国产工业机器人控制器大盘点,国产研发

国产工业机器人控制器大盘点,国产研发

[尽管运动控制器需求增长迅速,但即便到明年,整体市场规模仍不到10亿元。]

近年来,在自动化需求的持续释放下,我国工业机器人产业发展取得了显著的成果,不仅市场规模连续六年位居世界前列,发展呈现高速向上之势,而且在关键技术和核心装备上也迎来了快速突破,行业发展质量不断提升。

高端装备的大脑,工业控制的核心。运动控制系统作为一项核心技术,是很多高端装备的关键部件。根据IHS数据,2016年全球运动控制市场规模达到108亿美元,西门子、三菱、发那科占据榜单前三。运动控制系统分为运动控制器和伺服系统两个重要环节,我国企业正奋起追赶,有望伴随国内工业自动化升级改造大趋势而崛起。

高性能工业机器人作为核心装备,一直被国外品牌垄断,而运动控制器的自主可控一直是国产机器人领域的一大痛点。

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运动控制器是运动控制的大脑。运动控制器由软件、硬件等综合性能决定,主要分为PC-Based(基于工业PC的控制器)、专用控制器、PLC(可编程逻辑控制器)三类。2016年我国运动控制器市场规模超过60亿元,预计2020年接近90亿元,三类控制器三分天下。PLC用于不太复杂的基础运动控制,专用控制器是为特定行业(机床、工业机器人等)特制的控制器,PC-Based基于工业PC,性能突出、可拓展性强,成长为增速最快的控制器。我国运动控制器行业涌现出一批优秀企业,包括台资的新代、宝元、研华,大陆品牌的固高、凯恩帝、维宏、雷赛、埃斯顿(TRIO)等。

日前,由实时侠智能控制技术有限公司研制的全球首款单芯片多轴驱控一体运动控制器完成了技术验证,即将在8月底举行的上海世界人工智能大会上亮相发布。

国产工业机器人控制器大盘点

   
伺服系统是运动控制的中枢神经和动力系统。伺服系统由伺服驱动器、电机、编码器构成。伺服驱动器是信号转换和信号放大的中枢,伺服电机提供动力,编码器实时记录位置信息并反馈信号,构成闭环控制。2016年我国伺服系统市场规模约140亿元,处于快速发展状态。国产品牌汇川、埃斯顿正积极追赶日系、德系品牌。

这款产品将摆脱对英特尔X86处理器、微软Windows操作系统的依赖,以完全独立开发的运动规划、电机控制、通信、应用软件等IP模块,真正实现自主可控技术,打破国外品牌长期占据运动控制器高端市场的格局。

其中,在作为三大核心零部件之一的控制器领域,我国企业已经拥有了一定的话语权。由于国内存在一批在运动控制领域长期深入研究的企业,其有着大量资金投入和长时间的市场验证,目前国产控制器已经拥有了自己的技术优势和市场基础。

   
运动控制是智能装备核心竞争力的体现。回溯全球机器人四大家族发展历史,我们发现发那科、安川起步于运动控制部件,库卡和ABB在进入工业机器人领域后,亦选择了重点攻克运动控制系统,最终成就四大家族的地位。运动控制系统显然成为诸多智能装备的核心竞争力。

www.7727.com,智能制造的核心技术

相比其它两种关键部件,控制器被认为是工业机器人的“大脑”,能够控制机器人在工作空间中的运动、姿态、时间和轨迹,其对于机器人产业发展的重要性不言而喻。我国能够在控制器领域取得突破,无疑是一件令人欣喜的事情。那么,接下笔者就带大家具体来看一下,我国都有哪些自主研发的控制器产品吧!

   
产品-装备-平台三种商业模式探讨。运动控制系统具备非常高的门槛,但是单一耕耘细分市场的企业难免遇到天花板问题。本文认为,运动控制部件企业可以采用产品-装备-平台三种发展模式:1.发展早期,从单一核心部件商拓展新的行业运用,以及拓宽新的产品线,打造运动控制解决方案,如维宏股份由运动控制器领域进入伺服系统。2.凭借运动控制系统深厚的技术积累,进入整机设备,打造核心技术壁垒,如埃斯顿进入工业机器人领域。3.如果公司工业自动化产品丰富,可以打造整体解决方案平台,为客户提供综合解决方案。国内运动控制企业灵活运用三种模式,成效斐然。我们相信,中国运动控制市场未来一定会诞生大市值公司。

凯文·凯利在《失控》一书中写道:“布鲁克斯总结了设计移动式机器人的五条经验,其中就包括传感器和执行器的紧密耦合——要低级反射,不要高级思考。”强调了感觉与控制的紧密耦合。

固高科技:GUC系列、Marvie

   
投资建议:运动控制系统具有核心技术壁垒,是智能装备核心部件,国内公司在技术、模式方面逐步取得新突破。我们重点推荐埃斯顿,该公司凭借运动控制核心技术成长为国内工业机器人龙头,收购TRIO打造高端运动控制解决方案,开启新的成长通道。建议关注维宏股份和汇川技术,维宏股份作为木工机械运动控制器的细分龙头,新业务伺服系统进展顺利;

作为工业机器人当中的核心技术之一,运动控制器在机器人的执行过程中起到控制机器人运动的关键作用,被称为制造装备的“心脏”和“大脑”,是“智能制造”的基础,也是连接“智能”与“制造”的桥梁。

固高科技从2001年就开始研发四轴机器人控制器,2006年涉足六轴机器人控制器,是国内较早研究机器人控制器的企业之一。截止目前,固高GUC系列控制系统涵盖了从三轴到八轴各类型号机器人,其中技术难度最大的八轴机器人控制系统已经可以实现批量生产。与此同时,从2010年开始,固高科技逐渐提出了驱控一体化的产品体系架构,之后在2017年推出拿云六轴驱控一体机。

作为我国亟待攻克的35项核心技术之一,工信部将控制器列为我国需要着力补齐的关键技术短板之一,纳入《工业强基工程实施指南(2016-2020)》“一条龙”应用计划。

英威腾:MTC、IMP、IMC系列

机械工程专家谭健荣院士也表示:“机器人引领智能制造,核心控制器是机器人的核心技术之一,是中国最需要突破的领域。”

英威腾自成立以来就一直努力成为国内优秀运动控制产品及系统解决方案供应商,其不断引进国内外核心技术及人员,先后开发了MTC,IMP等标准型系列运动控制卡,及IMC高性能运动控制器。英威腾智能将相关产品整合成通用运动控制开发平台,为客户开发高性能运动控制系统提供全面的系统解决方案。

不过目前运动控制器领域仍由来自德国、日本的巨头占据主要市场,其中包括德国倍福、西门子、库卡,日本的三菱、发那科等,国产技术与国外高端产品差距仍然很大,导致国产机器人稳定性不佳,准确度不高,故障率居高不下。

卡诺普:CRP-S40/80

在这样的背景下,今年上海提出的《上海市智能制造三年行动计划》中,明确提到聚焦智能制造应用端,推进重点行业的智能化升级转型;着力攻克一批“卡脖子”的核心零部件和关键技术装备,并着力培育一批智能制造独角兽、隐形冠军企业;创新推动5G、人工智能和大数据在智能制造中的深度应用,创新长三角智能制造协同发展机制,创新智能制造应用机制、政策的支持重点和支持方式。

卡诺普是一家专业从事工业机器人控制系统研发、生产、销售的技术型公司,过去几年一直是国内应用范围和销售量都相当巨大的控制系统生产商。公司主要产品为CRP-S80,CRP-S40工业机器人控制系统,可以适配目前市面大部分机器人类型。2015年,卡诺普在多种总线开发上实现全自主开发,完善了多种功能包,优化了机器人运动轨迹算法,成功实现近100%的销量增长。

实时侠就是一家诞生在上海漕河泾华鑫天地智慧园区的上海本土创业公司。公司创始人、董事长蒋耀对第一财经记者表示:“运动控制器是基础性、共性技术,对智能制造,国家产业竞争力、产业安全有不可替代的作用,这与举国关注芯片自主可控是一样的。中国在装备工业对发达国家的依赖同样非常严重,容易被‘卡住脖子’。”

广州数控:GSK-RC

摆脱工业总线的束缚

广州数控在伺服控制技术上有20多年的研发经验,尤其是在控制系统方面,国内大部分的机床主机配套使用了广州数控的数控系统。凭借在控制系统等核心零部件上的相关技术积淀,广州数控快速切入工业机器人领域。其中GSK-RC是广州数控自主研发生产,具有独立知识产权的机器人控制器。

随着技术的进步和完善,实时侠敏锐地洞察到了芯片技术的进步以及可能对运动控制领域产生的颠覆性影响,开始尝试利用SOC-FPGA芯片进行运动规划与多轴电机控制的单芯片集中控制,这能够使运行复杂算法的控制器的成本大幅降低。而这些算法对机械的运动学建模和需要以精确的方式移动的电机控制信号是很有必要的。

华中数控:CCR系列

蒋耀向第一财经记者介绍道,过去借助于工业总线,运动规划和电机控制之间的交互信息变得越来越多,可以支持更加复杂的算法,这使得机器人的速度、精度和稳定性有了很大的提升。但是工业总线的瓶颈也逐渐明显,比如带宽、绝对延迟以及多节点之间的同步性等。这些瓶颈制约了机器人性能的进一步提升,也抑制了业界对于需要更加大量数据交互才能完成的控制策略的想象空间。

从1999年开始,华中数控就开发出了华中I型机器人的控制系统和教育机器人,经过近二十年发展,华中数控目前已掌握了多项机器人控制和伺服电机的关键核心技术,在控制器、伺服驱动器和电机这三大核心部件领域均具备了很大的技术优势。而CCR系列是华中数控自主研发的重要机器人控制系统。

如何摆脱对工业总线的束缚,同时不再依赖于英特尔X86控制器和微软的Windows操作系统?早在2015年蒋耀就开始思考这个问题,并着手组建团队自主研发技术可控的运动控制器。

新松:SIASUN-GRC

历时四年研发,投入上亿资金,实时侠团队通过不断的技术验证打造出这款全球首款单芯片多轴驱控一体运动控制器,并开发了一款桌面型的六轴工业机器人RitimemanP7A对其进行性能的测试,对标德国库卡KR6机器人。根据今年7月国家认证机构发布的性能检测报告,P7A的技术指标已经全面赶超了库卡KR6。

新松是我国工业机器人的巨头,其SIASUN-GRC控制器是具有自主版权、自主开发的实用化、商品化的机器人控制器。该机器人控制器设计合理、技术先进、性能优越、系统可靠、使用方便。采用交流伺服驱动,绝对码盘检测和大屏幕汉字示教编程盒等多项最新技术,形成了先进的高性能机器人控制系统。

与达到同等性能的工业机器人相比,实时侠的运动控制器具有体积小、重量轻、功耗低等特点,并能够广泛应用于电动汽车轮毂电机、无人机、多轴加工中心、外骨骼动力装甲和柔性手抓等领域。

汇川技术:IMC100

在国际上,运动控制器的应用场景已经开始拓宽边界。

汇川技术是专门从事工业自动化控制产品的研发、生产和销售的高新技术企业,公司掌握了高性能矢量变频技术、PLC技术、伺服技术和永磁同步电机等核心平台技术。2013年,公司开始拓展到控制器领域,2014年推出了基于EtherCAT总线的IM100机器人控制器,目前其主要针对市场包括小型六关节、小型SCARA以及并联机器人等新兴领域。

早在2016年,由苏黎世联邦理工学院组织的一个比赛中,冰岛主动修复技术制造商ssur开发的第一个用于批量生产的、具有电动膝盖和踝关节的假肢正式亮相,该先进假肢为嵌入式运动控制器如何加速创新机电产品的开发提供了一个真实案例。未来,运动控制器在包括消费、工业、物联网、医疗、办公等更加广泛的领域将开拓应用市场。

智昌集团:“锐智”

不过需要指出的是,尽管运动控制器需求增长迅速,但即便到明年,整体市场规模仍不到10亿元。相比之下,中国的自动化及工业控制市场规模已经接近2000亿。根据工信部的规划,到2020年,将我国智能制造装备产业培育成为具有国际竞争力的先导产业,建立完善的智能制造装备产业体系产业销售将超过3万亿元。

2017年,智昌集团在宁波首次公开发布“锐智”机器人控制器。该控制器是一款面向传统六轴和新式七轴单臂与双臂机器人的专用机器人。“锐智”控制器在国家科技部“智能机器人”重点专项中荣获大奖,后续受到了市场的大力青睐。

不过国内的工业控制市场中,国外品牌企业仍占据高端市场,国内企业定位于中低端市场。对此,实时侠总经理贺岩对第一财经记者表示,实时侠即将发布的这款运动控制器瞄准的是国内的中高端市场,但是性价比远高于国外的竞争对手,如果大规模量产,价格可以达到国际同类产品的一半。

研华科技:RC2000

帮助人工智能落地

研华科技针对用户自主开发的需求,推出了一款RC2000机器人控制器,成功打破诸多传统控制器的局限。RC2000将传统的机器人控制器浓缩成为一片PCI单板控制卡,它可以插在具有PCI界面的任一款IPC上,所有开发程序都在Windows窗口系统环境下进行,从而使它的硬件层变成一个开放式和可扩展的架构。同时,RC2000还涵盖了各式工业机器人的控制功能。

更大的市场需求来自于未来的服务机器人领域。

近日,加州大学伯克利分校研发出一款新型机器人Blue,可以完成洗碗、叠衣服、收拾房间等动作。相比工业机器人所能达到的精度,Blue的工作要简单很多。

伯克利大学的机械工程师DavidGealy表示:“虽然这些机器人反应很好,但是目前最大的问题是,如果使用工业机器人,我们必须为它添加传感器和反馈控制器,这样就会大大地增加成本。”

据介绍,Blue机器人手臂材料成本就要3000美元,但一旦大规模量产后,其售价可以控制在5000美元,可以完成比较简单的任务。“这款机器人的设计理念是,未来机器人将被使用视觉反馈和力反馈的人工智能系统,实现更加智能的控制,就像人类控制自己的手臂一样。”蒋耀对第一财经记者表示,“这也是我们未来的服务机器人努力的方向。”

贺岩告诉第一财经记者,实时侠基于现有的控制系统开发基础视觉功能和力觉功能,并且提出了全新的单芯片“驱、控、感”一体的运动控制器,进一步融合感觉与控制,使机器人更加聪明、反应更快。

“大脑是做决策的,小脑是做执行的。我们希望通过这一‘驱、控、感’一体的运动控制器来实现类似于人类小脑的功能,帮助人工智能更好地落地。”实时侠副总经理唐文彬博士对第一财经记者表示。

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