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工業機器人：著力突破智能模塊

機器人產業在國際上被譽為制造業皇冠頂端的明珠，發展機器人產業成為世界各國搶占未來經濟科技制高點的國家戰略。現在工業機器人已經廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業、機械加工業、電子電氣行業、橡膠及塑料行業、食品工業等諸多領域。作為先進制造業中不可替代的重要裝備和手段，工業機器人已經成為衡量一個國家制造業水平和科技水平的重要標志。　　　　在技術發展方面，未來工業機器人將在精度、速度、效率、人機交互和智能化等方面進一步發展。　　機械結構向模塊化、可重構化方向發展。例如，關節模塊中伺服電機、減速器、檢測系統三位一體化;由關節模塊、連桿模塊以重組方式構造機器人整機。控制系統向開放化、高集成度方向發展，將采用PC機的開發型控制系統，便于標準化、網絡化。控制系統器件集成度將提高，控制柜越來越小巧。傳感器作用日益突出，裝配、焊接機器人采用位置、速度、加速度、力覺等傳感器，遙控機器人則采用視覺、聲音、力覺、觸覺等多傳感器融合技術進行環境建模及決策控制。另外，隨著機器學習等人工智能技術的發展，工業機器人將日趨智能，自主學習的同時還能自主挖掘大數據價值。　　值得一提的是，2011年以來，我國工業機器人市場快速增長，機器人產業鏈逐步形成，但國內機器人核心技術仍受制于人，相關產品質量、性能、可靠性等方面也與國外產品有較大差距。　　據悉，工業機器人核心零部件包括高精度減速器、高性能交流伺服電機和驅動器、高性能控制器等。這些核心零部件對整個工業機器人性能指標起著關鍵作用。目前，跨國企業在核心零部件、整機、系統集成等機器人產業鏈的各個環節均有明顯優勢。例如，在減速器領域，應用于工業關節機器人中的諧波減速器基本被日本哈默納科一家公司壟斷。另一種更為重要的RV減速器也基本被日本納博特斯克一家公司壟斷。上述兩家日企目前占據全球工業機器人減速器市場的75%。近年來，國產RV減速器自主研發取得初步進展，但還處于小批量生產。　　在伺服系統方面，機器人運動性質的特殊性使伺服系統要具備高精度、高動態響應、高過載能力、高可靠性等特性。目前，國產伺服系統在功能、性能和工藝方面與國外產品相比仍然有一定差距，尤其是國內沒有完全掌握自適應機械共振抑制技術、自適應低頻震動技術和慣量動態前饋技術等關鍵技術。　　在控制器方面，國內機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產品相比并沒有太大差距，現有差距主要體現在控制算法和二次開發平臺的易用性方面。　　在工業機器人整機領域，發那科、庫卡、ABB、安川四大企業是全球市場絕對的強者。另外，工業機器人的使用效益是通過高可靠性實現的，其涉及材料、設計、采購、加工、裝備、檢測、老化試驗、技術維護等多個方面，投入大、周期長，這恰恰是國內企業短板。　　工信部發布的《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》明確指出，將圍繞市場需求，突破核心技術。下一步，工業和信息化部將組織制定中國機器人技術路線圖及機器人產業十三五規劃，通過加強頂層設計，引導行業發展，著力突破關鍵技術和重要環節，促進機器人產業健康發展。　　專家觀點　　西門子（中國）公司數字化工廠集團運動控制部伺服電機產品經理曹躍宇　　伺服電機需精確定位和快速響應　　伺服電機作為機器人的肌肉，必須能夠精確定位，快速響應。為了能夠準確地實現定位，在電機尾部安裝有高精度旋轉編碼器，通過編碼器來檢測擺臂的空間幾何位置。一般伺服電機的額定轉速都在每分鐘幾千轉，而機器人的臂擺速度一般在幾轉或幾十轉。為了能夠充分利用伺服電機的輸出能力，提升機械穩定性，可在伺服電機與機械臂之間安裝高精密的緊湊型減速箱，以提升輸出轉矩。擺臂旋轉一周，伺服電機需要旋轉幾十周甚至上百周。因此編碼器需要采用多圈絕對值編碼器才能有效監測擺臂位置。　　高效的路徑移動或空間定位，并不是一個靜態過程，而是一個動態過程。　　優傲機器人中國總經理鐵隆正（James Taylor）　　人機協作機器人市場前景廣闊　　幾十年前早期工業機器人是龐大的、笨重的、昂貴的和編程復雜，這意味著機器人很長時間固定在一個地方運行沒有變化。人們對工業機器人有這些根深蒂固的印象，認為實現自動化之后靈活度降低，而且困難重重。這也在某種程度上讓中小型企業對自動化望而卻步。但實際上，我們看到工業機器人的發展已有顯著的變化，更小、更輕、更具成本效益、更容易編程和更安全。這意味著制造商可以用機器人做各種各樣的工作。人機協作機器人正踏上這個趨勢的步點，這個趨勢就是工業制造的趨靈活化和安全。　　TI半導體事業部中國區模擬業務拓展經理朱文斌　　工業機器人對傳感器精度要求高　　大家經常會看到工廠有機械手做加工，這是20年前很少看到的景象，現在越來越普遍。大型工業加工機器人的手臂和自動運行生產線對傳感器的可靠性要求是很高的，而且對精度要求很高。因為工業現場，比如高精密加工，機械手臂如果沒有很高精度的傳感器處理的話，出來的產品可能容差不對、容差太大甚至出現次品。家用消費傳感器會提出更高的要求。　　在設計中容易忽略的是可靠性、安全性，因為這種機器人對安全性能要求更高。當下面有人時，如果壓力沒控制好就有可能發生失誤，所以對壓力傳感芯片、30V輸入過壓的特性以及單片解決方案都會有要求。

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