控制器是工業(yè)機器人的三大核心零部件之一，也是工業(yè)機器人的大腦，它的好壞直接決定了機器人性能的優(yōu)劣，因此，不管是ABB、KUKA，還是新松、新時達等國內(nèi)外各大工業(yè)機器人供應(yīng)商都不約而同地把控制器的主導(dǎo)權(quán)掌握在自己手中。
工業(yè)機器人的發(fā)展目標(biāo)，即開發(fā)滿足用戶需求的工業(yè)機器人系統(tǒng)集成技術(shù)、主機設(shè)計技術(shù)及關(guān)鍵零部件制造技術(shù)，突破一批核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件，提升量大面廣主流產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性指標(biāo)，在重要工業(yè)制造領(lǐng)域推進工業(yè)機器人的規(guī)?；痉稇?yīng)用。
作為全球最大的工業(yè)機器人市場，中國的工業(yè)機器人需求約占全球三分之一左右。在巨大的需求刺激以及國家政策的支持下，中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)也得到了長足的發(fā)展，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，2017年1-11月，中國工業(yè)機器人累計產(chǎn)量11.817萬臺，跟去年同比增長68.8%，是增長最快的產(chǎn)品之一。
在此背景之下，工業(yè)機器人控制器也實現(xiàn)了爆發(fā)式增長。據(jù)預(yù)測，2017年機器人控制器市場規(guī)模達8.78億元。控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設(shè)計研發(fā)。
目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎(chǔ)上進行自主研發(fā)，各品牌機器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢。
工業(yè)機器人控制器研究現(xiàn)狀
隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，為處理器的性能越來越高，價格越來越便宜。高性價比的微處理器使得開發(fā)低成本、高性能的工業(yè)機器人控制器成為可能。
為了保證系統(tǒng)具有足夠的計算與存儲能力，目前工業(yè)機器人控制器多采用計算能力較強的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成。此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全滿足某些工業(yè)機器人系統(tǒng)在價格、性能、集成度和接口等方面的要求，這就產(chǎn)生了工業(yè)機器人系統(tǒng)對SoC(SystemonChip)技術(shù)的需求，將特定的處理器與所需要的接口集成在一起，可簡化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計，縮小系統(tǒng)尺寸，并降低成本。
目前國際上還沒有專用于工業(yè)機器人系統(tǒng)中的伺服通信總線，在實際應(yīng)用過程中，通常根據(jù)系統(tǒng)需求，把常用的一些總線，如以太網(wǎng)、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于工業(yè)機器人系統(tǒng)中。
在控制器體系結(jié)構(gòu)方面，其研究重點是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。在開放式控制器體系結(jié)構(gòu)研究方面，有兩種基本結(jié)構(gòu)，一種是基于硬件層次劃分的結(jié)構(gòu)，該類型結(jié)構(gòu)比較簡單，在日本，體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來劃分，如三菱重工株式會社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)劃分為五層結(jié)構(gòu);另一種是基于功能劃分的結(jié)構(gòu)，它將軟硬件一同考慮，其是工業(yè)機器人控制器體系結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展的方向。
由于硬件大多都是外購，工業(yè)機器人供應(yīng)商幾乎都能買到相同的硬件，而軟件往往就成為了工業(yè)機器人控制器的核心，大部分工業(yè)機器人供應(yīng)商都有自己獨立的開發(fā)環(huán)境和工業(yè)機器人編程語言，很多大學(xué)在工業(yè)機器人開發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作，提供了很多開放源碼，可在部分工業(yè)機器人硬件結(jié)構(gòu)下進行集成和控制操作，目前已在實驗室環(huán)境下進行了許多相關(guān)實驗。
隨著工業(yè)機器人控制技術(shù)的發(fā)展，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機器人控制器的缺陷，開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)機器人控制器”是當(dāng)前工業(yè)機器人控制器的一個發(fā)展方向。
下面我們來看看國內(nèi)外各大工業(yè)機器人控制器品牌的現(xiàn)狀。
ABB
IRC5控制器是ABB研發(fā)的工業(yè)機器人控制器，由一個控制模塊和一個驅(qū)動模塊組成，可選增一個過程模塊以容納定制設(shè)備和接口，如點焊、弧焊和膠合等。配備這三種模塊的靈活型控制器完全有能力控制一臺6軸工業(yè)機器人外加伺服驅(qū)動工件定位器及類似設(shè)備。如需增加工業(yè)機器人的數(shù)量，只需為每臺新增工業(yè)機器人增裝一個驅(qū)動模塊，還可選擇安裝一個過程模塊，最多可控制四臺工業(yè)機器人在MultiMove模式下作業(yè)。各模塊間只需要兩根連接電纜，一根為安全信號傳輸電纜，另一根為以太網(wǎng)連接電纜，供模塊間通信使用，模塊連接簡單易行。
KUKA
KRC4是庫卡開發(fā)的一個全新的、結(jié)構(gòu)清晰且注重使用開放高效數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu)，這個系統(tǒng)架構(gòu)中集成的所有安全控制(Safety Control)、工業(yè)機器人控制(Robot Control)、運動控制(Motion Control)、邏輯控制(Logic Control)及工藝過程控制(Process Control)均擁有相同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施并可以對其進行智能化使用和分享。使系統(tǒng)具有最高性能、可升級性和靈活性。
KEBA
KEBA并不是工業(yè)機器人生產(chǎn)商，是工業(yè)機器人控制器行業(yè)為數(shù)不多的非工業(yè)機器人生產(chǎn)商，他的產(chǎn)品是工業(yè)級伺服控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度工業(yè)機器人的控制，該控制系統(tǒng)中通過VxWorks平臺或者Windows+RTX實時擴展平臺保證軟件運行環(huán)境的實時性，通過運動規(guī)劃和運動控制單元可以實現(xiàn)對總線式伺服驅(qū)動器的控制，從而達到對工業(yè)機器人的精確控制。
KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運動控制系統(tǒng)軟硬件模塊化控制器。硬件包括KeMotion控制器，以及各種外圍模塊組成，它們通過以太網(wǎng)或總線的形式與控制器連接，實現(xiàn)面向各種應(yīng)用的搭配?？刂葡到y(tǒng)軟件的核心部分是運行在控制器硬件平臺(x86嵌入式微處理器)上一整套軟件。自底向上的看，首先底層的OS是VxWorks實時操作系統(tǒng)，這為系統(tǒng)的實時性和可靠性提供了一個基礎(chǔ)，同時也為應(yīng)用軟件提供運行環(huán)境。
發(fā)那科
FANUCRobotR-30iA是發(fā)那科研發(fā)的新一代工業(yè)機器人控制器，具有性能高，響應(yīng)快，安全性能強等特點。作為唯一集成了視學(xué)功能的工業(yè)機器人控制器，將大量節(jié)約為實現(xiàn)柔性生產(chǎn)所需的周邊設(shè)備成本?；贔ANUC自身軟件平臺研發(fā)的各種功能強大的點焊、涂膠、搬運等專用軟件，在使工業(yè)機器人的操作變得更加簡單的同時，也使系統(tǒng)具有徹底免疫計算機病毒的功能。
安川
安川開發(fā)的是基于PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能的工業(yè)機器人控制器，2016年，安川還推出了配備人工智能的機器人控制，可自動設(shè)定焊接條件，高精度預(yù)測機器人主體的壽命等。將為啟動作業(yè)的效率化、縮短機械障礙時的停止時間做出貢獻。
控制器內(nèi)的AI可自行尋找最佳的焊接條件，反映至機器人的實際作業(yè)中。通常在焊接多個位置時需要設(shè)定不同的條件，新控制器中的設(shè)定工作部分實現(xiàn)了自動化。在焊接之外，還考慮在涂裝、加工等機械臂前端動作需要進行細微設(shè)定的用途領(lǐng)域應(yīng)用。
新松機器人
新松是中國工業(yè)機器人的巨頭，其SIASUN-GRC機器人控制器具有自主版權(quán)、自主開發(fā)的實用化、商品化的機器人控制器，該機器人控制器設(shè)計合理、技術(shù)先進、性能優(yōu)越、系統(tǒng)可靠、使用方便。采用交流伺服驅(qū)動，絕對碼盤檢測和大屏幕漢字示教編程盒等多項最新技術(shù)，形成了先進的高性能機器人控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體性能已達到國際先進水平，是國內(nèi)第一個可商品化的機器人控制器，具有小批量生產(chǎn)能力。
新時達
憑借著在電氣控制領(lǐng)域、伺服器與控制器方面近20年的研發(fā)積累，新時達已掌握了機器人及運動控制技術(shù)，是國產(chǎn)機器人品牌里自主化率最高的公司之一。據(jù)悉，新時達機器人智能系統(tǒng)中的機器人本體、控制器、軟件系統(tǒng)、驅(qū)動控制系統(tǒng)均為自主研發(fā)。
廣州數(shù)控
在豐富的機床數(shù)控技術(shù)積累基礎(chǔ)上，廣州數(shù)控掌握了機器人控制器、伺服驅(qū)動、伺服電機的完全知識產(chǎn)權(quán)，其中GSK-RC是廣州數(shù)控自主研發(fā)生產(chǎn)，具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的機器人控制器。
華中數(shù)控
華中數(shù)控早在1999年就開發(fā)出了華中I型機器人的控制系統(tǒng)，經(jīng)過近20年的發(fā)展，在控制器、伺服驅(qū)動器和電機這三大核心部件領(lǐng)域均具備較大的技術(shù)優(yōu)勢，CCR系列是華中數(shù)控自主要發(fā)的機器人控制系統(tǒng)。
固高科技
固高科技從2001年就開始研發(fā)四軸機器人控制器，2006年涉足六軸機器人控制器，是國內(nèi)最早研究機器人控制器的企業(yè)之一，截止目前，固高控制系統(tǒng)涵蓋了從三軸到八軸各類型號機器人，其中技術(shù)難度最大的八軸機器人控制系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
匯川技術(shù)
匯川技術(shù)憑借變頻器和伺服起家，從2013年擴展到控制器領(lǐng)域，2014年，匯川技術(shù)推出了基于EtherCAT總線的IMC100機器人控制器和IS620N總線型絕對值的機器人專用伺服系統(tǒng)，目前主要針對的市場包括小型六軸、小型SCARA和并聯(lián)機器人等新興應(yīng)用領(lǐng)域。
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