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國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人與國外差距
2018-05-28 21:23:45
還記得3年前咱們分過三臺機(jī)器人在托盤上繞易拉罐的視頻嗎，展示的是多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，這么精準(zhǔn)的高速運(yùn)動(dòng)控制不是一般的牛。“這可是ABB公司2009年的技術(shù)，我們現(xiàn)在也無法做到”，資深機(jī)器人從業(yè)者馬龍感慨地說。
想要完成如此復(fù)雜的動(dòng)作，核心控制器必須足夠聰明。但由于沒有掌握核心算法，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人“大腦”還不夠聰明，穩(wěn)定性、故障率、易用性等關(guān)鍵指標(biāo)遠(yuǎn)不如發(fā)那科、ABB、安川、庫卡“四大家族”的工業(yè)機(jī)器人。
2017年中國的工業(yè)機(jī)器人購買量是每月9000多臺（超過美國和歐盟的總購買量），比2016年多3000多臺，預(yù)計(jì)到2019年將猛增140％，但高端機(jī)器人仍然依賴于進(jìn)口。核心算法的差距，是國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人向高端制造邁進(jìn)的攔路虎。
平安證券的報(bào)告顯示，控制系統(tǒng)是一家工業(yè)機(jī)器人廠商設(shè)計(jì)理念的集中體現(xiàn)，成熟的機(jī)器人廠商一般自行開發(fā)控制器和伺服系統(tǒng)，進(jìn)而保證機(jī)器人的穩(wěn)定性和技術(shù)體系。因此全球控制系統(tǒng)的市場份額與工業(yè)機(jī)器人本體情況接近。
算法欠賬多 國產(chǎn)“大腦”愛出錯(cuò)
衡量機(jī)器人優(yōu)劣有兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定性和精確性。核心控制器是影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件，是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”。而軟件相當(dāng)于語言，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(tǒng)、減速器、編碼器等關(guān)鍵部件，但對核心算法一直秘而不宣，絕不外泄。
某國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)技術(shù)總監(jiān)說：核心算法差距過大，導(dǎo)致國產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性不佳，故障率居高不下。“參數(shù)自整定，抑震算法，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)補(bǔ)償……差距還很大。”
“工廠里一百多臺‘四大家族’設(shè)備，一年也出不了幾次故障；如果用國產(chǎn)機(jī)器人，故障率可能是人家?guī)妆丁?rdquo;沈陽霹靂科技有限公司技術(shù)合伙人、資深機(jī)器人軟件工程師周超說。
因此，部分客戶寧愿買二手進(jìn)口機(jī)器人，繳納一筆不菲的“重新開機(jī)費(fèi)”，也不愿意使用國產(chǎn)機(jī)器人。
“好的算法，幾千行就能讓機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)行不出故障；差的算法，幾萬行也達(dá)不到人家的水準(zhǔn)，”周超介紹，這種差距打個(gè)比方：咱們是剛從駕校領(lǐng)到駕證的新手，而人家是一個(gè)具有多年經(jīng)驗(yàn)的賽車手。
不掌握核心算法，生產(chǎn)精度需求不高的產(chǎn)品還勉強(qiáng)可以應(yīng)用，但倘若應(yīng)用到航天航空、軍工、汽車制造等高端領(lǐng)域，就只能依賴進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人了。
軟件卡脖子 定價(jià)權(quán)拱手讓人
算法的差距不只體現(xiàn)在核心控制器上，更拖慢了伺服系統(tǒng)響應(yīng)的速度。
機(jī)器人每完成一個(gè)動(dòng)作，需要核心控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)。打個(gè)比方，就像一場“戰(zhàn)爭”，“將軍”下令進(jìn)攻；“傳令兵”傳遞進(jìn)攻信號；得令的“士兵”向指定位置沖鋒。
現(xiàn)在“四大家族”的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)化到“將軍”通過4G信號直接指揮“士兵”；而國產(chǎn)機(jī)器人尚停留在傳令兵時(shí)代，速度當(dāng)然就慢了許多。
“如果不掌握核心算法，這一差距很難被縮小。”馬龍說。據(jù)他介紹，對于單臺伺服系統(tǒng)，國產(chǎn)機(jī)器人動(dòng)態(tài)與靜態(tài)精度都很高，但高端機(jī)器人一般同時(shí)有6臺以上伺服系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的控制方法難以取得好的控制效果。
多臺伺服系統(tǒng)需要“大腦”提前進(jìn)行計(jì)算。通過底層算法，國外核心控制器可以通過伺服系統(tǒng)的電流環(huán)直接操作電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)多軸非線性條件下的精密控制，因此“四大家族”的機(jī)器人響應(yīng)速度更快、定位更準(zhǔn)確。
由于算法、軟件的差距，*終產(chǎn)品的售價(jià)也天差地別。以伺服系統(tǒng)為例，即使核心元器件幾乎完全一樣，成本其實(shí)相差無幾，但國外的產(chǎn)品售價(jià)貴10倍。
“這是因?yàn)閲a(chǎn)伺服系統(tǒng)基本都使用自帶軟件庫，國外企業(yè)限制很多高級功能，不向我們開放，比如位置環(huán)的S曲線功能，你想要這個(gè)功能，就得掏錢買人家的產(chǎn)品，定價(jià)權(quán)就這樣讓出去了。”馬龍說。
*后不得不提一下減速器，在全球減速器市場上，日系壟斷了85%的份額。
納博特斯克 RV-110E 減速機(jī)
精密減速器制造，投資大，技術(shù)難度高，有很高的壁壘。也正因此，全球工業(yè)機(jī)器人減速器的市場高度集中，其中日本納博特斯克在RV減速器領(lǐng)域處壟斷地位，日本哈默納科則在諧波減速器領(lǐng)域處壟斷地位，兩家合計(jì)占全球市場的75%左右，另外一家日本廠商住友則占據(jù)了10%。由于其極高的技術(shù)壁壘，工業(yè)機(jī)器人本體制造環(huán)節(jié)對減速器環(huán)節(jié)議價(jià)能力很弱。