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  • 清能德创汤小平:面向智能机器人下一代伺服系统

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    • 时间:2016-11-15
    • 来源: 中国机器人网
    • 编译:zy
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       什么是智能机器人?智能机器人需要什么样的伺服系统?2016中国国际机器人论坛上,演讲嘉宾清能德创电气技术(北京)有限公司副总经理汤小平就《面向智能机器人下一代伺服系统》为题,对上述问题发表了自己的见解,阐述了作为核心零部件之一的伺服驱动如何参与人机融合的时代。以下是演讲整理文字:
     
      前面的专家谈到人机融合对智能机器人的看法,而我们从核心零部件,从伺服这个角度来看我们能够做一些什么?
     
      我今天汇报内容有四个部分,第一个先简单介绍一下我们公司,因为有些朋友可能不知道我们公司是干什么的?第二个就是简单的讲一下什么是智能机器人。第三个讲一下智能机器人需要什么样的伺服系统?最后讲一下目前我们做哪些工作?
     
      先简单介绍一下我们公司,清能德创成立于2012年,位于北京丰台科技园,我们是专门研发高性能伺服驱动系统及解决方案的一家企业。其实伺服应用的领域,它可以应用到很多的领域。
     
      第二个介绍一下什么是智能机器人?
     

     
      智能机器人从我们理解机器人的发展也是经历了一个阶段,现在用的比较多的传统的工业机器人,我们认为这种机器人,也可以把它理解成为一种智能化的设备,它跟机床钣金这些都没有特别大的区别,随着技术的发展,下一步就是这种协作性的机器人,比较流行的就是人机融合的机器人,这些机器人具有一定的感知能力,碰到人的时候,或者碰到障碍物的时候能够避开,从人机协作的角度可以保护人。
     
      可以跟人进行协作,未来就是智能机器人,能够感知外部环境的变化,能够进行思考,还能够进行反馈,最重要的可以进行一些自主的判断。我觉得这是未来智能机器人的一个方向。这个就是刚才讲的智能机器人,他是一个感知,有很多的传感器,可以感受外界环境的变化,通过算法具有一定的学习能力,最后可以自己作出行动。
     
      我们智能机器人,需要什么样的一个伺服系统呢?从我们核心零部件来看,如果智能机器人这样发展下去,我们伺服能够做什么工作?
     

     
      首先从我们的理解来说,伺服是智能机器人的一个执行结构,如果我们做一个智能化的机器人,要具备哪些特点或者功能?一个网络化的,一个模块化的,还有智能化的,还有就是安全,还要健康和节能,我们准备从这5个方面来展开。
     
      首先就是网络化的,我们认为未来工业机器人的伺服,应该是网络化的伺服,工业实时以太网,我们伺服也分了几代,从过去,到将来,早期可能是伺服,如果大家做过伺服的可能知道,现在通过一些总线控制,将来我们认为它通过一个实时的以太网进行控制,下面一个比方,有点类似于早期的模拟机,到后来的数字机,到现在的智能机,是不同时代的产品。
     
      工业实时以太网,现在比较流行的有Ether CAT、SERCOS、PROFI NET等。下面介绍Ether CAT,高速实时通讯,有点双向的像高速公路,主要是说明它的速度之快,比如说它分布100个节点,只要30个微秒可以把数据采集过来,如果有100个伺服,可以在100微秒之内数据采集过来,速度非常快。
     
      Ether CAT的数据传输,它本身里面有数据的标签,我们有若干个伺服,每个人都有一块表,这个表保证同步的,这样就保证大家做同步动作的时候,它的同步性非常好的,按照官方宣布的精确度可以小于微秒,我们公司也是第一家获得Ether CAT获得一致性认证的产品。
     
      我们认为未来的伺服应该是一个模块化的伺服,这个模块不仅仅是指软件,也有硬件的模块化。先讲一下硬件模块化,通用的一个工业机器人,它的机械臂,里面是本体,里面有电机,有一般的控制柜,而现在机器人的一个机器关节,它里面包括了电机、编码器和伺服驱动器。我们认为未来机器人应该是这样的一个关节,而不是分开的带来一大柜子的关节。
     

     
      另外在硬件上面集成度越来越高,左边我们演示的这个,是现在的一个伺服驱动器标准的控制,将来随着进一步的提高,可能集中在一块,再发展下去也有可能把单边系统,再加上驱动,再加上传感器,所有东西全部集中一起。
     
      硬件模块化设计,如果把伺服驱动全部做到一个关节里面,你可以做的非常小,在关节里面,它的散热肯定不太好的,这个时候对效率,对伺服的耐热也是很高的考验,所以这个时候,我们可能要采用一些特殊的器件,比如说像碳化硅,或者是氮化镓可能会用到,碳化硅在国内这几年发展非常快,据我所知对效率追求比较极致的地方,比如说太阳能发电,还有像电动车这个地方,其实碳化硅已经开始在大量的应用了。碳化硅的效率,前几点刚了解一下,这个效率大于99%,有的地方号称达到99.5%,这个效率基本上达到100%,已经接近人的极限了,它效率做的非常高,如果将来我们把这个关节做的非常小,我们要采用一些新兴的器械。碳化硅还有一个好处它的开关频率,可以做到100K,机器人总是不停的运动停止,很多的特点我们认为都适合一体化关节里面去用。
     
      再讲一个硬件的模块化,或者说传感器集成,大家都知道编码器很多都是放电机上面,因为电机和驱动器本身集成一块的,有些技术,通过这些技术编码直接放驱动器里面,这样不但对成本也好,对体积也好,我觉得都是一个升级,或者说是一个创新。刚才那个地方也看到了,除了体积很小之外,可能只用一根电源线这个机器人就可以动了,就跟你的家电一样。模块化设计,除了硬件的模块化设计和硬件的模块化设计,还有软件的设计,伺服系统可以有自己的一个操作系统,这个操作系统当然不是像windows操作系统这么复杂,它一个接口的驱动程序,做伺服都知道不同的编码器,不同的接口,这些协议都不一样,如果我们都放到一个类似于操作系统上面去,我们匹配的时候不容易,但是上面可以加一些伺服的控制,这样的话伺服的控制变的非常简单,我调用谁的编码器,这个伺服控制越来越简单。这是我们的一个设想,我们认为将来,我们的伺服如果要在智能机器人用的话,可能要朝着这个方向发展。
     
      接下来讲一下智能化这一块,动态控制技术,刚才讲的软件的模块化,有些东西经过模块化,我们需要的时候可以调用,一些电机,包括运动控制的切换等等,这个可能比较专业,我们很多的功能都做成软件的模块化,随时进行调用,有些地方大量采用自动的辨识,让这个机器人变的更智能一些。
     
      还有一个就是控制模式的变化,我们现在很多的控制模式,比如说位置同步,或者说速度同步,有嘉宾也说了,这可能是一个混合的,他们举一个机器人的例子,前面是运动控制比较多,比如说我做的一个工作,装齿轮,接触齿轮的时候转成运动模式,可以感受到有没有接触到,多大的力去装配这个东西,未来控制模式一定是混合的控制模式,一定是根据环境和工作的要求,自动的进行一些模式的切换,然后条件出现突变的时候,机器人碰到人,或者碰到一个什么障碍物的时候,要能够自动的适应,改变它的控制模式,或者进入一个其他的模式。
     
      接下来就讲讲伺服控制里面的信息和人身安全,之前说到安全的话,一般都是IT里面经常说到,计算机的防火墙,或者是一些软件的加密,很多人都认为在IT行业,随着工业互联网的普及,伺服是工业互联网直接连过去的,通过网络可以远端控制这样一个设备,那样就带来一个安全问题, FSOE,在这个里面加了类似于网端的东西,防止落到没有授权的人手上,已经考虑到这个。
     
      除了信息安全还有人身的安全,说的最多就是人机协作,我看这个图很多人用了,机器人和人协作的时候有一个安全的基础,功能安全,希望停的时候,一定保证机器人能够停下来,这是功能安全。碰到人的时候它的电流防止变化,防止对人造成伤害,还有速度和间距的控制,加上视觉,可以判断接近障碍物的时候进行速度的控制。
     
      最后讲一下健康和节能,这里面其实上午很多专家都已经讲了,如果把它理解成一个人的话,有经常需要考虑的,有可能会生病,或者说不工作这种情况,这个时候结合现在的一些大数据,或者说云计算这些东西,有了互联网这些东西以后,这些可以实现的,可以监测机器人各个关节的状态,有些异常的时候能够提前发现,然后进行提前的警告,或者是进行一个维护,我们认为也是将来伺服产品,包括智能产品的趋势,提前诊断到这个关节,或者某一个设备可能会出问题,提前给一些警告,大家说的比较多的是可预测性维护。
     
      在伺服里面我们倡导这样的一个概念,在待机的时候是功耗掉的,比如说待机,风扇没有必要很高的速度转,这个本身也是能效节能的技术。
     
      我们小结一下,我们刚才从网络化、模块化、智能化、安全、健康节能,主要是从这5个方面讲了一下未来的智能化机器人,需要什么样的伺服?
     
      接下来讲讲我们作为一个伺服企业,我们做到了什么程度呢?这是我们推出来的第一款产品,它走的是工业互联网Ether CAT,它具有一些节能和能效管理的特点,节能技术里面,除了一些能效管理之外,本身也是节能的一个架构设计。
     

     
      另外介绍一下我们的R6,是针对工业机器人设计的一个伺服,它可以同时驱动6个,而且它内部集成一些机器人的运动控制和算法,这个安装起来非常的简单,原来是线很多,现在线减少,而且体积也减少很多。
     

     
      功能安全技术,进行产品设计的时候,很多公司,不光是国内,很多日本的企业也考虑这些东西,从12年的时候,我们在第一代产品里面已经把功率安全技术考虑进来了。通俗一点理解,比如说我们要把这个伺服关掉,怎么保证一定能够关掉?这就是我们要考虑的问题,有可能你的指令没有被执行,也可能哪个线出了问题,我想让它关机的时候一定能够关得了。
     
      我们的CoolDrive系列伺服已配套两千多台机器人,在全国各个地区都有分布。
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