国产工业机器人目前发展到了什么水平

本文剖析了国产工业机器人和国外机器人技术水平方面的差异。总体而言,基础技术条件是相同的,但是,我们在技术沉淀、工艺软件、行业的适应性等方面和国外的差距还是很大。国产机器人企业应该更加关注专业领域突破。

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       所谓国产机器人发展到什么水平,主要是指技术水平。

简单的做出相差多少年的判断是不切实际的。事实上,关于机器人发展水平的问题应该从这以下几个方面进行分析。

.控制系统方面

1. 控制芯片以及基础软件方面

从使用的控制系统芯片和基础软件来讲,全世界的机器人,甚至扩大到控制产品都没有多大不同,甚至中国的控制系统开发厂家使用的系统芯片和基础软件还要优于国外品牌所采用的芯片或基础软件。原因很简单,因为国外的产品开发比较早,国产品牌起步晚使用的技术都会比较新。

2.机器人操作系统方面

国外的机器人经过若干年的技术积累,往往都形成了自己的底层机器人操作系统(基于硬件的机器人控制软件系统)。国外很多二线品牌也不一定,很多也是基于通用的实时操作系统的,比如VxWorks、linux+rtruntime等。国内在这方面没有能够完成技术突破,基本上都是使用的第三方的实时内核操作系统,以裁剪linux最为普遍。这一点说明国内的机器人研发厂家的积累还不是非常充分,但是,并不能说,使用的技术落后。

3.机器人算法及底层驱动软件

在这方面全世界使用的基础理论完全相同。但是,随着人工智能技术的发展,国外的厂家很多已经将人工智能技术应用于机器人产品,但是,我们还没有达到这一步。从纯技术的角度,机器人的断代分为三个阶段(请参见蒋新松院士在《机器人》杂志第一卷第一期的文章):第一代叫做示教再现机器人;第二代是结合了感知技术的机器人;第三代是认知机器人。

 国内的机器人技术基本覆盖了第一代工业机器人;当国产的工业机器人已经可以通过视觉、力觉等技术,让机器人具备传感器感知能力后,便可称为第二代工业机器人。国产的工业机器人基本处于这个断代;国外比如fanuc的机器人已经能够使用深度学习的算法,自动对机器人本身的行为进行学习,并不断的调整自己的行为,这就是认知技术在机器人上的运用。关于这方面的技术,国产机器人还没有能够触及到。

4.在机器人工艺软件开发的方面

机器人事实上是个软件产品,与工艺相关的软件开发是决定机器人是否好用的关键。

什么是工艺相关的软件呢?打个比方,人都是有头有脑有四肢的,人与人究竟什么不同呢?是我们的头脑不同,有的人学习了焊接技术,懂得焊接工艺,就成为了焊接技师;有的人这些都不懂,但是,他会搬砖头,就成为搬运工,这就是人的工艺适应性。对于机器人来讲,这些工艺的适应性是通过软件来表达的。也就是工艺软件,对于工业机器人就是焊接软件等等。

工艺相关软件的开发是国产机器人最大的劣势,原因很简单,国外主要的机器人品牌经过了半个世纪的积淀,对于工艺的理解和功能的优化不是我们说赶上就赶上的。所以,我们看到即便是国外的二线品牌,比如OTC、柯马、杜尔等也主要是在某个工艺领域赢得市场。所以,谈起中国机器人品牌的突围之道,我一直强调,要在某个工艺领域有所突破,占领某个行业才能找到出路。

.驱动系统方面

驱动系统方面国产机器人最大的问题是没有能够和控制系统形成一体化的设计和实现,做驱动的卖驱动给机器人厂家,机器人厂家控制器往往也是买来的,从驱动、控制一体化设计的角度,很多控制通道和数学模型难以实现。

这不是控制设备和驱动设备本身的问题,是控制方法的问题,这些问题也是软件方面的。仍然归结为软件问题。

.所谓减速机问题

我认为这方面没有问题,即便是国际上最大牌的机器人也用纳博特斯克的减速机。

如果全世界都用纳博特斯克的减速机,并没觉得自己没掌握机器人核心技术,那么国产机器人也没有必要纠结这个问题。

.电机的问题

这并不是国产机器人的问题,对于国产机器人厂商来讲,是机器人产量的问题。由于机器人的产量小,国产机器人厂商往往还不具备像主流大厂商根据机器人对动力的要求定制电机的条件,因为,当批量小的时候,定制电机成本太高了。

使用通用电机时,电机的惯量、电流、扭矩输出响应能力等参数往往不能做到最优化,于是我们看到国产的机器人为了满足最大负载和速度参数,使用的电机都比国外的电机选型要大一些。

这样做的另一个缺点是,机器人的负载自重比会进一步增大。

.机械本体

机械本体部分主要要分析两个方面。

1.材料。现在使用材料的牌号都基本相似,比如铸铝一般都采用美标A356,或对应的国标牌号,如ZL101或ZL101A等;大机器人关节臂一般采用球墨铸铁。并且除了funac,其他大品牌的机器人已经基本实现国产化;

2.设计和机加工工艺。机械设计是看得见的部分,通过模仿研究基本上能够解决。但是还有一些know how的问题要搞清楚。比如机械方面最常见的几个问题:漏油、油封设计、传动间隙、机械刚度等。

.机器人生产工艺和质量管控

这是国内机器人企业相对来讲的短板,由于批量尚小,很难实现流水线、标准化生产模式,工艺可靠性主要依赖于技术工人的技术水平。现在我们的大国工匠少了,一线生产的都是年轻人,在标准化生产流程和工艺不十分健全的情况下,质量一致性会差一些。

当然任何一个产业都会经历这个阶段,不足为奇。也是可以逐渐克服的。

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周朔鹏

上海珍为科技有限公司创始人,董事长兼总经理。曾先后就任上海高威科电气技术有限公司工程师、副总工,上海新时达电气股份有限公司研发总监,上海新时达机器人有限公司副总经理,新时达机器人研发团队的创始人和新时达机器人公司创始人。多年从事自动控制技术研发和管理工作。2008年参与研发中国第一台实际投放生产的工业机器人。2016年12月创建上海珍为科技有限公司。现为,中国机器人产业联盟理事、上海市机器人行业协会理事、上海市机器人学会专家组成员、上海机器人产业创新联盟专家组成员、中国机电一体化技术与应用协会职教分会理事、中国机器人产业联盟认证专家组专家、上海市科学技术专家库入库专家。

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