兩臺機(jī)器人分別控制雙層托盤，讓其不斷地傾斜、轉(zhuǎn)動，另一臺機(jī)器人控制機(jī)械臂在托盤上十個障礙物間不停地穿行而不受阻礙。這段工業(yè)機(jī)器人演示視頻讓人看得眼花繚亂。“這可是人家2009年的技術(shù)，我們現(xiàn)在也無法做到”，資深機(jī)器人從業(yè)者馬龍感慨地說。
想要完成如此復(fù)雜的動作，工業(yè)機(jī)器人的大腦——核心控制器必須足夠聰明。但由于沒有掌握核心算法，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人“大腦”還不夠聰明，穩(wěn)定性、故障率、易用性等關(guān)鍵指標(biāo)遠(yuǎn)不如工業(yè)機(jī)器人“四大家族”發(fā)那科、ABB、安川、庫卡(以下簡稱“四大家族”)的產(chǎn)品。
據(jù)統(tǒng)計，我國已經(jīng)連續(xù)5年成為世界第一大機(jī)器人應(yīng)用市場，但高端機(jī)器人仍然依賴于進(jìn)口。核心算法的差距，是國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人向高端制造邁進(jìn)的攔路虎。
算法欠賬多 國產(chǎn)“大腦”愛出錯
作為工業(yè)級產(chǎn)品，衡量機(jī)器人優(yōu)劣主要有兩個標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定性和精確性。核心控制器是影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵部件，有著工業(yè)機(jī)器人“大腦”之稱。而軟件相當(dāng)于語言，把“大腦”的想法傳遞出去。
要講好這門“語言”，需要底層核心算法。“四大家族”可以出售伺服系統(tǒng)、減速器、編碼器等關(guān)鍵部件，但對核心算法一直秘而不宣，絕不外泄。
核心算法差距過大，導(dǎo)致國產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性不佳，故障率居高不下。“參數(shù)自整定，抑震算法，轉(zhuǎn)矩波動補償……”某國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)技術(shù)總監(jiān)孫堯(化名)掰著手指頭，一項項算給科技日報記者，“算法的差距，拖慢了整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度。”
“工廠里一百多臺‘四大家族’設(shè)備，一年也出不了幾次故障;如果用國產(chǎn)機(jī)器人，故障率可能是人家?guī)妆丁?rdquo;沈陽霹靂科技有限公司技術(shù)合伙人、資深機(jī)器人軟件工程師周超說。
因此，部分客戶寧愿買二手進(jìn)口機(jī)器人，繳納一筆不菲的“重新開機(jī)費”，也不愿意使用國產(chǎn)機(jī)器人。
“好的算法，幾千行就能讓機(jī)器人穩(wěn)定運行不出故障;差的算法，幾萬行也達(dá)不到人家的水準(zhǔn)，”周超介紹，“就好比兩個司機(jī)開車，剛拿駕照的新手和經(jīng)驗豐富的賽車手，上路之后差距一目了然。”
知其然，不知其所以然，正是核心算法多年來欠賬的結(jié)果。
不掌握核心算法，生產(chǎn)精度需求不高的產(chǎn)品還勉強(qiáng)可以，但倘若應(yīng)用到航天航空、軍工等高端領(lǐng)域，就只能依賴進(jìn)口工業(yè)機(jī)器人了。
“打個比方，底層核心算法好比手機(jī)操作系統(tǒng)，我們更多在做APP。雖然做基礎(chǔ)研究投入大、回報低，做APP賺錢快，但只做APP，永遠(yuǎn)也無法超過蘋果和谷歌，”周超說，“況且一旦別人對你封鎖系統(tǒng)，APP做得再好用也無濟(jì)于事。”
軟件卡脖子 定價權(quán)拱手讓人
算法的差距不只體現(xiàn)在核心控制器上，更拖慢了伺服系統(tǒng)響應(yīng)的速度。
機(jī)器人每完成一個動作，需要核心控制器、伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)。打個比方，就像一場“戰(zhàn)爭”，“將軍”下令進(jìn)攻;“傳令兵”傳遞進(jìn)攻信號;得令的“士兵”向指定位置沖鋒。
現(xiàn)在“四大家族”的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)化到“將軍”通過4G信號直接指揮“士兵”;而國產(chǎn)機(jī)器人尚停留在傳令兵時代，速度當(dāng)然就慢了許多。
“如果不掌握核心算法，這一差距很難被縮小。”馬龍告訴科技日報記者。據(jù)他介紹，對于單臺伺服系統(tǒng)，國產(chǎn)機(jī)器人動態(tài)與靜態(tài)精度都很高，但高端機(jī)器人一般同時有6臺以上伺服系統(tǒng)，用傳統(tǒng)的控制方法難以取得好的控制效果。
多臺伺服系統(tǒng)需要“大腦”提前進(jìn)行計算。通過底層算法，國外核心控制器可以通過伺服系統(tǒng)的電流環(huán)直接操作電機(jī)，實現(xiàn)高動態(tài)多軸非線性條件下的精密控制，因此“四大家族”的機(jī)器人響應(yīng)速度更快、定位更準(zhǔn)確。
由于算法、軟件的差距，最終產(chǎn)品的售價也天差地別。以伺服系統(tǒng)為例，即使核心元器件幾乎完全一樣，成本其實相差無幾，但國外的產(chǎn)品售價貴10倍。
“這是因為國產(chǎn)伺服系統(tǒng)基本都使用自帶軟件庫，國外企業(yè)限制很多高級功能，不向我們開放，比如位置環(huán)的S曲線功能，你想要這個功能，就得掏錢買人家的產(chǎn)品，定價權(quán)就這樣讓出去了。”馬龍說。
鼓勵企業(yè)投入研發(fā) 機(jī)器人未來可期
盡管與“四大家族”相比差距明顯，但專家、從業(yè)者都比較看好國產(chǎn)機(jī)器人的未來。
從技術(shù)上看，硬件的發(fā)展已有幾十年歷史，幾無秘密可言;軟件方面，我國擁有數(shù)量龐大的IT從業(yè)人口，“現(xiàn)在，我們很多企業(yè)也可以集成出高水準(zhǔn)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，”周超說，“但完全自主知識產(chǎn)權(quán)、擁有關(guān)鍵部件核心技術(shù)的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，還需要經(jīng)驗、時間與整個產(chǎn)業(yè)鏈的積累、打磨。”
工業(yè)機(jī)器人市場有點像幾年前的智能手機(jī)市場。只要熟悉產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈，很快就能“攢”出一臺機(jī)器人產(chǎn)品。但想要掌握核心技術(shù)，卻并不那么容易。當(dāng)某一項技術(shù)取得突破，等待市場檢驗、慢慢成熟時，國外廠商很可能會壓低該零部件的價格，提供功能更成熟、價格更便宜的方案，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)投入與回報不成正比，這也是很多企業(yè)不愿意在底層研發(fā)上投入的原因。
“作為從業(yè)者，我們希望能有更多以技術(shù)為導(dǎo)向的政策，只要技術(shù)達(dá)標(biāo)，就給予企業(yè)一定的市場空間，在實踐中慢慢打磨產(chǎn)品，吃透核心技術(shù)，鼓勵企業(yè)將更多的人力、財力投入到研發(fā)當(dāng)中，這樣才能讓國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人真正在世界的舞臺上唱主角，”馬龍說。
