淺析機(jī)器人控制器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

作為機(jī)器人的核心部分，機(jī)器人控制器是影響機(jī)器人性能的關(guān)鍵部分之一，它從一定程度上影響著機(jī)器人的發(fā)展。目前，由于人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)及其它相關(guān)學(xué)科的長足進(jìn)步，使得機(jī)器人的研究在高水平上進(jìn)行，同時也為機(jī)器人控制器的性能提出更高的要求，對于不同類型的機(jī)器人，如有腿的步行機(jī)器人與關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設(shè)計(jì)方案也不一樣。

中國成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場指日可待，但遺憾的是，我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，受相關(guān)技術(shù)和加工工藝等因素影響，中國市場上工業(yè)機(jī)器人基本被以ABB、庫卡、發(fā)那科和安川四大巨頭為主的國外機(jī)器人品牌占據(jù)著，國產(chǎn)機(jī)器人品牌僅占約8%的市場份額?？刂破髯鳛楣I(yè)機(jī)器人最為核心的零部件之一，必將受惠工業(yè)機(jī)器人的快速增長，但作為關(guān)鍵核心零部件的控制器市場，也同樣被外企所占據(jù)。

發(fā)展現(xiàn)狀

國外

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。它同時具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。

機(jī)器人自由度的高低取決于其可移動的關(guān)節(jié)數(shù)目，關(guān)節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準(zhǔn)度也愈出色，然所須使用的伺服電機(jī)數(shù)量就相對較多;換言之，愈精密的工業(yè)型機(jī)器人，其內(nèi)的伺服電機(jī)數(shù)量愈多，一般每臺多軸機(jī)器人由一套控制系統(tǒng)控制，也意味著控制器性能要求越高。

控制器、軟件與本體一樣，一般由機(jī)器人廠家自主設(shè)計(jì)研發(fā)。目前國外主流機(jī)器人廠商的控制器均為在通用的多軸運(yùn)動控制器平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)，各品牌機(jī)器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機(jī)器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢。

國內(nèi)

近年來，國內(nèi)運(yùn)動控制(包括CNC)技術(shù)有了較快的發(fā)展。一些傳統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)控設(shè)備的廠家開始研制具有運(yùn)動控制特征的產(chǎn)品。為了提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，越來越多的機(jī)械設(shè)備制造廠商開始使用并且逐漸熟悉通用運(yùn)動控制系統(tǒng)，使得通用運(yùn)動控制產(chǎn)品在很多原來運(yùn)用不多的領(lǐng)域開始擴(kuò)展開來。

同時，部分?jǐn)?shù)控設(shè)備廠家進(jìn)行了機(jī)器人專用運(yùn)動控制產(chǎn)品的開發(fā)和行業(yè)應(yīng)用的推廣，并逐漸走向成熟和產(chǎn)業(yè)化。這類企業(yè)以廣州數(shù)控、廣泰數(shù)控、埃斯頓等為代表，他們不只開發(fā)出來機(jī)器人專用的控制系統(tǒng)，而且還借此進(jìn)入機(jī)器人行業(yè)，并成為國產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)中的代表。

隨著我國制造業(yè)市場的全球化，對制造業(yè)的技術(shù)和裝備提出了更高的要求，這給運(yùn)動控制技術(shù)的推廣和高水平應(yīng)用帶來了契機(jī)。在此背景下，國內(nèi)逐步成長了一批專業(yè)的運(yùn)動控制企業(yè)，他們開始逐步向市場提供機(jī)器人專用控制器。這類企業(yè)以固高科技、卡諾普、眾為興等為代表，固高科技是國內(nèi)較早實(shí)現(xiàn)六軸機(jī)器人控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)之一，目前主要向機(jī)器人集成商提供控制系統(tǒng)平臺，而卡諾普和眾為興的控制系統(tǒng)則在自己的機(jī)器人上獲得了較好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。于此同時，不少國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)也陸續(xù)開發(fā)自己的控制系統(tǒng)。

經(jīng)過多年的沉淀，國內(nèi)機(jī)器人控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。隨著技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，國內(nèi)企業(yè)機(jī)器人控制器產(chǎn)品已經(jīng)交為成熟，是機(jī)器人產(chǎn)品中與國外產(chǎn)品差距最小的關(guān)鍵零部件。未來幾年中國國產(chǎn)機(jī)器人將得到快速發(fā)展，國產(chǎn)機(jī)器人控制器應(yīng)用市場面臨較好的發(fā)展契機(jī)，尤其是在運(yùn)動控制領(lǐng)域深耕多年的企業(yè)。

現(xiàn)有機(jī)器人控制器存在問題

(1)開放性差局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu)，封閉的控制器結(jié)構(gòu)使其具有特定的功能、適應(yīng)于特定的環(huán)境，不便于對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)。

(2)軟件獨(dú)立性差軟件結(jié)構(gòu)及其邏輯結(jié)構(gòu)依賴于處理器硬件，難以在不同的系統(tǒng)間移植。

(3)容錯性差由于并行計(jì)算中的數(shù)據(jù)相關(guān)性、通訊及同步等內(nèi)在特點(diǎn)，控制器的容錯性能變差，其中一個處理器出故障可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。

(4)擴(kuò)展性差目前。機(jī)器人控制器的研究著重于從關(guān)節(jié)這一級來改善和提高系統(tǒng)的性能.由于結(jié)構(gòu)的封閉性，難以根據(jù)需要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，如增加傳感器控制等功能模塊。

總起來看，前面提到的無論串行結(jié)構(gòu)還是并行結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器都不是開放式結(jié)構(gòu)，無論從軟件還是硬件都難以擴(kuò)充和更改，例如，商品化的 Mo toman機(jī)器人的控制器是不開放的，用戶難以根據(jù)自己需要對其修改、擴(kuò)充功能，通常的做法是對其詳細(xì)解剖分析，然后對其改造。

展望

隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展 ,針對結(jié)構(gòu)封閉的機(jī)器人控制器的缺陷 ,開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器”是當(dāng)前機(jī)器人控制器的一個發(fā)展方向。近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器，如日本安川公司基于 PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能的機(jī)器人控制器，我國 863計(jì)劃智能機(jī)器人主題也已對這方面的研究立項(xiàng)。