協(xié)作機(jī)器人，2024年唯一實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長(zhǎng)的工業(yè)機(jī)器人本體品類。

高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)銷量為4.0萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)27.39%。GGII預(yù)計(jì)，2025年中國(guó)協(xié)作機(jī)器人銷量將達(dá)到5.03萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)25.75%。

究其原因，一方面是下游行業(yè)的滲透率仍在提升，如在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用有較大突破；另一方面，協(xié)作機(jī)器人細(xì)分產(chǎn)品迎來快速起量期，如協(xié)作焊接機(jī)器人、大負(fù)載協(xié)作碼垛機(jī)器人等。

特別是大負(fù)載，已成為協(xié)作機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

據(jù)高工機(jī)器人不完全統(tǒng)計(jì)，已有超10家協(xié)作機(jī)器人企業(yè)推出大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品，包括華沿機(jī)器人、華盛控、珞石機(jī)器人、越疆機(jī)器人、節(jié)卡機(jī)器人、遨博智能、埃斯頓酷卓、達(dá)明機(jī)器人、長(zhǎng)廣溪智造、法奧機(jī)器人、艾利特機(jī)器人、中科新松、發(fā)那科、優(yōu)傲機(jī)器人等，負(fù)載范圍覆蓋20KG-60KG。

20KG成大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人的分水嶺

根據(jù)負(fù)載不同，通常能將協(xié)作機(jī)器人分為輕負(fù)載（負(fù)載＜7KG）、中負(fù)載（7KG≤L＜12KG）、大負(fù)載（12KG≤L＜20KG）、超大負(fù)載（L≥20KG）。

高工機(jī)器人在調(diào)研時(shí)了解到，目前業(yè)內(nèi)普遍將20KG作為大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人的分水嶺。而部分企業(yè)將12KG≤L＜20KG定義為大負(fù)載，通常是企業(yè)相對(duì)自己的小負(fù)載而言。

從以上各家企業(yè)推出的協(xié)作機(jī)器人負(fù)載重量來看，也確實(shí)如此。

公開信息顯示，越疆機(jī)器人推出了20KG協(xié)作機(jī)器人，艾利特機(jī)器人推出了25KG協(xié)作機(jī)器人，中科新松、法奧機(jī)器人、長(zhǎng)廣溪智造等推出了30KG協(xié)作機(jī)器人，發(fā)那科、優(yōu)傲、埃斯頓酷卓、遨博智能、達(dá)明機(jī)器人等推出了35KG協(xié)作機(jī)器人，節(jié)卡機(jī)器人推出了40KG協(xié)作機(jī)器人，珞石機(jī)器人推出了45KG協(xié)作機(jī)器人，華沿機(jī)器人推出了50KG協(xié)作機(jī)器人，華盛控推出了60KG協(xié)作機(jī)器人。

而20kg作為大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人分水嶺，這一標(biāo)準(zhǔn)既源于技術(shù)可行性，也基于市場(chǎng)需求。

從技術(shù)角度來看，20KG是協(xié)作機(jī)器人輕量化設(shè)計(jì)與負(fù)載能力的平衡點(diǎn)。傳統(tǒng)10-15KG機(jī)型采用普通鋁合金材料，自重負(fù)載比高達(dá)5:1；而20KG以上機(jī)型通過航空級(jí)太空鋁、碳纖維復(fù)合材料升級(jí)，可將自重負(fù)載比降至3:1以下。

以華盛控全新推出的WSC-GD60 Max碼垛機(jī)器人為例，采用太空鋁材料，使機(jī)身重量從450KG銳減到90KG，降低了80%。再比如華沿機(jī)器人推出的S50大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人，采用模塊化減重設(shè)計(jì)，整機(jī)自重降低30%，本體165KG，負(fù)載自重比僅1:3。

從市場(chǎng)實(shí)踐來看，20KG負(fù)載恰好覆蓋了制造業(yè)重型工件搬運(yùn)、物流倉儲(chǔ)大件包裹等核心場(chǎng)景的基礎(chǔ)需求，成為企業(yè)技術(shù)迭代與產(chǎn)品布局的基準(zhǔn)線。

值得注意的是，協(xié)作機(jī)器人做大負(fù)載在技術(shù)上也存在諸多難點(diǎn)。

據(jù)華盛控市場(chǎng)部吳嘉偉介紹，負(fù)載增加時(shí)易出現(xiàn)關(guān)節(jié)剛性不足、抖動(dòng)變形等問題，從而影響精度。另外，負(fù)載增大還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)慣量陡增，導(dǎo)致傳統(tǒng)伺服控制響應(yīng)速度下降，出現(xiàn)超調(diào)、軌跡偏移等問題。

為此，針對(duì)負(fù)載增加可能導(dǎo)致的穩(wěn)定性問題，華盛控在機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)上進(jìn)行了雙重創(chuàng)新。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，其通過對(duì)關(guān)節(jié)部位的特殊強(qiáng)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化布局，提升剛性減少抖動(dòng)；在控制系統(tǒng)方面，其搭載自適應(yīng)智能算法，實(shí)時(shí)響應(yīng)負(fù)載慣量變化，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)伺服參數(shù)，避免超調(diào)與軌跡偏移。

遨博智能常務(wù)副總裁洪帥也表示，協(xié)作機(jī)器人要承受大負(fù)載，機(jī)器人的關(guān)節(jié)、臂桿等部件需要足夠堅(jiān)固和穩(wěn)定，同時(shí)還要兼顧輕量化，對(duì)材料的選擇及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求較高。

此外，洪帥還指出，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人潛在風(fēng)險(xiǎn)大，需要配備更完善的安全防護(hù)措施，如高精度的力傳感器、安全光幕、視覺防護(hù)、緊急停止按鈕等，還要開發(fā)復(fù)雜的安全控制邏輯，確保在危險(xiǎn)情況下能迅速停止或減速。

對(duì)此，華沿機(jī)器人董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理王光能表示認(rèn)同。他表示，大負(fù)載帶來的高慣性要求“預(yù)碰撞保護(hù)”，而非傳統(tǒng)“接觸即?！蹦Ｊ?。例如，通過激光雷達(dá)等傳感器實(shí)現(xiàn)“未接觸即減速/停止”，避免因慣性過大導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。

高工機(jī)器人了解到，為確保人機(jī)協(xié)同安全，華沿機(jī)器人的S50大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人構(gòu)建了三重安全保護(hù)體系，即通過激光雷達(dá)360°監(jiān)控環(huán)境，高速模式/安全模式自動(dòng)切換；采用近覺傳感器能在用戶距離150mm處使機(jī)器人完全停止運(yùn)行；48V安全低壓供電，拖動(dòng)無觸電風(fēng)險(xiǎn)。

大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人是偽命題嗎？

協(xié)作機(jī)器人負(fù)載越做越大已然成為趨勢(shì)，但業(yè)內(nèi)也伴有一些質(zhì)疑聲，比如協(xié)作機(jī)器人向大負(fù)載發(fā)展是否是偽命題、協(xié)作機(jī)器人做大負(fù)載是否背離了協(xié)作本質(zhì)、協(xié)作機(jī)器人做大負(fù)載是否模糊了與工業(yè)機(jī)器人的邊界......

圍繞以上聲音，高工機(jī)器人就多家協(xié)作機(jī)器人企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，得到的答案是：并非如此。

關(guān)于協(xié)作機(jī)器人做大負(fù)載是“偽命題”，不少企業(yè)通過實(shí)踐給出反證。王光能告訴高工機(jī)器人，華沿機(jī)器人的S50大負(fù)載機(jī)器人滿載平均功耗低至700W。而有資料顯示，同樣為50KG的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，功耗達(dá)到2.5kw，甚至更高。

吳嘉偉也表示，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人的技術(shù)可行性已通過材料科學(xué)、控制算法與安全設(shè)計(jì)的突破得到驗(yàn)證。比如華盛控的50KG協(xié)作機(jī)器人采用了太空鋁材料，能耗有效降低40%。疊加配合定制化電機(jī)及減速機(jī)，相比市面上同等負(fù)載的機(jī)器人功耗降低30%。

再比如節(jié)卡機(jī)器人的40KG工業(yè)協(xié)作機(jī)器人，采用sic碳化硅伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，電機(jī)控制性能升級(jí)，精度提升25%；能量轉(zhuǎn)換效率提高，實(shí)現(xiàn)更低的熱損耗。

節(jié)卡機(jī)器人相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，大負(fù)載產(chǎn)品是基于市場(chǎng)場(chǎng)景推出，20kg負(fù)載的協(xié)作機(jī)器人產(chǎn)品最初便來源于豐田的需求，后續(xù)又推出了負(fù)載可達(dá)40kg的大負(fù)載產(chǎn)品。

某種程度來看，材料科學(xué)、控制算法與安全設(shè)計(jì)的突破，已打破“負(fù)載與靈活性不可兼得”的魔咒。

而當(dāng)負(fù)載提升至20KG以上，安全交互與協(xié)同作業(yè)特性是否背離協(xié)作機(jī)器人本質(zhì)？協(xié)作機(jī)器人企業(yè)普遍認(rèn)為，風(fēng)險(xiǎn)增加恰恰倒逼安全技術(shù)升級(jí)。

洪帥指出，為保證安全交互，協(xié)作機(jī)器人需要更精確的力控制技術(shù)、更靈敏的傳感器以及更完善的安全防護(hù)系統(tǒng)，如增加力矩傳感器精度、配備冗余安全制動(dòng)裝置等，以降低風(fēng)險(xiǎn)，確保在與人交互時(shí)能及時(shí)感知并做出安全響應(yīng)。

在協(xié)同方面，大負(fù)載可能使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和靈活性下降，這就需要更先進(jìn)的控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)大負(fù)載機(jī)器人與其他作業(yè)單元的動(dòng)作，保證協(xié)同作業(yè)的準(zhǔn)確性和高效性，如采用多機(jī)器人協(xié)同控制算法，優(yōu)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信和任務(wù)分配機(jī)制。

吳嘉偉則認(rèn)為，負(fù)載提升不是對(duì)協(xié)作本質(zhì)的背離，而是對(duì)人機(jī)協(xié)作能力的升維拓展。通過安全技術(shù)的代際突破與智能算法的持續(xù)進(jìn)化，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人正在解鎖“重型作業(yè)場(chǎng)景中人機(jī)共融”的全新可能，這正是協(xié)作機(jī)器人本質(zhì)的深化而非異化。

至于協(xié)作機(jī)器人模糊了與工業(yè)機(jī)器人邊界，協(xié)作機(jī)器人企業(yè)坦言，盡管大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在碼垛、搬運(yùn)等場(chǎng)景出現(xiàn)功能重疊，但兩者邊界依然清晰。

王光能表示，兩者存在本質(zhì)差異。比如，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人以“人機(jī)安全協(xié)同”為核心，通過輕量化設(shè)計(jì)、多重安全防護(hù)及低功耗特性，可填補(bǔ)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人在柔性場(chǎng)景中的空白。

吳嘉偉也從設(shè)計(jì)邏輯角度進(jìn)行了分析，協(xié)作機(jī)器人通過輕量化材料與動(dòng)態(tài)安全算法，實(shí)現(xiàn)“即插即用”部署。比如華盛控的50KG協(xié)作碼垛機(jī)器人，可直接部署到現(xiàn)有產(chǎn)線，部署到學(xué)會(huì)操作到正式投產(chǎn)，僅需2小時(shí)，而傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人時(shí)間周期則長(zhǎng)達(dá)2周以上。

再比如節(jié)卡機(jī)器人的40KG協(xié)作機(jī)器人，采用高集成、大中空、大功率關(guān)節(jié)模組，實(shí)現(xiàn)更短的維修維護(hù)時(shí)間，從“周”降至“小時(shí)”，擁有更持久的線纜壽命。

因此，在吳嘉偉看來，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人不是工業(yè)機(jī)器人的“模仿者”，而是人機(jī)協(xié)作新紀(jì)元的定義者。

大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人還能做到多大？

協(xié)作機(jī)器人的“重型化”是工業(yè)自動(dòng)化的必然進(jìn)階。因此，60KG不是終點(diǎn)。

王光能在接受高工機(jī)器人調(diào)研時(shí)透露：“其實(shí)我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出額定重量為60KG的協(xié)作機(jī)器人，但因宣傳較為保守尚未公開發(fā)布。后續(xù)，我們還計(jì)劃推出抓取達(dá)到更大負(fù)載的協(xié)作機(jī)器人方案。”

節(jié)卡機(jī)器人負(fù)責(zé)人透露，未來節(jié)卡機(jī)器人還會(huì)推出60kg和90kg的大負(fù)載產(chǎn)品，不僅適用于汽車變速箱上下料，還可用于光伏板抓取搬用、大負(fù)載碼垛等場(chǎng)景中，服務(wù)廣泛的工業(yè)市場(chǎng)。

吳嘉偉也告訴高工機(jī)器人，未來華盛控還將推出70KG、80KG等協(xié)作碼垛機(jī)器人。

雖然洪帥并未透露下一個(gè)新產(chǎn)品的具體負(fù)載重量，但他表示，遨博智能將根據(jù)市場(chǎng)需求情況，繼續(xù)提升負(fù)載水平，滿足新能源汽車電池搬運(yùn)、組裝、檢測(cè)及碼垛方面的應(yīng)用需求。

事實(shí)上，從20KG到60KG甚至更高，協(xié)作機(jī)器人的負(fù)載升級(jí)不是簡(jiǎn)單的參數(shù)堆砌，而是人機(jī)協(xié)作范式的深層變革。當(dāng)技術(shù)突破解決了剛性不足、安全瓶頸等難題，當(dāng)市場(chǎng)驗(yàn)證了物流、汽車、半導(dǎo)體等場(chǎng)景的真實(shí)需求，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人正在重新定義工業(yè)自動(dòng)化的邊界——它既不是傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的替代品，也不是輕負(fù)載協(xié)作機(jī)器人的簡(jiǎn)單放大，而是在剛性生產(chǎn)與極致柔性之間開辟的第三條道路。

隨著材料科學(xué)、人工智能與傳感器技術(shù)的持續(xù)突破，高工機(jī)器人有理由相信，大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人將解鎖更多“重型作業(yè)人機(jī)共融”的可能，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)從“機(jī)器換人”向“人機(jī)共生”邁進(jìn)。

對(duì)于行業(yè)而言，當(dāng)下的關(guān)鍵不僅是技術(shù)攻堅(jiān)，更是場(chǎng)景定義——如何基于大負(fù)載協(xié)作機(jī)器人的特性，重構(gòu)生產(chǎn)流程、優(yōu)化人機(jī)分工，這或許是比負(fù)載數(shù)字本身更值得探索的命題。