最近朋友圈的一篇機器人行業(yè)調(diào)研文章《國產(chǎn)工業(yè)機器人現(xiàn)狀思考》引起了同事間的熱議。此篇文章除了顯見的文字/邏輯疏漏、內(nèi)容復(fù)制粘貼之外，同時還折射出了一部分行業(yè)調(diào)研文章的共同問題：不深入了解行業(yè)而輕易下斷語。例如其中又一次出現(xiàn)了“控制系統(tǒng)是門檻最低的主要部件，我國已有多家廠商掌握”之類的錯誤表述。
其實針對這個問題我曾經(jīng)與幾位行業(yè)內(nèi)資深人士探討過，大家都認(rèn)為在工業(yè)機器人行業(yè)中，國內(nèi)與國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這樣說法的情況下，包含此類觀點的文章為什么還頻繁出現(xiàn)在各大專業(yè)媒體以及投資機構(gòu)的市場分析報告中？
究其原因，只能說國產(chǎn)工業(yè)機器人剛剛起步，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)機器人控制系統(tǒng)的觀點，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)機器人控制系統(tǒng)，如何定義？
2.為什么控制系統(tǒng)對于機器人至關(guān)重要？
3.走出“三大機器人核心零部件”的誤區(qū)；
4.現(xiàn)代工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計原則；
5.機器人行業(yè)的費米悖論；
本篇將著重于前三個問題。
什么是機器人控制系統(tǒng)？
有關(guān)機器人控制系統(tǒng)更專業(yè)的定義和功能介紹，可以參考下一篇文章，這里我們使用類比的方式，參考計算機行業(yè)的分層形式來介紹機器人控制系統(tǒng)的范圍，見下圖：
如同計算機的操作系統(tǒng)一樣，機器人控制系統(tǒng)在整個工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)中，扮演了最基礎(chǔ)的軟件平臺的角色。
當(dāng)你購買了一臺工業(yè)機器人后，通過編程的調(diào)用其控制系統(tǒng)自帶的基本功能可以滿足很多場合的需求。如果自帶的功能滿足不了要求，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。這就好比簡單的圖像處理我們可以使用Window自帶的畫圖軟件甚至PowerPoint來實現(xiàn)，但是如果要求更高，那么可以安裝像Photoshop這樣的獨立應(yīng)用軟件。
控制系統(tǒng)提供平臺，應(yīng)用軟件在平臺的基礎(chǔ)上擴(kuò)展應(yīng)用范圍，提升使用體驗。
在工業(yè)機器人發(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，通過使用新的技術(shù)，研究新的工藝，在某個細(xì)分方向上成功拓展了機器人的應(yīng)用范圍。這些公司有的獨立成長為了某個工藝領(lǐng)域的應(yīng)用專家，利用與機器人廠家定制的專用機器人加自己獨到的應(yīng)用軟件包在細(xì)分領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷，例如噴涂的DURR，焊接的CLOOS等；有的則成功被機器人整機廠商收購，其應(yīng)用技術(shù)并入到機器人控制系統(tǒng)的框架中。
這幾年深度學(xué)習(xí)技術(shù)在機器人路徑規(guī)劃、視覺方面有不少應(yīng)用案例，這些技術(shù)增強了機器人在面對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境時的應(yīng)用水平，同時也解決了之前通過固定編程方式不能解決的一些應(yīng)用問題，對于擴(kuò)展機器人的應(yīng)用范圍有著積極的意義。做為機器人整機廠商，我們相信新的應(yīng)用技術(shù)是機器人產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的重要推動力，也愿意同靠譜的合作伙伴共同成長。
那做系統(tǒng)和做應(yīng)用軟件哪個難度更大，門檻更高？
這個問題沒有絕對的答案，取決于做的深度與廣度。微軟也不敢說一定能做出媲美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)的專業(yè)人士對此都會有自己的判斷。
但是如果故意混淆這兩個不同層級的概念，故意貶低他人抬高自己，那要么是對行業(yè)缺乏正確的基本認(rèn)識，要么就是在嘩眾取寵。理論成熟不代表門檻低，也不代表產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)成熟，內(nèi)燃機的原理大家都明白，你做一臺V8出來看看？
控制系統(tǒng)門檻最低？錯！
Robot by definition is “software-driven mechanical system“。
類似于電腦和手機，工業(yè)機器人是一種非常典型的軟硬結(jié)合、機電一體產(chǎn)品。
這樣的產(chǎn)品都遵循這樣一個原則：
硬件決定性能邊界，軟件發(fā)揮硬件性能并定義產(chǎn)品（機器人）的行為。
在相對成熟的市場中，當(dāng)大家使用的硬件趨于一致時，通過軟件來進(jìn)行產(chǎn)品差異化并創(chuàng)造價值是常見做法。工業(yè)機器人行業(yè)經(jīng)過幾十年的發(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，國產(chǎn)廠家也可以購買到與進(jìn)口品牌相差不多的零配件（當(dāng)前價格會高不少），這時機器人的控制系統(tǒng)就成為了決定機器人性能和功能的主要因素。
假如我們有兩臺機器人，配置分別如下：
1.進(jìn)口abb的機器人控制器+國產(chǎn)伺服系統(tǒng)+國產(chǎn)減速器+國產(chǎn)機械本體；
2.國產(chǎn)機器人控制器+進(jìn)口伺服系統(tǒng)+進(jìn)口減速器+進(jìn)口機械本體；
那么哪一臺的性能會更強，功能會更多？
答案想而易見，沒有人會認(rèn)為第二種配備國產(chǎn)控制器的機器人能PK過第一種使用abb機器人控制器的機器人，即使性能好的方案除控制器外幾乎全部使用了國產(chǎn)零部件。
既然控制系統(tǒng)如此重要，而且到目前為止國內(nèi)沒有開發(fā)出可與市面主流機器人品牌原生系統(tǒng)性能接近的控制器產(chǎn)品，那為什么會有“控制系統(tǒng)門檻最低”的結(jié)論，或者說錯覺？我覺得原因主要有三個：
1.國內(nèi)缺乏對機器人控制和整機產(chǎn)品研發(fā)有深入認(rèn)識的團(tuán)隊和公司。對一個問題的正確判斷有賴于對問題和背景的深入了解。國內(nèi)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)起步較晚，缺乏對高性能機器人產(chǎn)品研發(fā)有足夠經(jīng)驗積累的團(tuán)隊和公司，誤以為機器人只要能動起來那么控制系統(tǒng)就夠用了，導(dǎo)致很多人錯誤的認(rèn)為控制系統(tǒng)很簡單。在后一篇文章中，我們將和大家探討有關(guān)現(xiàn)代機器人控制系統(tǒng)開發(fā)的一些細(xì)節(jié)。
2.國內(nèi)機器人產(chǎn)品還普遍面向中低端市場，客戶對國產(chǎn)機器人的性能幾乎沒有要求。在這種市場需求下，很多公司對自己生產(chǎn)的機器人產(chǎn)品僅僅要求可以動起來，滿足一些精度、速度、功能要求不高的場合，那么使用第三方的控制系統(tǒng)或者使用各種運動控制卡拼湊的控制器是可以滿足要求的。我們不能說這樣的做法是錯誤的，因為市場需求決定產(chǎn)品定位與設(shè)計，既然中國存在大量低端的需求，那么這樣的機器人產(chǎn)品也就有其存在的價值。但是在相對有限市場空間的工業(yè)機器人領(lǐng)域，長期面向低端的公司將無法獲得足夠的利潤來支持其走向中高端，如果國內(nèi)所有的廠商都是如此，那么國產(chǎn)機器人行業(yè)將極有可能重蹈機床行業(yè)的覆轍，在短暫的銷量高潮之后，跌落回出貨量很大但是大部分利潤被國外CNC軟件系統(tǒng)商拿走的境地。
3.人們對于無法看到和無法直接對比的參數(shù)缺乏直觀、準(zhǔn)確的認(rèn)識。像減速器這種看得見摸得著的部件，有經(jīng)驗的老師傅可以非常直觀的看出國產(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)注看的見的差距，而忽略真正隱藏在背后的差距。這種現(xiàn)象其實在計算機行業(yè)也有可參考的例子，各位現(xiàn)在可以回想一下自己平時用的生產(chǎn)力軟件（Office、CAD、CAE、科學(xué)計算、仿真分析、視頻剪輯、音頻編輯、平面設(shè)計等），有多少是國內(nèi)廠商提供的？幾乎沒有。國內(nèi)正版用戶每年都需要付出巨額費用來購買這些軟件產(chǎn)品。但是在你的印象中，聽到國內(nèi)外CPU差距很大是多久之前？聽到有人談中外軟件差距很大又是多久之前？抑或從來沒有聽過軟件差距很大的說法？中外生產(chǎn)力軟件產(chǎn)品之間的差距可能沒有芯片之間大，但是仍然不能掩蓋國產(chǎn)專業(yè)軟件的落后，也正是這種思路的蔓延導(dǎo)致了機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)布全球第一臺全電動工業(yè)機器人到現(xiàn)在已經(jīng)過去了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)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域能從最初的用來組裝變速箱擴(kuò)展到現(xiàn)在的焊接、噴涂、裝配、貼片、點膠、打磨、拋光、分揀、搬運、碼垛、檢測、注塑、切割、測量、沖壓、包裝等數(shù)十個領(lǐng)域，絕大部分靠的是機器人控制系統(tǒng)在架構(gòu)、控制、規(guī)劃、工藝流程、人機交互等方面的革新。
以最近非?；鸨膮f(xié)作機器人為例，雖然有著與傳統(tǒng)機器人很大不同的外觀，但仍應(yīng)該將其看做是在傳統(tǒng)電機和減速器基礎(chǔ)的產(chǎn)品創(chuàng)新，或者更準(zhǔn)確的說是控制的創(chuàng)新與軟件的創(chuàng)新。（協(xié)作機器人又是一個有眾多誤區(qū)的話題，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)、減速器被稱為工業(yè)機器人“三大核心零部件”的說法由來已久，但是翻遍了Google也沒找到這種說法是何時何地興起，卻又經(jīng)常被人拿來當(dāng)作論證的起點，似乎每個機器人都是買來三個主要零部件，再設(shè)計下機械本體和控制柜就生產(chǎn)出來了。
如果跟行業(yè)外人士快速講解機器人結(jié)構(gòu)，那么這種說法也沒有問題。但是作為行業(yè)內(nèi)人士，尤其是機器人整機生產(chǎn)商，如果一直按照這個拿主要部件攢機器人的思路來思考，則很難做出優(yōu)秀的產(chǎn)品。
現(xiàn)在國產(chǎn)機器人的情形像極了五六年前的國產(chǎn)手機。依靠各芯片廠家提供的解決方案，一個小作坊也可以迅速攢出來一款手機，這樣的產(chǎn)品在一個尚未飽和＋尚未開化的市場也許有一席之地，但是等藍(lán)海變成紅海，首先被淘汰的會是粗制濫造的山寨貨，然后是沒有核心技術(shù)的二流品牌，能夠撐到最后的是幾個的國產(chǎn)巨頭。這么成功的手機廠商最初可能也有過堆硬件的歷史，但是最終的結(jié)果必然是通過優(yōu)秀的整機設(shè)計和良好的軟件適配找到了自己的發(fā)展之路。
設(shè)想若干年后的機器人市場，彼時的贏家，靠的也不會是市面上花錢就能購買的所謂“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)秀的整機產(chǎn)品研發(fā)能力。因為機器人首先是“software-driven mechanical system”，是軟件驅(qū)動的機電系統(tǒng)；作為系統(tǒng)整體而存在，也作為整體而設(shè)計。現(xiàn)實情況也正是如此：主流的機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器人的行為。任何一家想真正造機器人的廠家都不會放棄定義自家機器人行為的機會。
工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)化在國內(nèi)起步時間尚短，但是正在變得越來越熱鬧。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徑，苦心孤詣才能有所突破。希望調(diào)研人員多做扎實的功課，而少下輕飄飄的斷語，也希望各位同行可以相互支持，踏實做事，實在做人，共同成長，機器人行業(yè)的未來必然有國產(chǎn)企業(yè)的一席之地。
如果看到這里還認(rèn)為機器人控制系統(tǒng)是門檻最低的“核心零部件”，那我只好就此打住。
