工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐裝備。大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，對(duì)于打造中國(guó)制造新優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)具有重要意義。

發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，要重點(diǎn)打造六種標(biāo)志性產(chǎn)品，五種關(guān)鍵零部件，四種基本能力。本期中發(fā)智造為大家介紹五種關(guān)鍵零部件——高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器。

一、高精密減速器

精密減速器，在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過(guò)輸入軸上的小齒輪，嚙合輸出軸上的大齒輪，從而達(dá)到降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩的目的。

沒(méi)有減速器，機(jī)器人關(guān)節(jié)臂就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

精密減速機(jī)根據(jù)精度可分為標(biāo)準(zhǔn)精度和高精度；根據(jù)用途可分為軍用和民用；根據(jù)運(yùn)行的環(huán)境可分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境、低溫環(huán)境、清潔室環(huán)境和真空環(huán)境。

目前國(guó)際上具備大規(guī)模生產(chǎn)能力且產(chǎn)品性能可靠的RV減速器制造企業(yè)較少，全球絕大多數(shù)市場(chǎng)份額已被日本企業(yè)占據(jù)。國(guó)產(chǎn)減速器價(jià)格雖然便宜，供貨期短，但產(chǎn)品性能與國(guó)外產(chǎn)品存在較大差距。因此，國(guó)產(chǎn)減速器大多只能供給中、低端機(jī)器人使用，無(wú)法滿足高端機(jī)器人市場(chǎng)需求。

為此，《機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃》明確，通過(guò)發(fā)展高強(qiáng)度耐磨材料技術(shù)、加工工藝優(yōu)化技術(shù)、高速潤(rùn)滑技術(shù)、高精度裝配技術(shù)、可靠性，探索壽命檢測(cè)技術(shù)以及新型傳動(dòng)機(jī)理，發(fā)展適合機(jī)器人應(yīng)用的高效率、低重量、長(zhǎng)期免維護(hù)的系列化減速器。

二、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器

伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是影響機(jī)器人工作性能的主要因素之一。機(jī)器人伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就是靠它來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的功率電源，指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動(dòng)器正常工作的。

目前，高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)在以下方面仍需突破：

一是外形普遍較長(zhǎng)，外觀粗糙，很難應(yīng)用在一些高檔機(jī)器人上面。

二是信號(hào)接插件的可靠性需要改進(jìn)，而且需要朝小型化、高密度化以及與伺服電機(jī)本體的集成設(shè)計(jì)的方向優(yōu)化，方便安裝、調(diào)試、更換。

三是另一項(xiàng)核心技術(shù)——高精度的編碼器，尤其機(jī)器人上用的多圈絕對(duì)值編碼器，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，是制約我國(guó)高檔機(jī)器人發(fā)展的很大瓶頸。

四是缺失基礎(chǔ)性研究，包括絕對(duì)值編碼器技術(shù)、高端電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)等等。

五是伺服系統(tǒng)各部分產(chǎn)業(yè)協(xié)同不夠，導(dǎo)致伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體性能難以發(fā)揮。

伺服電機(jī)不僅直接關(guān)乎國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于整個(gè)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。為此《機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃》特別強(qiáng)調(diào)，通過(guò)高磁性材料優(yōu)化、一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工裝配工藝優(yōu)化等技術(shù)的研究，提高伺服電機(jī)的效率，降低功率損失，實(shí)現(xiàn)高功率密度。發(fā)展高力矩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)、盤(pán)式中空電機(jī)等機(jī)器人專用電機(jī)。

三、高速高性能控制器

指揮機(jī)器人工作的是人類嗎？不，是控制器。工業(yè)機(jī)器人控制器主要控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。

控制器是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，是自動(dòng)化工廠的大腦。掌握控制器的主導(dǎo)權(quán)，相當(dāng)于控制了機(jī)器人的性能。在中國(guó)，四大家族的控制器市場(chǎng)占比為53%，其中，發(fā)那科占比16%，庫(kù)卡占比14%，ABB機(jī)器人占比12%。而國(guó)產(chǎn)品牌控制器市場(chǎng)占比不及16%，可見(jiàn)在中國(guó)控制器領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)程度較低。

目前國(guó)產(chǎn)控制器市場(chǎng)主要存在以下問(wèn)題：

1、國(guó)產(chǎn)控制器可控制的機(jī)器人類型齊全，但在操作精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等方面還有很大的進(jìn)步空間。

2、機(jī)器人本體和零部件綁定效應(yīng)強(qiáng)，一般成熟的機(jī)器人企業(yè)都能實(shí)現(xiàn)本體和核心零部件的自主研發(fā)和掌控，因此，國(guó)產(chǎn)單純做控制器的企業(yè)難以突圍。

3、國(guó)產(chǎn)控制器性價(jià)比高，這個(gè)既是優(yōu)勢(shì)也是劣勢(shì)，優(yōu)勢(shì)是可占領(lǐng)對(duì)機(jī)器人精度要求不高的中低端市場(chǎng)和新興領(lǐng)域；劣勢(shì)主要表現(xiàn)在對(duì)于高端市場(chǎng)，道阻且長(zhǎng)。

為此，《機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃》特別強(qiáng)調(diào)，通過(guò)高性能關(guān)節(jié)伺服、振動(dòng)抑制技術(shù)、慣量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)、多關(guān)節(jié)高精度運(yùn)動(dòng)解算及規(guī)劃等技術(shù)的發(fā)展，提高高速變負(fù)載應(yīng)用過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)精度，改善動(dòng)態(tài)性能。發(fā)展并掌握開(kāi)放式控制器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)技術(shù)，提高機(jī)器人控制器可擴(kuò)展性、可移植性和可靠性。

四、傳感器

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并將其按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者其他可供測(cè)量的信號(hào)輸出，以滿足信息傳輸、處理、儲(chǔ)存、顯示、記錄、控制等要求。

工業(yè)機(jī)器人的準(zhǔn)確操作取決于對(duì)其自身狀態(tài)、操作對(duì)象及作業(yè)環(huán)境的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，這種認(rèn)識(shí)正是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的。

由于行業(yè)起步晚、競(jìng)爭(zhēng)壓力大，我國(guó)傳感器發(fā)展依然面臨三大困境。

首先是關(guān)鍵技術(shù)尚未突破。傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)囊括了多種學(xué)科、理論、材料和工藝知識(shí)，突破起來(lái)十分困難，目前，在人才匱乏、研發(fā)成本高昂、企業(yè)惡性競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，我國(guó)還沒(méi)有突破傳感器一些共性關(guān)鍵技術(shù)。

其次是產(chǎn)業(yè)化能力不足。國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)品不配套且不成系列，重復(fù)生產(chǎn)、惡性競(jìng)爭(zhēng)多發(fā)，使得產(chǎn)品可靠性較差、低端偏移較為嚴(yán)重，只能長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口。

再次是資源不集中。目前我國(guó)傳感器企業(yè)有1600余家，但大都以小微企業(yè)為主，盈利能力不強(qiáng)，缺乏技術(shù)引領(lǐng)的龍頭企業(yè)，最終導(dǎo)致資金、技術(shù)、企業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)等方面都變現(xiàn)出分散的狀態(tài)，資源得不到有效集中，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也遲遲無(wú)法走向成熟。

為此，《機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃》特別強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)關(guān)節(jié)位置、力矩、視覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器，滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。

五、末端執(zhí)行器

末端執(zhí)行器指的是任何一個(gè)連接在機(jī)器人邊緣（關(guān)節(jié)）具有一定功能的工具。這可能包含機(jī)器人抓手，機(jī)器人工具快換裝置，機(jī)器人碰撞傳感器，機(jī)器人旋轉(zhuǎn)連接器，機(jī)器人壓力工具，順從裝置，機(jī)器人噴涂槍，機(jī)器人毛刺清理工具，機(jī)器人弧焊焊槍，機(jī)器人電焊焊槍等等。機(jī)器人末端執(zhí)行器通常被認(rèn)為是機(jī)器人的外圍設(shè)備，機(jī)器人的附件，機(jī)器人工具，手臂末端工具（EOA）。

隨著工業(yè)機(jī)器人快速發(fā)展，末端執(zhí)行器也獲得了龐大的應(yīng)用與發(fā)展空間。為此，《機(jī)器人發(fā)展規(guī)劃》特別強(qiáng)調(diào)，要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)抓取與操作功能的多指靈巧手和具有快換功能的夾持器等末端執(zhí)行器，滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。