低端协作机器人意义非同小可

承蒙好友“五月”准许，特转载他写的《低端协作机器人》：

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说道“自动化”，我最近关注了一段时间“低端”协作机器人。例如焊接机器人/机械手。它不是什么新东西，出现几十年了。现在中国企业的创新是给机械手/机器人加了一个摄像头，应用智能视觉识别系统，创造了一个全新的门类。它的特点是：

1. 摄像头+AI视觉识别软件，能够自动识别需要焊接的地方

2. 自带的软件能够自动识别工件，1秒钟形成工件的3D图样。操作工可以在屏幕上用笔/鼠标划出焊接路径，软件自动生成机械手的焊接走位方案

3. 工件可以随意摆放，机械手能自动定位焊接路线。每次上料不需要用夹具精准固定，放在大概的位置上就可以。同理，机械手的安装也不用精准固定

4. 还可以用“示教”的方式。用手抓住机械手，顺着焊缝走一遍。机械手能自动“理解”需要焊接的部位，自动生成走位方案

5. 机械手可以装在一部小车上。围绕超大型工件转悠，焊接应该焊接的地方，例如船用的大型钢结构。机械手/机器人自动指挥小车围绕钢结构走动，焊接

6. 自动焊接机械手/机器人的成本只要几万块，人民币

仔细想一想，传统工业机器人的成本很大一部分来自对精度的要求。因为机器人/机械手只能被动地按照规划好的空间定位、路径运行，工件固定精度非常重要，机械手的运动精度也非常重要。可以说机械手/机器人工作的前提是建立在足够的重复精度上。否则工件放置精度出问题，机械手运动精度出问题，机械手无法定位到工作区，机械手的加工任务自然无法完成。

重复精度对机器人的“关节”等部件要求极高。其中的精密部件减速机一直是困扰中国工业的卡脖子问题。精度上去了，载荷就不容易增加。载荷和精度都上去了，机械疲劳影响重复精度怎么办？误差积累了怎么办？如何消除积累误差维持精度？这些都是德日美几国数十年的技术积累，中国完全无法超车。重复精度是工业机器人发展的最核心的关键。人类的手脚虽然精度不高，但是人类工作的可重复精度远远超过机器，因为人类会通过手眼协调自动调整手脚的位置，而传统机器人的所有位置、轨迹都是预设不可改变的。因此，代替工人的传统机器人往往卡在重复精度这道坎。能够实现要求的机器人代价就是昂贵的高精度夹具、高精度减速机、高精度传动系统、高精度电机等等。

现在，人工智能的发展给出了完全不同的解决方案：

AI视觉识别算法+高清摄像头+机械手动态调整算法

用这个模式实现可重复精度，它模仿的是人类的手眼协调模式。只要给定目标位置，高清摄像头+AI不断给机械手发出位置调节指令。机械手用每秒调节数次的频率调节位置，实现重复定位和规定轨迹。这种模式对机械手的运动系统的精度要求低了几个数量级，不但不需要高精度减速机，甚至有的方案干脆用皮带传动，实现成本上的毁灭性降低。

更重要的是，这个模式成本非常低：

高清摄像头，百元人民币级别；

算法软件，只要你买机械手，算法软件免费（中国特色，汗，瀑布汗）；

机械手，不需要昂贵而中国被卡脖子的精密减速机和各类精密传动系统，精密电机系统，精密误差矫正系统，仅仅是普通款差不多的国产便宜减速机，精度还凑合的传动，便宜的电机即可。甚至最便宜的皮带传动也有人敢用，你敢信？

这种方案带来的意想不到的结果是廉价机器人可以大量替代“低端”的劳动密集型工作。

以往动辄几十万一套的机器人只有汽车等资金密集型、极大规模生产的企业才能用得起。它们才能通过高利润和高产量来回收投资。在一套价格低至几千元，高不过几万元的“智能协作机器人”面前，低端劳动密集型企业开始应用机器人来代替操作工。它们统称为协作机器人。目前我看到、听到的应用包括：

1. 焊接机器人

2. 上下料机器人，包括冲压车间，注塑车间，钢铁，玩具，电子，电器，家具，陶瓷，服装，流水线等

3. 装卸码垛机器人，从货车上卸货（纸箱，水泥包，粮食包等），给货车装车，车间的成品码垛

4. 质检机器人，结合AI视觉质检方案，实现生产线上的目检

几千元至几万元一台的协作机器人，已经开始影响了制造业的迁徙和分布。

一个小案例：江浙家庭小厂特别多，例如小五金厂，小冲压件厂。它们往往只生产单一产品，靠极致的成本控制维持生存。夫妻两个雇几个、十几个操作工。老板负责技术和商务，老板娘负责记账收钱给工人做饭。显然，这种小厂的未来应该是被越南印度淘汰。然而，廉价协作机器人进入工业后，有老板干脆用机器人代替所有操作工。整个小厂变成只有夫妻两个和几十台协作机器人。中国在经历一轮工业化之后，似乎又回到了新型“小农经济”。

二亩地，机器牛，

老婆孩子热炕头。

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“五月”兄的这个发现非常重要。

中国经济植根于中国的制造业，中国制造业遍布整个供应链，其中包括正在攻关的高端，更有“打螺丝”的低端。

年轻人正在逃离打螺丝。这不怪年轻人。谁都不喜欢没有上升空间的工作。曾经有一个时候，血汗工厂或者到建筑工地搬砖就是逃离“面朝黄土背朝天”的最现实出路，现在的人们不愿意再吃这样的苦，这是进步。没苦硬吃不是美德，有老可啃是这一代年轻人的福报。

但没人打螺丝了，出现两个问题：

1、工作机会在哪里？

2、螺丝谁来打？

打螺丝行业不能放弃，片面的制造业高端化是容易走歪的路。供应链需要向上延伸，但基底不能丢，欧美供应链悬浮化的老路中国不能走。一直在说机械化、自动化、AI化是打螺丝行业的出路，但如何做是一个问题。

传统机器人高大上，中国在努力攻关，但一些精密又高可靠的部件还是大量依赖进口。欧美的领先行业也是赶出来的，不是躺出来的。他们进步慢了，但历史积累还在。但是正如“五月”兄指出的，高可靠、高重复精度是有代价的，更是有门槛的。

但是，上帝关上一扇门，总是打开一扇窗。

在自控里，有开环控制和闭环控制的概念。

开环控制就是“看准了方向，然后闭眼往前走”。只要方向看得准，初始走向准确，走几步路一般是没有问题的，但要是走得远，就难免走岔。

闭环控制就是“边看边走”。不光开始要看准，然后边走边看，有偏差了随时调整。这样，走几步路没问题，走长路也没问题。而且路可以不直不平，只要能看得见，就能跟得上。关键是要：

1、有看路的手段

2、会调整脚步

用自控术语，前者是传感器，后者是控制律。

显然，闭环之后，对每一步的精确度要求大为降低，反正可以随时纠偏。系统的复杂性换来的是部件精度要求的降低，在传感器、控制器（实现控制律的装置）成本降低的情况下，系统成本是降低的。这正是协作机器人的威力之所在。这差不多是炮弹变导弹的意思，只是变成的是价廉物美的巡飞弹，量大管饱，尽管可劲造。

机器人闭环的想法很简单，不简单的地方在于实现。这正是中国供应链发威的地方。就协作机器人而言，手机工业高度发达了，高分辨力微信摄像头根本不是个事。AI和图像识别发达了，控制器也不是个事，算力要求没有那么高，这里用的芯片估计90纳米足够。一般性的执行机构（各种电动机、传统机构、电液机构甚至皮带等）也不成问题。

AI和图像识别好比衣服。始祖鸟的防雨羽绒衣可以12000元一件，但街头小店里没牌子但看着挺像一回事、穿着也挺暖和的羽绒衣可能只有百把块钱一件。OpenAI用了25000块A100卡才实现ChatGPT4，但专用AI加上优化的算法可以用低得多的算力实现。尤其是将边缘计算与公共云相结合后，在用户端的计算简单、快捷、可靠，上传到公共云的关键数据（既可以是原数据，也可以是数据融合后的整合数据）和从公共云下传的指令数据（既可以是具体指令，也可以是模型更新）补充了“不够聪明”的边缘数据。

这些AI、云计算时代的“新概念”其实在自控世界里已经用了几十年了，集散控制（Total Distributed Control或者递阶控制（hierarchical control）就是例子，集散控制是从计算机硬件软件层面来考虑这个问题的，递阶控制是从数学控制理论来考虑这个问题的。更早还有监督控制（supervisory control），集中的中央控制计算机指挥低阶的PID控制器，在架构上就是公共云-边界计算的意思。

不同的是，现在这些东西从云端走入田头，接上地气了。

这是需求端和供应端“对上眼”的结果。中国有世界上最大的制造业，最完备的供应链，最强的科技力量之一，最充足的投资来源之一，这成为低端机器人的热土。现在也是唯一的低端机器人热土。

韩国据说有世界上最高的机器人应用率（应该是以机器人数量与劳动力数量之比来衡量的），但韩国机器人还是传统思路，韩国制造业也在高端化。值得注意的是，韩国的机器人设计和制造并不占世界前列，发那科、ABB、库卡等都没有“韩国血统”。

中国正在机器人世界攻城略地。库卡已经“姓中国”，本土成长起来的新松也进入世界前10。重要的是，现在这些“野路子”低端机器人席地而来，很可能重演中国钢铁“淹没世界”的大戏，从低端、低价、海量做起，然后“农村包围城市”。中国光伏、中国电车、中国风电也都是这样成长起来的。过去常有人说，中国制造“大而不强”，实际上中国制造在“由大而强”。这是坚实的、不可逆转的成长，也正因为如此，美国的科技战越来越把自己关进小院高墙，而不是把中国堵进小院高墙。

这样的制造业低端机器人肯定会从机电制造“蔓延”出来，美妆睫毛的制造已经在用类似的装备了，服装、家具制造还会远吗？

另一个赛道是人形机器人。这将在服务、护理、快递更加需要面对公众的场合大展身手。随着老龄化的加深，和年轻人不愿意做“伺候人”的工作，人形机器人将大量用于护理工作。不仅护理老人，“带小孩”可能也会部分用人形机器人，它们陪着孩子背九九表和唐诗有无穷无尽的耐心。

人形机器人不仅更加容易被人们接受，也便于利用众多原本为人类而设计的设施。比如说，爬楼梯机器人是有的，但人形机器人爬楼梯更加轻松愉快。泰山陪爬都可以用人形机器人，一家出门，老公骑在王楚然头上，老婆骑在杨洋头上，儿子骑在孙悟空头上，奶奶骑在靳东头上，大家其乐融融。换个陈道明骑骑，过把骑在皇帝头上的瘾也容易；或者弄个刘晓庆骑骑，她反正背人有经验了。但谁都会想骑骑国足那帮家伙，骑上还想踢两脚。

低端机器人不仅解决了“谁来打螺丝”的问题，也提供了大量的编程、维修和用户端个性化工作。这些比打螺丝有意思，收入也更高，但需要有足够的资质，更要肯学习。躺平着等待苹果砸到嘴里是不行的。但作为低端机器人，门槛也不会比电动汽车更高。