截至 2023 年底，协作机器人相关的专利申请量为 1770 件。从 2016 年至 2022 年，我国 协作机器人专利申请趋势呈逐年增长的态势，2023年申请数量降为292件，同比下降18.44%
1.协作机器人技术特点
协作机器人的技术特点主要为安全性、易用性、灵活性、共融性等。安全问题是人机协 作系统的基础，协同工作必须以保证操作人员的安全为前提；易用性和灵活性是人机协作系 统的重点，能够快速适应柔性的、复杂的生产方式是协作机器人的优势；共融性则是协作机 器人全面深入市场、多方位超越工人的核心。
一、安全性方面 安全性是协作机器人最显著的特点之一，协作机器人通过装备先进的传感器（如力矩传 感器和碰撞检测系统），能够在与人类工作者互动时立即检测到接触并限制力量输出，从而 防止意外伤害，无需额外的安全围栏。 协作机器人在安全性方面的技术发展现状集中体现在以下几个方面： 自然交互与人机安全：协作机器人设计强调与人类操作员的自然交互能力，通过集成 先进的传感器技术如视觉识别以及基于人工智能的决策系统，使得机器人能够理解周围环 境，包括人的存在与动作，从而确保安全互动。例如，使用激光雷达、摄像头等传感器实时监测工作区域，通过图像处理技术识别障碍物和潜在的碰撞风险，进而提前采取规避措施， 预防潜在危险。
碰撞检测与避障：这一领域发展迅速，包括无传感碰撞检测和基于力矩反馈的碰撞检 测。如 Universal Robots(UR)的机器人采用无传感方法，ABB 的 YuMi 机器人则利用电流环 式碰撞检测技术，能在机器人遇到阻力或碰撞时立即作出反应，减少伤害风险。一些研究和 应用探索了电子皮肤技术，使机器人能够直接感知接触并评估安全状况。如越疆协作机器人 通过搭载安全皮肤，能够实时感知机械臂周围 15cm 的工作区域。安全皮肤采用碰撞中段检 测技术，在保证高生产效率的同时，为协作机器人提供非接触式的接近感知与碰撞预防等人 机协作安全性解决方案。 协作机器人安全性技术的发展聚焦于提高感知能力、增强智能决策、实现灵活的避障机 制以及遵循严格的安全标准，这些进步共同推动了协作机器人在各行业应用中的普及与信任 度提升。
二、易用性方面 协作机器人在易用性方面的技术发展集中于降低机器人部署和使用门槛，提升操作便捷 性和提高用户的接受度。在易用性方面的技术进步和趋势主要体现在： 拖拽示教（Teach-by-Demonstration）：这一技术允许用户通过手动引导机器人手臂完 成一系列动作，机器人随后自动记录这些动作并转化为可重复的程序。这种方式极大地简化 了编程过程，即便是没有编程经验的操作员也能快速上手。在焊接等对精度和路径规划有较 高要求的应用场景中，现代协作机器人通过采用直观的拖拽示教技术，不仅简化了协作机器 人在焊接等复杂任务中的示教流程，还提高了工作的灵活性和效率，降低了实施自动化改造 的难度和成本，极大改善了用户体验。
可视化编程界面：现代协作机器人通常配备直观的图形用户界面(GUI)，用户可以通过 拖放图标、设置参数等方式编写机器人程序，类似于搭建积木，降低了编程的复杂度。同时 还融合了无线通讯技术，使用平板、手机等移动终端替代传统示教器，显著提升了编程的便 捷性和灵活性。 模块化与即插即用设计：模块化设计允许用户快速更换机器人末端执行器或增加传感 器，适应不同的应用场景，而即插即用功能简化了硬件的配置过程，缩短了部署时间。 自然语言处理和语音命令：部分协作机器人开始整合自然语言处理技术，允许用户通 过语音指令控制机器人，进一步简化操作流程，提高人机交互的自然度。 这些技术进步共同推动了协作机器人的易用性，使之更加贴近实际工作场景的需求，不仅提升了生产效率，也降低了企业采用自动化技术的门槛，促进了协作机器人在更多行业和 中小企业的广泛应用。
三、灵活性方面 与传统工业机器人相比，协作机器人强调适应性和灵活性。协作机器人在灵活性方面的 技术发展主要集中在以下几个核心领域，这些进步使得机器人能够更好地适应多样化的应用 场景，与人类更加紧密、安全地协作： 轻量化设计：轻量化设计降低了机器人对操作人员的潜在伤害风险，使得协作机器人在 商用和家庭等非工业场景中更加易于部署、操作和维护，减少了对工作环境的改造需求，降 低了总体成本，促进了协作机器人技术在更广泛领域的商业化应用。 模块化和集成化设计：现代协作机器人采用了高度模块化设计，将机器人分解成多个独 立的轻量化模块，允许用户根据不同的任务需求快速更换末端执行器、传感器和其他组件， 方便更换和升级。这种设计提高了机器人的多功能性和适应性，使得同一台机器人能够胜任 装配、搬运、检验等多种任务。集成化设计则将传感器、控制器等部件尽量集成在一起，减 少外部连线，既减轻了重量，又简化了安装和维护。
力控与柔顺控制技术：通过集成高精度的力矩传感器和先进的控制算法，协作机器人能 够实现力控操作，即在与物体或人类接触时，根据接触力的大小和方向调整动作，实现柔顺 的交互。这不仅提高了安全性，也使得机器人在执行需要精细力控的任务（如精密装配）时 更加灵活。 云平台与远程管理：借助云计算技术，协作机器人可以远程接收指令、上传数据、进行 软件更新和故障诊断，减少了现场维护的需求，增强了系统的灵活性和响应速度。 这些技术进步不仅增强了协作机器人的灵活性和适应性，也促进了其在各种工业和非工 业环境中的广泛应用，从制造业到医疗、服务业、科研等多个领域，都展现了协作机器人的 巨大潜力。
四、共融性方面 协作机器人在共融性方面的技术发展主要集中在以下几个方面，旨在促进机器人与人类、 其他机器人以及工作环境的和谐、高效互动： 情境感知与理解：集成多种传感器（如视觉、声音、触觉）和人工智能算法，使机器人 能够感知环境状态、识别工作对象、理解人类意图和情绪，从而做出合适的反应，增强协作 的有效性。 人机交互界面的优化：通过更直观的图形用户界面、语音识别、手势控制等手段，简化人机交流过程，使得非专业人士也能轻松指导和与机器人协作，提高了共融性。
学习与自适应能力：利用机器学习和深度学习技术，协作机器人能够学习人类的作业习 惯、改进操作技巧，甚至预测人类合作伙伴的行为，增强协作的默契度和效率。 标准化与互操作性：制定统一的通信协议和接口标准，如RO（S Robot Operating System） 等，增强不同品牌和型号的机器人之间以及机器人与其他自动化设备的兼容性，促进共融工 作环境的构建。 伦理与法律框架：随着机器人技术的发展，相关伦理和法律规范也在逐步建立和完善， 确保机器人在共融环境中遵循社会伦理标准，保障人类权益和社会秩序。 现阶段协作机器人在共融性方面已经有了较大提升，并仍在不断进步中，能够与机器视 觉系统、移动操作技术、AI 技术平台、各类工艺包等进行共融互通，实现各类延展性应用。
2.协作机器人产品技术趋势与方向
一、大负载产品占有率逐渐提升 近年来，协作机器人的性能在不断向工业方向靠拢，稳定性不断提高；从最早的 3kg、 5kg、10kg 的负载，到现在 20kg、30kg、35kg、50kg 的负载，大负载产品市场占有率逐渐提 升；从开始的 1m/s 的速度，到现在可达 3m/s，速度不断变快；精度也达到了工业级别的 0.02mm。 从性能上而言，协作机器人不断冲击原来由于技术限制所形成的协作机器人与工业机器 人之间泾渭分明的界限；从应用上来看，协作机器人在工业领域有了越来越多的应用，甚至 在部分领域已经替代了传统意义的工业机器人。
然而，对于这些大负载、高速度的协作机器人，安全性则是对性能的一种桎梏，为了保 证人机协作的安全，它们都只能被设定在很低的速度下运行。为此，ABB 设计生产了 CRB 1100 协作机器人，是一款跨界探索产品，本体与工业机器人无异，但增加了安全激光扫描仪，配 合 ABB 的 SafeMove2 功能，通过感知人体与机器人的距离来调整工作状态，相当于增加了一 个隐形的围栏来保障了安全性，相对协作机器人人机协同的共享工作空间，存在安全区域的 人机隔离。
二、核心零部件性能优化 电机：协作机器人电机后续发展必然是向高扭矩、大中空、高功率密度等方向发展。核 心零部件重量轻，功率密度高将成为主要特点，使得协作机器人关节更加轻量化，负载力更 高。 伺服驱动：机器人伺服驱动偏向集成化，小体积化，要求具备高动态响应，高精度，力 控制及抖动抑制，整体向智能化发展。 编码器：机器人编码器是伺服控制的核心部件，目前在成本上，可制造性，精度等还有 一定的局限。后续发展方向主要是围绕高精度、高集成度、高可靠性发展。 伺服控制性能提高，必然要求编码器技术的提高，高精度编码器尤为重要。由于需要关 节输入输出两侧位置、速度等，编码器需要采集两端信息，高集成度的编码器同时采集两端 信息，减少体积和走线尤为重要。另外编码器必然需要更高的可靠性，抗干扰，在强辐射、 高低温等特殊场合依然保持可靠性。
三、感知化 智能传感器的发展方向后续主要围绕视觉、力传感器、电子皮肤、人机交互及安全方面。 首先机器人必须要有力感知，具备力感知的机器人能够更好地实现智能柔顺抓取，也可以更好的与人进行安全交互。其次机器人要围绕视觉感知发展，让机器人可以看见周围环境，其 包智能相机技术、3D 视觉传感技术、3D 激光雷达技术等。 “眼睛”对于机器人执行新任务（例如在仓库中挑选和移动产品）不可或缺。传统机器 人（或没有视觉系统的机器人）只能完成简单的重复性任务，而具有机器视觉的机器人可以 解决更多问题，例如来料位置不一致，来料具有公差等。除此之外，视觉系统可以赋予机器 人读取颜色或纹理的能力，使机器人能够完成检测类应用，例如：条形码检测。而配备 3D 视觉系统的机器人功能更加强大，可以抓取或检测立体的物体，实现无序抓取等应用。 除了对光信号的感知外，具备对外界力的感知能力也将极大拓宽机器人的应用场景，例 如打磨、装配、按摩、康复以及手术等。未来机器人将不可避免的与人共同工作或为人直接 提供服务。具备力的感知能力可以保证机器人与人接触过程中的安全，避免异常情况对人的 伤害。同时，具备力的感知能力将便于机器人的使用，人可以通过直接拖动的方式给机器人 安排工作，无需学习复杂的编程语言，协作效率也得以提升。在按摩等场景中，机器人与人 直接接触，灵敏的力感知可以让机器人模拟人的按摩动作，达到与人相同的治疗效果。
四、智能化 机器人作为一直以来作为机电执行机构，只能替代简单体力劳动。对于复杂非结构化的 场景，则无法发挥太大作用。近年来，随着人工智能技术的发展，越来越多的新式应用涌现 出来，例如无序抓取，智能检测等。随着工业数据的积累和计算机算力的提升，机器人可以 通过学习的方式处理复杂问题，优化动作流程。 AI 应用是未来协作机器人技术的发展趋势，未来只有具备人工智能，自制学习判断的 协作机器人才可以成为真正的协作机器人。机器人除了安全和人机交互外，必然需要深度学 习，可以通过自主学习训练使得机器人更加具备智能化，也是人机交互的重点。 未来机器人控制器或将发展为零编程使用，通过使用多传感器融合后的智能学习判断， 与人智能交互后即可实现目标任务的执行。
五、模块化 底层部件的模块化为机器人整机的开发夯实了基础，提升了新产品的开发速度，增强了 新产品的可靠性。不同规格的关节经过组合，配上相应的连杆，即可组成一款新的机器人， 无需从底层模块开发。同时，不同机器人共用相同的关节，关节的使用数量会有大幅提升， 更有利于关节的成熟。此外，关节的批量使用也使企业的采购成本降低，进而降低了机器人 整机的成本，从而大幅提升机器人的性价比和竞争力。
