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与德、日领军企业相比,国产工业机器人技术目前处于什么水平?

2018-12-06 09:38:41 来源:未名林 责任编辑: lijiating 收藏本文
摘要:目前,高端的工业机器人被德国、日本的企业包揽,关键零部件的研发技术,包括减速机、伺服电机方面,日本企业处于领先地位;而在原材料、本体零部件和操作系统,则是德国的企业更有优势。

    【CPS中安网 cps.com.cn】工业机器人是应用于现代制造业、工业品生产的智能化设备,其关键技术部件包括控制系统、伺服电机、减速器,同时,这也是衡量机器人技术水平的主要指标。目前,高端的工业机器人被德国、日本的企业包揽,关键零部件的研发技术,包括减速机、伺服电机方面,日本企业处于领先地位;而在原材料、本体零部件和操作系统,则是德国的企业更有优势。

  与德国、日本的领军企业相比,国产机器人的技术水平仍然有很大的差距。以下,将从控制系统、驱动系统、减速器、电机、机械本体、生产工艺和质量管控等方面进行全面分析。

  控制系统方面

  (1)控制芯片以及基础软件

  全世界的机器人,包括工业机器人使用的控制系统芯片和基础软件,乃至控制产品其实都没有很大差别。事实上,由于国产品牌起步晚,所使用的技术比较新,因此国产的控制系统开发厂家使用的系统芯片和基础软件甚至比于国外品牌所采用的芯片或基础软件更好。单从这方面看,国产的企业具有一定的竞争力。

  (2)机器人操作系统

  由于领先的机器人企业都有若干年的技术积累,通常都形成了自有的底层机器人操作系统,也就是基于硬件的控制软件系统。除了一线的企业之外,世界上很多二线企业也都不具备自己的机器人操作系统,多半是基于通用的实时操作系统的,比如VxWorks、linux+rtruntime等。在这方面,国产机器人并没有很强的技术突破,一般都使用第三方的实时内核操作系统,其中又以裁剪linux最为普遍。

  (3)机器人算法及底层驱动软件

  机器人的基础理论在全世界都是完全相同的,因此算法和底层驱动软件并没有任何差别。然而,国际领先的机器人企业已经开始将人工智能技术应用于机器人产品,国产的机器人还比较落后。从技术的角度分析,机器人的发展历史可以分为三个阶段: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。

  示教再现机器人的技术,国产机器人技术都已经覆盖了。而有些国产工业机器人能够通过视觉、力觉等技术获得传感器感知能力,就属于第二代工业机器人。,目前,国产工业机器人基本具有这样的水平。然而,国外先进的机器人企业,包括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,并不断调整自己的行为。这种技术其实就是认知技术在机器人上的运用,国产机器人还处于落后状态。

  (4)机器人工艺软件开发

  工业机器人的核心在于软件,与工艺相关的软件开发是决定机器人性能的关键所在。那么,与工艺相关的软件指的是什么呢?打个比方,人与人之间的差别主要在于头脑不同,有的人学习了焊接技术,懂得焊接工艺,就成为了焊接技师;有的人都不懂,就从事其他工作,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、切割、运输等软件。

  国产机器人最大的劣势其实就在于工艺相关软件的开发方面。这是因为,国际先进的机器人企业已经有超过半个世纪的研发和技术突破,对于工艺的理解和功能的优化自然是国产企业无法企及的。国际上有些能够在某些领域取得不错成绩的二线品牌,比如OTC、柯马、杜尔等,也是因为它们在某个工艺领域较为突出赢得市场。或许,在某个工艺领域取得所突破,正是国产机器人的出路。

  驱动系统方面

  在驱动系统方面,国产机器人依然面临巨大的问题。由于没有能够和控制系统形成一体化的设计和实现,做驱动、控制器的不是同一个厂家,很多控制通道和数学模型是无法实现的。深究起来,驱动系统的问题并非控制设备和驱动设备本身,而在于控制方法。

  减速机方面

  在目前的工业机器人市场中,纳博特斯克的减速机占据着绝对的市场优势,即便是全世界最大牌的机器人也都在使用。在这一方面,国产的机器人并没有任何优势,事实上,全球其他企业也都没有优势,但也不影响这些企业掌握机器人核心技术。

  电机方面

  国产机器人的电机水平没有发展起来,其实要归结于国产机器人产量的问题。由于国产的工业机器人的产量一直很小,造成定制电机成本太高,制造厂商无法像主流大厂商一样,根据机器人对动力的要求定制电机。但是如果使用通用电机,会造成电机的惯量、电流、扭矩输出响应能力等参数无法实现最优化,也会进一步增大机器人的负载自重。

  机械本体方面

  分析国产机器人在机械本体部分的技术上惠普,主要从两个方面出发:即材料和设计加工工艺。材料方面,现在的机器人所使用的材料牌号基本是相似的,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。而在设计和机加工工艺方面,漏油、油封设计、传动间隙、机械刚度等机械方面最常见的几个问题还需要企业来解决。

  机器人生产工艺和质量管控

  在工业和质量管控方面,也是国产机器人企业的短板。由于国产机器人的产量小,企业无法实现流水线、标准化生产,从而也造成了工艺可靠性需要依赖于技术工人的水平。然而,目前,国内的优秀工匠越来越少,一线生产的年轻人还没有达到相应的水平,在标准化生产流程和工艺不够完善的情况下,造成了国产机器人的质量一致性差。

  从总体上看,国产的工业机器人与欧美发达国家相比,还有很长的一段距离。但是,工业机器人对于实现智能制造,提升企业竞争力又很重大的意义,因此也对国产机器人企业提出了新的要求。


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