本文章转载自机器人大讲堂

自从2010年Science Robotics上一篇《Self-reconfigurable robots: An introduction》发表后，复杂环境作业要求下，十多年时间复合机器人的热度一直持续。2023年，移动复合机器人已经成为当之无愧的热点，无论是相关科研论文还是企业产品，数量都较之以往有了20%左右幅度的提升，尤其是复合机器人与虚拟仿真、模块化、群体智能等热点结合后，更是关注人数陡增。

移动复合机器人的产业化进度也是非常迅速。据不完全统计，目前国内发布了移动复合机器人产品的厂商就有十多家，包括发那科、达明、节卡、遨博、新松、优艾智合、翼菲科技、海默机器人、集萃智造等，国内还有如PIAGGIO Fast Forward、Robotics Plus、GeckoSystems International、Asmbld等新兴企业正快速崛起，复合形态机器人的产业化关注度正不断提升。

有数据显示，2017年至2022年中国市场复合机器人销量由185台提高至1169台，年均复合增速近45%，预计2023年将维持40%左右的市场增速，销量突破1600台。复合机器人当下和未来的发展要素有哪些？研究和企业开发有哪些新的关注点？机器人大讲堂认为，模块化和定制化或许是当前该领域非常值得关注的重心。

▍研发和产业化前景愈发明朗

所谓复合机器人，集成能力是其核心。其本质上是一种集成了多种功能的机器人平台，属于机器人技术的一个重要分支，往往包括移动底盘、机械手臂以及激光雷达等组件，核心是结合不同类型的机器人技术和功能，实现更复杂、多样化任务的机器人系统。随着智能制造的迅猛发展，复合机器人正以其多功能性和灵活性展现出强劲的发展势头，已经开始在工业、医疗、农业等领域中崭露头角。

模块化则是复合机器人未来的典型趋势之一，加速了机器人的研究。无论是2017年ScienceDirect上的那篇《A review on modular and reconfigurable robots》，还是2018年的《Evolution of modular robot configurations for efficient locomotion》，都很好地揭示了复合机器人灵活性和可扩展性的特点。多项研究证明，模块化的机器人设计可以更容易地进行定制和扩展，通过组合不同的模块，可以快速地创建出适应特定任务的机器人，这会大大提高了机器人的灵活性和适应性。

就实际产业价值而言，目前许多企业开发的复合机器人，在非标准化场景中无疑具有很大的应用潜力。源于个性化柔性化生产制造的需求日益迫切，在例如医疗、美妆、3C电子产品等传统制造业的零部件组装环节中，复合机器人不仅可以更灵活用于工件的搬运和装卸等作业，以此来满足工作车间内全自动化的柔性生产需求，还可以在例如在子阵模块维修这些场景中有较好的表现，从而使得更容易定制化的复合机器人是未来智慧工厂的重要发展趋势。

复合机器人的场景通用性更强。由于模块化的设计鼓励用户进行创新和定制，用户可以根据自己的需求和想法，自由地组合和修改机器人的模块，更方便创造出独特的应用场景和解决方案。目前，随着工业4.0的不断深化，工业领域的机器人正在从第三阶段迈向第四阶段，企业需要解决柔性生产的难题，这使得近年来，许多企业和科研机构都希望在复合机器人的程序上进行二次开发，从而使其更加适应不同的生产场景，以满足不同应用场景的需求，这也反映了模块化技术在未来的实际可行性。  

因为复合机器人集合了AGV/AMR和机械臂的特性，具有更高的工厂灵活性，不仅能适应不同的生产场景，还能输出大的力矩，而且动作稳定。这使得它相较落地较慢的人形机器人，更符合人们对于“脑、眼、手、脚”融合的机器人终极形态的想象。尤其近年来零部件技术的进步，使得复合机器人在移动作业精度、路径灵活性和操作便捷性上都持续有所提升，技术上进一步走向协同。

同时，基于模块化的设计，使得机器人的零部件维护和修理变得更加简单。当某个模块出现故障时，可以方便地更换故障模块，而不需要对整个机器人进行维修，这大大降低了维修成本和时间。

目前这种模块化的方式使得移动机器人的应用更加广泛，例如在智能家居领域，已经有许多尝试用模块化智能家居机器人提供更为便捷的日常生活服务；在智能化仓库中，模块化物流配送机器人也得到了不断推动；农业生产也将广泛运用模块化机器人系统，从而提高农产品的规模化和生产效率。

随着技术的不断发展，新的模块和功能不断涌现，模块化的设计还使得机器人在功能和性能上可以方便地进行扩展，以适应新的应用需求和技术趋势。不仅如此，通过模块化的设计，整体而言还可以降低机器人的制造成本，尤其对于研究者而言，这相当于省去了不少非必要模块，也便于生产商大规模地生产和分销标准化模块，从而利用规模经济效应降低单位公摊成本。

▍复合机器人的开发方向和难题

在模块化的基础上，为了推动复合机器人的发展，加强机器人控制系统的功能和智能化水平已经是一个业内共识。

在当前研究和产业化不断推进的过程中，我们整理出了复合机器人的多个新的研究方向和趋势，有了这些技术的复合移动机器人，才有望实现机器人与人类之间的安全、高效的协作，其涉及多个方面，例如：

（1）多模态感知和融合：复合机器人趋向于集成多种感知技术，如视觉、听觉、触觉等，以更全面地理解和感知周围环境。这种多模态感知的融合有助于机器人更准确地执行任务，适应不同的工作场景。

（2）人机协作共融：复合机器人需要具备更强大的人机协作能力，能够与人类协同作业，包括共同执行任务、相互交流和理解人类的意图，以及适应人类工作环境等。

（3）学习和适应能力：复合机器人需要具备更强大的学习和适应能力，目前能够通过机器学习和深度学习算法不断提高自身的性能，适应新的任务和环境。

（4）灵活性和多功能性：复合机器人设计愈发注重灵活性和多功能性，需要机器人可以适应不同的任务需求，使得其更具通用性，能够执行多种不同类型的工作而无须进行重大改装。

（5）自主决策和规划：复合机器人在规划和执行任务时具备更高程度的自主性，能够根据环境变化和任务需求做出实时自主决策。

由于这些技术涉及多个层面，在这个过程中，这些难题往往需要研究者综合运用机械工程、电子工程、计算机科学和人工智能等多个领域的知识，通过创新和合作来逐步解决。例如多模态感知融合如何整合来自不同传感器的信息，如何有效融合这些信息，使机器人能够准确地理解和反应于周围环境，必然是一个挑战，这需要系统架构上的全方位打通。

又例如人机协作是一个复杂的问题，这涉及开发智能算法，使机器人能够理解人类的意图、遵循指令，并在共同工作中避免潜在的碰撞和危险。在人机协作的过程中，如果需要复合机器人具备自主决策的能力，能够在不同的情境中作出适当的决策和规划路径，必然要求机器人具备高级的决策制定和路径规划算法，以应对复杂和动态的环境，这又对其学习和适应性提出了新要求。

可以发现，复合机器人作为一个非常综合的领域，其学术前沿性和产业开发难度不言而喻，与机器学习、深度学习、传感器、机器人控制系统、云端大脑等新技术的结合度非常高，产业潜力非常广阔。有分析指出2020年以来，复合机器人的市场需求和规模不断增长，预计到2025年，我国机器人产业营业收入年均增速超过20%，复合机器人的产业链和供应链也不断完善，未来有望形成一批具有国际竞争力的领军企业和创新型企业，形成3～5个有国际影响力的产业集群。