制造企业人士告诉记者，“以前的厂房、生产线都是为人工设计的，现在上机器人，要重新设计生产线、要给机器人装护栏，产线改造要花很多钱，而且，机器人的安装、调试、检修、维护，甚至产品更换、编程都完全依赖机器人企业。” 在该人士看来，“虽然机器人本身成本降下来了，但是机器人的应用、人才等配套的成熟还有一段距离，尤其对于没有人才积累的中小企业。” 一位国际机器人企业人士向记者介绍，“在欧洲、韩国等国家，机电类工人都具备机器人操作能力，他们拿到机器人都可以自行安装、调试、开发。但在国内，还有很多企业工程师没见过机器人，所有流程都得我们派驻现场工程师。” 值得注意的是，根据IFR数据，在2010-2015年，美国、德国汽车行业分别安装了6万、1.4万个机器人，同期增加就业人口23万、8万个。但在国内，机器人已经替换掉近百万用工量，但新增的机器人操作工程师却形成了巨大的人才缺口。 2017年2月，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》，到2020年，中国机器人产业人才缺口达到300万，2025年将扩大到450万。 除此之外，机器人应用的生态体系也需要逐步完善。“机器人使用的机械爪、机器视觉摄像头、传感器等周边产品要进行定制设计。”库伯特市场部大客户经理杨一粟告诉记者，“针对物料码垛、装配、打磨等不同工业场景下的应用程序需要逐步开发，机器人与生产线上其他设备的协同，需要建立一整套的生态体系。”库伯特是一家成立于2016年，专注于工业机器人智能操作系统的公司，系统中内置了多个场景的应用程序以及3D视觉、力控算法。目前京东、顺丰、菜鸟、九州通达等企业在使用其操作系统。 在国产机器人、核心零部件逐渐成熟之后，劳动力结构的转型、机器人产业人才的培养、以及智能制造生态平台的建设开始成为“机器人红利”的瓶颈，在陆续上马的“机器换人”行动中，这些正在出现的问题需要得到更多的重视。.
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