【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 市場(chǎng)分析】 控制系統(tǒng)：工業(yè)機(jī)器人的大腦

控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人性能的關(guān)鍵要素，接收來自其他各組元的信號(hào)、根據(jù)已編程的系統(tǒng)迚行處理后，向各組元發(fā)出指令，仍而控制各組元的運(yùn)行，它是工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)特定功能的中樞單元。

圖一：工業(yè)機(jī)器人控制器示意圖

圖二：工業(yè)機(jī)器人控制器硬件構(gòu)成

目前常用的控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上分為三類：以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，以可編程控制器（PLC）為核心的控制系統(tǒng)，以及基于工業(yè)個(gè)人計(jì)算（IPC）+運(yùn)動(dòng)控制器的機(jī)器人控制系統(tǒng)。其中IPC+運(yùn)動(dòng)控制器的控制系統(tǒng)憑借運(yùn)行穩(wěn)定、通用性強(qiáng)、抗干擾性能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，正在逐步成為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主流。

圖三：常用工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器分類

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分極成，硬件即工業(yè)控制板卡，包括主控單元、信號(hào)處理等部分，軟件主要是控制算法、二次開發(fā)等。硬件部分技術(shù)難度較低，可以在市場(chǎng)上采購(gòu)得到，軟件部分是控制系統(tǒng)的核心。

國(guó)內(nèi)外控制系統(tǒng)品牌情況

控制系統(tǒng)的表現(xiàn)是一家工業(yè)機(jī)器人廠商設(shè)計(jì)理念的集中體現(xiàn)，成熟的機(jī)器人廠商一般自行開發(fā)控制器和伺服系統(tǒng)，仍而保證機(jī)器人的穩(wěn)定性和技術(shù)體系。因而全球控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額與工業(yè)機(jī)器人本體情況接近。

圖四：我國(guó)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)市場(chǎng)份額（%）

圖五：海外機(jī)器人控制器品牌商主打品牌

各廠家數(shù)控系統(tǒng)的主要差別體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺(tái)的易用性方面。任何一臺(tái)機(jī)械設(shè)備，總是面臨著負(fù)載、速率和穩(wěn)定性三者之間相互妥協(xié)和平衡的問題，高負(fù)載高速率則難以保證穩(wěn)定性，高速率高穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)則要求負(fù)載不能太高，對(duì)于特定的應(yīng)用場(chǎng)景，需要找到此三者的平衡點(diǎn)。有別于車床、銑床等機(jī)床設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人是一種柔性度很高的設(shè)備，這大大提高了數(shù)控系統(tǒng)找到載重、速率、和穩(wěn)定性三者之間平衡點(diǎn)的難度，考驗(yàn)開發(fā)設(shè)計(jì)者對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)、數(shù)學(xué)的理解。

圖六：自由度的增加加大了工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)難度

智能化程度越來越高，是未來工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)，未來各本體制造商之間的差異化也將越來越顯著，這種差異化最主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的差異上。隨著國(guó)內(nèi)廠商技術(shù)的逐步積累進(jìn)步，目前控制系統(tǒng)與國(guó)外產(chǎn)品的差距在逐步縮小。國(guó)內(nèi)知名的工業(yè)機(jī)器人生廠商均自主研發(fā)了自家的控制系統(tǒng)，包括新松機(jī)器人、埃斯頓、華中數(shù)控、新時(shí)達(dá)、廣州數(shù)控、匯川技術(shù)等公司，也誕生了一批專業(yè)的控制系統(tǒng)服務(wù)商如固高科技、英威騰、卡諾普等。

圖七：國(guó)內(nèi)機(jī)器人控制器制造商主要產(chǎn)品介紹

未來發(fā)展趨勢(shì)

目前，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要技術(shù)趨勢(shì)包括：

總線型控制系統(tǒng)的使用越來越普遍：以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更快捷、穩(wěn)定、有效的通信服務(wù)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分散控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)散等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家總線控制方式已經(jīng)發(fā)展十幾年，具備比較成熟的總線產(chǎn)品和方案。國(guó)內(nèi)控制器公司處于追趕階段，成績(jī)顯著，例如2015年卡洛普推出基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的總線型機(jī)器人控制器；同年英威騰也推出抗干擾性強(qiáng)、節(jié)省配件、易于安裝、易于調(diào)試的總線型控制器；2018年，雷賽智能推出EtherCAT&RTEX總線方案。未來總線方案的控制器使用將越來越多。

驅(qū)控一體化：3C行業(yè)的崛起，要求自動(dòng)化產(chǎn)線工位細(xì)分，驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)高度集成都能滿足這種要求。國(guó)內(nèi)控制器領(lǐng)先企業(yè)固高科技早在2010年便提出了驅(qū)控一體化的產(chǎn)品體系架構(gòu)，開基于此承接了國(guó)家863計(jì)劃。公司推出的拿云(Marvie)六軸驅(qū)控一體機(jī)囊括了工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)控制器和六軸伺服驅(qū)動(dòng)器，具有體積小、功率密度高、集成度高等特點(diǎn)，提高了設(shè)備性能和可靠性。此外，拿云六軸驅(qū)控一體機(jī)預(yù)留GLink千兆網(wǎng)高速總線，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)同步聯(lián)動(dòng)。新時(shí)代子公司眾為興推出的驅(qū)控一體控制器QC400A，具備多軸直線插補(bǔ)，3D空間圓弧插補(bǔ)，軌跡跟隨，平穩(wěn)加減速，連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡速度自適應(yīng)功能、樣條曲線教導(dǎo)，振動(dòng)抑制等功能。