本文章轉載自機器人大講堂

自從2010年Science Robotics上一篇《Self-reconfigurable robots: An introduction》發表后，復雜環境作業要求下，十多年時間復合機器人的熱度一直持續。2023年，移動復合機器人已經成為當之無愧的熱點，無論是相關科研論文還是企業產品，數量都較之以往有了20%左右幅度的提升，尤其是復合機器人與虛擬仿真、模塊化、群體智能等熱點結合后，更是關注人數陡增。

移動復合機器人的產業化進度也是非常迅速。據不完全統計，目前國內發布了移動復合機器人產品的廠商就有十多家，包括發那科、達明、節卡、遨博、新松、優艾智合、翼菲科技、海默機器人、集萃智造等，國內還有如PIAGGIO Fast Forward、Robotics Plus、GeckoSystems International、Asmbld等新興企業正快速崛起，復合形態機器人的產業化關注度正不斷提升。

有數據顯示，2017年至2022年中國市場復合機器人銷量由185臺提高至1169臺，年均復合增速近45%，預計2023年將維持40%左右的市場增速，銷量突破1600臺。復合機器人當下和未來的發展要素有哪些？研究和企業開發有哪些新的關注點？機器人大講堂認為，模塊化和定制化或許是當前該領域非常值得關注的重心。

▍研發和產業化前景愈發明朗

所謂復合機器人，集成能力是其核心。其本質上是一種集成了多種功能的機器人平臺，屬于機器人技術的一個重要分支，往往包括移動底盤、機械手臂以及激光雷達等組件，核心是結合不同類型的機器人技術和功能，實現更復雜、多樣化任務的機器人系統。隨著智能制造的迅猛發展，復合機器人正以其多功能性和靈活性展現出強勁的發展勢頭，已經開始在工業、醫療、農業等領域中嶄露頭角。

模塊化則是復合機器人未來的典型趨勢之一，加速了機器人的研究。無論是2017年ScienceDirect上的那篇《A review on modular and reconfigurable robots》，還是2018年的《Evolution of modular robot configurations for efficient locomotion》，都很好地揭示了復合機器人靈活性和可擴展性的特點。多項研究證明，模塊化的機器人設計可以更容易地進行定制和擴展，通過組合不同的模塊，可以快速地創建出適應特定任務的機器人，這會大大提高了機器人的靈活性和適應性。

就實際產業價值而言，目前許多企業開發的復合機器人，在非標準化場景中無疑具有很大的應用潛力。源于個性化柔性化生產制造的需求日益迫切，在例如醫療、美妝、3C電子產品等傳統制造業的零部件組裝環節中，復合機器人不僅可以更靈活用于工件的搬運和裝卸等作業，以此來滿足工作車間內全自動化的柔性生產需求，還可以在例如在子陣模塊維修這些場景中有較好的表現，從而使得更容易定制化的復合機器人是未來智慧工廠的重要發展趨勢。

復合機器人的場景通用性更強。由于模塊化的設計鼓勵用戶進行創新和定制，用戶可以根據自己的需求和想法，自由地組合和修改機器人的模塊，更方便創造出獨特的應用場景和解決方案。目前，隨著工業4.0的不斷深化，工業領域的機器人正在從第三階段邁向第四階段，企業需要解決柔性生產的難題，這使得近年來，許多企業和科研機構都希望在復合機器人的程序上進行二次開發，從而使其更加適應不同的生產場景，以滿足不同應用場景的需求，這也反映了模塊化技術在未來的實際可行性。  

因為復合機器人集合了AGV/AMR和機械臂的特性，具有更高的工廠靈活性，不僅能適應不同的生產場景，還能輸出大的力矩，而且動作穩定。這使得它相較落地較慢的人形機器人，更符合人們對于“腦、眼、手、腳”融合的機器人終極形態的想象。尤其近年來零部件技術的進步，使得復合機器人在移動作業精度、路徑靈活性和操作便捷性上都持續有所提升，技術上進一步走向協同。

同時，基于模塊化的設計，使得機器人的零部件維護和修理變得更加簡單。當某個模塊出現故障時，可以方便地更換故障模塊，而不需要對整個機器人進行維修，這大大降低了維修成本和時間。

目前這種模塊化的方式使得移動機器人的應用更加廣泛，例如在智能家居領域，已經有許多嘗試用模塊化智能家居機器人提供更為便捷的日常生活服務；在智能化倉庫中，模塊化物流配送機器人也得到了不斷推動；農業生產也將廣泛運用模塊化機器人系統，從而提高農產品的規模化和生產效率。

隨著技術的不斷發展，新的模塊和功能不斷涌現，模塊化的設計還使得機器人在功能和性能上可以方便地進行擴展，以適應新的應用需求和技術趨勢。不僅如此，通過模塊化的設計，整體而言還可以降低機器人的制造成本，尤其對于研究者而言，這相當于省去了不少非必要模塊，也便于生產商大規模地生產和分銷標準化模塊，從而利用規模經濟效應降低單位公攤成本。

▍復合機器人的開發方向和難題

在模塊化的基礎上，為了推動復合機器人的發展，加強機器人控制系統的功能和智能化水平已經是一個業內共識。

在當前研究和產業化不斷推進的過程中，我們整理出了復合機器人的多個新的研究方向和趨勢，有了這些技術的復合移動機器人，才有望實現機器人與人類之間的安全、高效的協作，其涉及多個方面，例如：

（1）多模態感知和融合：復合機器人趨向于集成多種感知技術，如視覺、聽覺、觸覺等，以更全面地理解和感知周圍環境。這種多模態感知的融合有助于機器人更準確地執行任務，適應不同的工作場景。

（2）人機協作共融：復合機器人需要具備更強大的人機協作能力，能夠與人類協同作業，包括共同執行任務、相互交流和理解人類的意圖，以及適應人類工作環境等。

（3）學習和適應能力：復合機器人需要具備更強大的學習和適應能力，目前能夠通過機器學習和深度學習算法不斷提高自身的性能，適應新的任務和環境。

（4）靈活性和多功能性：復合機器人設計愈發注重靈活性和多功能性，需要機器人可以適應不同的任務需求，使得其更具通用性，能夠執行多種不同類型的工作而無須進行重大改裝。

（5）自主決策和規劃：復合機器人在規劃和執行任務時具備更高程度的自主性，能夠根據環境變化和任務需求做出實時自主決策。

由于這些技術涉及多個層面，在這個過程中，這些難題往往需要研究者綜合運用機械工程、電子工程、計算機科學和人工智能等多個領域的知識，通過創新和合作來逐步解決。例如多模態感知融合如何整合來自不同傳感器的信息，如何有效融合這些信息，使機器人能夠準確地理解和反應于周圍環境，必然是一個挑戰，這需要系統架構上的全方位打通。

又例如人機協作是一個復雜的問題，這涉及開發智能算法，使機器人能夠理解人類的意圖、遵循指令，并在共同工作中避免潛在的碰撞和危險。在人機協作的過程中，如果需要復合機器人具備自主決策的能力，能夠在不同的情境中作出適當的決策和規劃路徑，必然要求機器人具備高級的決策制定和路徑規劃算法，以應對復雜和動態的環境，這又對其學習和適應性提出了新要求。

可以發現，復合機器人作為一個非常綜合的領域，其學術前沿性和產業開發難度不言而喻，與機器學習、深度學習、傳感器、機器人控制系統、云端大腦等新技術的結合度非常高，產業潛力非常廣闊。有分析指出2020年以來，復合機器人的市場需求和規模不斷增長，預計到2025年，我國機器人產業營業收入年均增速超過20%，復合機器人的產業鏈和供應鏈也不斷完善，未來有望形成一批具有國際競爭力的領軍企業和創新型企業，形成3～5個有國際影響力的產業集群。