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是什么卡了国产工业机器人的脖子——算法不精,“大脑”爱出错
浏览次数:551      发布于:2018-05-25

想要完成复杂的动作,工业机器人的大脑——核心控制器必须足够聪明。但由于没有掌握核心算法,国产工业机器人“大脑”还不够聪明,工业机器人的稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如 “四大家族”发那科、ABB、安川、库卡(以下简称“四大家族”)的工业机器人产品。

据统计,我国已经连续5年成为世界第一大机器人应用市场,但高端机器人仍然依赖于进口。核心算法的差距,是国产工业机器人向高端制造迈进的拦路虎。

国产“大脑”爱出错 核心算法惹的祸
衡量工业机器人优劣主要有两个标准:稳定性和精确性。核心控制器是影响稳定性的关键部件,有着工业机器人“大脑”之称。而软件相当于语言,把“大脑”的想法传递出去。
要讲好这门“语言”,需要底层核心算法。“四大家族”都出售伺服系统、减速器、编码器等关键部件,但对核心算法一直秘而不宣,绝不外泄。
核心算法差距过大,导致国产机器人稳定性不佳,故障率居高不下。参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿……这一项项算法的差距,拖慢了整个系统的响应速度和稳定精度。更有资深机器人软件工程师反映“工厂里一百多台‘四大家族’设备,一年也出不了几次故障;如果用国产机器人,故障率可能是人家几倍”。因此,部分客户宁愿买二手进口机器人,缴纳一笔不菲的“重新开机费”,也不愿意使用国产机器人。
不掌握核心算法,生产精度需求不高的产品还勉强可以,但倘若应用到航天航空、军工等高端领域,就只能依赖进口工业机器人了。
底层核心算法好比手机操作系统,我们都在做APP。做基础研究投入大、回报低,而做APP赚钱更快,但一味只做APP,将永远无法超过苹果和谷歌。另外,一旦别人对你封锁系统,APP做得再好用也无济于事。

软件卡脖子 定价权拱手让人
机器人完成的每一个动作,都需要核心控制器、伺服驱动器和伺服电机协同作战。就像一场“战争”,“将军”下令进攻;“传令兵”传递进攻信号;得令的“士兵”向指定位置冲锋。算法的差距不只体现在核心控制器上,更拖慢了伺服系统响应的速度。
现在发那科、ABB、安川、库卡的产品已经进化到“将军”通过4G信号直接指挥“士兵”;而国产机器人尚停留在传令兵时代,速度当然就慢了许多。
对于单台伺服系统,国产机器人动态与静态精度都很高,但高端机器人一般同时有6台以上伺服系统,用传统的控制方法难以取得好的控制效果。如果不掌握核心算法,这一差距很难被缩小。多台伺服系统需要“大脑”提前进行计算。通过底层算法,国外核心控制器可以通过伺服系统的电流环直接操作电机,实现高动态多轴非线性条件下的精密控制,因此“四大家族”的机器人响应速度更快、定位更准确。
由于算法、软件的差距,最终产品的售价也天差地别。以伺服系统为例,即使核心元器件几乎完全一样,成本其实相差无几,但国外的产品售价贵10倍。马龙说“这是因为国产伺服系统基本都使用自带软件库,国外企业限制很多高级功能,不向我们开放,比如位置环的S曲线功能,你想要这个功能,就得掏钱买人家的产品,定价权就这样让出去了”。 

鼓励国产企业投入研发 机器人前途光明
尽管与“四大家族”相比差距明显,但专家、从业者都比较看好国产机器人的未来。
从技术上看,硬件的发展已有几十年历史,几无秘密可言;软件方面,我国拥有数量庞大的IT从业人口,“现在我们很多企业也可以集成出高水准的工业机器人产品,但完全自主知识产权、拥有关键部件核心技术的国产工业机器人,还需要经验、时间与整个产业链的积累、打磨”。
工业机器人市场有点像几年前的智能手机市场。只要熟悉产业链、供应链,很快就能“攒”出一台机器人产品。但想要掌握核心技术,却并不那么容易。当某一项技术取得突破,等待市场检验、慢慢成熟时,国外厂商很可能会压低该零部件的价格,提供功能更成熟、价格更便宜的方案,导致国内企业投入与回报不成正比,这也是很多企业不愿意在底层研发上投入的原因。
马龙说“作为从业者,我们希望能有更多以技术为导向的政策,只要技术达标,就给予企业一定的市场空间,在实践中慢慢打磨产品,吃透核心技术,鼓励企业将更多的人力、财力投入到研发当中,这样才能让国产工业机器人真正在世界的舞台上唱主角”。

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