什么是智能機(jī)器人？智能機(jī)器人需要什么樣的伺服系統(tǒng)？2016中國國際機(jī)器人論壇上，演講嘉賓清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司副總經(jīng)理湯小平就《面向智能機(jī)器人下一代伺服系統(tǒng)》為題，對(duì)上述問題發(fā)表了自己的見解，闡述了作為核心零部件之一的伺服驅(qū)動(dòng)如何參與人機(jī)融合的時(shí)代。以下是演講整理文字：

 

　　前面的專家談到人機(jī)融合對(duì)智能機(jī)器人的看法，而我們從核心零部件，從伺服這個(gè)角度來看我們能夠做一些什么？

 

　　我今天匯報(bào)內(nèi)容有四個(gè)部分，第一個(gè)先簡單介紹一下我們公司，因?yàn)橛行┡笥芽赡懿恢牢覀児臼歉墒裁吹?？第二個(gè)就是簡單的講一下什么是智能機(jī)器人。第三個(gè)講一下智能機(jī)器人需要什么樣的伺服系統(tǒng)？最后講一下目前我們做哪些工作？

 

　　先簡單介紹一下我們公司，清能德創(chuàng)成立于2012年，位于北京豐臺(tái)科技園，我們是專門研發(fā)高性能伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及解決方案的一家企業(yè)。其實(shí)伺服應(yīng)用的領(lǐng)域，它可以應(yīng)用到很多的領(lǐng)域。

 

　　第二個(gè)介紹一下什么是智能機(jī)器人？

 

 

　　智能機(jī)器人從我們理解機(jī)器人的發(fā)展也是經(jīng)歷了一個(gè)階段，現(xiàn)在用的比較多的傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人，我們認(rèn)為這種機(jī)器人，也可以把它理解成為一種智能化的設(shè)備，它跟機(jī)床鈑金這些都沒有特別大的區(qū)別，隨著技術(shù)的發(fā)展，下一步就是這種協(xié)作性的機(jī)器人，比較流行的就是人機(jī)融合的機(jī)器人，這些機(jī)器人具有一定的感知能力，碰到人的時(shí)候，或者碰到障礙物的時(shí)候能夠避開，從人機(jī)協(xié)作的角度可以保護(hù)人。

 

　　可以跟人進(jìn)行協(xié)作，未來就是智能機(jī)器人，能夠感知外部環(huán)境的變化，能夠進(jìn)行思考，還能夠進(jìn)行反饋，最重要的可以進(jìn)行一些自主的判斷。我覺得這是未來智能機(jī)器人的一個(gè)方向。這個(gè)就是剛才講的智能機(jī)器人，他是一個(gè)感知，有很多的傳感器，可以感受外界環(huán)境的變化，通過算法具有一定的學(xué)習(xí)能力，最后可以自己作出行動(dòng)。

 

　　我們智能機(jī)器人，需要什么樣的一個(gè)伺服系統(tǒng)呢？從我們核心零部件來看，如果智能機(jī)器人這樣發(fā)展下去，我們伺服能夠做什么工作？

 

 

　　首先從我們的理解來說，伺服是智能機(jī)器人的一個(gè)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，如果我們做一個(gè)智能化的機(jī)器人，要具備哪些特點(diǎn)或者功能？一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的，一個(gè)模塊化的，還有智能化的，還有就是安全，還要健康和節(jié)能，我們準(zhǔn)備從這5個(gè)方面來展開。

 

　　首先就是網(wǎng)絡(luò)化的，我們認(rèn)為未來工業(yè)機(jī)器人的伺服，應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)化的伺服，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，我們伺服也分了幾代，從過去，到將來，早期可能是伺服，如果大家做過伺服的可能知道，現(xiàn)在通過一些總線控制，將來我們認(rèn)為它通過一個(gè)實(shí)時(shí)的以太網(wǎng)進(jìn)行控制，下面一個(gè)比方，有點(diǎn)類似于早期的模擬機(jī)，到后來的數(shù)字機(jī)，到現(xiàn)在的智能機(jī)，是不同時(shí)代的產(chǎn)品。

 

　　工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，現(xiàn)在比較流行的有Ether CAT、SERCOS、PROFI NET等。下面介紹Ether CAT，高速實(shí)時(shí)通訊，有點(diǎn)雙向的像高速公路，主要是說明它的速度之快，比如說它分布100個(gè)節(jié)點(diǎn)，只要30個(gè)微秒可以把數(shù)據(jù)采集過來，如果有100個(gè)伺服，可以在100微秒之內(nèi)數(shù)據(jù)采集過來，速度非?？?。

 

　　Ether CAT的數(shù)據(jù)傳輸，它本身里面有數(shù)據(jù)的標(biāo)簽，我們有若干個(gè)伺服，每個(gè)人都有一塊表，這個(gè)表保證同步的，這樣就保證大家做同步動(dòng)作的時(shí)候，它的同步性非常好的，按照官方宣布的精確度可以小于微秒，我們公司也是第一家獲得Ether CAT獲得一致性認(rèn)證的產(chǎn)品。

 

　　我們認(rèn)為未來的伺服應(yīng)該是一個(gè)模塊化的伺服，這個(gè)模塊不僅僅是指軟件，也有硬件的模塊化。先講一下硬件模塊化，通用的一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，它的機(jī)械臂，里面是本體，里面有電機(jī)，有一般的控制柜，而現(xiàn)在機(jī)器人的一個(gè)機(jī)器關(guān)節(jié)，它里面包括了電機(jī)、編碼器和伺服驅(qū)動(dòng)器。我們認(rèn)為未來機(jī)器人應(yīng)該是這樣的一個(gè)關(guān)節(jié)，而不是分開的帶來一大柜子的關(guān)節(jié)。

 

 

　　另外在硬件上面集成度越來越高，左邊我們演示的這個(gè)，是現(xiàn)在的一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的控制，將來隨著進(jìn)一步的提高，可能集中在一塊，再發(fā)展下去也有可能把單邊系統(tǒng)，再加上驅(qū)動(dòng)，再加上傳感器，所有東西全部集中一起。

 

　　硬件模塊化設(shè)計(jì)，如果把伺服驅(qū)動(dòng)全部做到一個(gè)關(guān)節(jié)里面，你可以做的非常小，在關(guān)節(jié)里面，它的散熱肯定不太好的，這個(gè)時(shí)候?qū)π?，?duì)伺服的耐熱也是很高的考驗(yàn)，所以這個(gè)時(shí)候，我們可能要采用一些特殊的器件，比如說像碳化硅，或者是氮化鎵可能會(huì)用到，碳化硅在國內(nèi)這幾年發(fā)展非?？欤瑩?jù)我所知對(duì)效率追求比較極致的地方，比如說太陽能發(fā)電，還有像電動(dòng)車這個(gè)地方，其實(shí)碳化硅已經(jīng)開始在大量的應(yīng)用了。碳化硅的效率，前幾點(diǎn)剛了解一下，這個(gè)效率大于99%，有的地方號(hào)稱達(dá)到99.5%，這個(gè)效率基本上達(dá)到100%，已經(jīng)接近人的極限了，它效率做的非常高，如果將來我們把這個(gè)關(guān)節(jié)做的非常小，我們要采用一些新興的器械。碳化硅還有一個(gè)好處它的開關(guān)頻率，可以做到100K，機(jī)器人總是不停的運(yùn)動(dòng)停止，很多的特點(diǎn)我們認(rèn)為都適合一體化關(guān)節(jié)里面去用。

 

　　再講一個(gè)硬件的模塊化，或者說傳感器集成，大家都知道編碼器很多都是放電機(jī)上面，因?yàn)殡姍C(jī)和驅(qū)動(dòng)器本身集成一塊的，有些技術(shù)，通過這些技術(shù)編碼直接放驅(qū)動(dòng)器里面，這樣不但對(duì)成本也好，對(duì)體積也好，我覺得都是一個(gè)升級(jí)，或者說是一個(gè)創(chuàng)新。剛才那個(gè)地方也看到了，除了體積很小之外，可能只用一根電源線這個(gè)機(jī)器人就可以動(dòng)了，就跟你的家電一樣。模塊化設(shè)計(jì)，除了硬件的模塊化設(shè)計(jì)和硬件的模塊化設(shè)計(jì)，還有軟件的設(shè)計(jì)，伺服系統(tǒng)可以有自己的一個(gè)操作系統(tǒng)，這個(gè)操作系統(tǒng)當(dāng)然不是像windows操作系統(tǒng)這么復(fù)雜，它一個(gè)接口的驅(qū)動(dòng)程序，做伺服都知道不同的編碼器，不同的接口，這些協(xié)議都不一樣，如果我們都放到一個(gè)類似于操作系統(tǒng)上面去，我們匹配的時(shí)候不容易，但是上面可以加一些伺服的控制，這樣的話伺服的控制變的非常簡單，我調(diào)用誰的編碼器，這個(gè)伺服控制越來越簡單。這是我們的一個(gè)設(shè)想，我們認(rèn)為將來，我們的伺服如果要在智能機(jī)器人用的話，可能要朝著這個(gè)方向發(fā)展。

 

　　接下來講一下智能化這一塊，動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，剛才講的軟件的模塊化，有些東西經(jīng)過模塊化，我們需要的時(shí)候可以調(diào)用，一些電機(jī)，包括運(yùn)動(dòng)控制的切換等等，這個(gè)可能比較專業(yè)，我們很多的功能都做成軟件的模塊化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用，有些地方大量采用自動(dòng)的辨識(shí)，讓這個(gè)機(jī)器人變的更智能一些。

 

　　還有一個(gè)就是控制模式的變化，我們現(xiàn)在很多的控制模式，比如說位置同步，或者說速度同步，有嘉賓也說了，這可能是一個(gè)混合的，他們舉一個(gè)機(jī)器人的例子，前面是運(yùn)動(dòng)控制比較多，比如說我做的一個(gè)工作，裝齒輪，接觸齒輪的時(shí)候轉(zhuǎn)成運(yùn)動(dòng)模式，可以感受到有沒有接觸到，多大的力去裝配這個(gè)東西，未來控制模式一定是混合的控制模式，一定是根據(jù)環(huán)境和工作的要求，自動(dòng)的進(jìn)行一些模式的切換，然后條件出現(xiàn)突變的時(shí)候，機(jī)器人碰到人，或者碰到一個(gè)什么障礙物的時(shí)候，要能夠自動(dòng)的適應(yīng)，改變它的控制模式，或者進(jìn)入一個(gè)其他的模式。

 

　　接下來就講講伺服控制里面的信息和人身安全，之前說到安全的話，一般都是IT里面經(jīng)常說到，計(jì)算機(jī)的防火墻，或者是一些軟件的加密，很多人都認(rèn)為在IT行業(yè)，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及，伺服是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)直接連過去的，通過網(wǎng)絡(luò)可以遠(yuǎn)端控制這樣一個(gè)設(shè)備，那樣就帶來一個(gè)安全問題， FSOE，在這個(gè)里面加了類似于網(wǎng)端的東西，防止落到?jīng)]有授權(quán)的人手上，已經(jīng)考慮到這個(gè)。

 

　　除了信息安全還有人身的安全，說的最多就是人機(jī)協(xié)作，我看這個(gè)圖很多人用了，機(jī)器人和人協(xié)作的時(shí)候有一個(gè)安全的基礎(chǔ)，功能安全，希望停的時(shí)候，一定保證機(jī)器人能夠停下來，這是功能安全。碰到人的時(shí)候它的電流防止變化，防止對(duì)人造成傷害，還有速度和間距的控制，加上視覺，可以判斷接近障礙物的時(shí)候進(jìn)行速度的控制。

 

　　最后講一下健康和節(jié)能，這里面其實(shí)上午很多專家都已經(jīng)講了，如果把它理解成一個(gè)人的話，有經(jīng)常需要考慮的，有可能會(huì)生病，或者說不工作這種情況，這個(gè)時(shí)候結(jié)合現(xiàn)在的一些大數(shù)據(jù)，或者說云計(jì)算這些東西，有了互聯(lián)網(wǎng)這些東西以后，這些可以實(shí)現(xiàn)的，可以監(jiān)測(cè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)，有些異常的時(shí)候能夠提前發(fā)現(xiàn)，然后進(jìn)行提前的警告，或者是進(jìn)行一個(gè)維護(hù)，我們認(rèn)為也是將來伺服產(chǎn)品，包括智能產(chǎn)品的趨勢(shì)，提前診斷到這個(gè)關(guān)節(jié)，或者某一個(gè)設(shè)備可能會(huì)出問題，提前給一些警告，大家說的比較多的是可預(yù)測(cè)性維護(hù)。

 

　　在伺服里面我們倡導(dǎo)這樣的一個(gè)概念，在待機(jī)的時(shí)候是功耗掉的，比如說待機(jī)，風(fēng)扇沒有必要很高的速度轉(zhuǎn)，這個(gè)本身也是能效節(jié)能的技術(shù)。

 

　　我們小結(jié)一下，我們剛才從網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、智能化、安全、健康節(jié)能，主要是從這5個(gè)方面講了一下未來的智能化機(jī)器人，需要什么樣的伺服？

 

　　接下來講講我們作為一個(gè)伺服企業(yè)，我們做到了什么程度呢？這是我們推出來的第一款產(chǎn)品，它走的是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)Ether CAT，它具有一些節(jié)能和能效管理的特點(diǎn)，節(jié)能技術(shù)里面，除了一些能效管理之外，本身也是節(jié)能的一個(gè)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

 

 

　　另外介紹一下我們的R6，是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)伺服，它可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)6個(gè)，而且它內(nèi)部集成一些機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和算法，這個(gè)安裝起來非常的簡單，原來是線很多，現(xiàn)在線減少，而且體積也減少很多。

 

 

　　功能安全技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，很多公司，不光是國內(nèi)，很多日本的企業(yè)也考慮這些東西，從12年的時(shí)候，我們?cè)诘谝淮a(chǎn)品里面已經(jīng)把功率安全技術(shù)考慮進(jìn)來了。通俗一點(diǎn)理解，比如說我們要把這個(gè)伺服關(guān)掉，怎么保證一定能夠關(guān)掉？這就是我們要考慮的問題，有可能你的指令沒有被執(zhí)行，也可能哪個(gè)線出了問題，我想讓它關(guān)機(jī)的時(shí)候一定能夠關(guān)得了。

 

　　我們的CoolDrive系列伺服已配套兩千多臺(tái)機(jī)器人，在全國各個(gè)地區(qū)都有分布。