【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關鍵詞： 雷克智能 機器人 傳感器 智能芯片 智能制造】
　　
　　陳杰：核心部組件協(xié)同創(chuàng)新是機器人產業(yè)的未來
　　
　　新形勢下，機器人產業(yè)高端發(fā)展亟需創(chuàng)新合作模式和創(chuàng)新應用場景。在2023世界機器人大會機器人產業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新論壇上，中電科機器人有限公司總經理陳杰，從助力機器人產業(yè)鏈全鏈高端化發(fā)展出發(fā)，指出一條發(fā)揮核心部組件產業(yè)鏈協(xié)同優(yōu)勢、引領整機性能提升、拓寬場景應用的發(fā)展之路。
　　
　　
　　
　　▲ 中電科機器人有限公司總經理 陳杰
　　
　　中電科機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業(yè)戰(zhàn)略的部署，中電科機器人有限公司在機器人電動關節(jié)、輕量型多關節(jié)機器人、外骨骼助力機器人、四足機器人等智能裝備核心部件及工業(yè)機器人領域取得了一系列科研成果，已成為我國微特電機與組件研究的重要基地。
　　
　　習近平總書記提出，努力實現(xiàn)關鍵核心技術自主可控，把創(chuàng)新主動權、發(fā)展主動權牢牢掌握在自己手中。在機器人領域，核心部組件的性能決定了機器人平臺的底層能力，核心部組件的突破將提升機器人整體性能指標，核心部組件的創(chuàng)新很可能引領整個機器人平臺的轉型。因此，國內機器人企業(yè)需要破解核心部組件“卡脖子”難題，提升技術創(chuàng)新水平，催生行業(yè)變革。
　　
　　目前，核心部組件在工業(yè)機器人的產值所占百分比沒有達到該有的標準，核心部件廠商生存艱難。例如，在工業(yè)機器人成本構成中，控制器、伺服電機、減速器占機器人整體成本的75%。核心零部件的生產者應該和生產整機的廠商積極溝通、聯(lián)動，增強自身競爭力，擴大生存空間，真正提升整個產業(yè)鏈高端價值。核心部組件應作為一個分系列來推動機器人技術的研發(fā)，包括但不限于傳感器、運動部件、控制器、芯片以及末端執(zhí)行機構等。
　　
　　核心部組件介紹
　　
　　以人形機器人為例，其核心部組件包括控制系統(tǒng)、運動關節(jié)（伺服系統(tǒng)和精密減速器）、傳感器、智能芯片等。
　　
　　工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構成，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)主導地位，國內廠商競爭力較弱，生產機器人本體的廠商紛紛入局機器人控制系統(tǒng)賽道，但大部分還是需要購買第三方產品。當下，控制器的開發(fā)主要以傳統(tǒng)運動控制為主，近些年隨著人工智能技術的發(fā)展，基于機器學習的控制方式研究表現(xiàn)出超強的活力。此外，控制器要做到防水、防塵，同時要適應極寒、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)國產化替代過程還需要較大的時間投入。
　　
　　作為機器人產業(yè)鏈中占成本價值75%的重要核心部組件，一體化電動關節(jié)的市場前景廣闊。一體化電動關節(jié)包含電機、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節(jié)在整個機器人中發(fā)揮更強大的作用，尤其不能滿足人形機器人的應用。國內伺服驅動器通用化產品缺乏、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%。我國機器人領域專用伺服驅動器起步較晚，各機器人廠家為適應不同機器的人特殊功能需求，大多使用自主研制的伺服驅動產品，導致行業(yè)內缺乏通用機器人伺服驅動器，限制產業(yè)快速迭代升級；工業(yè)機器人多使用成熟的高壓大功率型伺服驅動器，目前小型機器人領域所使用的直流電源供電的高功率伺服驅動器仍處于發(fā)展階段；整機的功能有待豐富，例如增加多種通信機制、兼容多種編碼器等功能；小型伺服驅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)機器人需要用多圈的絕對編碼器，目前該類產品嚴重依賴進口，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方面有著極大的提高，已經在快速地接近甚至超越國外諧波減速器。隨著工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人產業(yè)的發(fā)展，各類機器人產品將會像汽車產業(yè)一樣逐漸形成標準體系，電動關節(jié)也將率先成為下一代機器人產業(yè)的標準化核心部組件。
　　
　　傳感器是機器人的重要組成部分，價值量僅次于伺服系統(tǒng)。2019年全球機器人傳感器市場總值達到了46億元，預計2026年可以增長到102億元，年復合增長率為11.9%。傳感器包括激光雷達、視覺相機、慣導傳感器、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)應積極促成產業(yè)線間的聯(lián)動，向智能化、網(wǎng)絡化、集成化和微小型化發(fā)展。
　　
　　在全球，芯片龍頭企業(yè)所占市場集中效應顯著，市場占有率排名前六家企業(yè)的市場占有率之和達到82%，國產化替代空間巨大。在國內，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。機器人行業(yè)國產芯片相比于進口同類型芯片，有主頻低、運算能力弱、接口單一、存儲能力低的劣勢?；谝陨戏矫妫悄苄酒瑖a化還有很長的路要走。
　　
　　關鍵技術及協(xié)同
　　
　　人形機器人要實現(xiàn)大幅度運動或快速運動，一體化電動關節(jié)是其中最關鍵的技術攻堅環(huán)節(jié)之一。將高扭矩密度減速器、高功率密度高轉速電機、小體積高可靠驅動器、先進芯片和傳感器進行一體化設計，能快速實現(xiàn)機器人功能化要求和實用化目標，省卻上百種機器人機械電子器件的選型、設計、采購、組裝的人力和時間成本，大大提升組建機器人的效率。
　　
　　一體化設計需要加強核心部件與整機系統(tǒng)的溝通，也要求提升關鍵核心部件之間的聯(lián)動，即產業(yè)聯(lián)動。通過模組性能與結構匹配設計與集成，考慮關節(jié)模組參數(shù)匹配，從綜合因素調節(jié)單個器件的參數(shù)，采用適合于整體結構和整體性能要求的設計。以此不斷完善關節(jié)特性曲線，最終形成高性能、體系化、低成本的下一代機器人產業(yè)核心零部件——一體化電動關節(jié)，覆蓋整個機器人領域并形成應用。
　　
　　機器人及場景應用
　　
　　在機器人產業(yè)鏈中，中電科機器人有限公司結合了上游微特電機與組件、中游機器人本體和裝備、下游智慧物流等行業(yè)應用，作為創(chuàng)新聯(lián)合體牽頭單位，在產業(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)機器人在智能制造中，多被應用于電子元器件自動化插裝、移動機器人物流轉運、移動式缺陷檢測機器人、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，自動卸貨機器人、智能盤點機器人、多品規(guī)格碼垛機器人系統(tǒng)、大負載機械臂、輕量型機械臂等多類機器人的參與，使倉儲物流系統(tǒng)更智能。
　　
　　外骨骼機器人結構輕便，穿戴簡單，可以減少人體的運動新陳代謝量，增強使用者的運動機能。外骨骼機器人主要考慮消防、負重、康養(yǎng)、物流和工業(yè)等應用場景需求，通過增強人體機能，實現(xiàn)人機聯(lián)動和多場景應用，助力行業(yè)發(fā)展。
　　
　　足式機器人可靈活應用于多種場景。用于工廠巡檢時，可實時了解運行工況，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)助背負裝備，減輕消防員負擔。小至家庭陪伴娛樂，大到偵察未知環(huán)境，足式機器人已進入應用階段，前景光明。
　　
　　中電科機器人有限公司研發(fā)的人形機器人身高165厘米左右，體重不大于70公斤，全身有39個自由度，單臂負載能力不小于5公斤。該機器人可以用于物流分揀、物料配送、打標裝箱、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)揮核心部組件產業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新效應，才能支撐機器人全行業(yè)技術攻關和場景應用，構建政產學研用共同發(fā)展的機器人產業(yè)新生態(tài)。
　　
　　本文根據(jù)中電科機器人有限公司總經理陳杰，在2023世界機器人大會產業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新論壇上的演講整理而成，經編輯。