【機械cax360第354期】我國已經連續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於進口。核心算法的差距，是國產工業機器人向高端製造邁進的攔路虎。
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，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，分別是日本發那科、安川電機，瑞典ABB，德國庫卡。其中最牛的是發那科——全球工業機器人銷售記錄保持者、利潤保持者以及技術領導者。德國庫卡最弱，其核心技術基本來自外購，目前已經被中國美的集團收購。
工業機器人想要完成複雜的動作，核心控制器（工業機器人的大腦）必須足夠聰明。由於我們沒有掌握核心算法，國產工業機器人“大腦”還不夠聰明，穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如工業機器人“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，至於軟件部分則是控制算法、二次開發等。
由於硬件大部分都是外購，多數工業機器人廠商買到的是相同硬件，而軟件部分就成為工業機器人控制器的關鍵，大部分工業機器人廠商都有其獨立的開發環境和工業機器人程序設計語言。
作為工業級產品，衡量機器人優劣主要有兩個標準：穩定性和精確性。核心控制器是影響穩定性的關鍵部件，有著工業機器人“大腦”之稱。而軟件相當於語言，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，絕不外洩。
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直接操作電機，實現高動態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。
由於算法、軟件的差距，最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。
目前應用於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。在關節型機器人中，由於RV減速器具有更高的剛度和迴轉精度，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。
對於高精度機器人減速器，日本具備絕對領先優勢，目前全球機器人行業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，是工業機器人的動力系統以及機器人運動的“心臟”。
國外品牌佔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，總份額約佔45%），以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌佔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、高端電機的產業化製造技術、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的核心零部件企業去完善。
閱讀更多 機械cax360 的文章
