协作机器人：卫星制造领域的“新宠”

相较于传统工业机器人，协作机器人具有成本低、设置灵活、安全性强、容易使用四大特点，可充分结合生产效率和人工智能，适应不同类型企业的个性化生产需求，已成为工业机器人主要发展趋势之一。目前，国内外众多研究机构、机器人厂商、创新技术公司相继在SpaceX、银河航天、时空道宇等卫星制造领域巨头联合开发基于协作机器人的工艺装备，力求加快在卫星制造领域大展身手。

 协作机器人是指在确定的协作工作空间内与人直接交互的机器人。协作机器人本质上依旧是工业机器人，并非某种全新结构的产品。简单来说，传统的工业机器人更注重精度和速度，而协作机器人的设计理念注重的是人机和谐，旨在提高生产效率的同时，保障工作人员的安全。协作机器人与工业机器人只是两类基于不同市场定位的工业产品，传统工业机器人是生产线的重要组成部分，而协作机器人用于辅助或替代人类在生产线中的部分作用。

传统工业机器人占用空间大、实施周期长、部署成本高、使用难度大，对于生产线的柔性化提升有可能构成障碍。而协作机器人成本低、设置灵活、安全性强、容易使用的特点，使之更好地满足了卫星装配多类型、多批量、多批次等生产特点，能够降低简单重复、危险工作任务的人为参与，降低工人的机械劳动强度，加快制造现场生产管控，提高整体生产效率和产品质量，同时缓解劳动力短缺的压力。因此，SpaceX星链、时空道宇、银河航天等中外知名卫星制造企业纷纷从战略层面重点扶持协作机器人的发展， 将基于协作机器人的工艺装备广泛应用于卫星制造领域。《2023协作机器人产业发展蓝皮书》预计，到2026年，全球协作机器人销量将达到18万台，市场规模将接近230亿元；其中，2026年中国协作机器人市场销量有望突破10万台。据《蓝皮书》统计，2023年，全球协作机器人销量达8万台，市场规模接近120亿元。

2011 年，美国发布《国家机器人计划1.0》，旨在通过创新机器人研究和应用， 加速机器人发展和使用，实现协作机器人与人类伙伴的共生关系。2017 年，美国发布《国家机器人计划 2.0》，旨在鼓励和促进机器人研究和开发，通过支持教育和研究机构的研究项目、国际合作等途径，加快机器人技术的进步和发展，刺激基础技术研发，以实现协作机器人从各方面协助人类，实现多人与多机器人之间的交互协作。同年，美国国防部牵头建立了“国家制造创新网络”计划下属的先进机器人制造创新机构。2017 年至 2021 年， 经过多轮项目征集，先进机器人制造创新机构陆续发布了18个围绕协作机器人技术应用展开的项目。

目前，美国十分明确地将协作机器人作为卫星制造领域的重要内容。美国创企Arkisys公司正在推动“启程”计划，邀请得到创新技术计划资金支持的企业，利用其正在研制的“港口”低地轨道站，测试有效载荷或分系统。该公司提出，可以按照15万美元的收费标准，把客户的有效载荷送到“港口”。而“港口”拟于2024年发射，将作为基础设施提供商业服务。美国2025年将用机械臂维修卫星，美国国防先进研究计划局正在“地球同步卫星机器人服务”计划下研制一套机械臂，装备到诺·格公司的卫星平台上，2024年发射到地球同步轨道。该计划于2017年启动，卫星在轨服务将在2025年正式实施，目的是利用商业航天技术，对陈旧的静地卫星进行检查和修理。

美国国防先进研究计划局将提供2套机械臂、多件机器人工具、在轨校验与校正设备、设备存放口、相机与照明设备和航电箱等。首套机械臂已完成功能、振动和电磁测试，即将启动热真空试验。

美国计划在2024年开始将协作机器人作为国内制造业升级改造的重要部分。为了实现这一目标，他们计划采取一系列措施来推广协作机器人技术在各行业的应用。首先，他们会进一步提升协作机器人的灵敏度和适应力，通过部署高分辨率相机、激光雷达和红外传感器的等技术手段，让协作机器人能够更好地解决卫星及航空制造领域的质量问题。其次，研究团队会尝试更多智能算法，增强协作机器人的决策能力，以便针对不同的生产需求作出更精确的判断和反应。此外，协作机器人还可在整车制造的各个环节，包括试验、搬运、装配、打孔等方面发挥更大作用，从而实现整个生产的自动化。最后，通过引入更高级的语言、姿态识别技术，协作机器人将能更好地与工人协同工作，进一步提高工作效率。总的来说，美国的这一战略旨在利用协作机器人技术促进制造业的数字化转型和智能化升级，以满足美国卫星制造的优化升级。

欧盟在推动协作机器人发展的过程中，将其本身看作是人机系统的学习过程，由此，在不同行业作业环境下，加强了对人-机器-环境交互过程形成的数据的综合分析，强调形成智慧化的“生产设计-功能实现-场景应用”环境。具体做法是，首先，将协作机器人产业链划分为上中下游三个环节。上游：聚焦机械包括驱动，传动双人系统，包括感测和人-环境与测动两个系统与控人机动和控制反双人系统等关键件，欧盟提升了协作机器人的安全精度和操作灵活等标准，以实现协作机器人与人体的安全连接，从而进行有效的生产服务活动。中游：聚焦协作机器人本体和机器人全过程的生产制造，主要是加强完善人机协作机器人的系统功能。下游：欧盟在协作机器人与客户应用场景整合上下工夫，加强应用模块集成和调整，形成综合解决方案。其次，为实现上中游灵活高效整合，欧洲航天局注重协作机器人生产制造功能和场景的单元功能模块化，克服传统生产不适应频繁改线的瓶颈，满足少量多样化和客户定制化转型的需求。最后，在协作机器人作业模块化的基础上，欧盟国家进一步形成协作机器人工作站，并加强软件程序的开源化和通用化，形成人机系统的自我学习能力，充分发挥协作机器人自由度高、功能多的优势，推动行业革命。

欧洲航天局正积极利用协作机器人在卫星制造领域发挥重要作用。近年来，协作机器人在卫星装配试验转运方面不断更新换代，呈现出一定的特点和发展趋势。当前，全球已有不少涉及卫星制造的协作机器人的研究项目和实例，其中包括欧洲RoboEarth研发团队的项目，以及空客、BAE系统等公司在制造业的应用案例。

在欧洲航天局的带领下，不同国家的许多企业都在研究和开发能够协助卫星制造工厂执行任务并与之配合的无人物流机器人。这些机器人不仅可以在卫星的组装过程中发挥作用，还可以用来执行其他类型的特殊任务。尽管目前的协作机器人仍需人类的监控和支持，但随着科技的进步，它们有望在未来成为卫星制造领域不可或缺的工具。

2018 年，在英国国家高价值制造战略弹射中心资助下，谢菲尔德大学先进制造研究中心（AMRC）搭建了用于测试协作机器人的集成演示验证单元。该单元通过技术演示案例，展示了如何安全地实施人机协作，以增强英国企业引进并集成协作机器人技术的信心。与此同时，针对待批准的不同类型协作机器人，AMRC 测试了新的安全标准，最终制定完成了与英国协作机器人安全相关的黄金标准。

在 AMRC 支持下，BAE 系统公司于2018 年和 2020 年分别针对“台风”和“暴风”战斗机零部件装配，部署了基于库卡公司固定位置式协作机器人的工作站。在工作站中，机器人主要负责执行高重复性工作，能自动适应不同专业技能水平的工人，并可加载匹配每个工人的最佳运行配置。机器人能通过演示实际任务来指导工人完成复杂操作，在装配过程中利用光学辅助提示操作员选择待装配零部件，也可以通过光学识别由机器人自行拾取，大大提升了装配效率与质量。

2020 年，德国宝尔捷自动化公司展示了面向卫星制造的自由移动式协作机器人系统，包括自主研发的协作机器人与全向移动平台。通过模块化的末端执行机构，该系统可完成钻孔、打磨、密封等多种任务，具备基于数字孪生的工艺仿真功能，并能提供面向操作人员进行质量检测的增强现实交互手段。

针对协作机器人未来应用，空中客车公司处于卫星制造革命的最前沿，它的两条生产线位于图卢兹和佛罗里达州，生产OneWeb星座的600颗LEO卫星。第一批卫星已在法属圭亚那的欧洲太空港发射。按照空中客车防务与航天公司电信卫星负责人Arnaud de Rosnay的说法，这标志着OneWeb序幕的拉开。

作为世界领先的航天器制造商之一，进入卫星制造业的空客公司发现自己处于一个相当陌生的领域。空客公司的产品组合可能包括深空探测和一些世界上最复杂的GEO电信卫星的宏大任务。然而，因为有了OneWeb，该公司不得不从长达数年的原型或半原型生产转向每天生产两颗卫星，同时保持最高水平的可靠性和质量。“在我们原有的设施中，每年可能制造十颗到二十颗卫星。”de Rosnay说，“现在，我们正在谈论数以千计的产量，必须能够非常快速地生产大量的相同卫星，这是一个规模的彻底变化。将人形协作机器人引入卫星装配线，应用于卫星工厂中最繁琐和体力要求最高的制造任务，释放高技能工人去完成更高价值的任务。研究成果将在未来10年左右直接用于空客公司的全球卫星工厂。”

2015 年，日本政府公布“机器人新战略”框架，包括制造业、医疗保健、农业等重要服务部门。2016 年《制造业白皮书》进一步提出大数据和机器人技术是应对老龄化和低生育率的必要手段。

日本内阁2024年6月4日通过2024财年“综合创新战略”，将推动制定相关法律法规，在确保安全的基础上加快人工智能（AI）的实际应用。依托全球第一大工业机器人制造国的技术积累，日本陆续推出了人形协作机器人、学习型协作机器人等新兴产品。日本川田工业的双臂人形协作机器人不仅能与工人进行协作，还能通过轮形底座的移动与其他机器人进行协作，早在 2015 年就被用于空客公司西班牙工厂的 A380 零部件组装现场。

近年来，面对老龄化加速的客观现实，日本更加重视利用协作机器人实现工人劳动经验和行为模式的学习积累。日本安川电机于 2015 年和 2020 年分别推出了协作机器人 HC10 和 HC20XP。操作人员可以直接移动 HC10/20 的手臂，通过移动中的指导将任务操作交给机器人。据了解，在2023年东京国际机器人展上，日本中小型企业占比超90%，但员工人均产值却远远低于大型企业。政府为提升中小型企业员工制造水平，扶持、鼓励中小企业导入机器人，从而提高生产力。日本将建立大型数据库共享机器人规格和操作等相关基础信息，并免费向中小企业开放。政策驱动下，从成本和人机协同角度来看，协作机器人的优势都是中小企业的不二之选。该展会上，雅马哈首次推出了7轴协作机器人样例；另外，发那科、电装都推出了更大负载协作机器人来完善产品线，以应对未来中小企业的市场需求。日本在航天领域的协作机器人表现也很突出。例如，2013年由日本航天员若田光一与小型拟人机器人“希望号机器人”（Kirobo）就在国际空间站内进行过视频对话。此外，日本的机器人制造商诸如Vstone公司和GITAl也与我国的企业展开合作，共同开发和研究机器人技术，这些成果也为卫星制造等领域提供了有力的支持。

我国是全球最大的协作机器人市场之一，工业和信息化部装备工业一司副司长汪宏在2023世界机器人大会新闻发布会上表示，2023年上半年，我国机器人产业总体保持稳定增长态势，协作机器人产量达353万套，同比增长9.6%。国内目前已形成完整的协作机器人产业链，初步具备从上游核心零部件到中游本体制造，再到下游系统集成与应用的全产业链自主生产与配套能力，快速涌现出遨博智能、节卡、艾利特和珞石等自主品牌企业，其中遨博智能旗下协作机器人的核心零部件已经全部实现国产化。然而，对标当前美国、欧盟、日本等国家和地区的一流水平，还存在以下差距和不足。

核心零部件自主化水平仍然不高。目前，国内协作机器人的生产模式大部分都是：进口核心零部件 + 国产本体 + 半国产系统。其中，占据协作机器人成本比例高达 70% 的减速器、伺服系统、控制器三大核心零部件，市场格局仍然主要是由外资企业掌控。虽然国内也出现了主攻伺服系统的汇川技术、主攻减速器的中大力德等快速成长的核心零部件自主品牌， 但目前我国 85%的减速器市场、90%的伺服系统市场、80%的控制器市场仍被海外品牌占据，极大影响了国内协作机器人的技术创新和成本压缩。

协作机器人产业生态仍需完善。作为全球协作机器人的鼻祖和领导厂商， 丹麦优傲机器人早在 2016年就率先推出了旗下 UR 系列协作机器人的“UR+”生态系统，至今已经汇聚了末端工具组件、套装、软件、应用制造商、认证集成商和分销商等在内的1100 家全球合作伙伴。与此同时，国内大多数协作机器人厂商所推出的产品，在外观设计、参数性能等方面有着较高重合度，产品同质化严重，开拓市场的手段主要依靠价格优势，尚未构建形成类似规模的产业生态系统。

卫星制造领域应用落地速度慢。目前，国内协作机器人的应用主要集中于3C电子、汽车零部件/电子、医疗健康和餐饮等行业，以仓储物流、医疗用品等新兴行业应用突破较为明显。相较于美国、欧盟、日本等国家和地区在卫星制造领域的积极探索和广泛深入，我国卫星制造领域对协作机器人的应用布局仍然缺乏十分明确的市场需求，推广难度大，导致落地速度缓慢。

全面研究评估国产协作机器人产业链，从技术体系分解入手，划分为一般、重点和核心发展内容，提升核心部件国产化率。一方面，要在专用芯片、编码器、减速器、伺服系统、控制器等领域持续加大研发投入力度，尤其要重点扶持中下游龙头企业的创新成果转化。另一方面，提前布局与协作机器人发展趋势相关的新兴前沿技术，加快认知科学、仿生结构、类脑科学等技术与协作机器人技术的融合。

我国的协作机器人技术正在逐渐走向自主化，已经有许多企业在这一领域进行了有益的研究和实践。例如，新松机器人公司就已经掌握了谐波减速器等多项核心技术，并且在多个领域拥有了相关的发明专利和实用新型专利。可以说，尽管我国协作机器人技术与发达国家还存在一定的差距，但已经在朝着提高自主创新能力和核心竞争力方向大步前进。

建立“中国协作机器人协会”，创建“政产学研用金”的协同创新机制，打造涵盖技术、人才、平台、金融、政策，以及国际合作等要素互动融合的机器人产业创新生态系统。充分利用我国的体制和市场优势，加大政策支持和资金投入，吸引国内外创新资源，联合高校和研究机构，培养机器人技术和项目管理的人才。通过设立创新创业基地等形式，扶持初创期的协助机器人企业，为其提供创业指导、场地支持、投融资服务等。倡导开源文化和开放式创新，鼓励学术界与企业界的深度合作，共建机器人产业生态圈。在终端应用场景积极推进机器人的普及与应用，以市场需求带动机器人技术的迭代升级。建立健全物联网、大数据等技术支撑体系，实现协助机器人与其他设备的无缝对接。积极参与国际标准化工作，争取国际规则话语权，维护本国企业在海外市场的正当权益。

在卫星制造中，协作机器人可以执行一些重复性强的工作，比如组装、连接电缆等，这样可以大大减少人工成本，并且也能保证工作的精准度和稳定性。此外，协作机器人还可以用于卫星测试和验收，这样不仅可以节省人力物力，也可以提高工作效率和质量。在未来，随着人工智能的发展，协作机器人的智能化水平也将不断提升，它将在卫星制造领域发挥更大的作用。

协作机器人具有较强的适应性和安全性，这对于在高度精密和复杂的航天环境中进行精确操作非常有利。比如，协作机器人在制作卫星组件时，可以将各个部件精准无误地组装在一起，保证产品的质量和稳定性。协作机器人的智能化和自我学习能力也使其在卫星制造领域占有重要优势。比如，机器人可以通过自主学习和模拟人类的操作习惯，提高工作效率，减少人为错误的出现。据了解，我国的卫星制造企业近年来也在积极研究和开发协作机器人技术，将其应用到卫星制造的过程中，以提高生产效率和质量。预计在未来几年，我们将在卫星制造领域看到更多协作机器人的身影。