工業(yè)機(jī)器人與通用機(jī)電設(shè)備的控制集成整合到一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)之中，對于制造企業(yè)來說會有很多顯而易見的價(jià)值和益處；但與此同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)，盡管市面上已經(jīng)有了不少集成機(jī)器人控制的自動(dòng)化系統(tǒng)方案，但目前絕大多數(shù)的工業(yè)機(jī)器人，卻仍然是以使用獨(dú)立的專用控制器為主的。
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首先，關(guān)于工業(yè)機(jī)器人普遍使用專用驅(qū)控系統(tǒng)的這種現(xiàn)狀，個(gè)人覺得還是與工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)控制技術(shù)長期相對獨(dú)立、并行發(fā)展的歷史背景有很大關(guān)系的。
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我們知道，工業(yè)機(jī)器人與自動(dòng)化控制這兩種重要的現(xiàn)代制造技術(shù)，幾乎是在同一個(gè)歷史時(shí)期起步的。嚴(yán)格意義上說，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用甚至要比 PLC、DCS 和變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)還要早，其發(fā)展很大程度上是源于某些行業(yè)特定的應(yīng)用需求，目的是為了實(shí)現(xiàn)一些人工難以完成的操作，如：焊接、半導(dǎo)體加工、物料搬運(yùn)…等。
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而以 PLC、DCS 為帶代表的通用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，則是從處理設(shè)備系統(tǒng)的邏輯連鎖和模擬信號開始的，然后經(jīng)過很長一段時(shí)間的迭代發(fā)展，才逐漸相互融合，引入了軟件、總線、人機(jī)界面、傳動(dòng)、運(yùn)控、安全…等各種跨領(lǐng)域技術(shù)。
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這就使得傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人與通用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，二者在具體的應(yīng)用場景上表現(xiàn)出極大的差異，例如：
■機(jī)器人控制的核心是空間坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的運(yùn)算與規(guī)劃，通用自動(dòng)化注重的則是設(shè)備（或產(chǎn)線）系統(tǒng)的流程和邏輯控制；
■多軸同步運(yùn)動(dòng)是機(jī)器人控制的基礎(chǔ)，而這個(gè)對于通用自動(dòng)化技術(shù)來說，卻是在本世紀(jì)初集成運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)出現(xiàn)后才有的概念；
■機(jī)器人控制屬于小范圍單機(jī)精細(xì)操作，而通用自動(dòng)化控制所面對的卻往往是一些比較復(fù)雜的大中型機(jī)電系統(tǒng)；
■…
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可以說，過去這幾十年，通用自動(dòng)化產(chǎn)品的發(fā)展，尤其是在驅(qū)動(dòng)與控制方面，一直都沒能滿足同時(shí)代機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用需求。機(jī)器人產(chǎn)品的研發(fā)與迭代，從早期的液壓傳動(dòng)和機(jī)電控制，到后來采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)控制，總是更傾向于選擇將可用的機(jī)電技術(shù)直接整合到其中，成套打包交付給用戶，而不是使用通用自動(dòng)化領(lǐng)域的控制與驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。
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比如我們現(xiàn)在打開一臺工業(yè)機(jī)器人的控制箱，看到的往往是專用的控制和驅(qū)動(dòng)板卡，卻很少會有通用的自動(dòng)化控制器和伺服驅(qū)動(dòng)模塊；同時(shí)，板卡之間實(shí)時(shí)運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)的通訊也經(jīng)常是通過專用的背板總線完成的，而不太會使用我們所熟知的工業(yè)運(yùn)控總線；此外，機(jī)器人產(chǎn)品還有著與通用自動(dòng)化完全不同的軟件操作系統(tǒng)。
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所以，我們就不難想象，從技術(shù)角度看，要將傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人控制，按照集成運(yùn)動(dòng)控制的方式，整合到通用的自動(dòng)化系統(tǒng)之中，難度將會有多大。
一方面，原本獨(dú)立封裝在機(jī)器人側(cè)機(jī)箱內(nèi)的驅(qū)動(dòng)單元，將被市面上標(biāo)準(zhǔn)的伺服驅(qū)動(dòng)器所替代，并整合到自動(dòng)化設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)之中；另一方面，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人控制單元將在硬件層面徹底消失，以功能模塊的形式嵌入到自動(dòng)化控制的軟件程序中去。最終，在機(jī)器人端不會再有專門的控制機(jī)箱，其機(jī)械本體（主要是電機(jī)與反饋）將直接接入產(chǎn)線 / 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
PicSource：B&R Automation
在這個(gè)過程中，硬件層面的整合主要是在做減法，應(yīng)該并不會太復(fù)雜；而真正有難度的，其實(shí)是軟件系統(tǒng)的集成。原因在于，通用自動(dòng)化系統(tǒng)要能夠整合并接管機(jī)器人的控制任務(wù)，一個(gè)重要前提，就是在其現(xiàn)有操作系統(tǒng)中融入機(jī)器人應(yīng)用的開發(fā)環(huán)境，其中不僅應(yīng)具備坐標(biāo)系變換、模型參數(shù)配置、動(dòng)態(tài)負(fù)載控制、路徑軌跡規(guī)劃…等一些列基礎(chǔ)級別的應(yīng)用功能，還需要能提供一些專屬應(yīng)用場景的操作選項(xiàng)，如：抓取、焊接、噴涂…等等；而這些在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，都是經(jīng)過長期歷史沉淀才得以形成的解決方案，并非一朝一夕就能被輕松移植到一個(gè)全新系統(tǒng)中去的；更重要的是，如果沒有機(jī)器人廠商的配合，大部分傳統(tǒng)自動(dòng)化品牌幾乎是沒有能力獨(dú)自開發(fā)出成熟可用的機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的。
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這看似是一個(gè)技術(shù)問題，實(shí)則表現(xiàn)為在業(yè)務(wù)模式上面臨的挑戰(zhàn)。試想一下，要將機(jī)器人功能按照上述方式集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中，對于任何廠商來說，其所需投入的研發(fā)與測試成本和將要承擔(dān)的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，都應(yīng)該是相當(dāng)之高的；再考慮到傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)有的技術(shù)成熟度和市場體量，又有多少用戶愿意為了這個(gè)未經(jīng)充分驗(yàn)證的一體化方案買單呢？將機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制整個(gè)融入到自動(dòng)化系統(tǒng)中，就一定會帶來性價(jià)比和應(yīng)用體驗(yàn)的提升嗎？類似的質(zhì)疑其實(shí)早年在集成運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)剛出現(xiàn)時(shí)就曾出現(xiàn)過的，其結(jié)論自然是因行業(yè)應(yīng)用背景與技術(shù)發(fā)展階段的不同而有所差異的。
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話說回來，這里面其實(shí)是有一個(gè)基本問題是必須要考慮的，那就是需求。盡管將機(jī)器人應(yīng)用于設(shè)備產(chǎn)線這個(gè)總的趨勢是沒錯(cuò)的，但落實(shí)到具體的應(yīng)用環(huán)境，它們應(yīng)該如何被整合到一起，卻肯定是需要因地制宜的評估和考量的。是深度融合，還是簡單嫁接；設(shè)備體量如何，機(jī)器人數(shù)量多少；是相對獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，還是相互同步聯(lián)動(dòng)…等等這些，都是有待通過實(shí)測逐步論證的。而隨著工業(yè)總線技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備間互操作能力的提升，集成機(jī)器人控制的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，對于用戶來說，將很可能僅僅是設(shè)備方案中一種有益的選項(xiàng)，卻未必是必須的。
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因此，若要研判這項(xiàng)技術(shù)（自動(dòng)化系統(tǒng)集成機(jī)器人控制）的發(fā)展前景，主流機(jī)器人品牌與自動(dòng)化廠商在具體產(chǎn)品層面的合作固然十分重要，例如：我們可以留意下 ABB 是否會把 B&R 之前和 COMAU 合作過的 openROBOTICS 升個(gè)級，用到自家的機(jī)器人上，攢出個(gè)什么新玩意兒出來；但與此同時(shí)，各行業(yè)細(xì)分領(lǐng)域那些專業(yè)級玩家的布局動(dòng)作，尤其是設(shè)備制造商和企業(yè)用戶的選擇，也是非常真正值得關(guān)注的。
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