【中國傳動網 市場分析】 控制系統：工業(yè)機器人的大腦

控制系統是工業(yè)機器人的大腦，是決定機器人性能的關鍵要素，接收來自其他各組元的信號、根據已編程的系統迚行處理后，向各組元發(fā)出指令，仍而控制各組元的運行，它是工業(yè)機器人實現特定功能的中樞單元。

圖一：工業(yè)機器人控制器示意圖

圖二：工業(yè)機器人控制器硬件構成

目前常用的控制系統從結構上分為三類：以單片機為核心的控制系統，以可編程控制器（PLC）為核心的控制系統，以及基于工業(yè)個人計算（IPC）+運動控制器的機器人控制系統。其中IPC+運動控制器的控制系統憑借運行穩(wěn)定、通用性強、抗干擾性能力強等優(yōu)勢，正在逐步成為工業(yè)機器人控制系統的主流。

圖三：常用工業(yè)機器人運動控制器分類

工業(yè)機器人的控制系統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。硬件部分技術難度較低，可以在市場上采購得到，軟件部分是控制系統的核心。

國內外控制系統品牌情況

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

圖四：我國工業(yè)機器人控制系統市場份額（%）

圖五：海外機器人控制器品牌商主打品牌

各廠家數控系統的主要差別體現在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。任何一臺機械設備，總是面臨著負載、速率和穩(wěn)定性三者之間相互妥協和平衡的問題，高負載高速率則難以保證穩(wěn)定性，高速率高穩(wěn)定性運轉則要求負載不能太高，對于特定的應用場景，需要找到此三者的平衡點。有別于車床、銑床等機床設備，工業(yè)機器人是一種柔性度很高的設備，這大大提高了數控系統找到載重、速率、和穩(wěn)定性三者之間平衡點的難度，考驗開發(fā)設計者對運動學、力學、數學的理解。

圖六：自由度的增加加大了工業(yè)機器人的運動難度

智能化程度越來越高，是未來工業(yè)機器人發(fā)展的必然趨勢，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在控制系統的差異上。隨著國內廠商技術的逐步積累進步，目前控制系統與國外產品的差距在逐步縮小。國內知名的工業(yè)機器人生廠商均自主研發(fā)了自家的控制系統，包括新松機器人、埃斯頓、華中數控、新時達、廣州數控、匯川技術等公司，也誕生了一批專業(yè)的控制系統服務商如固高科技、英威騰、卡諾普等。

圖七：國內機器人控制器制造商主要產品介紹

未來發(fā)展趨勢

目前，工業(yè)機器人控制系統的主要技術趨勢包括：

總線型控制系統的使用越來越普遍：以太網和現場總線技術的發(fā)展為機器人提供了更快捷、穩(wěn)定、有效的通信服務，基于現場總線的分散控制系統具有實時性好，易于實現高速、高精度控制，易于擴散等優(yōu)點。發(fā)達國家總線控制方式已經發(fā)展十幾年，具備比較成熟的總線產品和方案。國內控制器公司處于追趕階段，成績顯著，例如2015年卡洛普推出基于實時以太網的總線型機器人控制器；同年英威騰也推出抗干擾性強、節(jié)省配件、易于安裝、易于調試的總線型控制器；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。

驅控一體化：3C行業(yè)的崛起，要求自動化產線工位細分，驅動器和控制系統高度集成都能滿足這種要求。國內控制器領先企業(yè)固高科技早在2010年便提出了驅控一體化的產品體系架構，開基于此承接了國家863計劃。公司推出的拿云(Marvie)六軸驅控一體機囊括了工業(yè)機器人控制系統開發(fā)平臺、運動控制器和六軸伺服驅動器，具有體積小、功率密度高、集成度高等特點，提高了設備性能和可靠性。此外，拿云六軸驅控一體機預留GLink千兆網高速總線，可實現多機同步聯動。新時代子公司眾為興推出的驅控一體控制器QC400A，具備多軸直線插補，3D空間圓弧插補，軌跡跟隨，平穩(wěn)加減速，連續(xù)運動軌跡速度自適應功能、樣條曲線教導，振動抑制等功能。