未掌握核心算法，国产工业机器人与国外差距到底有多大？

未掌握核心算法，国产工业机器人与国外差距到底有多大？

我国已经连续数年成为世界第一的机器人应用市场，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。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

机器人四大家族，分别是发那科、安川电机、ABB、库卡。其中最牛的是发那科——全球工业机器人销售记录保持者、利润保持者以及技术领导者。

工业机器人想要完成复杂的动作，核心控制器（工业机器人的大脑）必须足够聪明。由于我们没有掌握核心算法，国产工业机器人“大脑”还不够聪明，稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”。

一般而言，控制器基本上分为硬件和软件两大部分，硬件部分就是工业控制板卡，包括一些控制芯片、分立式元件与讯号处理电路等，至于软件部分则是控制算法、二次开发等。

由于硬件大部分都是外购，多数工业机器人厂商买到的是相同硬件，而软件部分就成为工业机器人控制器的关键，大部分工业机器人厂商都有其独立的开发环境和工业机器人程序设计语言。

作为工业级产品，衡量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”可以出售伺服系统、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。

不掌握核心算法，生产精度需求不高的产品还勉强可以，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。

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，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。

工业机器人三大核心零部件的关键技术：控制器（控制技术），减速机，机器人专用伺服电机及其控制技术。上面说的都是控制器算法，我们再看看其他两项技术。

目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。

对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和Harmonic Drive两家垄断，国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补充马达间接变速装置，它将电压信号转化为转矩和转速，以驱动控制对象，可使控制速度、位置精度非常准确，是工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”。

国外品牌占据了中国交流伺服市场80%左右的市场份额。其中，日系产品以50%左右的市场份额居首，其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋和富士等等（其中，前三名分别为松下、三菱电机和安川，总份额约占45%），以西门子、博世和施耐德为代表的欧系品牌占据国内伺服电机的高端市场，整体市场份额在30%左右，国内企业整体份额不足10%。

高精度编码器是伺服电机的核心技术之一，尤其工业机器人上用的多圈绝对值编码器，目前严重依赖进口。高精度编码器未实现国产化，是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈之一。

另外，国内伺服系统的基础性研究缺失，包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定等等。这些都需要国内机器人行业的核心零部件企业去完善。

文章来源：疯狂机械控