前言

近兩年，中國人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。從特斯拉 Optimus 到國內(nèi)眾多創(chuàng)新企業(yè)，人形機(jī)器人正逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)制造、服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)等更多應(yīng)用場景。

但在炫目的機(jī)械結(jié)構(gòu)與AI算法之外，有一個(gè)關(guān)鍵問題常常被忽略：機(jī)器人如何精準(zhǔn)地“動(dòng)起來”？這背后的核心技術(shù)就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)（Robot Kinematics）控制。

在機(jī)器人系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)學(xué)用于描述機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系，并計(jì)算機(jī)械臂或關(guān)節(jié)的姿態(tài)與位置變化。通過數(shù)學(xué)模型和控制算法，機(jī)器人能夠根據(jù)關(guān)節(jié)角度或執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制和軌跡規(guī)劃。

隨著機(jī)器人應(yīng)用的復(fù)雜度不斷提升，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人方案已經(jīng)難以滿足需求，越來越多企業(yè)開始探索任務(wù)專用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)（Task-specific Kinematics）。

一

為什么企業(yè)選擇“定制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)”

在傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化中，很多設(shè)備制造商依賴標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人。但隨著競爭加劇，這種模式逐漸暴露出問題：產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，難以體現(xiàn)設(shè)備差異化優(yōu)勢，也難以向客戶清晰傳遞產(chǎn)品的核心優(yōu)勢。

因此，越來越多設(shè)備制造商開始轉(zhuǎn)向定制化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。通過根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計(jì)專用運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（Robot Kinematics），企業(yè)可以：

優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提升設(shè)備效率與精度

降低系統(tǒng)復(fù)雜度

實(shí)現(xiàn)更高的應(yīng)用適配性

雖然前期開發(fā)成本更高，但長期來看，這種方式可以帶來更高的產(chǎn)品競爭力以及更快的交付能力。

目前，這種技術(shù)不僅應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，還正在進(jìn)入醫(yī)療機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、老年護(hù)理機(jī)器人、航天機(jī)器人，甚至在人形機(jī)器人領(lǐng)域，也越來越依賴復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。

二

機(jī)器人控制的核心：統(tǒng)一控制平臺(tái)

在機(jī)器人系統(tǒng)中，真正的挑戰(zhàn)不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)，還在控制系統(tǒng)架構(gòu)。一個(gè)成熟的機(jī)器人控制平臺(tái)需要同時(shí)完成：

PLC控制

運(yùn)動(dòng)控制

CNC功能

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算

多軸同步控制

安全控制

這對控制器性能和軟件架構(gòu)提出了極高要求。例如，基于CODESYS的開放自動(dòng)化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)PLC、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人控制的統(tǒng)一架構(gòu)。

在這一架構(gòu)下，控制系統(tǒng)可以直接實(shí)現(xiàn)：

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)變換

多坐標(biāo)系位置計(jì)算

軌跡規(guī)劃與插補(bǔ)

機(jī)器人功能模塊調(diào)用

從而將PLC控制器升級(jí)為完整的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

三

一套控制系統(tǒng)，完成機(jī)器人全部控制

通過集成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊，控制系統(tǒng)可以直接支持：

01

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

支持PTP點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，CP連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)；同時(shí)能夠計(jì)算不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路徑控制。

02

多軸機(jī)器人控制

系統(tǒng)可以對多軸伺服系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制，并支持主流工業(yè)通信協(xié)議，例如EtherCAT、CANopen等，這些協(xié)議可實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人軸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

03

機(jī)器人仿真與調(diào)試

通過可視化工具，工程師可以進(jìn)行：3D仿真、運(yùn)動(dòng)測試、虛擬調(diào)試以及系統(tǒng)優(yōu)化。在設(shè)備上線前即可完成大部分調(diào)試工作，大幅縮短設(shè)備交付周期。

04

功能安全

在機(jī)器人系統(tǒng)中，安全控制同樣至關(guān)重要?？刂葡到y(tǒng)可以結(jié)合安全PLC與安全I(xiàn)/O模塊，實(shí)現(xiàn)：

SafeMotion

軸安全監(jiān)控

TCP（工具中心點(diǎn)）安全監(jiān)控

確保設(shè)備滿足工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)。

四

人形機(jī)器人時(shí)代，控制系統(tǒng)正在重新定義

在人形機(jī)器人時(shí)代，機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜度正在快速提升：更多自由度關(guān)節(jié)、更復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)、更高實(shí)時(shí)控制要求、更高安全等級(jí)。

這意味著未來的機(jī)器人控制系統(tǒng)必須具備：

開放架構(gòu)

高性能實(shí)時(shí)控制

多軸運(yùn)動(dòng)控制能力

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)算法支持

只有這樣，才能真正支撐下一代機(jī)器人應(yīng)用。

五

Berghof-面向機(jī)器人與智能裝備的控制方案

作為德國領(lǐng)先的自動(dòng)化控制技術(shù)企業(yè)，宏集Berghof Automation已在工業(yè)控制領(lǐng)域深耕超過40年，致力于為復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)提供高性能控制解決方案。

宏集Berghof控制系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

基于Linux的高性能控制平臺(tái)

支持CODESYS開放自動(dòng)化環(huán)境

PLC + Motion + CNC + Robotics一體化

多軸機(jī)器人控制能力

支持EtherCAT、CANopen等主流工業(yè)總線

SoftMotion CNC + 機(jī)器人（Berghof Option S301）

-機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制概念示例

通過SoftMotion CNC + Robotics功能模塊，系統(tǒng)可以直接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制、多軸協(xié)調(diào)控制、軌跡規(guī)劃以及復(fù)雜機(jī)器人結(jié)構(gòu)控制。

這套系統(tǒng)非常適用于機(jī)器人控制系統(tǒng)、智能裝備、自動(dòng)化生產(chǎn)線和柔性制造系統(tǒng)。

結(jié)語

在人形機(jī)器人與智能裝備快速發(fā)展的今天，機(jī)器人技術(shù)的競爭已經(jīng)不僅僅是硬件結(jié)構(gòu)或AI算法的競爭。真正的核心能力，正在轉(zhuǎn)向機(jī)器人控制與運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)。

誰能更好地控制機(jī)器人，誰就能在未來的自動(dòng)化時(shí)代占據(jù)主動(dòng)。而開放、高性能、可擴(kuò)展的自動(dòng)化控制平臺(tái)，正是這場技術(shù)革命的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

線上研討會(huì)預(yù)告

3月24號(hào)，宏集將聯(lián)合虹科多部門舉辦線上研討會(huì)《具身智能多維度測試解決方案研討會(huì)》，從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、執(zhí)行器性能測試、環(huán)境與可靠性測試等多個(gè)角度，分享具身智能系統(tǒng)測試與驗(yàn)證的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與解決方案。

如果您正在從事人形機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人或智能裝備研發(fā)，歡迎關(guān)注并參與本次線上研討會(huì)，一起探討具身智能技術(shù)落地的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與工程實(shí)踐！