與德、日領軍企業相比,國產工業機器人技術目前處於什麼水平?

工業機器人是應用於現代制造業、工業品生產的智能化設備,其關鍵技術部件包括控制系統、伺服電機、減速器,同時,這也是衡量機器人技術水平的主要指標。目前,高端的工業機器人被德國、日本的企業包攬,關鍵零部件的研發技術,包括減速機、伺服電機方面,日本企業處於領先地位;而在原材料、本體零部件和操作系統,則是德國的企業更有優勢。與德國、日本的領軍企業相比,國產機器人的技術水平仍然有很大的差距。以下,將從控制系統、驅動系統、減速器、電機、機械本體、生產工藝和質量管控等方面進行全面分析。

與德、日領軍企業相比,國產工業機器人技術目前處於什麼水平?

控制系統方面

(1)控制芯片以及基礎軟件:全世界的機器人,包括工業機器人使用的控制系統芯片和基礎軟件,乃至控制產品其實都沒有很大差別。事實上,由於國產品牌起步晚,所使用的技術比較新,因此國產的控制系統開發廠傢使用的系統芯片和基礎軟件甚至比於國外品牌所采用的芯片或基礎軟件更好。單從這方面看,國產的企業具有一定的競爭力。

(2)機器人操作系統:由於領先的機器人企業都有若幹年的技術積累,通常都形成瞭自有的底層機器人操作系統,也就是基於硬件的控制軟件系統。除瞭一線的企業之外,世界上很多二線企業也都不具備自己的機器人操作系統,多半是基於通用的實時操作系統的,比如VxWorks、linux+rtruntime等。在這方面,國產機器人並沒有很強的技術突破,一般都使用第三方的實時內核操作系統,其中又以裁剪linux最為普遍。

(3)機器人算法及底層驅動軟件:機器人的基礎理論在全世界都是完全相同的,因此算法和底層驅動軟件並沒有任何差別。然而,國際領先的機器人企業已經開始將人工智能技術應用於機器人產品,國產的機器人還比較落後。從技術的角度分析,機器人的發展歷史可以分為三個階段:第一代叫做示教再現機器人;第二代是結合瞭感知技術的機器人;第三代是認知機器人。

示教再現機器人的技術,國產機器人技術都已經覆蓋瞭。而有些國產工業機器人能夠通過視覺、力覺等技術獲得傳感器感知能力,就屬於第二代工業機器人。,目前,國產工業機器人基本具有這樣的水平。然而,國外先進的機器人企業,包括fanuc的機器人已經能夠使用深度學習的算法,自動對機器人本身的行為進行學習,並不斷調整自己的行為。這種技術其實就是認知技術在機器人上的運用,國產機器人還處於落後狀態。

(4)機器人工藝軟件開發:工業機器人的核心在於軟件,與工藝相關的軟件開發是決定機器人性能的關鍵所在。那麼,與工藝相關的軟件指的是什麼呢?打個比方,人與人之間的差別主要在於頭腦不同,有的人學習瞭焊接技術,懂得焊接工藝,就成為瞭焊接技師;有的人都不懂,就從事其他工作,這就是人的工藝適應性。對於機器人來講,這些工藝的適應性是通過軟件來表達的。也就是工藝軟件,對於工業機器人就是焊接、切割、運輸等軟件。

國產機器人最大的劣勢其實就在於工藝相關軟件的開發方面。這是因為,國際先進的機器人企業已經有超過半個世紀的研發和技術突破,對於工藝的理解和功能的優化自然是國產企業無法企及的。國際上有些能夠在某些領域取得不錯成績的二線品牌,比如OTC、柯馬、杜爾等,也是因為它們在某個工藝領域較為突出贏得市場。或許,在某個工藝領域取得所突破,正是國產機器人的出路。

驅動系統方面

在驅動系統方面,國產機器人依然面臨巨大的問題。由於沒有能夠和控制系統形成一體化的設計和實現,做驅動、控制器的不是同一個廠傢,很多控制通道和數學模型是無法實現的。深究起來,驅動系統的問題並非控制設備和驅動設備本身,而在於控制方法。

減速機方面

在目前的工業機器人市場中,納博特斯克的減速機占據著絕對的市場優勢,即便是全世界最大牌的機器人也都在使用。在這一方面,國產的機器人並沒有任何優勢,事實上,全球其他企業也都沒有優勢,但也不影響這些企業掌握機器人核心技術。

電機方面

國產機器人的電機水平沒有發展起來,其實要歸結於國產機器人產量的問題。由於國產的工業機器人的產量一直很小,造成定制電機成本太高,制造廠商無法像主流大廠商一樣,根據機器人對動力的要求定制電機。但是如果使用通用電機,會造成電機的慣量、電流、扭矩輸出響應能力等參數無法實現最優化,也會進一步增大機器人的負載自重。

機械本體方面

分析國產機器人在機械本體部分的技術上惠普,主要從兩個方面出發:即材料和設計加工工藝。材料方面,現在的機器人所使用的材料牌號基本是相似的,比如鑄鋁一般都采用美標A356,或對應的國標牌號,如ZL101或ZL101A等;大機器人關節臂一般采用球墨鑄鐵。而在設計和機加工工藝方面,漏油、油封設計、傳動間隙、機械剛度等機械方面最常見的幾個問題還需要企業來解決。

機器人生產工藝和質量管控

在工業和質量管控方面,也是國產機器人企業的短板。由於國產機器人的產量小,企業無法實現流水線、標準化生產,從而也造成瞭工藝可靠性需要依賴於技術工人的水平。然而,目前,國內的優秀工匠越來越少,一線生產的年輕人還沒有達到相應的水平,在標準化生產流程和工藝不夠完善的情況下,造成瞭國產機器人的質量一致性差。

從總體上看,國產的工業機器人與歐美發達國傢相比,還有很長的一段距離。但是,工業機器人對於實現智能制造,提升企業競爭力又很重大的意義,因此也對國產機器人企業提出瞭新的要求。

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