清能德创汤小平：面向智能机器人下一代伺服系统

在我们深入探讨智能机器人的核心组件——伺服系统之前，让我先为大家简单介绍一下清能德创电气技术（北京）有限公司。自2012年成立以来，我们一直致力于研发高性能的伺服驱动系统及解决方案，并坐落在北京丰台科技园。我们的技术广泛应用于多个领域，为各种设备提供强大的动力支持。

那么，究竟什么是智能机器人呢？智能机器人的发展经历了多个阶段。传统的工业机器人是我们目前最为熟知的，它们可以被视为智能化的设备，与机床钣金等并无太大差异。但随着技术的飞速发展，我们看到了一种新型的协作机器人，它们具备了一定的人机融合能力。这些机器人拥有感知功能，能够在遇到人或障碍物时主动避开，从而保护人的安全。未来，智能机器人将能够感知外部环境的变化，进行独立思考和反馈，并具备自主判断能力。这些机器人配备了大量的传感器，可以感知外界环境的变化，并通过算法学习，最终自主行动。

接下来，我们来探讨智能机器人需要什么样的伺服系统。从核心零部件的角度来看，伺服系统在智能机器人中扮演着执行结构的角色。为了满足智能化机器人的需求，我们认为未来的伺服系统应具备网络化、模块化、智能化、安全、健康和节能等特点。

网络化是未来的趋势。未来的工业机器人伺服系统应该是基于工业实时以太网的网络化伺服。这就像是从早期的模拟机发展到数字机，再到现在的智能机一样，是不同时代产品的演变。目前，工业实时以太网如Ether CAT、SERCOS、PROFI NET等已经广泛应用。Ether CAT作为一种高速实时通讯技术，其数据传输速度极快。例如，如果有100个节点，它只需30微秒就能完成数据采集。

未来的伺服系统应该具备模块化的特点。这不仅包括软件的模块化，还包括硬件的模块化。随着集成度的提高，我们可以预见未来的机器人关节将包含电机、编码器和伺服驱动器等功能。随着技术的发展，我们有可能将单边系统、驱动器和传感器等所有部件集成在一起。

为了满足更小的体积和更高的性能需求，这种高度集成的伺服系统将面临散热等挑战。为了应对这些挑战，我们可能需要采用更高效的器件，如碳化硅或氮化镓。碳化硅在国内已经广泛应用于太阳能发电和电动车等领域，其高效率特性为智能机器人的发展提供了可能。

碳化硅的效率令人瞩目，其性能已经超越了我们的预期。据传，其效率高达99%，甚至有的地方声称达到了惊人的99.5%。这种效率已经近乎完美，几乎接近人类的极限。这种卓越的能效不仅在普通应用场合中展现出巨大优势，即使在微小的关节应用中也能发光发热。假如未来我们能将这一部位设计得更微小，新兴的技术工具将会是实现这一突破的利器。碳化硅的另一大亮点是其开关频率可以达到惊人的100K。这对于机器人这种需要频繁启动和停止的设备来说，无疑是一大福音。其众多优点使其在一体化关节中具有广泛的应用前景。

接下来谈谈硬件的模块化与传感器集成。我们了解到，编码器通常安装在电机上，与电机和驱动器紧密集成在一起。但技术的创新让编码技术得以嵌入到驱动器内部，这无疑是对成本控制的创新，同时大大减小了体积。这也让我们看到了未来机器人的可能面貌：只需要一根电源线就能驱动整个机器人运行，如同我们的家电一样便捷。除了硬件的模块化设计外，软件和伺服系统的设计也在朝着更加智能化的方向发展。伺服系统未来可能会拥有自己的操作系统，这种系统能够简化不同编码器与接口之间的匹配问题，让伺服控制变得更加简单直观。我们预见未来的伺服系统在智能机器人领域的应用将朝着这一方向不断进化。

智能化和动态控制技术是另一个值得关注的方向。随着技术的模块化，我们可以根据需要随时调用各种功能，包括电机的动态控制和运动模式的切换等。大量的自动辨识技术也被应用到机器人中，使其更加智能。控制模式也在不断变化，未来的机器人会根据环境和工作的要求自动切换控制模式。例如，在装配齿轮时，机器人会自动切换到运动模式来感知接触力和装配过程。当遇到人或障碍物时，机器人也能自动适应并改变控制模式。

关于伺服控制中的信息和人身安全问题也至关重要。随着工业互联网的普及，伺服系统通过网络进行远程控制，这就带来了信息安全的问题。为了防止未经授权的人员控制机器人，我们采用了类似于网络安全端的技术进行保护。我们也关注人机协作中的功能安全，确保机器人在必要时能够安全停止。包括电流、速度和间距的控制以及视觉系统的应用等，都是为了确保人机协作时的安全性。

关于健康和节能的问题也在引起人们的关注。借鉴人体的例子，机器人也需要“健康监测”。通过大数据和云计算技术，我们可以监测机器人的状态并进行预测性维护。当某个部件出现问题时，我们可以提前警告并进行维护。伺服系统在待机时的能耗也是一个重要的节能点。例如，风扇在待机时不必高速运转，这也是能效提升的一个方面。

在我们手中，CoolDrive系列伺服已经成功配套了两千余台机器人，这些机器人遍布全国各个角落。它们是我们技术实力的见证，也是我们对品质追求的体现。无论是哪里出了问题，无论是指令是否执行得当，我们始终确保，当需要关机的时候，它们都能够顺利关闭。这是我们的承诺，也是我们的实力所在。