机器人产业在国际上被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”,发展机器人产业成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。现在工业机器人已经广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工业、电子电气行业、橡胶及塑料行业、食品工业等诸多领域。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段,工业机器人已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。
机械结构向模块化、可重构化方向发展。例如,关节模块中伺服电机、减速器、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块以重组方式构造机器人整机。控制系统向开放化、高集成度方向发展,将采用PC机的开发型控制系统,便于标准化、网络化。控制系统器件集成度将提高,控制柜越来越小巧。传感器作用日益突出,装配、焊接机器人采用位置、速度、加速度、力觉等传感器,遥控机器人则采用视觉、声音、力觉、触觉等多传感器融合技术进行环境建模及决策控制。另外,随着机器学习等人工智能技术的发展,工业机器人将日趋智能,自主学习的同时还能自主挖掘大数据价值。
在伺服系统方面,机器人运动性质的特殊性使伺服系统要具备高精度、高动态响应、高过载能力、高可靠性等特性。目前,国产伺服系统在功能、性能和工艺方面与国外产品相比仍然有一定差距,尤其是国内没有完全掌握自适应机械共振抑制技术、自适应低频震动技术和惯量动态前馈技术等关键技术。
在控制器方面,国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距,现有差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。
在工业机器人整机领域,发那科、库卡、ABB、安川四大企业是全球市场绝对的强者。另外,工业机器人的使用效益是通过高可靠性实现的,其涉及材料、设计、采购、加工、装备、检测、老化试验、技术维护等多个方面,投入大、周期长,这恰恰是国内企业短板。
专家观点
西门子(中国)公司数字化工厂集团运动控制部伺服电机产品经理曹跃宇
伺服电机需精确定位和快速响应
伺服电机作为机器人的“肌肉”,必须能够精确定位,快速响应。为了能够准确地实现定位,在电机尾部安装有高精度旋转编码器,通过编码器来检测摆臂的空间几何位置。一般伺服电机的额定转速都在每分钟几千转,而机器人的臂摆速度一般在几转或几十转。为了能够充分利用伺服电机的输出能力,提升机械稳定性,可在伺服电机与机械臂之间安装高精密的紧凑型减速箱,以提升输出转矩。摆臂旋转一周,伺服电机需要旋转几十周甚至上百周。因此编码器需要采用多圈绝对值编码器才能有效监测摆臂位置。
高效的路径移动或空间定位,并不是一个静态过程,而是一个动态过程。