當(dāng)國(guó)產(chǎn)核心零部件技術(shù)創(chuàng)新崛起,中國(guó)機(jī)器人發(fā)展未來(lái)可期。
8月20日,一年一度的世界機(jī)器人大會(huì)在北京亦創(chuàng)國(guó)際會(huì)展中心如期拉開帷幕。本屆大會(huì)以“智能新生態(tài),開放新時(shí)代”為主題,聚焦全球智能機(jī)器人前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì),通過(guò)搭建全球化機(jī)器人產(chǎn)業(yè)交流平臺(tái),推動(dòng)先進(jìn)技術(shù)與思想交流,為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)新的智慧,注入新的活力。
同期,世界機(jī)器人博覽會(huì)、世界機(jī)器人大賽亦拉開帷幕。在展會(huì)中,A館主要展出了工業(yè)機(jī)器人與核心零部件,既包括了多關(guān)節(jié)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人等最新國(guó)內(nèi)外機(jī)器人本體;也展出了新型控制器、減速機(jī)、伺服電機(jī)、傳感器等核心零部件及行業(yè)應(yīng)用的集成解決方案等。
本屆博覽會(huì)的機(jī)器人企業(yè),吸引了眾多觀眾的眼球。億歐新制造在參觀完A區(qū)工業(yè)館后發(fā)現(xiàn),中國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)已經(jīng)在各自的領(lǐng)域大放異彩,不僅在產(chǎn)品創(chuàng)新和商用實(shí)踐方面加快落地,核心零部件技術(shù)層面也得到了大幅度提升。
在眾多機(jī)器人企業(yè)中,一家展出微型伺服電缸的企業(yè)吸引了筆者的關(guān)注,手指關(guān)節(jié)大小的微型伺服電缸是怎么做出來(lái)的呢?旁邊的靈活機(jī)器手可以做些什么呢?帶著這些疑問(wèn),億歐新制造采訪了因時(shí)機(jī)器人創(chuàng)始人蔡穎鵬。
北京因時(shí)機(jī)器人科技有限公司成立于2016年5月,定位為機(jī)器人核心零部件和智能操作解決方案供應(yīng)商。公司核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自北航機(jī)器人研究所,在機(jī)器人領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積累和豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)。公司核心產(chǎn)品微型伺服電缸和靈巧手已經(jīng)成功應(yīng)用于機(jī)器人、假肢、醫(yī)療及工業(yè)等領(lǐng)域,累計(jì)申請(qǐng)數(shù)十項(xiàng)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利,并獲得國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村雛鷹人才企業(yè)和中關(guān)村金種子企業(yè)認(rèn)定。因時(shí)機(jī)器人致力于賦予機(jī)器人智能化操作能力,讓機(jī)器人更實(shí)用、更智能。此次展會(huì),因時(shí)也帶來(lái)了最新產(chǎn)品“遙操作解決方案”。
工業(yè)機(jī)器人持續(xù)增長(zhǎng),核心零部件仍陷“卡脖子”困境
事實(shí)上,自2013年以來(lái),我國(guó)就已成為全球最大的機(jī)器人消費(fèi)國(guó),工業(yè)機(jī)器人多年來(lái)穩(wěn)居世界市場(chǎng)頭把交椅。而且,逐年增長(zhǎng)的中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)吸引了大批國(guó)外機(jī)器人頭部企業(yè)投資進(jìn)入,在競(jìng)爭(zhēng)加劇下,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人必須加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。
此外,近幾年更多制造企業(yè)通過(guò)自研或購(gòu)買機(jī)器人來(lái)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)IFR報(bào)告顯示,中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)和德國(guó)等國(guó)家對(duì)工業(yè)自動(dòng)化改造的需求激活了工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng),促使全球工業(yè)機(jī)器人使用密度大幅提升,目前在全球制造業(yè)領(lǐng)域,工業(yè)機(jī)器人使用密度已經(jīng)達(dá)到78臺(tái)/萬(wàn)人。
在此次世界機(jī)器人大會(huì)開幕式上,工信部長(zhǎng)苗圩表示,“2018年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)量達(dá)到了14.8萬(wàn)臺(tái)套,占全球產(chǎn)量的比重超過(guò)了38%。” “2019年上半年,全球機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到144億美元,而中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模為42.5億美元。” 中國(guó)科協(xié)黨組書記懷進(jìn)鵬指出。
由此可見(jiàn),市場(chǎng)需求拉動(dòng)下,作為制造業(yè)融合創(chuàng)新的重要載體,中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正蓬勃發(fā)展。在此背景下,各地推動(dòng)機(jī)器換人和自動(dòng)化技術(shù)改造的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展。
然而,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展仍面臨許多問(wèn)題和挑戰(zhàn),其中,核心零部件 “卡脖子”現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。多年來(lái),國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的核心部件長(zhǎng)期受制于日美歐等國(guó)際巨頭,依賴進(jìn)口使得國(guó)產(chǎn)機(jī)器人成本高昂,在缺乏技術(shù)創(chuàng)新情況下,很難發(fā)展整機(jī)產(chǎn)業(yè)以及下游集成應(yīng)用。
“核心零部件國(guó)產(chǎn)化是機(jī)器人市場(chǎng)必經(jīng)階段,這也是國(guó)家重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。伺服電機(jī)、減速器和控制器等核心零部件一體化,可能是未來(lái)機(jī)器人發(fā)展新趨勢(shì)?!辈谭f鵬表示。
微型伺服電缸,賦予機(jī)器人一雙“靈巧手”
伺服電機(jī)是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置,可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象,相當(dāng)于工業(yè)機(jī)器人的“神經(jīng)系統(tǒng)”。
深諳“神經(jīng)系統(tǒng)”的重要性,因時(shí)創(chuàng)新推出了微型伺服電缸。“該系統(tǒng)內(nèi)部集成了空心杯電機(jī)、行星減速器、絲桿機(jī)構(gòu)、傳感器以及驅(qū)動(dòng)控制器,具有小體積、高功率密度、高重復(fù)定位精度的特點(diǎn)。它攻克了小型減速器設(shè)計(jì)制造工藝、伺服控制技術(shù)和小型化集成等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),具有很高的技術(shù)壁壘?!?蔡穎鵬指出。
微型伺服電缸
事實(shí)上,因時(shí)微型伺服電缸的LA系列為原有型號(hào),本次展會(huì)新發(fā)布了LAS、LAF、LASF系列。相比原有型號(hào),由于LAS系列微型伺服電缸的電機(jī)和絲桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心不在一條直線上,通過(guò)齒輪傳動(dòng)平行布置,因此整體長(zhǎng)度更短,截面尺寸比LA系列稍大。
微型伺服電缸按照功能可以分成標(biāo)準(zhǔn)型和力控型兩個(gè)系列,標(biāo)準(zhǔn)型具有前饋補(bǔ)償?shù)奈恢瞄]環(huán)控制和定位末端運(yùn)動(dòng)規(guī)劃功能;力控型在標(biāo)準(zhǔn)型的基礎(chǔ)上,增加了力傳感器及相應(yīng)的信號(hào)采集濾波算法,可以檢測(cè)微型伺服電缸實(shí)際的受力情況。
“LA10系列中,整個(gè)微型伺服電缸尺寸不足成人手指大小,但內(nèi)部卻包含了電機(jī)、減速器、絲桿機(jī)構(gòu)、傳感器以及驅(qū)動(dòng)控制器等,并且整體重量只有20g,是目前市面上體積最小、重量最輕的一體化直線伺服系統(tǒng)?!辈谭f鵬強(qiáng)調(diào)。
事實(shí)上,內(nèi)部集成6個(gè)微型伺服電缸(原有型號(hào))和6個(gè)壓力傳感器的因時(shí)仿人五指靈巧手在今年1月份就已經(jīng)上市銷售,作為國(guó)內(nèi)首款達(dá)到商用級(jí)別的量產(chǎn)靈巧手,其已應(yīng)用于機(jī)器人末端執(zhí)行器、假肢、教育科研裝備等。
相比于國(guó)外動(dòng)輒幾十萬(wàn)上百萬(wàn)的靈巧手產(chǎn)品,以及國(guó)內(nèi)不少還處于實(shí)驗(yàn)室階段的靈巧手,因時(shí)的靈巧手是業(yè)內(nèi)同仁找尋已久的一類產(chǎn)品。因時(shí)仿人五指靈巧手具有6個(gè)自由度和12個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié),結(jié)合力為混合控制算法,可以模擬人手實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的抓取操作。0.5N的指尖壓力分辨率已經(jīng)可以滿足葡萄、豆腐等柔軟物體的抓取要求。
因時(shí)機(jī)器人靈巧手
應(yīng)用場(chǎng)景廣泛,“遙操作解決方案”首次亮相
一體化伺服驅(qū)動(dòng)單元,使用更加便捷,為機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)開辟了一條新的技術(shù)路線,具有非常廣泛的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。因時(shí)的伺服控制系統(tǒng),主要面向B端機(jī)器人企業(yè)。
除機(jī)器人靈巧手以外,微型直線伺服系統(tǒng),還能應(yīng)用在仿生機(jī)器人的并聯(lián)協(xié)作、醫(yī)療器械的中醫(yī)診脈、消費(fèi)領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)舵機(jī)、航模的無(wú)人機(jī)螺旋槳以及其他骨骼機(jī)械手中。
此次展會(huì),因時(shí)機(jī)器人還展出了最新遙操作機(jī)械手。經(jīng)筆者了解,這其實(shí)是一套“遙操作解決方案”,由國(guó)內(nèi)四家機(jī)器人公司合作完成。
遙操作解決方案
據(jù)展臺(tái)負(fù)責(zé)人介紹,整套方案的操控端由動(dòng)捕系統(tǒng)和力反饋外骨骼機(jī)械手構(gòu)成,可以采集到人體雙臂位置信息以及手指的握力信息,并將機(jī)器人端的實(shí)際受力情況反饋到外骨骼機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)力感知與力傳遞;機(jī)器人端由移動(dòng)底盤、雙臂協(xié)作機(jī)器人和靈巧手構(gòu)成,可以在自主運(yùn)動(dòng)和遠(yuǎn)程遙控兩種工作模式進(jìn)行切換。
事實(shí)上,力感知和力控制是實(shí)現(xiàn)遙操作過(guò)程中最為重要的一環(huán)。就現(xiàn)階段而言,由于環(huán)境感知、物體識(shí)別定位,以及決策、規(guī)劃、控制技術(shù)尚未成熟,機(jī)器人在大多數(shù)環(huán)境下還無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全自主決策和自主操作。因此,人機(jī)協(xié)作遙操作不失為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展階段的一個(gè)有效方案。
“此次展出的外骨骼機(jī)械手,是穿戴式機(jī)械手產(chǎn)品,當(dāng)手臂上的外骨骼傳感器檢測(cè)到手指姿態(tài)的信號(hào),會(huì)將其傳輸給雙臂機(jī)器人末端的靈巧手,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)作同步?!辈谭f鵬告訴記者。
因時(shí)機(jī)器人立足微型伺服電缸,賦予了原本堅(jiān)硬的機(jī)器人更多想象。機(jī)器人“靈巧手”、“骨骼手”的展出,不僅是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步,更代表著國(guó)內(nèi)核心零部件在創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展走出的堅(jiān)實(shí)一步,因時(shí)機(jī)器人跨出的“一小步”,也是中國(guó)機(jī)器人核心零部件跨出的一大步。