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机械臂的难点在那些地方?为什么国内机械臂造的不够好?

日期:2017-10-27 20:32:09    浏览:

这个问题其实分两个层次,前半部分“机械臂的难点在那些地方?”主要是技术方面的问题;后半部分“为什么国内机械臂造的不够好?”则是国内整个机器人行业的问题。

结合在产品开发的一些体会,站在机器人整机生产商的角度来看,这个问题的答案可以概括如下:

展开说一下

工业机器人(机械臂)的难点在哪里?

运动控制:

机器人的性能某种程度上来讲是由运动控制水平来决定的,有人说“机器人是一个软件产品”,说的就是这个理。控制方面的差距,举个简单例子,现在国内能把动力学做好的公司应不多,而ABB在1994年推出的S4C控制器上就已经实现了基于动力学的模型控制,即第一代QuickMove和TrueMove技术,目前已经更新到了第二代。

其他动力学,误差补偿,摩擦力补偿,力控,驱控一体设计等功能或者特性在外资品牌中都已经比较成熟,国内厂商在这些方面仍处于起步阶段。

机械/电气

结构优化设计,机械臂上电机的绝大部分驱动力都用在了克服自身重力做功,在保证刚度的情况下通过优化设计降低机械本体的质量,即可以提高性能又可以降低功耗。拿典型的6kg负载桌面型机器人来讲,Fanuc的200iD 7kg-717mm臂展的型号自重只有25kg,国内产品距离这个水平还有非常大的差距。

装配主要是工艺问题,机器人听起来高大上,但是绝大多数的厂商还是以传统制造业的思路来做机器人,整个生产流程管理体制陈旧,缺乏“工匠”精神,最后导致无法保证较高的产品一致性。

其他电缆走线与可靠性(机器人出问题大部分与电缆和接插件有关),外观设计,示教器/控制柜防护与散热等,也都是需要投入人力物力去研究的点。

安全功能:

人机协作机器人最重要的特性就是安全,国内有做外形类似的协作机器人,但并没有提供相应的安全功能与认证。

由于缺乏相应的强制认证制度,国产机器人一般都不具备本质安全的特性,也很少有通过欧洲、美洲安全认证的产品。当然这个与国内用户对安全的漠视也有非常大的关系。国产机器人想要走出国门,安全认证是必须要跨过的坎儿。

国产机器人为什么不够好?

关于国内机器人目前发展现状的介绍,可以参考 @王哲国产工业机器人目前发展到了什么水平?-知乎用户的回答。

造成了国内目前生产的工业机器人还不够好的原因主要有:

产业链薄弱:

控制系统,减速器,伺服系统三大核心零部件的国产化刚刚起步,缺乏高性能的零部件直接的后果,一是导致机器人整机性能无法保证;二是性能无法保证会影响销量,导致无法获得较高的供应商议价能力。

技术差距:

国内机器人起步较晚,现在市场上叫得响的品牌,除了新松,其他绝大部分应该都是在2008年之后成立的,技术积累与四大家族的30~40年积累不可同日而语。

但是这里要提一句,不同于人工智能,机器视觉等其他处在理论研究热点的机器人领域,目前传统工业机器人上所用的控制技术(正逆运动学,正逆动力学,轨迹规划,参数辨识,误差补偿等)在理论上已经非常成熟了,国内机器人公司欠缺的是一定的时间,来给出足够可靠与高效的实现。

产学研的脱节:

由于传统机械臂技术已经比较成熟,很难发表有较高影响力的学术论文,同时国内也没有工业机器人公司来为高校提供足够的横向项目,导致国内在工业机器人领域缺乏一流的学者来引领行业技术的发展。与之对应的,我们看一下大家熟知的两家国外公司,Universal Robots(UR优傲)和Rethink Robotics。这两家公司的创办时间应该会早于大部分人的第一感觉。

UR Collaborative Industrial Robotic robot Arms:2005年由Esben Østergaard, Kasper Støy和Kristian Kassow在南丹麦大学一起做研究时创办,现在的CEO Esben Østergaard当时是南丹麦大学的助理教授,三个人发现了中小企业对机器人的新需求,并最终在2009年推出了第一款UR5协作机器人。

Rethink Robotics Rethink Robotics:由MIT教授Rodney Brooks在2008年创办,致力于通过为中小企业提供合适的机器人产品,来降低美国制造业的离岸外包水平,增加国内就业数量。Rodney Brooks也是另一家领先的机器人公司iRobot的联合创始人。

在国外,由机器人行业领先学者创办或者在背后提供技术支持的创业公司还有很多,在技术或者主攻方向上都有让人眼前一亮的感觉。反观国内学术界与企业界的合作,各位自有评判,不再细说。

政策导向问题:

补贴乱象,巨额的补贴和孱弱的监管能力,导致很多非机器人行业的人浑水摸鱼,骗取补贴,直接损害了真正需要补贴的机器人制造和使用企业。相关的报道网上很多,例如机器人补贴乱象调查地方“大跃进”拉响过热警报 。这个是体制问题,无法改变,不做评判,只是长此以往必将打击真正做事企业的信心。

政策制定部门的低效率:直到2015年5月份才发布具有国家级影响力的制造业战略规划“中国制造2025”,而关于工业机器人细分领域的规划”机器人产业发展规划(2016-2020年)“直到今年的3月底才公布。作为对比,我们看一下其他国家/地区相关规划、计划的时间表:

Industry 4.0:2011年4月份首次提出,2013年4月发布发布最终报告;

SMErobot™:项目周期为2005年3月~2009年5月,研究如何制造更好的适应中小企业需求的工业机器人,目前火热的协作机器人,一部分的推动力就来自于该项目的研究成果。该项目背后的除了政府和相关组织,大家熟悉的著名厂商如ABB、KUKA、柯马、莱斯、Güdel都参与其中。

先进制造业伙伴关系计划:2011年6月由奥巴马政府提出,旨在重塑美国制造业的领先地位。除此之外, USA Robotics VO 还在2009年及2013年发布了两个机器人发展路线图,指导美国机器人行业的发展,值得一提的是路线图的标题《From Internet to Robotics》,足见对机器人行业的重视和看好程度。

要知道,每一项政策发布之前都需要历经多年的详细调研和分析,发布时间晚了3年,可能学术和行业的深度研究就晚了6年甚至更多。

工业机器人难度虽高,但毕竟不是飞机和火箭,找到一个好团队,瞄准一个好方向,想做的赶快做起来,不要辜负了这个好时代。

以上,与诸君共勉。

作者:学科部(文来自知乎用户韩峰涛) 编辑:秘书处

作者:学科部 编辑:秘书处

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