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德国制造到底强在哪？从工博会上伺服驱动的创新上能看出真相

随着2014年协作机器人在中国兴起 ， UR、新松、达明、遨博、大族激光等企业积极布局协作机器人市场 。 2014-2019年 ， 我国协作机器人销量复合增速一度超过了50% ， 2019年我国协作机器人产量超过8000台 。
但目前协作机器人和AGV的核心零部件高端市场 ， 仍然主要由外资厂商主导 ， 虽然国产厂商进步明显 ， 在部分领域已经开始进口替代 ， 但仍然存在非常大寿命、精度等性能差距 。
一方面是随着近年来由于协作机器人、AGV和物流自动化的迅速发展 ， 极大的丰富了机器人产品的种类 ， 下游产业对高端伺服驱动器、控制器等核心零部件有更大的需求 ， 另一方面却是由于国产协作机器人往往因为负载小、速度慢、精度低、市场体验不佳等原因 ， 国产协作机器人行业总体销量规模占工业机器人销量比重不超过6% 。
德国制造到底强在哪？从工博会上伺服驱动的创新上能看出真相
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制约国产协作机器人本体厂商的核心原因就在伺服驱动等核心零部件发展存在局限 ， 国产协作机器人的伺服驱动上往往难以实现高精度 ， 国产伺服和国外的领先企业的伺服驱动差异到底在哪？为什么会出现这么大的差距？
从这篇对比国外领先伺服驱动生产企业SynapticonGmbH的产品剖析文章可以看到 ， 中外在伺服驱动性能差距背后 ， 其实根本还是产业结构以及企业创新研发生态的巨大差异 。
国产的伺服驱动从研发到生产 ， 大多是借鉴国外的流程 ， 而缺乏颠覆式创新的思维 。
什么是颠覆式创新 ， 举个简单例子 ， iPhone就是典型的颠覆性创新产品 ， 因为它不仅重新定义了智能手机的概念 ， 甚至重新定义了个人电脑 。 iPhone的出现 ， 直接导致了诺基亚、黑莓等一大批手机巨头陨落 。
而协作机器人 ， 也正是这种颠覆性创新思维的产物 。 它不仅对人机交互提出了新的概念 ， 甚至拓展了传统通用机器人的应用领域 ， UR的这种颠覆性也使得到如今他仍然稳坐协作机器人全球市场第一的宝座 。
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对于这些颠覆式创新产品 ， 相关产业必然会进行颠覆式变革 ， 创新不是单纯的对于元产业的继承和改良 ， 而是全新的产业链塑造 ， 例如特斯拉对于传统汽车产线的变革 ， 在协作机器人这个对工业机器人的创新出现后 ， 对于机器人安全性、易用性都提出了更高要求 ， 因此国外对于工业机器人的创新生态发展也随之迅速诞生 ， 而国内企业往往缺乏这种产业链的创新意识 。
在本次工博会上 ， 很清楚看到德国这家叫做SynapticonGmbH（德国芯控）的企业 ， 就已经针对协作机器人这种全新的产业 ， 在协作机器人的生态链里已经进行了代表性的创新 。 SynapticonGmbH（德国芯控）专注的领域是伺服驱动 ， 在这个领域他们针对协作机器人的新生态 ， 做到了软硬件研发的极致 。
工博会现场有专家评论认为 ， 如果说UR是带来了协作机器人在整体意义上的创新突破 ， 那么德国芯控的Circulo系列伺服驱动器就可以理解为在协作机器人生态下 ， 核心零部件上进行的一次创新颠覆 。 这个来自零部件端的创新或许将进一步优化协作机器人产业生态 。
外行看热闹内行看门道 ， 同样是伺服驱动 ， 在结构设计创新、硬件功能创新、软件场景创新三个方面 ， SynapticonGmbH的Circulo系列伺服驱动器已经很明显和国内一干伺服驱动厂家的产品拉开了距离 ， 或许正是这三点共同构成了国外对于颠覆式产品以及产业链创新的内核 。
正如移动通讯行业的发展经验告诉我们的 ， iPhone手机正是通过更小的体积逐渐取代掉了个人电脑 ， 而协作机器人则以更安全的柔性结构设计构建了新的机器人产品印象 ， 国外的很多颠覆式产业创新思维 ， 都离不开对产品结构的正向设计 ， 而德国芯控的Circulo系列伺服驱动器则同样在产品结构上煞费苦心 。
在工博会的展会现场可以看到 ， 与一干国产厂商展示的方形伺服驱动器的传统设计不同 ， 德国芯控的Circulo系列伺服驱动器已经采取了独特的中空环形设计 ， 这个设计使得伺服驱动的最大孔径达40mm ， 与传统双编码器?方案相比 ， 凭借这种环形外形及大中空孔设计 ， 就能节省50%以上空间 ， 这种结构创新调整带来的空间优化 ， 压缩应用侧体积 ， 从而使得Circulo能很好地适配核心零部件一体化关节构造 。
德国制造到底强在哪？从工博会上伺服驱动的创新上能看出真相
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而这不仅仅是表面上从方形到中空环形的形状改变 ， 而是整体走线优化的集中体现 。 因为相比国产厂商为了满足协作机器人需求 ， 在传统工业机器人伺服驱动的同一体积下削减功能 ， 通过这种环形结构设计的颠覆式创新 ， 更能满足协作机器人的安全性稳定性需求 ， 同时降标准缩小体积实现轻量化 ， 这种一体式的解决方案无疑更为前沿 ， 这一改变也使得德国芯控的Circulo能在丰富驱动器功能的同时 ， 能进一步着力提高伺服驱动器的效率 ， 通过对于散热的提升实现输出功率和密度稳定 ， 从而满足协作机器人在精度、负载的需求 。
【德国制造到底强在哪？从工博会上伺服驱动的创新上能看出真相】在这种表层结构的简化设计下 ， 体现在实际应用上 ， 则是基于Circulo驱动器搭建的机器人布线可以极大地简化 ， 从而省去了编码器的接线 ， 减少了系统集成走线问题 ， 简单的产品走线减轻了驱动电路算法的负担 ， 从而进一步提高了产品稳定性 。 同时 ， 基于这种结构设计 ， 因为SOMANET结构极度紧凑而又强大 ， 能保持相当大程度的刚性 ， 直接集成到机械臂内替代传统方案 。
这为德国芯控在伺服驱动市场正向结构创新所带来的优势也是明显的 。 在工博会上 ， 纵观整个伺服展品 ， 成功在环形驱动器设计集成了编码器的企业也只有德国芯控 ， 因为这不仅仅是单纯的结构的优化 ， 而是整体方案的集成体现 。
虽然这种环形驱动器设计使得国内很多本体厂商开始模仿自研 ， 但仍然在结构通讯和稳定性上无法攻克许多难题 ， 因为驱动器能不能做小 ， 最大难题就是单位体积的输出功率能否保持不变 ， 这又取决于算法好驱动 ， 好的电路设计可以更少产热 ， 散热设计好 ， 可以保证散热 ， 从而加强稳定性 。 同时大多企业因为刚刚起步 ， 缺乏这些市场经验和迭代能力 ， 导致产品稳定性还较差 ， 离正式使用仍需时间 ， 这也无疑形成了德国芯控的核心竞争力 ， 对于产品颠覆式的创新为德国芯控这个先行者的市场销售带来了无限可能 。
除开结构正向设计创新之外 ， 将硬件本身的功能进行极致开发 ， 也是以德国芯控为代表的外资企业进行产品颠覆式创新的核心思路 。
例如在此前 ， 德国芯控原有的SOMANET伺服驱动器作为通用产品 ， 已被应用于传统工业机械臂、协作机器人、服务机器人、AGV、特种机械等尖端应用领域 ， 但不像国内很多伺服驱动的产商 ， 都在进行零部件构件的单向探索 ， Circulo系列选择在SOMANET的技术基础上 ， 针对协作机器人一体化关节 ， 将传感、驱动、制动、传动集成一同纳入设计考虑 ， 从而推出的高度集成化产品 。
因为有着对协作机器人产业创新核心的理解 ， Circulo模块可支持选配集成两枚绝对值编码器 ， 除集成编码器方案外 ， 模块同时提供外部编码器接口 ， 适配ABZ、SSI、BiSS-C和A-format ， 充分满足协作机器人单/双编方案需求；除此之外 ， 还提供丰富的外接设备支持：例如外接编码器、PWM抱闸控制、多规格I/O；TüVSüd认证安全功能 ， 自带SIL3PLe等级STO ， SBC这些都是SOMANETCirculo驱动器在硬件功能上的新改变 ， 这些广泛的硬件支持 ， 为德国芯控的创新生态建立打下了牢固的基础 。


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