国产工业机器人控制器核心算法亟需突破

【研究报告 | 中国算法软件开发行业现状及发展趋势分析研究报告】

　　摘要：控制器是工业机器人的大脑，我国工业机器人控制器技术近年不断突破，新松、新时达等本土厂商国际竞争力提升显著。本文从控制器概述、国内控制器市场格局、代表性企业及国内外技术差距等维度对我国工业机器人控制器技术进行了分析。

　　近年来，我国工业机器人控制器技术突破显著，在控制器硬件方面，新时达、新松等我国国内主要工业机器人控制器企业其技术已经达到世界领先水平，但在软件方面由于核心算法缺失，采用国产控制器的工业机器人本体在稳定性、故障率、易用性等关键指标方面与ABB、Yaskawa、KUKA、FANUC仍有差距。

　　工业机器人控制器概述

　　控制器是工业机器人的三大核心部件之一，具有控制工业机器人的工作体态、运动轨迹、空间位置、操作顺序等功能。工业机器人控制器包括硬件和软件两个部分，其中硬件主要是工业控制板卡，软件主要是控制算法和二次开发等。目前我国工业机器人控制器生产厂商在硬件技术方面与国外差距较小，但在软件方面国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等方面还有差距。

表 1 工业机器人控制系统组成、分类及功能

　　日系品牌主导国内市场，新松等国内厂商发展迅速

　　近年来国产工业机器人控制器发展迅速，其中华中数控股份有限公司、新松机器人自动化股份有限公司、新时达电气股份有限公司等本土企业的相关产品均已经达到国际先进水平，但在软件方面，国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等指标与国外先进产品仍有差距。截至2017年，日系品牌占据国内工业机器人控制器市场份额的49.50%，欧美品牌占30.10%，国产品牌占比约12.20%。

图 1 国内工业机器人控制器市场格局

　　截至2017年，国内工业机器人市场主要代表性厂商包括ABB、KUKA、KEBA、FANUC、Yaskawa、新松、新时达、广州数控、华中数控、汇川技术、固高科技等。其中FANUC、Yaskawa、ABB占据近40%的份额。目前ABB、KUKA、FANUC、Yaskawa拥有先进的核心算法，控制器产品在控制精度、稳定性、响应速度、二次开发方面的优势显著;国内的新松机器人在控制器领域突破显著，其自主设计、研发的SIASUN-GRC控制系统已达到世界先进水平。

表 2 工业机器人控制器主要厂商情况

　　国内工业机器人控制器核心算法亟需突破

　　稳定性是衡量工业机器人的重要指标，控制器核心算法是决定控制器能否精确维持机器本体稳定性的核心技术。现阶段我国新松机器人、新时达、汇川技术等国有品牌在控制器硬件方面突破显著，但在软件方面与四大家族仍有差距，尤其是核心算法基本缺失，这使得我国自主生产的工业机器人在稳定性、故障率、精度等关键指标方面存在显著的劣势。未来工业生产对自动化程度要求将日益提升，这意味着对工业机器人自由度的要求将显著提升。工业机器人的自由度高低由可移动的关节数目所决定，关节数越多，自由度就越高，位移精准度越出色。实现高自由度需要使用和装配大量的伺服电机，而对伺服电机进行调控的核心部件就是控制器，这意味着一套控制系统所需要控制的伺服电机数量越多，其对应的机器人本体自由度越高，要达到这种要求需要工业机器人控制器具有超高的性能，而核心算法是决定控制器性能的关键技术。为了满足我国工业自动化的需求，尽快提升工业机器人控制器的性能，核心算法是我国工业机器人控制器厂商亟需突破的核心技术。

　　结语

　　控制器是影响工业机器人精度及稳定性的核心零部件，控制器性能的高低决定了国产工业机器人能否有效满足我国工业自动化的需求。现阶段虽然我国在工业机器人控制器硬件方面突破显著，但在核心算法方面缺失明显。未来随国内相关厂商技术能力的不断提升，相信我国工业机器人控制器核心算法技术的突破终将实现。