【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞： 雷克智能 機(jī)器人 傳感器 智能芯片 智能制造】

　　

　　陳杰：核心部組件協(xié)同創(chuàng)新是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的未來

　　

　　新形勢下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展亟需創(chuàng)新合作模式和創(chuàng)新應(yīng)用場景。在2023世界機(jī)器人大會機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新論壇上，中電科機(jī)器人有限公司總經(jīng)理陳杰，從助力機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈全鏈高端化發(fā)展出發(fā)，指出一條發(fā)揮核心部組件產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)勢、引領(lǐng)整機(jī)性能提升、拓寬場景應(yīng)用的發(fā)展之路。

　　

　　

　　

　　▲ 中電科機(jī)器人有限公司總經(jīng)理 陳杰

　　

　　中電科機(jī)器人有限公司成立于2019年，是中國電科二級成員單位。圍繞國家培育新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的部署，中電科機(jī)器人有限公司在機(jī)器人電動關(guān)節(jié)、輕量型多關(guān)節(jié)機(jī)器人、外骨骼助力機(jī)器人、四足機(jī)器人等智能裝備核心部件及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域取得了一系列科研成果，已成為我國微特電機(jī)與組件研究的重要基地。

　　

　　習(xí)近平總書記提出，努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，把創(chuàng)新主動權(quán)、發(fā)展主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。在機(jī)器人領(lǐng)域，核心部組件的性能決定了機(jī)器人平臺的底層能力，核心部組件的突破將提升機(jī)器人整體性能指標(biāo)，核心部組件的創(chuàng)新很可能引領(lǐng)整個機(jī)器人平臺的轉(zhuǎn)型。因此，國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)需要破解核心部組件“卡脖子”難題，提升技術(shù)創(chuàng)新水平，催生行業(yè)變革。

　　

　　目前，核心部組件在工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)值所占百分比沒有達(dá)到該有的標(biāo)準(zhǔn)，核心部件廠商生存艱難。例如，在工業(yè)機(jī)器人成本構(gòu)成中，控制器、伺服電機(jī)、減速器占機(jī)器人整體成本的75%。核心零部件的生產(chǎn)者應(yīng)該和生產(chǎn)整機(jī)的廠商積極溝通、聯(lián)動，增強(qiáng)自身競爭力，擴(kuò)大生存空間，真正提升整個產(chǎn)業(yè)鏈高端價值。核心部組件應(yīng)作為一個分系列來推動機(jī)器人技術(shù)的研發(fā)，包括但不限于傳感器、運(yùn)動部件、控制器、芯片以及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

　　

　　核心部組件介紹

　　

　　以人形機(jī)器人為例，其核心部組件包括控制系統(tǒng)、運(yùn)動關(guān)節(jié)（伺服系統(tǒng)和精密減速器）、傳感器、智能芯片等。

　　

　　工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，硬件即工業(yè)控制板卡，軟件主要是控制算法、二次開發(fā)等。從控制系統(tǒng)的競爭格局來看，國外廠商占據(jù)主導(dǎo)地位，國內(nèi)廠商競爭力較弱，生產(chǎn)機(jī)器人本體的廠商紛紛入局機(jī)器人控制系統(tǒng)賽道，但大部分還是需要購買第三方產(chǎn)品。當(dāng)下，控制器的開發(fā)主要以傳統(tǒng)運(yùn)動控制為主，近些年隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的控制方式研究表現(xiàn)出超強(qiáng)的活力。此外，控制器要做到防水、防塵，同時要適應(yīng)極寒、極熱等極端環(huán)境，以保證控制器在任何環(huán)境都能正常工作?；谝陨?，控制系統(tǒng)國產(chǎn)化替代過程還需要較大的時間投入。

　　

　　作為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中占成本價值75%的重要核心部組件，一體化電動關(guān)節(jié)的市場前景廣闊。一體化電動關(guān)節(jié)包含電機(jī)、減速器和伺服系統(tǒng)，但目前這些器件的組合還不能使電動關(guān)節(jié)在整個機(jī)器人中發(fā)揮更強(qiáng)大的作用，尤其不能滿足人形機(jī)器人的應(yīng)用。國內(nèi)伺服驅(qū)動器通用化產(chǎn)品缺乏、功率密度不足、接口功能單一、控制性能較低，占有市場率僅有20%。我國機(jī)器人領(lǐng)域?qū)Ｓ盟欧?qū)動器起步較晚，各機(jī)器人廠家為適應(yīng)不同機(jī)器的人特殊功能需求，大多使用自主研制的伺服驅(qū)動產(chǎn)品，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)缺乏通用機(jī)器人伺服驅(qū)動器，限制產(chǎn)業(yè)快速迭代升級；工業(yè)機(jī)器人多使用成熟的高壓大功率型伺服驅(qū)動器，目前小型機(jī)器人領(lǐng)域所使用的直流電源供電的高功率伺服驅(qū)動器仍處于發(fā)展階段；整機(jī)的功能有待豐富，例如增加多種通信機(jī)制、兼容多種編碼器等功能；小型伺服驅(qū)動器控制性能受限于硬件體積尺寸、芯片性能等因素，控制性能較差，工業(yè)機(jī)器人需要用多圈的絕對編碼器，目前該類產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口，是制約我國高檔伺服系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸。近年來，國產(chǎn)諧波減速器在傳動精度、傳動效率、使用壽命、批量一致性等重要性能指標(biāo)方面有著極大的提高，已經(jīng)在快速地接近甚至超越國外諧波減速器。隨著工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各類機(jī)器人產(chǎn)品將會像汽車產(chǎn)業(yè)一樣逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)體系，電動關(guān)節(jié)也將率先成為下一代機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化核心部組件。

　　

　　傳感器是機(jī)器人的重要組成部分，價值量僅次于伺服系統(tǒng)。2019年全球機(jī)器人傳感器市場總值達(dá)到了46億元，預(yù)計(jì)2026年可以增長到102億元，年復(fù)合增長率為11.9%。傳感器包括激光雷達(dá)、視覺相機(jī)、慣導(dǎo)傳感器、扭矩傳感器等。為使傳感器和組件更好地聯(lián)動，核心部件企業(yè)應(yīng)積極促成產(chǎn)業(yè)線間的聯(lián)動，向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和微小型化發(fā)展。

　　

　　在全球，芯片龍頭企業(yè)所占市場集中效應(yīng)顯著，市場占有率排名前六家企業(yè)的市場占有率之和達(dá)到82%，國產(chǎn)化替代空間巨大。在國內(nèi)，市場占有率排名前五家的企業(yè)，市場占有率之和僅有12.6%，集中度較低，有較大的發(fā)展空間。機(jī)器人行業(yè)國產(chǎn)芯片相比于進(jìn)口同類型芯片，有主頻低、運(yùn)算能力弱、接口單一、存儲能力低的劣勢?；谝陨戏矫?，智能芯片國產(chǎn)化還有很長的路要走。

　　

　　關(guān)鍵技術(shù)及協(xié)同

　　

　　人形機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)大幅度運(yùn)動或快速運(yùn)動，一體化電動關(guān)節(jié)是其中最關(guān)鍵的技術(shù)攻堅(jiān)環(huán)節(jié)之一。將高扭矩密度減速器、高功率密度高轉(zhuǎn)速電機(jī)、小體積高可靠驅(qū)動器、先進(jìn)芯片和傳感器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，能快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能化要求和實(shí)用化目標(biāo)，省卻上百種機(jī)器人機(jī)械電子器件的選型、設(shè)計(jì)、采購、組裝的人力和時間成本，大大提升組建機(jī)器人的效率。

　　

　　一體化設(shè)計(jì)需要加強(qiáng)核心部件與整機(jī)系統(tǒng)的溝通，也要求提升關(guān)鍵核心部件之間的聯(lián)動，即產(chǎn)業(yè)聯(lián)動。通過模組性能與結(jié)構(gòu)匹配設(shè)計(jì)與集成，考慮關(guān)節(jié)模組參數(shù)匹配，從綜合因素調(diào)節(jié)單個器件的參數(shù)，采用適合于整體結(jié)構(gòu)和整體性能要求的設(shè)計(jì)。以此不斷完善關(guān)節(jié)特性曲線，最終形成高性能、體系化、低成本的下一代機(jī)器人產(chǎn)業(yè)核心零部件——一體化電動關(guān)節(jié)，覆蓋整個機(jī)器人領(lǐng)域并形成應(yīng)用。

　　

　　機(jī)器人及場景應(yīng)用

　　

　　在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中，中電科機(jī)器人有限公司結(jié)合了上游微特電機(jī)與組件、中游機(jī)器人本體和裝備、下游智慧物流等行業(yè)應(yīng)用，作為創(chuàng)新聯(lián)合體牽頭單位，在產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮了整合資源、協(xié)同創(chuàng)新的重大作用。

　　

　　工業(yè)機(jī)器人在智能制造中，多被應(yīng)用于電子元器件自動化插裝、移動機(jī)器人物流轉(zhuǎn)運(yùn)、移動式缺陷檢測機(jī)器人、智能螺絲鎖付系統(tǒng)和智能缺陷檢測系統(tǒng)等。在物流系統(tǒng)中，自動卸貨機(jī)器人、智能盤點(diǎn)機(jī)器人、多品規(guī)格碼垛機(jī)器人系統(tǒng)、大負(fù)載機(jī)械臂、輕量型機(jī)械臂等多類機(jī)器人的參與，使倉儲物流系統(tǒng)更智能。

　　

　　外骨骼機(jī)器人結(jié)構(gòu)輕便，穿戴簡單，可以減少人體的運(yùn)動新陳代謝量，增強(qiáng)使用者的運(yùn)動機(jī)能。外骨骼機(jī)器人主要考慮消防、負(fù)重、康養(yǎng)、物流和工業(yè)等應(yīng)用場景需求，通過增強(qiáng)人體機(jī)能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)動和多場景應(yīng)用，助力行業(yè)發(fā)展。

　　

　　足式機(jī)器人可靈活應(yīng)用于多種場景。用于工廠巡檢時，可實(shí)時了解運(yùn)行工況，在消防救援中，能提前檢測火場環(huán)境并傳回圖像，還可以協(xié)助背負(fù)裝備，減輕消防員負(fù)擔(dān)。小至家庭陪伴娛樂，大到偵察未知環(huán)境，足式機(jī)器人已進(jìn)入應(yīng)用階段，前景光明。

　　

　　中電科機(jī)器人有限公司研發(fā)的人形機(jī)器人身高165厘米左右，體重不大于70公斤，全身有39個自由度，單臂負(fù)載能力不小于5公斤。該機(jī)器人可以用于物流分揀、物料配送、打標(biāo)裝箱、芯片燒錄等重要環(huán)節(jié)，為智能工廠的搭建提供助力。

　　

　　未來關(guān)鍵核心組件將是高功率密度、高效率、高可靠、低成本以及智能化的組合。充分發(fā)揮核心部組件產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新效應(yīng)，才能支撐機(jī)器人全行業(yè)技術(shù)攻關(guān)和場景應(yīng)用，構(gòu)建政產(chǎn)學(xué)研用共同發(fā)展的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)新生態(tài)。

　　

　　本文根據(jù)中電科機(jī)器人有限公司總經(jīng)理陳杰，在2023世界機(jī)器人大會產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新論壇上的演講整理而成，經(jīng)編輯。