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工業(yè)機器人：著力突破智能模塊

機器人產(chǎn)業(yè)在國際上被譽為制造業(yè)皇冠頂端的明珠，發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)成為世界各國搶占未來經(jīng)濟科技制高點的國家戰(zhàn)略。現(xiàn)在工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品工業(yè)等諸多領域。作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。　　　　在技術發(fā)展方面，未來工業(yè)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(fā)展。　　機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化方向發(fā)展。例如，關節(jié)模塊中伺服電機、減速器、檢測系統(tǒng)三位一體化;由關節(jié)模塊、連桿模塊以重組方式構(gòu)造機器人整機。控制系統(tǒng)向開放化、高集成度方向發(fā)展，將采用PC機的開發(fā)型控制系統(tǒng)，便于標準化、網(wǎng)絡化。控制系統(tǒng)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(huán)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(fā)展，工業(yè)機器人將日趨智能，自主學習的同時還能自主挖掘大數(shù)據(jù)價值。　　值得一提的是，2011年以來，我國工業(yè)機器人市場快速增長，機器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，但國內(nèi)機器人核心技術仍受制于人，相關產(chǎn)品質(zhì)量、性能、可靠性等方面也與國外產(chǎn)品有較大差距。　　據(jù)悉，工業(yè)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(qū)動器、高性能控制器等。這些核心零部件對整個工業(yè)機器人性能指標起著關鍵作用。目前，跨國企業(yè)在核心零部件、整機、系統(tǒng)集成等機器人產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)均有明顯優(yōu)勢。例如，在減速器領域，應用于工業(yè)關節(jié)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(jù)全球工業(yè)機器人減速器市場的75%。近年來，國產(chǎn)RV減速器自主研發(fā)取得初步進展，但還處于小批量生產(chǎn)。　　在伺服系統(tǒng)方面，機器人運動性質(zhì)的特殊性使伺服系統(tǒng)要具備高精度、高動態(tài)響應、高過載能力、高可靠性等特性。目前，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)在功能、性能和工藝方面與國外產(chǎn)品相比仍然有一定差距，尤其是國內(nèi)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(tài)前饋技術等關鍵技術。　　在控制器方面，國內(nèi)機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，現(xiàn)有差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。　　在工業(yè)機器人整機領域，發(fā)那科、庫卡、ABB、安川四大企業(yè)是全球市場絕對的強者。另外，工業(yè)機器人的使用效益是通過高可靠性實現(xiàn)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(nèi)企業(yè)短板。　　工信部發(fā)布的《關于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)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(yè)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(chǎn)業(yè)十三五規(guī)劃，通過加強頂層設計，引導行業(yè)發(fā)展，著力突破關鍵技術和重要環(huán)節(jié)，促進機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。　　專家觀點　　西門子（中國）公司數(shù)字化工廠集團運動控制部伺服電機產(chǎn)品經(jīng)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(xiàn)定位，在電機尾部安裝有高精度旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速都在每分鐘幾千轉(zhuǎn)，而機器人的臂擺速度一般在幾轉(zhuǎn)或幾十轉(zhuǎn)。為了能夠充分利用伺服電機的輸出能力，提升機械穩(wěn)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(zhuǎn)矩。擺臂旋轉(zhuǎn)一周，伺服電機需要旋轉(zhuǎn)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(jiān)測擺臂位置。　　高效的路徑移動或空間定位，并不是一個靜態(tài)過程，而是一個動態(tài)過程。　　優(yōu)傲機器人中國總經(jīng)理鐵隆正（James Taylor）　　人機協(xié)作機器人市場前景廣闊　　幾十年前早期工業(yè)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(yè)機器人有這些根深蒂固的印象，認為實現(xiàn)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(yè)對自動化望而卻步。但實際上，我們看到工業(yè)機器人的發(fā)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(xié)作機器人正踏上這個趨勢的步點，這個趨勢就是工業(yè)制造的趨靈活化和安全。　　TI半導體事業(yè)部中國區(qū)模擬業(yè)務拓展經(jīng)理朱文斌　　工業(yè)機器人對傳感器精度要求高　　大家經(jīng)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(xiàn)在越來越普遍。大型工業(yè)加工機器人的手臂和自動運行生產(chǎn)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(yè)現(xiàn)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(chǎn)品可能容差不對、容差太大甚至出現(xiàn)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(fā)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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