國產(chǎn)研發(fā)單芯片運動控制器問世

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

　　日前，由實時俠智能控制技術(shù)有限公司（下稱“實時俠”）研制的全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運動控制器（簡稱scimc）完成了技術(shù)驗證，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，以完全獨立開發(fā)的運動規(guī)劃、電機控制、通信、應(yīng)用軟件等ip模塊，真正實現(xiàn)自主可控技術(shù)，打破國外品牌長期占據(jù)運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)計移動式機器人的五條經(jīng)驗，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。” 強調(diào)了感覺與控制的緊密耦合。

　　作為工業(yè)機器人當(dāng)中的核心技術(shù)之一，運動控制器在機器人的執(zhí)行過程中起到控制機器人運動的關(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項核心技術(shù)之一，工信部將控制器列為我國需要著力補齊的關(guān)鍵技術(shù)短板之一，納入《工業(yè)強基工程實施指南（2016-2020）》“一條龍”應(yīng)用計劃。

　　機械工程專家譚健榮院士也表示：“機器人引領(lǐng)智能制造，核心控制器是機器人的核心技術(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)機器人穩(wěn)定性不佳，準確度不高，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劃》中，明確提到聚焦智能制造應(yīng)用端，推進重點行業(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)展機制，創(chuàng)新智能制造應(yīng)用機制、政策的支持重點和支持方式。

　　實時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經(jīng)記者表示：“運動控制器是基礎(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)達國家的依賴同樣非常嚴重，容易被‘卡住脖子’。”

　　擺脫工業(yè)總線的束縛

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

　　蔣耀向第一財經(jīng)記者介紹道，過去借助于工業(yè)總線，運動規(guī)劃和電機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)點之間的同步性等。這些瓶頸制約了機器人性能的進一步提升，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問題，并著手組建團隊自主研發(fā)技術(shù)可控的運動控制器。

　　歷時四年研發(fā)，投入上億資金，實時俠團隊通過不斷的技術(shù)驗證打造出這款全球首款單芯片多軸驅(qū)控一體運動控制器，并開發(fā)了一款桌面型的六軸工業(yè)機器人ritimeman p7a對其進行性能的測試，對標德國庫卡kr6機器人。根據(jù)今年7月國家認證機構(gòu)發(fā)布的性能檢測報告，p7a的技術(shù)指標已經(jīng)全面趕超了庫卡kr6。

　　與達到同等性能的工業(yè)機器人相比，實時俠的運動控制器具有體積小、重量輕、功耗低等特點，并能夠廣泛應(yīng)用于電動汽車輪轂電機、無人機、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)院組織的一個比賽中，冰島主動修復(fù)技術(shù)制造商ssur開發(fā)的第一個用于批量生產(chǎn)的、具有電動膝蓋和踝關(guān)節(jié)的假肢正式亮相，該先進假肢為嵌入式運動控制器如何加速創(chuàng)新機電產(chǎn)品的開發(fā)提供了一個真實案例。未來，運動控制器在包括消費、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，實時俠總經(jīng)理賀巖對第一財經(jīng)記者表示，實時俠即將發(fā)布的這款運動控制器瞄準的是國內(nèi)的中高端市場，但是性價比遠高于國外的競爭對手，如果大規(guī)模量產(chǎn)，價格可以達到國際同類產(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)機器人所能達到的精度，blue的工作要簡單很多。

　　伯克利大學(xué)的機械工程師david gealy表示：“雖然這些機器人反應(yīng)很好，但是目前最大的問題是，如果使用工業(yè)機器人，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，其售價可以控制在5000美元，可以完成比較簡單的任務(wù)。“這款機器人的設(shè)計理念是，未來機器人將被使用視覺反饋和力反饋的人工智能系統(tǒng)，實現(xiàn)更加智能的控制，就像人類控制自己的手臂一樣。”蔣耀對第一財經(jīng)記者表示，“這也是我們未來的服務(wù)機器人努力的方向。”

　　賀巖告訴第一財經(jīng)記者，實時俠基于現(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”一體的運動控制器，進一步融合感覺與控制，使機器人更加聰明、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’一體的運動控制器來實現(xiàn)類似于人類小腦的功能，幫助人工智能更好地落地。”實時俠副總經(jīng)理唐文彬博士對第一財經(jīng)記者表示。

　　轉(zhuǎn)自：第一財經(jīng)

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