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關于機械臂開發的一些思考

本人非機電專業，一直對這個領域有著很大興趣，參考閱讀了不少相關專業、媒體上的資料，有些個人想法和大家分享下，一是為了和專業人士多交流學習，引出更多真知灼見，二是希望創客和相關從業者從行業發展、營銷、制造提供一些啟示。很老套，但還得簡單說下機械臂行業涉及的一些關鍵技術、應用情況等，可能掛一漏萬，專家嘴下留情。

一、機械臂構成與關鍵技術

在這個AI、DT、云計算各種黑牛花牛黃牛滿天飛的大環境中，人們似乎忘了還有核心技術這碼事，記憶中老工業企業中那種技藝的傳承形式，對技術的執著與尊重在互聯網金融、股票、上市這些因素前變得不值一提，也打破了人們傳統的價值觀和心中的一些堅持，雖然與關鍵技術有些關系，但確實跑題了！下面正題，堅持傳統，抄來的！

1、機械臂主要構成

這三大部分又分成六個子系統。分別為：

（1）機械結構系統（機身、手臂、末端操作器三大件）

（2）驅動系統（關節運動傳動）

（3）感受系統（獲取內、外部環境狀態）

（4）交互系統（與外部設備互聯協調，操作系統=大腦）

（5）人機交互系統（人與機械臂聯系、控制）

（6）控制系統（根據作業指令、程序以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能）

（2）運動控制系統

（3）交互系統（ROS）

涉及專業：機械、電氣、自動化、電子、材料、計算機…等專業

涉及學科：力學、制圖、電工與電子技術、計算機應用、材料、傳感器與測控技術、通信與計算機網絡、無線傳感器網絡技術、信息處理、CPS原理與應用、數據庫…

二、五大常見應用領域

1、機械加工（2%）

2、噴涂應用（4%）

3、裝配應用（10%）

4、焊接應用（29%）

5、搬運應用（38%）

6、細分市場與中小企業（？%）

為諸位創客切入哪個市場提供個數字參考

三、現狀與技術障礙

下面對于創客或創業團隊面臨的市場情況和存在技術障礙做下簡要分析。

機械臂不是航空航天那種極端環境，我理解應該對材料方面要求不高，但不是沒有。在這方面我們的問題應該是沒有理論體系支撐的情況下摸著石頭過河，模仿為主，具備專業材料實驗、設計的廠家應該不會有幾家，畢竟沒有ABB、安川、發那科、KUKA幾家的底蘊和實力。這段沒有數字支撐，可是國內機器人銷量在那擺著，基礎條件如何可以腦補。機械臂上電機的絕大部分驅動力都用在了克服自身重力做功，機械結構、材料的優化設計，在保證剛度的情況下通過優化設計降低機械本體的質量，即可以提高性能又可以降低功耗，對機電等設備發熱、壽命均有好處。

關于諧波減速、RV減速，這個是關鍵技術了，基本是HD等日德鬼子的天下了。國產綠的、振康等說是也過關了，可是精度、發熱、壽命、產品線等關鍵指標能不能拿出來晾涼呢，都是專家，不多說這個了。

關于其他非關鍵技術，線纜、拖鏈等輔助材料目前也是堪憂。與國外T E、IGUS等線纜、拖鏈生產廠家動不動幾千萬次的耐彎、摩擦壽命對比，國內產品倒是敢寫，不知道人家是不是敢用。電纜走線與可靠性，外觀設計，示教器/控制柜防護與散熱等因素，也都是需要投入人力物力去研究的點。

裝配主要是工藝問題，但是絕大多數的廠商還是以傳統制造業的思路來做機器人，整個生產流程管理體制陳舊，缺乏“工匠”精神，最后導致無法保證較高的產品一致性，距離發那科用機器人造機器人更是還有很大差距。

這個沒有什么說的了，大家都懂，滿大街的安川、三菱、松下、歐姆龍、西門子、施耐德的，國產數得上好的也就埃斯頓、臺達、匯川、英威騰了。國外的一般都沒問題，國內的具體的應用情況怎么樣靠壇子里實戰過的總結了。

咱們注重的都是能創造利潤的部分，沒人關注這些芝麻綠豆小東西，可是恰恰是這些小東西為一個真正的制造強國奠定了基礎，譬如德國、日本（咱是制造大國，離制造強國還遠）。這個也不多說，英法美德日意奧八國聯軍是高端貨，國產的東西和彩電冰箱一樣只能叫過關（這個不是我總結的，搞一輩子自動化的同事說的），看看前段時間無人導航領域的激光雷達就知道了，一個SICK賣萬八千塊，國產的是便宜估計沒人敢用。機械臂上的更甚，因為這部分對安全至關重要。

4、交互、控制系統

這部分也是核心技術了，說白了是機械臂大腦和神經，學名ROS機器人操作系統，這個一般都是閉源的，四大家族各有一套。個人認為國產的也就這部分能比比了，畢竟這個比開發金蝶用友財務軟件難度大些也有限，在一個就是國外開源平臺不錯的也有許多，這樣就不用做原創開發了，難度小了很多，參考現成的再加深度定制就好了。國產的咱不知是否這個套路，就說下做的還不錯的平臺吧，埃斯頓、卡諾普、固高、華數、廣數等，進口的好像純做控制單賣的不多發那科、VXWORKS？歡迎補充。人機、控制系統個人理解以及看國產設備介紹，好像廠家已經把這個集成到一起了，可能不完全準確，大神補充吧。

本體部分按國內材料還是可以的，不該存在太大問題，就是沒有四大家族的底蘊了，剩下的還需要設計經驗的積累了；減速器這個技術含量不低，主要是材料和工藝達不到要求，技術積累也不夠，國產的壽命、精度短期內是追不上了；電機和伺服這個雖然國外的確實牛，聽行里人說過一嘴這個方面國產也能在低端找口飯；傳感部分關乎安全，這個恐怕國產部件沒什么用武之地了；交互控制系統個人感覺是創客和小團隊相對好切入的一個點，畢竟這東西只需要腦力，而且開放資源很多。

三、總結分析下

我一直有個疑問，機械臂看著沒多復雜，可是細數一下存在這么多的技術壁壘，涉及的專業這么多，那些做原創開發的不知道是如何考慮的，個人認為還是太難了，看看國內的機械臂公司現狀就知道了，不如從技術整合或細分市場切入是否更容易些。

再一個疑問是把上面的涉及的關鍵技術晾晾，一些公司或個體提出的自主知識產權和核心技術究竟在哪里呢？哪個才算核心技術？打擊面可能大了點勿怪。

這樣一來數來數去咱自己能做的東西好像相當有限，不敢說讓創客們往哪個方向發展，起碼能躲開一些坑把。

附圖一張，說明為什么國內機械臂做不好的原因。

附小提示一個，供參考

人機協作機器人最重要的特性就是安全，國內有做外形類似的協作機器人，但并沒有提供相應的安全功能與認證。由于缺乏相應的強制認證制度，國產機器人一般都不具備本質安全的特性，也很少有通過歐洲、美洲安全認證的產品。當然這個與國內用戶對安全的漠視也有非常大的關系。國產機器人想要走出國門，安全認證是必須要跨過的坎兒。

四、整理了一些資料，分享下

1、想做控制部分的，這兩個都提供快速設計、初版一條龍服務

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2、開源機器人操作系統ROS相關，不知能否做到工業級，供參考

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