淺析機器人控制器產業(yè)的發(fā)展

作為機器人的核心部分，機器人控制器是影響機器人性能的關鍵部分之一，它從一定程度上影響著機器人的發(fā)展。目前，由于人工智能、計算機科學、傳感器技術及其它相關學科的長足進步，使得機器人的研究在高水平上進行，同時也為機器人控制器的性能提出更高的要求，對于不同類型的機器人，如有腿的步行機器人與關節(jié)型工業(yè)機器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設計方案也不一樣。

中國成為全球第一大工業(yè)機器人應用市場指日可待，但遺憾的是，我國工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展較晚，受相關技術和加工工藝等因素影響，中國市場上工業(yè)機器人基本被以ABB、庫卡、發(fā)那科和安川四大巨頭為主的國外機器人品牌占據(jù)著，國產機器人品牌僅占約8%的市場份額?？刂破髯鳛楣I(yè)機器人最為核心的零部件之一，必將受惠工業(yè)機器人的快速增長，但作為關鍵核心零部件的控制器市場，也同樣被外企所占據(jù)。

發(fā)展現(xiàn)狀

國外

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要任務是控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。它同時具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

機器人自由度的高低取決于其可移動的關節(jié)數(shù)目，關節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準度也愈出色，然所須使用的伺服電機數(shù)量就相對較多;換言之，愈精密的工業(yè)型機器人，其內的伺服電機數(shù)量愈多，一般每臺多軸機器人由一套控制系統(tǒng)控制，也意味著控制器性能要求越高。

控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發(fā)。目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發(fā)，各品牌機器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢。

國內

近年來，國內運動控制(包括CNC)技術有了較快的發(fā)展。一些傳統(tǒng)生產數(shù)控設備的廠家開始研制具有運動控制特征的產品。為了提高機械設備的生產效率和產品質量，越來越多的機械設備制造廠商開始使用并且逐漸熟悉通用運動控制系統(tǒng)，使得通用運動控制產品在很多原來運用不多的領域開始擴展開來。

同時，部分數(shù)控設備廠家進行了機器人專用運動控制產品的開發(fā)和行業(yè)應用的推廣，并逐漸走向成熟和產業(yè)化。這類企業(yè)以廣州數(shù)控、廣泰數(shù)控、埃斯頓等為代表，他們不只開發(fā)出來機器人專用的控制系統(tǒng)，而且還借此進入機器人行業(yè)，并成為國產機器人企業(yè)中的代表。

隨著我國制造業(yè)市場的全球化，對制造業(yè)的技術和裝備提出了更高的要求，這給運動控制技術的推廣和高水平應用帶來了契機。在此背景下，國內逐步成長了一批專業(yè)的運動控制企業(yè)，他們開始逐步向市場提供機器人專用控制器。這類企業(yè)以固高科技、卡諾普、眾為興等為代表，固高科技是國內較早實現(xiàn)六軸機器人控制系統(tǒng)產業(yè)化的企業(yè)之一，目前主要向機器人集成商提供控制系統(tǒng)平臺，而卡諾普和眾為興的控制系統(tǒng)則在自己的機器人上獲得了較好的應用經驗。于此同時，不少國內機器人企業(yè)也陸續(xù)開發(fā)自己的控制系統(tǒng)。

經過多年的沉淀，國內機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產品相比并沒有太大差距，差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。隨著技術和應用經驗的積累，國內企業(yè)機器人控制器產品已經交為成熟，是機器人產品中與國外產品差距最小的關鍵零部件。未來幾年中國國產機器人將得到快速發(fā)展，國產機器人控制器應用市場面臨較好的發(fā)展契機，尤其是在運動控制領域深耕多年的企業(yè)。

現(xiàn)有機器人控制器存在問題

(1)開放性差局限于“專用計算機、專用機器人語言、專用微處理器”的封閉式結構，封閉的控制器結構使其具有特定的功能、適應于特定的環(huán)境，不便于對系統(tǒng)進行擴展和改進。

(2)軟件獨立性差軟件結構及其邏輯結構依賴于處理器硬件，難以在不同的系統(tǒng)間移植。

(3)容錯性差由于并行計算中的數(shù)據(jù)相關性、通訊及同步等內在特點，控制器的容錯性能變差，其中一個處理器出故障可能導致整個系統(tǒng)的癱瘓。

(4)擴展性差目前。機器人控制器的研究著重于從關節(jié)這一級來改善和提高系統(tǒng)的性能.由于結構的封閉性，難以根據(jù)需要對系統(tǒng)進行擴展，如增加傳感器控制等功能模塊。

總起來看，前面提到的無論串行結構還是并行結構的機器人控制器都不是開放式結構，無論從軟件還是硬件都難以擴充和更改，例如，商品化的 Mo toman機器人的控制器是不開放的，用戶難以根據(jù)自己需要對其修改、擴充功能，通常的做法是對其詳細解剖分析，然后對其改造。

展望

隨著機器人控制技術的發(fā)展 ,針對結構封閉的機器人控制器的缺陷 ,開發(fā)“具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控制器”是當前機器人控制器的一個發(fā)展方向。近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發(fā)具有開放式結構的機器人控制器，如日本安川公司基于 PC開發(fā)的具有開放式結構、網絡功能的機器人控制器，我國 863計劃智能機器人主題也已對這方面的研究立項。