隨著智能時代的到來，傳統(tǒng)機器人也將掀起智能化開發(fā)浪潮。在年初中國傳動網(wǎng)舉辦的“2018智能制造&中國運動控制行業(yè)發(fā)展高峰論壇”上，沈陽新松機器人自動化股份有限公司副總工程師劉世昌在演講中分享了智能型機器人的技術開發(fā)動向，并詳細介紹了目前各類機器人在開發(fā)上對伺服系統(tǒng)的具體要求。

智能型機器人：“機器”向“人”方向演進

    現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)模式正從大批量、標準化生產(chǎn)，往小批量、定制化、個性化的生產(chǎn)方向轉(zhuǎn)變，這種變化對于機器人產(chǎn)品和智能裝備的需求與日俱增，其中也包括對制造設備的柔性、可重構性和成本效益等方面都提出了一定的要求。

    另一方面，未來制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)有：新一輪的工業(yè)革命呼喚機器人發(fā)展；勞動力成本上升加速機器人應用需求；新技術進步促進提升機器人性能；客戶定制化依賴機器人制造。制造業(yè)的三項關鍵技術正在發(fā)生著重大轉(zhuǎn)變：生產(chǎn)方式朝著數(shù)字化制造、生產(chǎn)決策朝著人工智能、生產(chǎn)工具朝著智能型機器人方向演進，用機器人來武裝中國制造是轉(zhuǎn)型升級的唯一出路，機器人與新一代信息技術（物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等）的融合，將對人類的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生革命性的顛覆。

    從產(chǎn)業(yè)鏈來看，機器人的上游關鍵零部件行業(yè)包括伺服電機、伺服系統(tǒng)、精密減速器、控制系統(tǒng)等等，下游行業(yè)主要包括機器人的相關系統(tǒng)集成商，目前國內(nèi)大約有1000多家機器人相關企業(yè)，其中約有50多家是上市公司。

    傳統(tǒng)的機器人更偏向于是一類“機器”，它比較簡單，而且適應性也較差，但今天，技術進步徹底提升了機器人的性能，機器人開始由“機器”向“人”的方向進化。這類智能型機器人更加復雜、高級，適應能力也更強，并且在此基礎之上，將形成一套智能制造的生產(chǎn)模式，具備智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、定制化的“四化”特點，即智能機器成為生產(chǎn)主力、產(chǎn)品與設備信息可采集、存儲和分析、產(chǎn)品與設備信息可聯(lián)網(wǎng)、按客戶訂單來設計、甚至單元產(chǎn)品個性化，機器人在智能制造模式變革中將發(fā)揮重要支撐作用。

    新松機器人在開發(fā)上有著全產(chǎn)業(yè)鏈布局，最近幾年，首先在機器人控制器這一塊，我們在2017年將通用機器人控制器升級到SIRC感知智能型機器人控制器，能夠在非結構化的工作環(huán)境中進行人機安全協(xié)作，且包括豐富的機器人模型、軌跡規(guī)劃、智能感知算法，以及激光導航、視覺感知、力感知等功能。其次，新松在新型柔性協(xié)作機器人、雙臂協(xié)作機器人、輕載復合機器人、協(xié)作機器人+AR技術、智能服務機器人、醫(yī)療輔助機器人等開發(fā)領域均取得了顯著的成績。

    在智能機器人技術的研究上，總體來說，未來的智能型機器人將具有感知能力，能在復雜的環(huán)境里面精確地感知環(huán)境特征；具備共融作業(yè)技術，能建立人機和諧共存的行為方式和安全機制；具有交互能力，能實現(xiàn)機器人之間、機器人與人之間的自然交互；另外，智能型機器人還將具備任務與決策技能，能夠完成復雜任務和智能決策。

    機器人應用正逐漸從以汽車行業(yè)代表的高端市場客戶，走向普通市場客戶，其中包括電子制造行業(yè)、五金衛(wèi)浴、金屬加工等民生領域。另一個重要的發(fā)展趨勢是，機器人的市場應用正在由單機系統(tǒng)（如：機器人點焊系統(tǒng)、汽車總裝AGV、機器人機床上下料等）向數(shù)字化工廠邁進，這些都是值得大家關注和探索的方向。

機器人應用對伺服的需求重點

    一般來說，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人應用對伺服系統(tǒng)的要求主要都是單軸伺服驅(qū)動器加電機，每個驅(qū)動器單獨接入交流電，制動能量靠制動電阻消耗；而現(xiàn)在，越來越多的機器人應用要求使用共直流母線驅(qū)動器+電機的方案，具備公共的直流母線電源模塊，能回收利用制動回饋能量，提高效率，降低交流輸入級的成本，且系統(tǒng)結構緊湊，能適合機器人的運行工況。

    伺服系統(tǒng)的部分主要參數(shù)包括：速度環(huán)帶寬（幾百Hz到3KHz）；速度波動率、轉(zhuǎn)矩控制精度，這些直接影響到機器人行走的軌跡精度和定位精度；慣量適用范圍，即機器人帶著負載的情況下，或是在做運動時，其運動速度和運動軌跡都有可能發(fā)生改變，這對于每個關節(jié)來說會產(chǎn)生不同的影響，因此對伺服的慣量也有一定的要求，總體來說就是適用范圍要擴大。

    在電機方面，目前工業(yè)機器人上用到的電機基本上都是永磁同步電機，反饋裝置大多是多圈絕對值編碼器（也有用旋轉(zhuǎn)變壓器的），且?guī)в兄苿悠?，讓機器人在下電時保持一個姿態(tài)。

    在伺服驅(qū)動器方面，工業(yè)機器人一般采用的是總線通信型產(chǎn)品（EtherCAT、CAN等），以實現(xiàn)位置、速度、電流環(huán)控制；同時驅(qū)動器還要具備振動抑制功能；并要集成安全功能，以保證機器人安全轉(zhuǎn)矩關斷、安全停止、安全制動控制等運行要求；另外，為了實現(xiàn)電機的恒功率擴速運行，就需要具有弱磁功能。

    對于協(xié)作機器人來說，它相對于傳統(tǒng)工業(yè)機器人應用來說，還應注意以下幾個特點：一是，它的關節(jié)一般都是一體化的，因此包括編碼器、驅(qū)動器、減速器、電機、制動器等都需采用集成式設計。二是，協(xié)作機器人的負載自重比較大，基本可以達到1：7到1：3，目前國內(nèi)技術還做不到后者。第三，要求有良好的人機協(xié)作性能，傳統(tǒng)的工業(yè)機器人不具備人和機器人直接接觸的能力，但現(xiàn)在，一些機器人具備了力感知功能，可以與人進行安全協(xié)作。

    除了電機之外，協(xié)作機器人對伺服驅(qū)動器有一些特殊的需求，其中包括：由于協(xié)作機器人的走線和執(zhí)行機構的穿氣管都在內(nèi)部，所以要求電機、減速器、驅(qū)動器等都要放在一個大中空的結構里；一般來說都采用無框電機，永磁定子、轉(zhuǎn)子分體設計；無論是驅(qū)動器還是電機都要求尺寸小、功率密度高，可以集成在有限的空間內(nèi)；直流24V或者48V供電，并可方便搭載在電池供電的移動機器人上。而對于移動機器人來說，它的特點主要是輪式結構，用于室內(nèi)或室外的移動作業(yè)，包括雙輪差動、四驅(qū)、全方位輪等，直流無刷/有刷電機，反饋裝置多用增量式編碼器和數(shù)字HALL，一般配合行星減速器來使用。

    展望未來，我們認為機器人最終的發(fā)展方向是和人類一起在工廠里進行協(xié)同工作，機器人并不是要完全替代人類，并且現(xiàn)在看來機器人替代人類的部分生產(chǎn)操作之后，仍然還有很多工作需要人類來解決。在新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)變革的發(fā)展趨勢下，中國必將成為全球最大的工業(yè)機器人應用市場，與此同時，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等前沿技術與機器人技術的跨學科融合，這些先進技術將滲透到人類生產(chǎn)、生活的各個領域，引領世界進入到服務機器人時代。