最近朋友圈的一篇機(jī)器人行業(yè)調(diào)研文章《國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀思考》引起了同事間的熱議。此篇文章除了顯見(jiàn)的文字/邏輯疏漏、內(nèi)容復(fù)制粘貼之外，同時(shí)還折射出了一部分行業(yè)調(diào)研文章的共同問(wèn)題：不深入了解行業(yè)而輕易下斷語(yǔ)。例如其中又一次出現(xiàn)了“控制系統(tǒng)是門(mén)檻最低的主要部件，我國(guó)已有多家廠商掌握”之類(lèi)的錯(cuò)誤表述。
其實(shí)針對(duì)這個(gè)問(wèn)題我曾經(jīng)與幾位行業(yè)內(nèi)資深人士探討過(guò)，大家都認(rèn)為在工業(yè)機(jī)器人行業(yè)中，國(guó)內(nèi)與國(guó)外差距最大的方面應(yīng)該是控制器，所以我一直很好奇為什么在很多同行的反對(duì)這樣說(shuō)法的情況下，包含此類(lèi)觀點(diǎn)的文章為什么還頻繁出現(xiàn)在各大專(zhuān)業(yè)媒體以及投資機(jī)構(gòu)的市場(chǎng)分析報(bào)告中？
究其原因，只能說(shuō)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人剛剛起步，研究的人少而不精，在當(dāng)前“天下文章一大抄”以及眾多資源涌入行業(yè)的大背景下，才出現(xiàn)如此多急功近利且損害行業(yè)利益的類(lèi)同文章。
行業(yè)的健康發(fā)展需要不同的聲音，因此幾位同事和我一起，與大家分享一些有關(guān)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的觀點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)外的朋友可以一同探討學(xué)習(xí)，主要內(nèi)容包括：
1.什么是工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，如何定義？
2.為什么控制系統(tǒng)對(duì)于機(jī)器人至關(guān)重要？
3.走出“三大機(jī)器人核心零部件”的誤區(qū)；
4.現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；
5.機(jī)器人行業(yè)的費(fèi)米悖論；
本篇將著重于前三個(gè)問(wèn)題。
什么是機(jī)器人控制系統(tǒng)？
有關(guān)機(jī)器人控制系統(tǒng)更專(zhuān)業(yè)的定義和功能介紹，可以參考下一篇文章，這里我們使用類(lèi)比的方式，參考計(jì)算機(jī)行業(yè)的分層形式來(lái)介紹機(jī)器人控制系統(tǒng)的范圍，見(jiàn)下圖：
如同計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)一樣，機(jī)器人控制系統(tǒng)在整個(gè)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中，扮演了最基礎(chǔ)的軟件平臺(tái)的角色。
當(dāng)你購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人后，通過(guò)編程的調(diào)用其控制系統(tǒng)自帶的基本功能可以滿(mǎn)足很多場(chǎng)合的需求。如果自帶的功能滿(mǎn)足不了要求，那么可以選裝某些特定行業(yè)的應(yīng)用軟件包，譬如打磨、力控、分揀、焊接、噴涂等。這就好比簡(jiǎn)單的圖像處理我們可以使用Window自帶的畫(huà)圖軟件甚至PowerPoint來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是如果要求更高，那么可以安裝像Photoshop這樣的獨(dú)立應(yīng)用軟件。
控制系統(tǒng)提供平臺(tái)，應(yīng)用軟件在平臺(tái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展應(yīng)用范圍，提升使用體驗(yàn)。
在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的歷史進(jìn)程中，有很多優(yōu)秀的細(xì)分應(yīng)用軟件公司，通過(guò)使用新的技術(shù)，研究新的工藝，在某個(gè)細(xì)分方向上成功拓展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。這些公司有的獨(dú)立成長(zhǎng)為了某個(gè)工藝領(lǐng)域的應(yīng)用專(zhuān)家，利用與機(jī)器人廠家定制的專(zhuān)用機(jī)器人加自己獨(dú)到的應(yīng)用軟件包在細(xì)分領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，例如噴涂的DURR，焊接的CLOOS等；有的則成功被機(jī)器人整機(jī)廠商收購(gòu)，其應(yīng)用技術(shù)并入到機(jī)器人控制系統(tǒng)的框架中。
這幾年深度學(xué)習(xí)技術(shù)在機(jī)器人路徑規(guī)劃、視覺(jué)方面有不少應(yīng)用案例，這些技術(shù)增強(qiáng)了機(jī)器人在面對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境時(shí)的應(yīng)用水平，同時(shí)也解決了之前通過(guò)固定編程方式不能解決的一些應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)于擴(kuò)展機(jī)器人的應(yīng)用范圍有著積極的意義。做為機(jī)器人整機(jī)廠商，我們相信新的應(yīng)用技術(shù)是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的重要推動(dòng)力，也愿意同靠譜的合作伙伴共同成長(zhǎng)。
那做系統(tǒng)和做應(yīng)用軟件哪個(gè)難度更大，門(mén)檻更高？
這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有絕對(duì)的答案，取決于做的深度與廣度。微軟也不敢說(shuō)一定能做出媲美Photoshop的圖像處理軟件，Adobe全力投入幾十年也未必做不出Windows，最終的答案取決于公司的發(fā)展歷程與戰(zhàn)略取舍，相信每一位深耕行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人士對(duì)此都會(huì)有自己的判斷。
但是如果故意混淆這兩個(gè)不同層級(jí)的概念，故意貶低他人抬高自己，那要么是對(duì)行業(yè)缺乏正確的基本認(rèn)識(shí)，要么就是在嘩眾取寵。理論成熟不代表門(mén)檻低，也不代表產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)成熟，內(nèi)燃機(jī)的原理大家都明白，你做一臺(tái)V8出來(lái)看看？
控制系統(tǒng)門(mén)檻最低？錯(cuò)！
Robot by definition is “software-driven mechanical system“。
類(lèi)似于電腦和手機(jī)，工業(yè)機(jī)器人是一種非常典型的軟硬結(jié)合、機(jī)電一體產(chǎn)品。
這樣的產(chǎn)品都遵循這樣一個(gè)原則：
硬件決定性能邊界，軟件發(fā)揮硬件性能并定義產(chǎn)品（機(jī)器人）的行為。
在相對(duì)成熟的市場(chǎng)中，當(dāng)大家使用的硬件趨于一致時(shí)，通過(guò)軟件來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品差異化并創(chuàng)造價(jià)值是常見(jiàn)做法。工業(yè)機(jī)器人行業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，硬件進(jìn)步速度已經(jīng)大為減緩，主流廠家的硬件配置基本相同，國(guó)產(chǎn)廠家也可以購(gòu)買(mǎi)到與進(jìn)口品牌相差不多的零配件（當(dāng)前價(jià)格會(huì)高不少），這時(shí)機(jī)器人的控制系統(tǒng)就成為了決定機(jī)器人性能和功能的主要因素。
假如我們有兩臺(tái)機(jī)器人，配置分別如下：
1.進(jìn)口abb的機(jī)器人控制器+國(guó)產(chǎn)伺服系統(tǒng)+國(guó)產(chǎn)減速器+國(guó)產(chǎn)機(jī)械本體；
2.國(guó)產(chǎn)機(jī)器人控制器+進(jìn)口伺服系統(tǒng)+進(jìn)口減速器+進(jìn)口機(jī)械本體；
那么哪一臺(tái)的性能會(huì)更強(qiáng)，功能會(huì)更多？
答案想而易見(jiàn)，沒(méi)有人會(huì)認(rèn)為第二種配備國(guó)產(chǎn)控制器的機(jī)器人能PK過(guò)第一種使用abb機(jī)器人控制器的機(jī)器人，即使性能好的方案除控制器外幾乎全部使用了國(guó)產(chǎn)零部件。
既然控制系統(tǒng)如此重要，而且到目前為止國(guó)內(nèi)沒(méi)有開(kāi)發(fā)出可與市面主流機(jī)器人品牌原生系統(tǒng)性能接近的控制器產(chǎn)品，那為什么會(huì)有“控制系統(tǒng)門(mén)檻最低”的結(jié)論，或者說(shuō)錯(cuò)覺(jué)？我覺(jué)得原因主要有三個(gè)：
1.國(guó)內(nèi)缺乏對(duì)機(jī)器人控制和整機(jī)產(chǎn)品研發(fā)有深入認(rèn)識(shí)的團(tuán)隊(duì)和公司。對(duì)一個(gè)問(wèn)題的正確判斷有賴(lài)于對(duì)問(wèn)題和背景的深入了解。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏對(duì)高性能機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)有足夠經(jīng)驗(yàn)積累的團(tuán)隊(duì)和公司，誤以為機(jī)器人只要能動(dòng)起來(lái)那么控制系統(tǒng)就夠用了，導(dǎo)致很多人錯(cuò)誤的認(rèn)為控制系統(tǒng)很簡(jiǎn)單。在后一篇文章中，我們將和大家探討有關(guān)現(xiàn)代機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一些細(xì)節(jié)。
2.國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)品還普遍面向中低端市場(chǎng)，客戶(hù)對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的性能幾乎沒(méi)有要求。在這種市場(chǎng)需求下，很多公司對(duì)自己生產(chǎn)的機(jī)器人產(chǎn)品僅僅要求可以動(dòng)起來(lái)，滿(mǎn)足一些精度、速度、功能要求不高的場(chǎng)合，那么使用第三方的控制系統(tǒng)或者使用各種運(yùn)動(dòng)控制卡拼湊的控制器是可以滿(mǎn)足要求的。我們不能說(shuō)這樣的做法是錯(cuò)誤的，因?yàn)槭袌?chǎng)需求決定產(chǎn)品定位與設(shè)計(jì)，既然中國(guó)存在大量低端的需求，那么這樣的機(jī)器人產(chǎn)品也就有其存在的價(jià)值。但是在相對(duì)有限市場(chǎng)空間的工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，長(zhǎng)期面向低端的公司將無(wú)法獲得足夠的利潤(rùn)來(lái)支持其走向中高端，如果國(guó)內(nèi)所有的廠商都是如此，那么國(guó)產(chǎn)機(jī)器人行業(yè)將極有可能重蹈機(jī)床行業(yè)的覆轍，在短暫的銷(xiāo)量高潮之后，跌落回出貨量很大但是大部分利潤(rùn)被國(guó)外CNC軟件系統(tǒng)商拿走的境地。
3.人們對(duì)于無(wú)法看到和無(wú)法直接對(duì)比的參數(shù)缺乏直觀、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。像減速器這種看得見(jiàn)摸得著的部件，有經(jīng)驗(yàn)的老師傅可以非常直觀的看出國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品與進(jìn)口產(chǎn)品之間有多大差距。大眾更習(xí)慣于關(guān)注看的見(jiàn)的差距，而忽略真正隱藏在背后的差距。這種現(xiàn)象其實(shí)在計(jì)算機(jī)行業(yè)也有可參考的例子，各位現(xiàn)在可以回想一下自己平時(shí)用的生產(chǎn)力軟件（Office、CAD、CAE、科學(xué)計(jì)算、仿真分析、視頻剪輯、音頻編輯、平面設(shè)計(jì)等），有多少是國(guó)內(nèi)廠商提供的？幾乎沒(méi)有。國(guó)內(nèi)正版用戶(hù)每年都需要付出巨額費(fèi)用來(lái)購(gòu)買(mǎi)這些軟件產(chǎn)品。但是在你的印象中，聽(tīng)到國(guó)內(nèi)外CPU差距很大是多久之前？聽(tīng)到有人談中外軟件差距很大又是多久之前？抑或從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)過(guò)軟件差距很大的說(shuō)法？中外生產(chǎn)力軟件產(chǎn)品之間的差距可能沒(méi)有芯片之間大，但是仍然不能掩蓋國(guó)產(chǎn)專(zhuān)業(yè)軟件的落后，也正是這種思路的蔓延導(dǎo)致了機(jī)器人控制軟件不受重視。
從1973年ASEA（1988年，ASEA和BBC Brown Boveri合并組成了現(xiàn)在的ABB公司）發(fā)布全球第一臺(tái)全電動(dòng)工業(yè)機(jī)器人到現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去了40多年，期間雖然減速器和伺服系統(tǒng)方面一直在持續(xù)不斷的進(jìn)行減少體積、提高響應(yīng)性、降低傳動(dòng)誤差等改進(jìn)，但是這種改進(jìn)更準(zhǔn)確的講是一種循序漸進(jìn)的改良而非突破。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域能從最初的用來(lái)組裝變速箱擴(kuò)展到現(xiàn)在的焊接、噴涂、裝配、貼片、點(diǎn)膠、打磨、拋光、分揀、搬運(yùn)、碼垛、檢測(cè)、注塑、切割、測(cè)量、沖壓、包裝等數(shù)十個(gè)領(lǐng)域，絕大部分靠的是機(jī)器人控制系統(tǒng)在架構(gòu)、控制、規(guī)劃、工藝流程、人機(jī)交互等方面的革新。
以最近非常火爆的協(xié)作機(jī)器人為例，雖然有著與傳統(tǒng)機(jī)器人很大不同的外觀，但仍應(yīng)該將其看做是在傳統(tǒng)電機(jī)和減速器基礎(chǔ)的產(chǎn)品創(chuàng)新，或者更準(zhǔn)確的說(shuō)是控制的創(chuàng)新與軟件的創(chuàng)新。（協(xié)作機(jī)器人又是一個(gè)有眾多誤區(qū)的話(huà)題，改天再聊）
走出“三大核心零部件”的誤區(qū)
控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、減速器被稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人“三大核心零部件”的說(shuō)法由來(lái)已久，但是翻遍了Google也沒(méi)找到這種說(shuō)法是何時(shí)何地興起，卻又經(jīng)常被人拿來(lái)當(dāng)作論證的起點(diǎn)，似乎每個(gè)機(jī)器人都是買(mǎi)來(lái)三個(gè)主要零部件，再設(shè)計(jì)下機(jī)械本體和控制柜就生產(chǎn)出來(lái)了。
如果跟行業(yè)外人士快速講解機(jī)器人結(jié)構(gòu)，那么這種說(shuō)法也沒(méi)有問(wèn)題。但是作為行業(yè)內(nèi)人士，尤其是機(jī)器人整機(jī)生產(chǎn)商，如果一直按照這個(gè)拿主要部件攢機(jī)器人的思路來(lái)思考，則很難做出優(yōu)秀的產(chǎn)品。
現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的情形像極了五六年前的國(guó)產(chǎn)手機(jī)。依靠各芯片廠家提供的解決方案，一個(gè)小作坊也可以迅速攢出來(lái)一款手機(jī)，這樣的產(chǎn)品在一個(gè)尚未飽和＋尚未開(kāi)化的市場(chǎng)也許有一席之地，但是等藍(lán)海變成紅海，首先被淘汰的會(huì)是粗制濫造的山寨貨，然后是沒(méi)有核心技術(shù)的二流品牌，能夠撐到最后的是幾個(gè)的國(guó)產(chǎn)巨頭。這么成功的手機(jī)廠商最初可能也有過(guò)堆硬件的歷史，但是最終的結(jié)果必然是通過(guò)優(yōu)秀的整機(jī)設(shè)計(jì)和良好的軟件適配找到了自己的發(fā)展之路。
設(shè)想若干年后的機(jī)器人市場(chǎng)，彼時(shí)的贏家，靠的也不會(huì)是市面上花錢(qián)就能購(gòu)買(mǎi)的所謂“核心零部件”，而是擁有核心算法和完善功能的控制系統(tǒng)軟件以及優(yōu)秀的整機(jī)產(chǎn)品研發(fā)能力。因?yàn)闄C(jī)器人首先是“software-driven mechanical system”，是軟件驅(qū)動(dòng)的機(jī)電系統(tǒng)；作為系統(tǒng)整體而存在，也作為整體而設(shè)計(jì)?，F(xiàn)實(shí)情況也正是如此：主流的機(jī)器人都是自有控制系統(tǒng)。硬件決定性能邊界，軟件發(fā)揮硬件性能并定義機(jī)器人的行為。任何一家想真正造機(jī)器人的廠家都不會(huì)放棄定義自家機(jī)器人行為的機(jī)會(huì)。
工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化在國(guó)內(nèi)起步時(shí)間尚短，但是正在變得越來(lái)越熱鬧。作為行業(yè)從業(yè)人員，筆者深知做一款主流性能工業(yè)品的不易，往往歷盡艱辛才能初窺門(mén)徑，苦心孤詣才能有所突破。希望調(diào)研人員多做扎實(shí)的功課，而少下輕飄飄的斷語(yǔ)，也希望各位同行可以相互支持，踏實(shí)做事，實(shí)在做人，共同成長(zhǎng)，機(jī)器人行業(yè)的未來(lái)必然有國(guó)產(chǎn)企業(yè)的一席之地。
如果看到這里還認(rèn)為機(jī)器人控制系統(tǒng)是門(mén)檻最低的“核心零部件”，那我只好就此打住。
