第31屆夏季奧林匹克運動會于2016年8月5日在巴西的里約熱內盧開幕。如果說2008年北京奧運會是門戶網站的奧運，2012年倫敦奧運會是社交時代的奧運，那么，2016年的里約奧運，無疑是一場匯聚人工智能、機器人等尖端技術的科技奧運。

2016巴西奧運會，機器人“記者”寫奧運

此次奧運有了機器人傾力助陣，更增加了諸多看點：智能交互新驚喜，機器人小i助播奧運；科技感爆棚：機器人Alpha2說奧運；AI＋搜索技術：機器人“小安”答奧運；解放人力：機器人“記者”寫奧運；智能撲捉畫面：機器人技術拍奧運；全方位無死角：機器人警察護衛奧運……

2016巴西奧運會，機器人Alpha2說奧運

可以說，此屆奧運，以機器人為代表的人工智能高科技正在體育賽場內外“大顯神威”。如今的機器人早已不是什么神秘的高科技，而是“飛入尋常百姓家”，在各方面都深刻影響著我們人類。

我國工業機器人的市場主要集中在汽車、汽車零部件、摩托車、電器、工程機械、石油化工等行業。隨著我國產業結構調整升級不斷深入和國際制造業中心向中國的轉移，我國的工業機器人市場會進一步加大，市場擴展的速度也會進一步提高。

但是，機器人關鍵性技術有哪些？其運用如何？這既是我們了解機器人構造的關鍵，也是我國突破工業機器人核心技術瓶頸的關鍵。

工業機器人控制技術的主要任務就是控制工業機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。

關鍵技術包括：

（1）開放性模塊化的控制系統體系結構：采用分布式CPU計算機結構，分為機器人控制器（RC），運動控制器（MC），光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器（RC）和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器（RC）的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。

（2）模塊化層次化的控制器軟件系統：軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上，采用分層和模塊化結構設計，以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次：硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應不同層次的開發，系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。

（3）機器人的故障診斷與安全維護技術：通過各種信息，對機器人故障進行診斷，并進行相應維護，是保證機器人安全性的關鍵技術。

（4）網絡化機器人控制器技術：當前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展，機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊，便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。

具體到最常見的6種工業機器人，其核心關鍵技術及運用則表現如下：

NO.1  移動機器人（AGV）

移動機器人（AGV）是工業機器人的一種類型，它由計算機控制，具有移動、自動導航、多傳感器控制、網絡交互等功能，它可廣泛應用于機械、電子、紡織、卷煙、醫療、食品、造紙等行業的柔性搬運、傳輸等功能，也用于自動化立體倉庫、柔性加工系統、柔性裝配系統（以AGV作為活動裝配平臺）；同時可在車站、機場、郵局的物品分撿中作為運輸工具。

國際物流技術發展的新趨勢之一，而移動機器人是其中的核心技術和設備，是用現代物流技術配合、支撐、改造、提升傳統生產線，實現點對點自動存取的高架箱儲、作業和搬運相結合，實現精細化、柔性化、信息化，縮短寧波物流流程，降低物料損耗，減少占地面積，降低建設投資等的高新技術和裝備。

關鍵技術包括：

1.AGV管理監控系統

AGV管理監控調度系統的主要功能是管理、監控和調度AGV執行搬運作業任務。

2．AGV車載控制器

AGV車載控制器是AGV控制系統的核心，負責完成人機交互、路徑規劃、任務執行、定位與導航控制、電源管理、自主避障、安全信息提示，以及與AGV管理監控計算機進行通訊，反饋AGV的當前狀態，并接受AGV管理監控系統的調度和工作指令等任務。

3.自主定位及導航系統

AGV可以按照自主程度、用途和結構形式、導航方式等進行分類。主要包括這幾種類型：電磁感應導引、磁帶、磁點導引、光學導引、激光導引、視覺導引、慣性導引、復合導引

4.AGV運動控制系統

AGV作為移動機器人的一個分支，其驅動方式主要包括單舵輪驅動、差速驅動和雙舵輪驅動及多舵輪驅動等四種方式：多舵輪驅動一般用于載重10噸以上的AGV。

5.電機驅動總成

AGV的電機驅動總成由伺服電機和減速機組成，用于AGV本體驅動以及裝卸載機構的驅動，是AGV的核心部件，對AGV的成本和性能影響很大。

6.AGV能源系統

AGV能源系統是AGV的關鍵系統之一，它包括：電池智能充電管理系統、智能電池充電機、電池電量檢測和電池。

7.AGV無線通訊系統

AGV系統中有多臺AGV同時工作，為了指揮各臺AGV按照AGV管理系統所接受的任務協調地工作（即對AGV指派任務、進行交通管理等），所有的AGV以及系統中的其它自動化物流設備均由AGV管理監控計算機進行統一控制。

NO.2 點焊機器人

焊接機器人具有性能穩定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優于人工焊接，大大提高了點焊作業的生產率。

點焊機器人主要用于汽車整車的焊接工作，生產過程由各大汽車主機廠負責完成。國際工業機器人企業憑借與各大汽車企業的長期合作關系，向各大型汽車生產企業提供各類點焊機器人單元產品并以焊接機器人與整車生產線配套形式進入中國，在該領域占據市場主導地位。

隨著汽車工業的發展，焊接生產線要求焊鉗一體化，重量越來越大，165公斤點焊機器人是目前汽車焊接中最常用的一種機器人。2008年9月，機器人研究所研制完成國內首臺165公斤級點焊機器人，并成功應用于奇瑞汽車焊接車間。2009年9月，經過優化和性能提升的第二臺機器人完成并順利通過驗收，該機器人整體技術指標已經達到國外同類機器人水平。

NO.3  弧焊機器人

弧焊機器人主要應用于各類汽車零部件的焊接生產。在該領域，國際大型工業機器人生產企業主要以向成套裝備供應商提供單元產品為主。

關鍵技術包括：

(1)弧焊機器人系統優化集成技術：弧焊機器人采用交流伺服驅動技術以及高精度、高剛性的RV減速機和諧波極速器，具有良好的低速穩定性和高速動態響應，并可實現免維護功能。

(2)協調控制技術：控制多機器人及變位機協調運動，既能保持焊槍和工件的相對姿態以滿足焊接工藝的要求，又能避免焊槍和工件的碰撞。

(3)精確焊縫軌跡跟蹤技術：結合激光傳感器和視覺傳感器離線工作方式的優點，采用激光傳感器實現焊接過程中的焊縫跟蹤，提升焊接機器人對復雜工件進行焊接的柔性和適應性，結合視覺傳感器離線觀察獲得焊縫跟蹤的殘余偏差，基于偏差統計獲得補償數據并進行機器人運動軌跡的修正，在各種工況下都能獲得最佳的焊接質量。

NO.4  激光加工機器人

激光加工機器人是將機器人技術應用于激光加工中，通過高精度工業機器人實現更加柔性的激光加工作業。本系統通過示教盒進行在線操作，也可通過離線方式進行編程。該系統通過對加工工件的自動檢測，產生加工件的模型，繼而生成加工曲線，也可以利用CAD數據直接加工。可用于工件的激光表面處理、打孔、焊接和模具修復等。

關鍵技術包括：

(1)激光加工機器人結構優化設計技術：采用大范圍框架式本體結構，在增大作業范圍的同時，保證機器人精度；

(2)機器人系統的誤差補償技術：針對一體化加工機器人工作空間大，精度高等要求，并結合其結構特點，采取非模型方法與基于模型方法相結合的混合機器人補償方法，完成了幾何參數誤差和非幾何參數誤差的補償。

(3)高精度機器人檢測技術：將三坐標測量技術和機器人技術相結合，實現了機器人高精度在線測量。

(4)激光加工機器人專用語言實現技術：根據激光加工及機器人作業特點，完成激光加工機器人專用語言。

(5)網絡通訊和離線編程技術：具有串口、CAN等網絡通訊功能，實現對機器人生產線的監控和管理；并實現上位機對機器人的離線編程控制。

NO.5  真空機器人

真空機器人是一種在真空環境下工作的機器人，主要應用于半導體工業中，實現晶圓在真空腔室內的傳輸。真空機械手難進口、受限制、用量大、通用性強，其成為制約了半導體裝備整機的研發進度和整機產品競爭力的關鍵部件。而且國外對中國買家嚴加審查，歸屬于禁運產品目錄，真空機械手已成為嚴重制約我國半導體設備整機裝備制造的“卡脖子”問題。直驅型真空機器人技術屬于原始創新技術。

關鍵技術包括：

(1)真空機器人新構型設計技術：通過結構分析和優化設計，避開國際專利，設計新構型滿足真空機器人對剛度和伸縮比的要求；

(2)大間隙真空直驅電機技術：涉及大間隙真空直接驅動電機和高潔凈直驅電機開展電機理論分析、結構設計、制作工藝、電機材料表面處理、低速大轉矩控制、小型多軸驅動器等方面。

(3)真空環境下的多軸精密軸系的設計。采用軸在軸中的設計方法，減小軸之間的不同心以及慣量不對稱的問題。

(4)動態軌跡修正技術：通過傳感器信息和機器人運動信息的融合，檢測出晶圓與手指之間基準位置之間的偏移，通過動態修正運動軌跡，保證機器人準確地將晶圓從真空腔室中的一個工位傳送到另一個工位。

(5)符合SEMI標準的真空機器人語言：根據真空機器人搬運要求、機器人作業特點及SEMI標準，完成真空機器人專用語言。

(6)可靠性系統工程技術：在IC制造中，設備故障會帶來巨大的損失。根據半導體設備對MCBF的高要求，對各個部件的可靠性進行測試、評價和控制，提高機械手各個部件的可靠性，從而保證機械手滿足IC制造的高要求。

NO.6  潔凈機器人

潔凈機器人是一種在潔凈環境中使用的工業機器人。隨著生產技術水平不斷提高，其對生產環境的要求也日益苛刻，很多現代工業產品生產都要求在潔凈環境進行，潔凈機器人是潔凈環境下生產需要的關鍵設備。

關鍵技術包括：

(1)潔凈潤滑技術：通過采用負壓抑塵結構和非揮發性潤滑脂，實現對環境無顆粒污染，滿足潔凈要求。

(2)高速平穩控制技術：通過軌跡優化和提高關節伺服性能，實現潔凈搬運的平穩性。

(3)控制器的小型化技術：根據潔凈室建造和運營成本高，通過控制器小型化技術減小潔凈機器人的占用空間。

(4)晶圓檢測技術：通過光學傳感器，能夠通過機器人的掃描，獲得卡匣中晶圓有無缺片、傾斜等信息。

傳動傳動網編者獲悉，工業機器人制造企業也如雨后春筍般不斷涌現，據統計僅去年中國國內差不多增加了200多加工業機器人制造廠商。對于工業機器人的市場前景，業界都是一致看好，普遍認為未來5~10年將會迎來工業機器人的一個爆發期。不過，要想在這一波浪潮中得益的話也并不容易。因為工業機器人涉及的系統相當復雜，僅核心零部件就包括了機械系統、控制器、伺服器和減速器等等。

在工業機器人關鍵技術中，目前市場上還比較少見使用單芯片來實現工業機器人的主站控制。在主芯片的CycloneVSoC中，雙核CortexA9ARM有一個核用作運動控制，另一個核用來做EtherCAT主站。雙核各自負責自己的功能，運動控制功能主要負責機器人3只手臂的協調工作，算法都放在ARM中。FPGA主要用來做Nios軟核功能。通過FPGA中的MAC出去以后，連接了3個伺服驅動器。

但中國機器人品牌廠商采用的這種單芯片方案對歐美機器人廠商并沒有太大的吸引力，他們更愿意使用X86平臺。反而是亞太區的機器人廠商更愿意接受。因為單芯片方案不僅可以幫助降低成本，也可以讓他們生產差異化的產品，以避免與歐美機器人廠商直接競爭。畢竟跟歐美的差距還是很明顯的。

雖然工業機器人的用途很廣，種類很多，但對硬件平臺來講，其實是可以共用的。模塊化，平臺化的產品更有益于產品的開發和推廣，也有利于產品成本的降低。工業機器人還在不斷地向前發展著，相信隨著技術的進步，隨著“奇點”的來臨，機器人的智能化會更加明顯，中國工業機器人也必將逐步破解伺服電機、控制器、減速器等核心零部件，掌握機器人核心科技，在智能制造“競賽”中“奪冠”！

（本文綜合百度百家、一站閱讀微信、中國傳動網傳動論壇資料，由中國傳動網整編，圖片來源于網絡）