汤小平：以创新伺服驱动技术助力国产机器人发展

各位嘉宾下午好，前面的各位老师讲的是工业机器人的创新以及应用，我们公司是做机器人的核心零部件的，我给大家分享的题目是“以创新伺服驱动技术助力国产机器人发展”。

先简单介绍一下我们公司的概况，我们公司总部在北京，在上海有一家分公司，在成都和深圳各有办事处，这是我们目前的组织架构。可能大家一看到我们公司LOGO中这个紫色，会猜到我们跟清华是有些关系的，的确，我们核心团队都是来自清华大学电机系的，有着20年的在这个行业的从业经验和产品研发经验。我们是研发型企业，50%是技术人员，我们目前跟国内的高校和科研院所，如清华大学，北航、中科院等，建立一个创新的合作联盟。我们目前有三大主要系列产品，从中间紫色的A8到左边的R系列，到稍微小一点的RC系列。我们驱动器产品在国产工业机器人中获得广泛应用，国内目前做工业机器人的厂商，只要他们不是自己做伺服驱动器的，多多少少都用我们的驱动器。

伺服驱动器是机器人核心零部件中的一个。我们公司在成立的时候就定位成智能装备的核心零部件供应商。根据我们2016年统计的数据显示，目前在这个行业里整个应用超过三万根轴。我们产品最初定位的行业除了工业机器人之外还包括机床、纺织机械等。

我们的产品品牌是CoolDrive。这是我们的第一款产品，A8系列。当时我们产品一出来的时候，国内很多伺服行业的同仁都觉得眼前一亮，以前看到伺服都是跟松下安川差不多的，突然出来一个完全不一样的，有点像欧系品牌的伺服。其实我们不光形似，神也似，我们在A8里面最早应用EtherCAT总线技术，然后还集成了同步伺服驱动技术。A8的产品功率是从2.5千瓦到20千瓦左右，对应机器人从50公斤到210公斤。这是A8大概的系统架构图，这是一个共直流母线的架构，有两条母线，上面一条是控制母线，下面是动力母线，理论上它可以无限制拓展下去。最左边是电源模块，上面是通过EtherCAT总线把各个模块连在一起的。我们在工业机器人领域推出A8之后，我们的用户非常喜欢，我们紧跟着在2015年左右推出了这个R系列产品。R系列里面也是继承了A8系列的特点，为什么叫R系列，专门针对机器人设计的，我们在一个产品中集成了六轴或者四轴机器人专用伺服驱动器。

R系列产品，作为机器人伺服来说对A8系列的补充，A8是针对50公斤以上的，R系列是针对20公斤以下的。我们这里有六轴，四轴，三轴的R系列驱动器。这是我们的R6，做了一个透明化后的效果，内部也是模块结构。早期我们的客户是用普通的脉冲型伺服，这个伺服的体积比较大，线比较多，换成我们的R伺服以后体积减少了，整个系统的可靠性也得到很大的提高。

紧跟着在2016年的时候，我们根据市场的需求，推出了一个RC系列，这个伺服是针对6公斤、3公斤桌面型的机器人。这种机器人尺寸非常小，整个六轴加在一起它的尺寸只有一张A4纸那么大。RC系列的电流比较小一点，我们设计的时候是5A，现在可以扩到8A。还有一点不一样的是RC系列用到了高速DI/DO，如果用户需要的话不需要外扩我们可以直接做了。

今年我们在工博会上会展出我们最新的产品，叫做CoolDriveMini系列。下面是带壳的，上面是不带壳的，我们有两种安装方式，一种是提供整机，还有一种是单个模块使用。电流设计是30A以下，跟所有的产品一样标配了EtherCAT，支持多种编码器。Mini系列伺服是用在协作机器人，以及AGV小车上面。

这是CoolDriveMini的大概尺寸，我们跟iphone进行了对比，高度方向大概跟苹果8puls差不多高，低压模块尺寸比它更小，这个大家可以看到。右边是它的主要参数，目前是从5A到30A的功率范围，小功率的是三倍以上的过载，大功率的是两倍的过载，持续过载时间是三秒钟。底下是CDEM系列产品，嵌入式模块，可以有一个母板，把嵌入式模块装到母板里可以形成多轴的系列。

我们作为一个核心零部件，怎么帮助我们的客户实现工业机器人的精准、快速、安全、稳定的控制呢，我可以从下面几点分享一下。

首先是精准，关于精准，可能有很多指标或者很多技术实现机器人运行的精准控制，我这里选取了其中一个。机器人是多轴系统，我们要进行多轴协调控制，怎么做呢，我们当时采用了EtherCAT的高速工业以太网，EtherCAT技术有一个很好的特点，传输速度快，双向一百兆的传输速率，它的典型控制周期可以做到一个毫秒，我们最快做到250微秒。第三点，同步误差可以做到小于1微秒。而且EtherCAT内部有一个同步时钟，多轴同步控制的很好，所以在一开始的时候把EtherCAT作为我们产品的标准，EtherCAT成了我们产品的基因。

关于快速控制的问题，这是我们产品典型的指标，三环控制周期，这个在国内来说是做的比较好的。我们的电流环响应频率是3K赫兹，最大过载倍数都是三倍过载，我们的通讯周期可以做到250个微秒，所以我们在适应多种控制器游刃有余，不管控制器是一毫秒或者五百微秒控制周期，我们驱动器都可以匹配上的。

另外一个是好马配好鞍，我们这个驱动器虽然有这么快速的响应性能，还需要电机把它的性能发挥出来。我们现在配套的电机是欧洲设计在中国生产的，是全自动化生产线。这个电机有很快的响应速度，同时它的转速可以做的很高，最高六千的转速，过载三倍以上。

再讲一点关于编码器，我们所有的驱动器标配的是绝对值的编码器。增量式编码器记录的是相对位置，在受到干扰时容易丢脉冲，影响编码器的精度，并且造成累积误差。绝对值编码器有一个绝对的原点，所有的值都是相对原点的，所以他没有累积误差。另外，绝对值编码器传输速度可以到4兆和2兆，可以实现远距离传输。这是我们驱动器可以适配的编码器，包括多摩川，Hiperface，尼康等等。

再讲讲安全，刚才讲到我们公司最早把安全功能引入到驱动器里面，从我的角度来理解，你要实现一个功能的时候，一定要考虑系统的不可靠性，有可能你发出一条指令，由于硬件和软件失效等原因未达成。实现安全功能，说白了要冗余，软件冗余和硬件冗余，比如安全转矩关断是硬件冗余，就是STO功能。我们目前实现的安全功能，还有安全停止一，安全停止二，安全抱闸控制等等……

最后讲讲稳定性的问题。我们针对工业机器人行业应用，在伺服里做了一些软件上的处理，首先有一个静态平衡力矩补偿，机器人在抱闸打开的瞬间由于重力作用，会下落一点，俗称“点头”，这个时候伺服系统要非常快的把机器人抱住，这就是静态平衡力矩补偿。另外就是机器人的惯量辨识，还有抖动消除功能。我们希望机器人运行的又快又稳，这就要求不能有任何抖动，在这里面一个是快速定位的时候进行抖动消除，另外一个是大角度移位的时候不能发生抖动。这是我们客户现场的视频，机器人快速运动过程中突然停下来可以做到纹丝不动。

我的分享就这些，谢谢大家。