我國已經連續(xù)5年成為世界第一的機器人應用市場，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)領域的多關節(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領導者。德國庫卡*弱，其核心技術基本來自外購，目前已經被中國美的集團收購。

 

工業(yè)機器人想要完成復雜的動作，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)機器人程序設計語言。

 

作為工業(yè)級產品，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、減速器、編碼器等關鍵部件，但對核心算法一直秘而不宣，絕不外泄。

 

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

 

算法的差距不只體現在核心控制器上，更拖慢了伺服系統響應的速度，多臺伺服系統需要“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的電流環(huán)直接操作電機，實現高動態(tài)多軸非線性條件下的精密控制，因此“四大家族”的機器人響應速度更快、定位更準確。

 

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

 

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

 

目前應用于機器人領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。在關節(jié)型機器人中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉精度，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中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補充馬達間接變速裝置，它將電壓信號轉化為轉矩和轉速，以驅動控制對象，可使控制速度、位置精度非常準確，是工業(yè)機器人的動力系統以及機器人運動的“心臟”。

 

國外品牌占據了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。其中，日系產品以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國內伺服電機的高端市場，整體市場份額在30%左右，國內企業(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國產化，是制約我國高檔伺服系統發(fā)展的重要瓶頸之一。

 

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