传感器作为核心部件之一,在国家的政策层面上都将传感器列为非常重点发展的一个领域。

2014年以来,我国政府出台了多项战略性、指导性政策文件,包括《中国制造2025》《“十三五”国家科技创新规划》《国家集成电路产业发展推进纲要》《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)》《新一代人工智能发展规划(2018-2020年)》。

政策推动着我国传感器产业向着融合化、创新化、生态化、集群化方向加快发展。由此可见,传感器在国民经济中所处的地位和重要性。

根据相关机构预测,2021年我国传感器市场规模突破2000亿元,在2023年我国传感器市场规模增长至2580亿元左右,2019-2023年均复合增长率约为11.65%。

传感器千亿级市场,却被外商高度垄断。国内现状是品牌缺失、两极分化严重,中低端传感器市场大量饱和、同质化竞争、市场对国产品牌认可度缺失等。因此,高端传感器80%以上依赖进口,国外品牌赚取大额利润。

12月11日,在2019高工机器人年会上,海伯森CEO王国安发表了以《智能传感器赋予机器“人”的能力》为主题的演讲,进一步分析了传感器的应用现状和市场前景。

王国安表示,要让机器人完全替代人工,或者做更多的柔性操作,必然要实现两维,第一维让机器人能看见,另外一维就是让机器人能够具备感知,即触觉。六维力传感器正是赋予人真正的力觉,让机器人更加智能。

六维力传感器应用场景包括力控精密装配、力控精密打磨、机器人拖动示教、碰撞测试、康复机器人、人形机器人等。

例如,在传统工业机器人难以完成的力控精密装配场景,海伯森研发的HPS-FT系列六维力传感器可实时测量XYZ三个方向受到的力和力矩。高精度应变计及结构设计实现更高的信噪比和灵敏度,内置温度补偿算法大大降低了温度漂移,还有旋转角度可进行力控的调整。

在力控精密打磨场景,传统的打磨大多用轨迹的方式对工件表面进行打磨,当工件安装误差发生了改变,或者工件的表面形貌不规整的情况下,就难以实现精确的打磨,使用了六维力传感器进行反馈的单元,就可以动态感受到打磨头在打磨过程中受到的力的大小和方向,从而动态去控制机械手去贴合被打磨的表面。

机器人拖动示教场景则是从客户体验来看,在加载了六维力传感器之后,对机器人的拖动将变得更加柔顺,甚至用一根手指就可以完成拖动。

近年来,中国人口红利优势逐渐消失,机器人换人成必然趋势;工业安全的重要性日益凸显,“人机协作”成为新制造理念;由机器替代传统重复、危险的工种成为先进制造发展的必然趋势。

为了应对这些趋势,海伯森在六维力传感器上实现了多重技术突破:开发温度偏移补偿及结构优化,解决六维力传感器温度漂移严重的问题;研发基于力和力矩检测的多维力传感器软件控制系统,解决六维力传感器多机协调工作问题;研发多维力传感器动态校准系统,实现多维力传感器的自动校正;开发了多种工业机器人力学控制算法,解决了客户“不会用”六维力传感器的痛点。

王国安展示了一个应用案例视频,在两台机器人上安装了六维力传感器之后,可完成远程的操作,比如一台机器人在核反应堆里面,人和另一台机器人在核反应堆外面,人就可以通过外面的机器人对里面的机器人进行控制,当核反应堆里面的机器人抓取物件的时候,人可以同比例感受到力的大小和方向,就像是人直接操作这个物件一样。

“这类应用可以落地于更多场景,包括卫浴行业浴缸的打磨,因为打磨的过程噪音很大,且粉尘多,就可以通过传感器把人隔离出来,远程操作机器人对工件进行打磨。”王国安说道。

他进一步介绍,海伯森的六维力传感器目前已填补了国内多维力传感器力控领域的空白,获得了第21届高交会“优秀创新产品”,4项专利,1项软件著作权,完成230万次满载荷加载实验,可实现完全进口替代。

自主开发的力控算法支持机器人拖动、力控精密装配、力控精密打磨等柔性应用,目前支持库卡、ABB、安川、川崎、三菱、爱普生、东芝、优傲、珞石、节卡、遨博等国内外近20个品牌的机器人系统。

在海伯森在发展过程中,除了在力学方面研发出产品以外,也在光学方面推出了一系列的产品,包括赋予机器人视觉的面阵固态激光雷达,纳米级测量精度的激光三角位移传感器和远距离、高精度的单点ToF测距传感器等。

其中固态激光雷达,采用TOF的原理,对被测物体进行三维成像,可以将其放在工业现场的上方,设定不同的敏感区域,当进入不同的物体之后会出发不同信号的输出,可以作为工业安全区域防护的传感器使用。

如今,海伯森已拥有完全自主的生产智造中心,上千平米的生产智造基地,1000级光学组装无尘室,高精度SMT自动化生产线,对标德系日系品控标准。2020年上半年还将推出不受材质、形状影响的高精度非接触式测量技术。

最后,针对目前国内用户市场普遍对国产品牌偏低的认可度这一现状,王国安也呼吁优秀的、敢为人先的机器人本体企业、系统集成商等客户给予国产高端智能传感器更多的机会和支持,海伯森期望与机器人全产业链企业共同努力,为中国的智能制造发光发热。

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