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亟待攻克核心技术:算法欠账多 国产“大脑”爱出错

九擎科技2018-06-27

  亟待攻克的核心技术

  两台机器人分别控制双层托盘,让其不断地倾斜、转动,另一台机器人控制机械臂在托盘上十个障碍物间不停地穿行而不受阻碍。这段工业机器人演示视频让人看得眼花缭乱。“这可是人家2009年的技术,我们现在也无法做到”,机器人从业者马龙感慨地说。

  想要完成如此复杂的动作,工业机器人的大脑——核心控制器必须足够聪明。但由于没有掌握核心算法,国产工业机器人“大脑”还不够聪明,稳定性、故障率、易用性等关键指标远不如工业机器人“四大家族”发那科、ABB、安川、库卡(以下简称“四大家族”)的产品。

  据统计,我国已经连续5年成为世界第一大机器人应用市场,但高端机器人仍然依赖于进口。核心算法的差距,是国产工业机器人向高端制造迈进的拦路虎。

  算法欠账多 国产“大脑”爱出错

  作为工业级产品,衡量机器人优劣主要有两个标准:稳定性和性。核心控制器是影响稳定性的关键部件,有着工业机器人“大脑”之称。而软件相当于语言,把“大脑”的想法传递出去。

  要讲好这门“语言”,需要底层核心算法。“四大家族”可以出售伺服系统、减速器、编码器等关键部件,但对核心算法一直秘而不宣,绝不外泄。

  核心算法差距过大,导致国产机器人稳定性不佳,故障率居高不下。“参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿……”某国内机器人企业技术总监孙尧(化名)掰着手指头,一项项算给科技日报记者,“算法的差距,拖慢了整个系统的响应速度和稳定精度。”

  “工厂里一百多台‘四大家族’设备,一年也出不了几次故障;如果用国产机器人,故障率可能是人家几倍。”沈阳霹雳科技有限公司技术合伙人、机器人软件工程师周超说。

  因此,部分客户宁愿买二手进口机器人,缴纳一笔不菲的“重新开机费”,也不愿意使用国产机器人。

  “好的算法,几千行就能让机器人稳定运行不出故障;差的算法,几万行也达不到人家的水准,”周超介绍,“就好比两个司机开车,刚拿驾照的新手和经验丰富的赛车手,上路之后差距一目了然。”

  知其然,不知其所以然,正是核心算法多年来欠账的结果。

  不掌握核心算法,生产精度需求不高的产品还勉强可以,但倘若应用到航天航空、军工等高端领域,就只能依赖进口工业机器人了。

  “打个比方,底层核心算法好比手机操作系统,我们更多在做APP。虽然做基础研究投入大、回报低,做APP赚钱快,但只做APP,永远也无法超过苹果和谷歌,”周超说,“况且一旦别人对你封锁系统,APP做得再好用也无济于事。”

  软件卡脖子 定价权拱手让人

  算法的差距不只体现在核心控制器上,更拖慢了伺服系统响应的速度。

  机器人每完成一个动作,需要核心控制器、伺服驱动器和伺服电机协同作战。打个比方,就像一场“战争”,“将军”下令进攻;“传令兵”传递进攻信号;得令的“士兵”向指定位置冲锋。

  现在“四大家族”的产品已经进化到“将军”通过4G信号直接指挥“士兵”;而国产机器人尚停留在传令兵时代,速度当然就慢了许多。

  “如果不掌握核心算法,这一差距很难被缩小。”马龙告诉科技日报记者。据他介绍,对于单台伺服系统,国产机器人动态与静态精度都很高,但高端机器人一般同时有6台以上伺服系统,用传统的控制方法难以取得好的控制效果。

  多台伺服系统需要“大脑”提前进行计算。通过底层算法,国外核心控制器可以通过伺服系统的电流环直接操作电机,实现高动态多轴非线性条件下的精密控制,因此“四大家族”的机器人响应速度更快、定位更准确。

  由于算法、软件的差距,最终产品的售价也天差地别。以伺服系统为例,即使核心元器件几乎完全一样,成本其实相差无几,但国外的产品售价贵10倍。

  “这是因为国产伺服系统基本都使用自带软件库,国外企业限制很多功能,不向我们开放,比如位置环的S曲线功能,你想要这个功能,就得掏钱买人家的产品,定价权就这样让出去了。”马龙说。

  鼓励企业投入研发 机器人未来可期

  尽管与“四大家族”相比差距明显,但专家、从业者都比较看好国产机器人的未来。

  从技术上看,硬件的发展已有几十年历史,几无秘密可言;软件方面,我国拥有数量庞大的IT从业人口,“现在,我们很多企业也可以集成出高水准的工业机器人产品,”周超说,“但完全自主知识产权、拥有关键部件核心技术的国产工业机器人,还需要经验、时间与整个产业链的积累、打磨。”

  工业机器人市场有点像几年前的智能手机市场。只要熟悉产业链、供应链,很快就能“攒”出一台机器人产品。但想要掌握核心技术,却并不那么容易。当某一项技术取得突破,等待市场检验、慢慢成熟时,国外厂商很可能会压低该零部件的价格,提供功能更成熟、价格更便宜的方案,导致国内企业投入与回报不成正比,这也是很多企业不愿意在底层研发上投入的原因。

  “作为从业者,我们希望能有更多以技术为导向的政策,只要技术达标,就给予企业一定的市场空间,在实践中慢慢打磨产品,吃透核心技术,鼓励企业将更多的人力、财力投入到研发当中,这样才能让国产工业机器人真正在世界的舞台上唱主角,”马龙说。

 
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