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　　陈杰：核心部组件协同创新是机器人产业的未来
　　
　　新形势下，机器人产业高端发展亟需创新合作模式和创新应用场景。在2023世界机器人大会机器人产业链协同创新论坛上，中电科机器人有限公司总经理陈杰，从助力机器人产业链全链高端化发展出发，指出一条发挥核心部组件产业链协同优势、引领整机性能提升、拓宽场景应用的发展之路。
　　
　　
　　
　　▲ 中电科机器人有限公司总经理 陈杰
　　
　　中电科机器人有限公司成立于2019年，是中国电科二级成员单位。围绕国家培育新兴产业战略的部署，中电科机器人有限公司在机器人电动关节、轻量型多关节机器人、外骨骼助力机器人、四足机器人等智能装备核心部件及工业机器人领域取得了一系列科研成果，已成为我国微特电机与组件研究的重要基地。
　　
　　习近平总书记提出，努力实现关键核心技术自主可控，把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。在机器人领域，核心部组件的性能决定了机器人平台的底层能力，核心部组件的突破将提升机器人整体性能指标，核心部组件的创新很可能引领整个机器人平台的转型。因此，国内机器人企业需要破解核心部组件“卡脖子”难题，提升技术创新水平，催生行业变革。
　　
　　目前，核心部组件在工业机器人的产值所占百分比没有达到该有的标准，核心部件厂商生存艰难。例如，在工业机器人成本构成中，控制器、伺服电机、减速器占机器人整体成本的75%。核心零部件的生产者应该和生产整机的厂商积极沟通、联动，增强自身竞争力，扩大生存空间，真正提升整个产业链高端价值。核心部组件应作为一个分系列来推动机器人技术的研发，包括但不限于传感器、运动部件、控制器、芯片以及末端执行机构等。
　　
　　核心部组件介绍
　　
　　以人形机器人为例，其核心部组件包括控制系统、运动关节（伺服系统和精密减速器）、传感器、智能芯片等。
　　
　　工业机器人的控制系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件即工业控制板卡，软件主要是控制算法、二次开发等。从控制系统的竞争格局来看，国外厂商占据主导地位，国内厂商竞争力较弱，生产机器人本体的厂商纷纷入局机器人控制系统赛道，但大部分还是需要购买第三方产品。当下，控制器的开发主要以传统运动控制为主，近些年随着人工智能技术的发展，基于机器学习的控制方式研究表现出超强的活力。此外，控制器要做到防水、防尘，同时要适应极寒、极热等极端环境，以保证控制器在任何环境都能正常工作。基于以上，控制系统国产化替代过程还需要较大的时间投入。
　　
　　作为机器人产业链中占成本价值75%的重要核心部组件，一体化电动关节的市场前景广阔。一体化电动关节包含电机、减速器和伺服系统，但目前这些器件的组合还不能使电动关节在整个机器人中发挥更强大的作用，尤其不能满足人形机器人的应用。国内伺服驱动器通用化产品缺乏、功率密度不足、接口功能单一、控制性能较低，占有市场率仅有20%。我国机器人领域专用伺服驱动器起步较晚，各机器人厂家为适应不同机器的人特殊功能需求，大多使用自主研制的伺服驱动产品，导致行业内缺乏通用机器人伺服驱动器，限制产业快速迭代升级；工业机器人多使用成熟的高压大功率型伺服驱动器，目前小型机器人领域所使用的直流电源供电的高功率伺服驱动器仍处于发展阶段；整机的功能有待丰富，例如增加多种通信机制、兼容多种编码器等功能；小型伺服驱动器控制性能受限于硬件体积尺寸、芯片性能等因素，控制性能较差，工业机器人需要用多圈的绝对编码器，目前该类产品严重依赖进口，是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈。近年来，国产谐波减速器在传动精度、传动效率、使用寿命、批量一致性等重要性能指标方面有着极大的提高，已经在快速地接近甚至超越国外谐波减速器。随着工业机器人、服务机器人、特种机器人产业的发展，各类机器人产品将会像汽车产业一样逐渐形成标准体系，电动关节也将率先成为下一代机器人产业的标准化核心部组件。
　　
　　传感器是机器人的重要组成部分，价值量仅次于伺服系统。2019年全球机器人传感器市场总值达到了46亿元，预计2026年可以增长到102亿元，年复合增长率为11.9%。传感器包括激光雷达、视觉相机、惯导传感器、扭矩传感器等。为使传感器和组件更好地联动，核心部件企业应积极促成产业线间的联动，向智能化、网络化、集成化和微小型化发展。
　　
　　在全球，芯片龙头企业所占市场集中效应显著，市场占有率排名前六家企业的市场占有率之和达到82%，国产化替代空间巨大。在国内，市场占有率排名前五家的企业，市场占有率之和仅有12.6%，集中度较低，有较大的发展空间。机器人行业国产芯片相比于进口同类型芯片，有主频低、运算能力弱、接口单一、存储能力低的劣势。基于以上方面，智能芯片国产化还有很长的路要走。
　　
　　关键技术及协同
　　
　　人形机器人要实现大幅度运动或快速运动，一体化电动关节是其中最关键的技术攻坚环节之一。将高扭矩密度减速器、高功率密度高转速电机、小体积高可靠驱动器、先进芯片和传感器进行一体化设计，能快速实现机器人功能化要求和实用化目标，省却上百种机器人机械电子器件的选型、设计、采购、组装的人力和时间成本，大大提升组建机器人的效率。
　　
　　一体化设计需要加强核心部件与整机系统的沟通，也要求提升关键核心部件之间的联动，即产业联动。通过模组性能与结构匹配设计与集成，考虑关节模组参数匹配，从综合因素调节单个器件的参数，采用适合于整体结构和整体性能要求的设计。以此不断完善关节特性曲线，最终形成高性能、体系化、低成本的下一代机器人产业核心零部件——一体化电动关节，覆盖整个机器人领域并形成应用。
　　
　　机器人及场景应用
　　
　　在机器人产业链中，中电科机器人有限公司结合了上游微特电机与组件、中游机器人本体和装备、下游智慧物流等行业应用，作为创新联合体牵头单位，在产业链中发挥了整合资源、协同创新的重大作用。
　　
　　工业机器人在智能制造中，多被应用于电子元器件自动化插装、移动机器人物流转运、移动式缺陷检测机器人、智能螺丝锁付系统和智能缺陷检测系统等。在物流系统中，自动卸货机器人、智能盘点机器人、多品规格码垛机器人系统、大负载机械臂、轻量型机械臂等多类机器人的参与，使仓储物流系统更智能。
　　
　　外骨骼机器人结构轻便，穿戴简单，可以减少人体的运动新陈代谢量，增强使用者的运动机能。外骨骼机器人主要考虑消防、负重、康养、物流和工业等应用场景需求，通过增强人体机能，实现人机联动和多场景应用，助力行业发展。
　　
　　足式机器人可灵活应用于多种场景。用于工厂巡检时，可实时了解运行工况，在消防救援中，能提前检测火场环境并传回图像，还可以协助背负装备，减轻消防员负担。小至家庭陪伴娱乐，大到侦察未知环境，足式机器人已进入应用阶段，前景光明。
　　
　　中电科机器人有限公司研发的人形机器人身高165厘米左右，体重不大于70公斤，全身有39个自由度，单臂负载能力不小于5公斤。该机器人可以用于物流分拣、物料配送、打标装箱、芯片烧录等重要环节，为智能工厂的搭建提供助力。
　　
　　未来关键核心组件将是高功率密度、高效率、高可靠、低成本以及智能化的组合。充分发挥核心部组件产业链协同创新效应，才能支撑机器人全行业技术攻关和场景应用，构建政产学研用共同发展的机器人产业新生态。
　　
　　本文根据中电科机器人有限公司总经理陈杰，在2023世界机器人大会产业链协同创新论坛上的演讲整理而成，经编辑。