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當國產(chǎn)核心零部件技術(shù)創(chuàng)新崛起，中國機器人發(fā)展未來可期。

8月20日，一年一度的世界機器人大會在北京亦創(chuàng)國際會展中心如期拉開帷幕。本屆大會以“智能新生態(tài)，開放新時代”為主題，聚焦全球智能機器人前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，通過搭建全球化機器人產(chǎn)業(yè)交流平臺，推動先進技術(shù)與思想交流，為全球機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻新的智慧，注入新的活力。

同期，世界機器人博覽會、世界機器人大賽亦拉開帷幕。在展會中，A館主要展出了工業(yè)機器人與核心零部件，既包括了多關(guān)節(jié)機器人、協(xié)作機器人等最新國內(nèi)外機器人本體；也展出了新型控制器、減速機、伺服電機、傳感器等核心零部件及行業(yè)應(yīng)用的集成解決方案等。

本屆博覽會的機器人企業(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)，中國工業(yè)機器人企業(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的呢？旁邊的靈活機器手可以做些什么呢？帶著這些疑問，億歐新制造采訪了因時機器人創(chuàng)始人蔡穎鵬。

北京因時機器人科技有限公司成立于2016年5月，定位為機器人核心零部件和智能操作解決方案供應(yīng)商。公司核心團隊來自北航機器人研究所，在機器人領(lǐng)域擁有深厚的技術(shù)積累和豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗。公司核心產(chǎn)品微型伺服電缸和靈巧手已經(jīng)成功應(yīng)用于機器人、假肢、醫(yī)療及工業(yè)等領(lǐng)域，累計申請數(shù)十項國內(nèi)外發(fā)明專利，并獲得國家高新技術(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)認定。因時機器人致力于賦予機器人智能化操作能力，讓機器人更實用、更智能。此次展會，因時也帶來了最新產(chǎn)品“遙操作解決方案”。

工業(yè)機器人持續(xù)增長，核心零部件仍陷“卡脖子”困境

事實上，自2013年以來，我國就已成為全球最大的機器人消費國，工業(yè)機器人多年來穩(wěn)居世界市場頭把交椅。而且，逐年增長的中國工業(yè)機器人市場吸引了大批國外機器人頭部企業(yè)投資進入，在競爭加劇下，國產(chǎn)機器人必須加強技術(shù)創(chuàng)新。

此外，近幾年更多制造企業(yè)通過自研或購買機器人來提升企業(yè)競爭力。根據(jù)IFR報告顯示，中國、韓國、日本、美國和德國等國家對工業(yè)自動化改造的需求激活了工業(yè)機器人市場，促使全球工業(yè)機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)機器人使用密度已經(jīng)達到78臺/萬人。

在此次世界機器人大會開幕式上，工信部長苗圩表示，“2018年中國工業(yè)機器人的產(chǎn)量達到了14.8萬臺套，占全球產(chǎn)量的比重超過了38%。” “2019年上半年，全球機器人市場規(guī)模達到144億美元，而中國機器人市場規(guī)模為42.5億美元。” 中國科協(xié)黨組書記懷進鵬指出。

由此可見，市場需求拉動下，作為制造業(yè)融合創(chuàng)新的重要載體，中國機器人產(chǎn)業(yè)正蓬勃發(fā)展。在此背景下，各地推動機器換人和自動化技術(shù)改造的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展。

然而，國產(chǎn)機器人發(fā)展仍面臨許多問題和挑戰(zhàn)，其中，核心零部件 “卡脖子”現(xiàn)象尤為嚴重。多年來，國內(nèi)工業(yè)機器人的核心部件長期受制于日美歐等國際巨頭，依賴進口使得國產(chǎn)機器人成本高昂，在缺乏技術(shù)創(chuàng)新情況下，很難發(fā)展整機產(chǎn)業(yè)以及下游集成應(yīng)用。

“核心零部件國產(chǎn)化是機器人市場必經(jīng)階段，這也是國家重點支持的領(lǐng)域。伺服電機、減速器和控制器等核心零部件一體化，可能是未來機器人發(fā)展新趨勢。”蔡穎鵬表示。

微型伺服電缸，賦予機器人一雙“靈巧手”

伺服電機是一種補助馬達間接變速裝置，可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象，相當于工業(yè)機器人的“神經(jīng)系統(tǒng)”。

深諳“神經(jīng)系統(tǒng)”的重要性，因時創(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、行星減速器、絲桿機構(gòu)、傳感器以及驅(qū)動控制器，具有小體積、高功率密度、高重復(fù)定位精度的特點。它攻克了小型減速器設(shè)計制造工藝、伺服控制技術(shù)和小型化集成等多項關(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

事實上，因時微型伺服電缸的LA系列為原有型號，本次展會新發(fā)布了LAS、LAF、LASF系列。相比原有型號，由于LAS系列微型伺服電缸的電機和絲桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心不在一條直線上，通過齒輪傳動平行布置，因此整體長度更短，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準型和力控型兩個系列，標準型具有前饋補償?shù)奈恢瞄]環(huán)控制和定位末端運動規(guī)劃功能；力控型在標準型的基礎(chǔ)上，增加了力傳感器及相應(yīng)的信號采集濾波算法，可以檢測微型伺服電缸實際的受力情況。

“LA10系列中，整個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、減速器、絲桿機構(gòu)、傳感器以及驅(qū)動控制器等，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)。”蔡穎鵬強調(diào)。

事實上，內(nèi)部集成6個微型伺服電缸（原有型號）和6個壓力傳感器的因時仿人五指靈巧手在今年1月份就已經(jīng)上市銷售，作為國內(nèi)首款達到商用級別的量產(chǎn)靈巧手，其已應(yīng)用于機器人末端執(zhí)行器、假肢、教育科研裝備等。

相比于國外動輒幾十萬上百萬的靈巧手產(chǎn)品，以及國內(nèi)不少還處于實驗室階段的靈巧手，因時的靈巧手是業(yè)內(nèi)同仁找尋已久的一類產(chǎn)品。因時仿人五指靈巧手具有6個自由度和12個運動關(guān)節(jié)，結(jié)合力為混合控制算法，可以模擬人手實現(xiàn)精準的抓取操作。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。

因時機器人靈巧手

應(yīng)用場景廣泛，“遙操作解決方案”首次亮相

一體化伺服驅(qū)動單元，使用更加便捷，為機器人、醫(yī)療設(shè)備、自動化設(shè)備的設(shè)計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)價值。因時的伺服控制系統(tǒng)，主要面向B端機器人企業(yè)。

除機器人靈巧手以外，微型直線伺服系統(tǒng)，還能應(yīng)用在仿生機器人的并聯(lián)協(xié)作、醫(yī)療器械的中醫(yī)診脈、消費領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)舵機、航模的無人機螺旋槳以及其他骨骼機械手中。

此次展會，因時機器人還展出了最新遙操作機械手。經(jīng)筆者了解，這其實是一套“遙操作解決方案”，由國內(nèi)四家機器人公司合作完成。

遙操作解決方案

據(jù)展臺負責(zé)人介紹，整套方案的操控端由動捕系統(tǒng)和力反饋外骨骼機械手構(gòu)成，可以采集到人體雙臂位置信息以及手指的握力信息，并將機器人端的實際受力情況反饋到外骨骼機械手，實現(xiàn)力感知與力傳遞；機器人端由移動底盤、雙臂協(xié)作機器人和靈巧手構(gòu)成，可以在自主運動和遠程遙控兩種工作模式進行切換。

事實上，力感知和力控制是實現(xiàn)遙操作過程中最為重要的一環(huán)。就現(xiàn)階段而言，由于環(huán)境感知、物體識別定位，以及決策、規(guī)劃、控制技術(shù)尚未成熟，機器人在大多數(shù)環(huán)境下還無法實現(xiàn)完全自主決策和自主操作。因此，人機協(xié)作遙操作不失為當前技術(shù)發(fā)展階段的一個有效方案。

“此次展出的外骨骼機械手，是穿戴式機械手產(chǎn)品，當手臂上的外骨骼傳感器檢測到手指姿態(tài)的信號，會將其傳輸給雙臂機器人末端的靈巧手，從而實現(xiàn)動作同步。”蔡穎鵬告訴記者。

因時機器人立足微型伺服電缸，賦予了原本堅硬的機器人更多想象。機器人“靈巧手”、“骨骼手”的展出，不僅是國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)的進步，更代表著國內(nèi)核心零部件在創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展走出的堅實一步，因時機器人跨出的“一小步”，也是中國機器人核心零部件跨出的一大步。