國產(chǎn)研發(fā) 單芯片運(yùn)動控制器問世

　　錢童心

　　[盡管運(yùn)動控制器需求增長迅速，但即便到明年，整體市場規(guī)模仍不到10億元。]

　　高性能工業(yè)機(jī)器人作為核心裝備，一直被國外品牌壟斷，而運(yùn)動控制器的自主可控一直是國產(chǎn)機(jī)器人領(lǐng)域的一大痛點(diǎn)。

　　日前，由實(shí)時(shí)俠智能控制技術(shù)有限公司（下稱“實(shí)時(shí)俠”）研制的全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動控制器（簡稱SCIMC）完成了技術(shù)驗(yàn)證，即將在8月底舉行的上海世界人工智能大會（WAIC）上亮相發(fā)布。

　　這款產(chǎn)品將擺脫對英特爾X86處理器，微軟Windows操作系統(tǒng)的依賴，以完全獨(dú)立開發(fā)的運(yùn)動規(guī)劃，電機(jī)控制，通信，應(yīng)用軟件等IP模塊，真正實(shí)現(xiàn)自主可控技術(shù)，打破國外品牌長期占據(jù)運(yùn)動控制器高端市場的格局。

　　智能制造的核心技術(shù)

　　凱文·凱利在《失控》一書中寫道：“布魯克斯總結(jié)了設(shè)計(jì)移動式機(jī)器人的五條經(jīng)驗(yàn)，其中就包括傳感器和執(zhí)行器的緊密耦合——要低級反射，不要高級思考。”強(qiáng)調(diào)了感覺與控制的緊密耦合。

　　作為工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中的核心技術(shù)之一，運(yùn)動控制器在機(jī)器人的執(zhí)行過程中起到控制機(jī)器人運(yùn)動的關(guān)鍵作用，被稱為制造裝備的“心臟”和“大腦”，是“智能制造”的基礎(chǔ)，也是連接“智能”與“制造”的橋梁。

　　作為我國亟待攻克的35項(xiàng)核心技術(shù)之一，mothercare中國官網(wǎng)工信部將控制器列為我國需要著力補(bǔ)齊的關(guān)鍵技術(shù)短板之一，納入《工業(yè)強(qiáng)基工程實(shí)施指南（2016-2020）》“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃。

　　機(jī)械工程專家譚健榮院士也表示：“機(jī)器人引領(lǐng)智能制造，核心控制器是機(jī)器人的核心技術(shù)之一，是中國最需要突破的領(lǐng)域。”

　　不過目前運(yùn)動控制器領(lǐng)域仍由來自德國，日本的巨頭占據(jù)主要市場，其中包括德國倍福，西門子，庫卡，日本的三菱，發(fā)那科等，國產(chǎn)技術(shù)與國外高端產(chǎn)品差距仍然很大，導(dǎo)致國產(chǎn)機(jī)器人穩(wěn)定性不佳，準(zhǔn)確度不高，故障率居高不下。

　　在這樣的背景下，今年上海提出的《上海市智能制造三年行動計(jì)劃》中，明確提到聚焦智能制造應(yīng)用端，推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)的智能化升級轉(zhuǎn)型，著力攻克一批“卡脖子”的核心零部件和關(guān)鍵技術(shù)裝備，并著力培育一批智能制造獨(dú)角獸，隱形冠軍企業(yè)，創(chuàng)新推動5G，人工智能和大數(shù)據(jù)在智能制造中的深度應(yīng)用，創(chuàng)新長三角智能制造協(xié)同發(fā)展機(jī)制，創(chuàng)新智能制造應(yīng)用機(jī)制，政策的支持重點(diǎn)和支持方式。

　　實(shí)時(shí)俠就是一家誕生在上海漕河涇華鑫天地智慧園區(qū)的上海本土創(chuàng)業(yè)公司。公司創(chuàng)始人，董事長蔣耀對第一財(cái)經(jīng)記者表示：“運(yùn)動控制器是基礎(chǔ)性，共性技術(shù)，對智能制造，國家產(chǎn)業(yè)競爭力，產(chǎn)業(yè)安全有不可替代的作用，這與舉國關(guān)注芯片自主可控是一樣的。中國在裝備工業(yè)對發(fā)達(dá)國家的依賴同樣非常嚴(yán)重，容易被‘卡住脖子’。”

　　擺脫工業(yè)總線的束縛

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步和完善，實(shí)時(shí)俠敏銳地洞察到了芯片技術(shù)的進(jìn)步以及可能對運(yùn)動控制領(lǐng)域產(chǎn)生的顛覆性影響，開始嘗試?yán)�用SOC-FPGA芯片進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃與多軸電機(jī)控制的單芯片集中控制，這能夠使運(yùn)行復(fù)雜算法的控制器的成本大幅降低。而這些算法對機(jī)械的運(yùn)動學(xué)建模和需要以精確的方式移動的電機(jī)控制信號是很有必要的。

　　蔣耀向第一財(cái)經(jīng)記者介紹道，過去借助于工業(yè)總線，運(yùn)動規(guī)劃和電機(jī)控制之間的交互信息變得越來越多，可以支持更加復(fù)雜的算法，這使得機(jī)器人的速度，精度和穩(wěn)定性有了很大的提升。但是工業(yè)總線的瓶頸也逐漸明顯，比如帶寬，絕對延遲以及多節(jié)點(diǎn)之間的同步性等。這些瓶頸制約了機(jī)器人性能的進(jìn)一步提升，也抑制了業(yè)界對于需要更加大量數(shù)據(jù)交互才能完成的控制策略的想象空間。

　　如何擺脫對工業(yè)總線的束縛，同時(shí)不再依賴于英特爾X86控制器和微軟的Windows操作系統(tǒng)？早在2015年蔣耀就開始思考這個(gè)問題，并著手組建團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)技術(shù)可控的運(yùn)動控制器。

　　歷時(shí)四年研發(fā)，投入上億資金，實(shí)時(shí)俠團(tuán)隊(duì)通過不斷的技術(shù)驗(yàn)證打造出這款全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動控制器，并開發(fā)了一款桌面型的六軸工業(yè)機(jī)器人RitimemanP7A對其進(jìn)行性能的測試，對標(biāo)德國庫卡KR6機(jī)器人。根據(jù)今年7月國家認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)布的性能檢測報(bào)告，P7A的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)全面趕超了庫卡KR6。

　　與達(dá)到同等性能的工業(yè)機(jī)器人相比，實(shí)時(shí)俠的運(yùn)動控制器具有體積小，重量輕，功耗低等特點(diǎn)，并能夠廣泛應(yīng)用于電動汽車輪轂電機(jī)，無人機(jī)，多軸加工中心，外骨骼動力裝甲和柔性手抓等領(lǐng)域。

　　在國際上，運(yùn)動控制器的應(yīng)用場景已經(jīng)開始拓寬邊界。

　　早在2016年，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院組織的一個(gè)比賽中，冰島主動修復(fù)技術(shù)制造商ssur開發(fā)的第一個(gè)用于批量生產(chǎn)的，具有電動膝蓋和踝關(guān)節(jié)的假肢正式亮相，該先進(jìn)假肢為嵌入式運(yùn)動控制器如何加速創(chuàng)新機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)提供了一個(gè)真實(shí)案例。未來，運(yùn)動控制器在包括消費(fèi)，工業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)，醫(yī)療，辦公等更加廣泛的領(lǐng)域?qū)㈤_拓應(yīng)用市場。

　　不過需要指出的是，盡管運(yùn)動控制器需求增長迅速，但即便到明年，整體市場規(guī)模仍不到10億元。相比之下，中國的自動化及工業(yè)控制市場規(guī)模已經(jīng)接近2000億。根據(jù)工信部的規(guī)劃，到2020年，將我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)培育成為具有國際競爭力的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，建立完善的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系產(chǎn)業(yè)銷售將超過3萬億元。

　　不過國內(nèi)的工業(yè)控制市場中，國外品牌企業(yè)仍占據(jù)高端市場，國內(nèi)企業(yè)定位于中低端市場。對此，實(shí)時(shí)俠總經(jīng)理賀巖對第一財(cái)經(jīng)記者表示，實(shí)時(shí)俠即將發(fā)布的這款運(yùn)動控制器瞄準(zhǔn)的是國內(nèi)的中高端市場，但是性價(jià)比遠(yuǎn)高于國外的競爭對手，如果大規(guī)模量產(chǎn)，價(jià)格可以達(dá)到國際同類產(chǎn)品的一半。

　　幫助人工智能落地

　　更大的市場需求來自于未來的服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域。

　　近日，加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)出一款新型機(jī)器人Blue，可以完成洗碗，疊衣服，收拾房間等動作。相比工業(yè)機(jī)器人所能達(dá)到的精度，Blue的工作要簡單很多。

　　伯克利大學(xué)的機(jī)械工程師DavidGealy表示：“雖然這些機(jī)器人反應(yīng)很好，mothercare中國官網(wǎng)但是目前最大的問題是，如果使用工業(yè)機(jī)器人，我們必須為它添加傳感器和反饋控制器，這樣就會大大地增加成本。”

　　據(jù)介紹，Blue機(jī)器人手臂材料成本就要3000美元，但一旦大規(guī)模量產(chǎn)后，其售價(jià)可以控制在5000美元，可以完成比較簡單的任務(wù)。“這款機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念是，未來機(jī)器人將被使用視覺反饋和力反饋的人工智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更加智能的控制，就像人類控制自己的手臂一樣。”蔣耀對第一財(cái)經(jīng)記者表示，“這也是我們未來的服務(wù)機(jī)器人努力的方向。”

　　賀巖告訴第一財(cái)經(jīng)記者，實(shí)時(shí)俠基于現(xiàn)有的控制系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)視覺功能和力覺功能，并且提出了全新的單芯片“驅(qū)，控，感”一體的運(yùn)動控制器，進(jìn)一步融合感覺與控制，使機(jī)器人更加聰明，反應(yīng)更快。

　　“大腦是做決策的，小腦是做執(zhí)行的。我們希望通過這一‘驅(qū)，控，感’一體的運(yùn)動控制器來實(shí)現(xiàn)類似于人類小腦的功能，幫助人工智能更好地落地。”實(shí)時(shí)俠副總經(jīng)理唐文彬博士對第一財(cái)經(jīng)記者表示。

本文地址：http://m.cx1133.com/info/2019/08/1213591543.html