我國已經(jīng)連續(xù)5年成為世界第一的機器人應(yīng)用市場，但高端機器人仍然依賴于進口。核心算法的差距，是國產(chǎn)工業(yè)機器人向高端制造邁進的攔路虎。

 

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。

 

機器人四大家族，分別是日本發(fā)那科、安川電機，瑞典ABB，德國庫卡。其中*牛的是發(fā)那科——全球工業(yè)機器人銷售記錄保持者、利潤保持者以及技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。德國庫卡*弱，其核心技術(shù)基本來自外購，目前已經(jīng)被中國美的集團收購。

 

工業(yè)機器人想要完成復(fù)雜的動作，核心控制器（工業(yè)機器人的大腦）必須足夠聰明。由于我們沒有掌握核心算法，國產(chǎn)工業(yè)機器人“大腦”還不夠聰明，穩(wěn)定性、故障率、易用性等關(guān)鍵指標遠不如工業(yè)機器人“四大家族”。

 

一般而言，控制器基本上分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分就是工業(yè)控制板卡，包括一些控制芯片、分立式元件與訊號處理電路等，至于軟件部分則是控制算法、二次開發(fā)等。

由于硬件大部分都是外購，多數(shù)工業(yè)機器人廠商買到的是相同硬件，而軟件部分就成為工業(yè)機器人控制器的關(guān)鍵，大部分工業(yè)機器人廠商都有其獨立的開發(fā)環(huán)境和工業(yè)機器人程序設(shè)計語言。

 

作為工業(yè)級產(chǎn)品，衡量機器人優(yōu)劣主要有兩個標準：穩(wěn)定性和精確性。核心控制器是影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件，有著工業(yè)機器人“大腦”之稱。而軟件相當于語言，把“大腦”的想法傳遞出去。

 

要講好這門“語言”，需要底層核心算法。“四大家族”可以出售伺服系統(tǒng)、減速器、編碼器等關(guān)鍵部件，但對核心算法一直秘而不宣，絕不外泄。

 

不掌握核心算法，生產(chǎn)精度需求不高的產(chǎn)品還勉強可以，倘若應(yīng)用到航天航空、軍工等高端領(lǐng)域，就只能依賴進口工業(yè)機器人了。

 

算法的差距不只體現(xiàn)在核心控制器上，更拖慢了伺服系統(tǒng)響應(yīng)的速度，多臺伺服系統(tǒng)需要“大腦”提前進行計算。通過底層算法，國外核心控制器可以通過伺服系統(tǒng)的電流環(huán)直接操作電機，實現(xiàn)高動態(tài)多軸非線性條件下的精密控制，因此“四大家族”的機器人響應(yīng)速度更快、定位更準確。

 

由于算法、軟件的差距，*終產(chǎn)品的售價也天差地別。以伺服系統(tǒng)為例，即使核心元器件幾乎完全一樣，成本其實相差無幾，但國外的產(chǎn)品售價貴10倍。

 

工業(yè)機器人三大核心零部件的關(guān)鍵技術(shù)：控制器（控制技術(shù)），減速機，機器人專用伺服電機及其控制技術(shù)。上面說的都是控制器算法，我們再看看其他兩項技術(shù)。

 

目前應(yīng)用于機器人領(lǐng)域的減速機主要有兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機器人中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置，而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。

 

對于高精度機器人減速器，日本具備絕對領(lǐng)先優(yōu)勢，目前全球機器人行業(yè)75%的精密減速機被日本的Nabtesco和Harmonic Drive兩家壟斷，國際主流機器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

 

伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補充馬達間接變速裝置，它將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象，可使控制速度、位置精度非常準確，是工業(yè)機器人的動力系統(tǒng)以及機器人運動的“心臟”。

 

國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。其中，日系產(chǎn)品以50%左右的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋和富士等等（其中，前三名分別為松下、三菱電機和安川，總份額約占45%），以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌占據(jù)國內(nèi)伺服電機的高端市場，整體市場份額在30%左右，國內(nèi)企業(yè)整體份額不足10%。

 

高精度編碼器是伺服電機的核心技術(shù)之一，尤其工業(yè)機器人上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴重依賴進口。高精度編碼器未實現(xiàn)國產(chǎn)化，是制約我國高檔伺服系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸之一。

 

另外，國內(nèi)伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究缺失，包括絕對值編碼器技術(shù)、高端電機的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定等等。這些都需要國內(nèi)機器人行業(yè)的核心零部件企業(yè)去完善。