前言

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

但在炫目的機械結(jié)構(gòu)與AI算法之外，有一個關(guān)鍵問題常常被忽略：機器人如何精準地“動起來”？這背后的核心技術(shù)就是機器人運動學（Robot Kinematics）控制。

在機器人系統(tǒng)中，運動學用于描述機械結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系，并計算機械臂或關(guān)節(jié)的姿態(tài)與位置變化。通過數(shù)學模型和控制算法，機器人能夠根據(jù)關(guān)節(jié)角度或執(zhí)行器運動，實現(xiàn)精準的位置控制和軌跡規(guī)劃。

隨著機器人應(yīng)用的復雜度不斷提升，傳統(tǒng)標準機器人方案已經(jīng)難以滿足需求，越來越多企業(yè)開始探索任務(wù)專用機器人運動學結(jié)構(gòu)（Task-specific Kinematics）。

一

為什么企業(yè)選擇“定制機器人運動學”

在傳統(tǒng)工業(yè)自動化中，很多設(shè)備制造商依賴標準工業(yè)機器人。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)向定制化機器人運動結(jié)構(gòu)。通過根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計專用運動結(jié)構(gòu)（Robot Kinematics），企業(yè)可以：

優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

提升設(shè)備效率與精度

降低系統(tǒng)復雜度

實現(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)自動化，還正在進入醫(yī)療機器人、服務(wù)機器人、老年護理機器人、航天機器人，甚至在人形機器人領(lǐng)域，也越來越依賴復雜運動學建模。

二

機器人控制的核心：統(tǒng)一控制平臺

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

PLC控制

運動控制

CNC功能

機器人運動學計算

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的開放自動化平臺，可以實現(xiàn)PLC、運動控制和機器人控制的統(tǒng)一架構(gòu)。

在這一架構(gòu)下，控制系統(tǒng)可以直接實現(xiàn)：

機器人運動學變換

多坐標系位置計算

軌跡規(guī)劃與插補

機器人功能模塊調(diào)用

從而將PLC控制器升級為完整的機器人運動控制系統(tǒng)。

三

一套控制系統(tǒng)，完成機器人全部控制

通過集成機器人運動控制軟件模塊，控制系統(tǒng)可以直接支持：

01

機器人運動規(guī)劃

支持PTP點到點運動，CP連續(xù)軌跡運動；同時能夠計算不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，實現(xiàn)復雜路徑控制。

02

多軸機器人控制

系統(tǒng)可以對多軸伺服系統(tǒng)進行統(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)議可實現(xiàn)伺服驅(qū)動與機器人軸系統(tǒng)的實時控制。

03

機器人仿真與調(diào)試

通過可視化工具，工程師可以進行：3D仿真、運動測試、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

在機器人系統(tǒng)中，安全控制同樣至關(guān)重要。控制系統(tǒng)可以結(jié)合安全PLC與安全I/O模塊，實現(xiàn)：

SafeMotion

軸安全監(jiān)控

TCP（工具中心點）安全監(jiān)控

確保設(shè)備滿足工業(yè)安全標準。

四

人形機器人時代，控制系統(tǒng)正在重新定義

在人形機器人時代，機器人系統(tǒng)的復雜度正在快速提升：更多自由度關(guān)節(jié)、更復雜運動學結(jié)構(gòu)、更高實時控制要求、更高安全等級。

這意味著未來的機器人控制系統(tǒng)必須具備：

開放架構(gòu)

高性能實時控制

多軸運動控制能力

機器人運動學算法支持

只有這樣，才能真正支撐下一代機器人應(yīng)用。

五

Berghof-面向機器人與智能裝備的控制方案

作為德國領(lǐng)先的自動化控制技術(shù)企業(yè)，宏集Berghof Automation已在工業(yè)控制領(lǐng)域深耕超過40年，致力于為復雜自動化系統(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：

基于Linux的高性能控制平臺

支持CODESYS開放自動化環(huán)境

PLC + Motion + CNC + Robotics一體化

多軸機器人控制能力

支持EtherCAT、CANopen等主流工業(yè)總線

SoftMotion CNC + 機器人（Berghof Option S301）

-機器人運動學控制概念示例

通過SoftMotion CNC + Robotics功能模塊，系統(tǒng)可以直接實現(xiàn)機器人運動學控制、多軸協(xié)調(diào)控制、軌跡規(guī)劃以及復雜機器人結(jié)構(gòu)控制。

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

結(jié)語

在人形機器人與智能裝備快速發(fā)展的今天，機器人技術(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)向機器人控制與運動學系統(tǒng)。

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

線上研討會預(yù)告

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

如果您正在從事人形機器人、服務(wù)機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，一起探討具身智能技術(shù)落地的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與工程實踐！