工业机器人关键技术分析

tibusi · 发表于 2015-5-25 20:28:42

无论是德国率先提出的“工业4.0”概念，美国推行的“先进制造伙伴关系(AMP)”计划，还是日本正在实施的“智慧制造系统(IMS)”和中国工信部通过的“中国制造2025规划”，这些都指向同一个目标，那就是希望通过先进的IT与自动化技术来促进制造业的革新，以实现“智能化”，提升效率，降低成本。而要实现这个目标工业机器人是不可或缺的一环。
以前，工业机器人应用最为广泛的是汽车制造业；现在，工业机器人制造企业正努力向其他领域拓展。工业机器人制造企业也如雨后春笋般不断涌现，据统计仅去年中国国内差不多增加了200多加工业机器人制造厂商。对于工业机器人的市场前景，业界都是一致看好，普遍认为未来5~10年将会迎来工业机器人的一个爆发期。不过，要想在这一波浪潮中得益的话也并不容易。因为工业机器人涉及的系统相当复杂，仅核心零部件就包括了机械系统、控制器、伺服器和减速器等等。本刊就工业机器人的关键技术问题采访了一些半导体厂商，详细介绍了工业机器人当中的一些电子核心零部件。
控制器平台之争
在Altera公司亚太区工业业务部市场开发首席经理江允贵看来，有三个趋势在推动着工业自动化市场的蓬勃发展。一是，提升能源效率，降低能源成本；二是提升生产效率，这包括功能安全、生产线的稳定安全、保护操作人员的安全、以及机器损坏的降低和更长的生命周期和可靠度；三是所谓的智能工厂。而只有前面两个因素达到后，才有可能实现智能工厂。他认为工业机器人是自动化里的很关键一部分。
江允贵拿智能工厂举例，他说现在一个典型的的智能工厂，从企业到工厂，以及工厂内如都是以工业以太网相连接的，他认为用工业以太网取代传统的以太网，主要是因为工业以太网的实时性更好。工业以太网可以连接主站和从站，连接主站中的PLC、PAC/运动控制器和HMI，和从站中的伺服器、I/O模块等等。

Altera公司亚太区工业业务部市场开发首席经理江允贵

他进一步指出，其实工业机器人就是由这些关键零组件组合而成。由这些主站和从站可以组合成一个工业机器人，也可以做成一个CNC，CNC也是工厂自动化的一个关键。
虽然工业机器人可以看成是由上面的零组件组合而成，但具体到工业机器人里面的话也会有所不同。工业机器人的主要结构有机器人的控制器和伺服器。目前来说工业机器人有两轴、3轴的、最高也有7轴的。不过常用的是3~6轴的SCARA或Delta机械手臂。
由于中国是生产制造大国，由于缺工，智能手机和汽车制造商的需求，工业机器人市场增长非常迅速。江允贵表示，对于工业机器人的主控平台来说，一般都是以基于PC的X86的工控机为主，特别是在欧美工业机器人市场。一般在这样的X86平台上，FPGA是作为辅助存在的，主要充当加速的功能。在一个X86工控机主控平台上经常会出现多张PCI-E或PCI卡来实现多轴控制功能。不过这样的主控平台一般用于比较高端的工业机器人当中，因为它性能高，成本也高。
还有一种主控平台是用多核心的高端DSP为核心设计的，不过不是很常见的。
另外还有嵌入式主控平台。江允贵表示，目前Altera正在关注这部分的市场。他们希望可以使用单芯片就能实现工业机器人的控制，而不需要昂贵的X86平台再加上FPGA来做机器人的控制。