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控制系统是工业机器人的主要组成部分，其机能类似于人脑控制系统，支配着工业机器人按规定的程序运动，并记忆人们给予工业机器人的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对工业机器人的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时发出报警信号。
工业机器人控制系统分为处理器和控制器两部分，处理器用来计算机器人关节的运动、监督控制器与传感器协调动作，其功能相当于人类大脑。控制器从处理器中获取数据，控制驱动器的动作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动，其功能相当于人类小脑。
之前国内传统的工业机器人电控系统使用的控制器和驱动器大多是独立开发，通讯方式也主要采用脉冲或标准通讯总线，这给后续的调试、使用和优化都会造成一定的阻碍。随着市场对机器人控制系统降本提效的需求不断扩大，传统的工业机器人控制系统已经无法适应行业的高速发展。驱控一体系统由此应运而生。
在驱控一体时代来临的初期，国内主要的讨论是聚焦于驱控一体体积小、成本低、效率高等优势。许多厂商为了在新的领域能取得先发优势各家开始争相推出驱控一体系统产品。这一阶段厂商们所关注的驱控一体，更多的是针对硬件的驱控一体 ，减少外部走线，让内部结构更加紧凑，缩小体积。
随着市场需求的不断上涨，仅仅是硬件上的驱控一体已经不能满足市场的需求，软件方面的驱控一体化已经势不可挡。
真正意义上的“驱控一体”，是要包含“硬件”和“软件”两个方面的设计，主要特征是把硬件、软件、视觉、力觉及机器人本体都融合成为一个整体，以此来节约成本，提升效率。
此时的驱控一体就具备了更多、更全面的优点，比如数据共享更全面、信息交互更充分、即时性更好、稳定性更佳，成本更低廉。
驱控一体系统产业链
驱控一体控制系统上游包括PCB面板、电容、电阻等各类电子元器件，中游包含运动控制器、伺服驱动器、伺服电机等。下游运用于半导体、工业机器人、机床等各行各业。其中，运动控制器和伺服驱动器软硬件整合，共同构成了驱控一体系统。
国内市场分析
华成工控为顺应市场需求，早在2016年就开始研发四轴驱控一体产品，发布代表产品QCS4系列。2018年，华成工控导入驱控一体三轴控制系统，推出产品QCS3G系列。
众为兴作为国内最早提出驱控一体概念并推出产品的企业之一，于2019年4月发布了基于新一代驱控一体技术的控制器新品QC410。这款产品具备了体积小、重量轻的特点，并新增了运动学习规划功能。
配天机器人在第一代驱控一体控制器的基础上推出采用新一代驱控一体化技术的第二代驱控一体控制器ARCCD20。
越来越多的控制器企业为适应市场对多轴驱控一体化控制系统的需求，研发并推出多轴的“驱控一体”产品。其中包括了山龙智控新一代驱控一体、配天机器人、哈工大驱控一体关节等。
山龙智控新一代驱控一体产品融合了视觉、力传感技术，集成度更高，即时性更好，成本更加低廉。
哈工大驱控一体关节通过FPGA+ARM+DSP分布式CPU架构驱控一体化方案，结合内部高速并行总线信息交换技术，融合伺服驱动、运动控制、力觉传感和机器视觉为一体的硬件平台，解决系统的强即时性、可靠性、轻量化性，以及高精高速控制的需求。
机器人柔性化的需求是驱控一体技术革命的重要推力，这使得机器人的空间可以在很大程度上得到扩展，在3C等柔性化产线中，具有可观的应用价值。
国内市场特点分析
基于驱控一体的优势，即集成度高，成本相对较低，应用相对简单，安装调试更加简单方便，维护检修更加便捷，反应速度更快等。目前，驱控一体的应用行业在不断地扩大，其中包括注塑机械手、SCARA机器人、小六轴机器人、插件机、绕线机等。
以工业机器人行业为例，控制器硬件差距较小，难点集中于软件。控制器本质上就是一个数据处理器，随着半导体技术的成熟，半导体芯片的性价比越来越高，因此控制器在硬件上并无太高门槛。
在机器人的核心零部件中，控制器的国产化率基本与本体相匹配，大部分的本体品牌厂商均自行开发控制器，可以说，控制器的优劣直接决定了本体的综合性能，而这也是外资本体与国产本体差距最大，却也最容易被忽视的环节，虽然国内企业开发的控制器产品已经基本可以满足大部分功能要求，但对于某些工艺的积累较为缺乏，与外资品牌依然有一定的差距。
控制器的核心在于算法要与机器人本体相匹配。
目前，外资国外主流机器人厂商的控制器均是基于运动控制平台进行自主研发，以保证适配性，国产厂商起步晚，尚未形成竞争优势。可以说，国产控制器在硬件上与国外差距不大，差距主要是算法和兼容性方面，控制器包括硬件和软件两部分，硬件部分国产品牌已经基本掌握，但在软件控制算法的成熟度方面，国产品牌与国际品牌如贝加莱、倍福、KEBA还有较大差距。
外资控制器的设计方案明显优于国产控制器，一般占据中高端市场，单价较高，相关数据显示，进口控制器单价大多在1万元以上，国产控制器价格则在4000 ~8000元之间。
受限于工业机器人对运动技能要求较高，尤其是控制器可靠性、安全性要求标准较高的多关节机器人，相关数据显示，2020年，国产多关节机器人厂商中，不到30%厂商具备自研能力，超过70%的多关节机器人厂商对外采购控制器，其中采购外资品牌控制器的比例为25%左右。
相比之下，对于SCARA机器人，国产运动控制器已可满足日常基本作业要求，因此在SCARA机器人领域，控制器更多由机器人本体制造商自行开发，小部分采购第三方控制器。
而大部分控制器企业只生产通用控制器，专注于工业机器人控制器领域的企业数量较少，国产代表厂商如华成工控、固高、卡诺普、宝元、台达等，外资代表厂商如KEBA、倍福、贝加莱等。
由于进入该领域的时间较晚，且控制器功能开发遵循从简单到复杂的步骤，中国本土控制器品牌正处于不断加强软件开发能力，同时在细分领域不断迭代进步的阶段。
驱控一体控制系统虽然经过数年的发展，参与厂商逐年增加，但真正将驱控一体实现市场化应用的厂商仍是少数，其中部分厂商以自用为主，以驱控一体作为独立业务形成营收的厂商屈指可数。
这也说明了在驱控一体领域的竞争特点更多体现为细分增量市场的竞争，市场基数尚小，能够在某个细分领域实现起量的厂商将具备较强的成长性，如华成工控在注塑机械手、工业机器人领域，已经形成定的规模化起量，进入快速成长期。
市场竞争分析
当前市场的基数较小，各家厂商虽有一定差距，但市场格局还未成型，将来的市场格局分化仍然具有不可预知性。目前，华成工控在国内的驱控一体市场份额超过50%，其次分别是众为兴、固高、山龙智控、台达等厂商。
在未来，注塑机械手、机器人两大领域会是各大驱控一体厂商激烈竞争的赛场。与此同时，新兴市场的需求将逐渐显现，如半导体设备、雕刻机等细分市场，潜在的需求空间仍然十分可观。
驱控一体控制系统应用行业分布情况
发展趋势分析
目前国内工业机器人控制器领先企业可以分为两种发展路径：一是以数控设备起家，涉足工业机器人领域的企业，代表企业有广州数控、新时达、埃斯顿、汇川技术、华中数控。
二是运动控制技术的推广和高水平应用下成长起来的专业运动控制企业，代表企业有华成工控、固高、卡诺普、纳博特、宝元等，他们已经开始向市场提供机器人专用控制器。
此外，还有自主开发自己控制系统的机器人企业，其中包括台达、配天、智昌、珞石等。短期而言，与第三方合作、并购可能是中国机器人企业提升控制器质量的有效途径。
目前，工业机器人企业尚未完全掌握最先进的控制器技术，未来可能有两种趋势：
①采用第三方供应商的控制器。工业机器人本体企业通过引进第三方的控制器，实现机器人控制技术提升，比如不少国产机器人企业采用华成工控、卡诺普、宝元、纳博特等。厂商的控制器，各家基于自身的技术积累，均在某一个或多个领域具备一定的优势，如卡诺普在焊接领域，华成工控在注塑和冲压领域均具备一定的竞争优势。
②通过投资并购逐步引入国外的控制器技术。2010年，专注电气传动及运动控制的新时达切入工业机器人领域，后从2013年开始，新时达收购众为兴、晓奥享荣、会通科技，其中众为兴主营SCARA机器人与自动化控制系统。
驱控一体控制系统作为专用控制器的一种，因其高度集成、应用调试简便的特点，虽然当前只在部分行业开始规模化应用，市场基数尚小，但从长远来看，驱控一体控制系统有望应用于更多的细分行业，主要的判断逻辑如下：
①制造体系正在从般自动化向智能制造方向发展，其中不同的细分行业需求差异显现通用自动化设备开始难以全面满足各行业的需求，细分行业的专机有望得到发展，其中专机设备的起量有望带动驱控体控制系统需求的增长。
②中国作为全球最大的工业机器人市场，工业机器人市场仍有较大的增长空间，尤其中国市场的制造业体系完备，工业机器人的行业应用渗透率逐年上升。此外，工业机器人中小负载产品占比在60%以上，在技术日趋成熟的基础上，从性价比和操作应用的简便性方面考量，驱控一体控制系统在工业机器人市场仍有较大的应用空间。
③运动控制系统涉及多个方面的技术路线，既有控制层面的技术，也有驱动层面的技术，还涉及电机层面的技术，不同类型技术层面都有其认知壁垒的存在，过去懂控制的未必懂驱动，懂驱动的未必懂控制和电机，在服务同一个项目过程中，容易发生责任不清晰的状况。
在客户需求的层面，更倾向于一个集成的解决方案，省去不必要的接线和接口兼容性和匹配性的问题，而驱控一体控制系统可以很好的匹配这一需求趋势，更好的满足用户的需求痛点，解决核心降本增效的难题。
国内外行业对比
全球运动控制市场在智能制造的浪潮下得以迅速发展。作为工业机机器人的三大核心零部件之一，控制器是发布命令的“决策机构”，是自动化工厂的大脑，专为机器人发布和传递动作指令。
得益于几十年的先发优势，国外厂商在控制器和伺服驱动方面的积累深厚，掌握绝大多数的相关先进技术，相比之下，国内在这两项领域中尚未实现尖端技术的掌控。
目前运动控制器领域主要由来自德国、日本的巨头厂商占据主要市场，其中包括德国倍福、西门子、库卡、贝加莱等，日本的三菱、安川发那科等，国产技术与国外高端产品仍存在一定的差距，这也在很大程度上导致国产机器人性能的稳定性不佳、精度可靠性不高、故障率居高不下等问题。
从区域分布来看，欧美国家因为其产业与分工更细，驱动和控制技术一般是有较为明确的分工，并且会在某一个细分领域研究较深，驱控一体的方案相对较少。相对来说，日本公司涉及业务更广，对于驱控一体技术的探索较早，也是当前在驱控一体技术领域较为领先的国家区域。
驱控一体方案最早是日本厂商应用，如东芝、三菱、YAMAHA、EPSON等，最早应用于SCARA产品上。此后，中国厂商开始驱控一体控制系统的研发，这在很大程度上促进了驱控一体技术的发展，同时市场规模亦逐年提升，作为一项创新型技术，驱控一体的技术还处于持续的进步与提升阶段，全球市场规模亦在逐年增长。
发展与展望
目前，控制器和伺服驱动的先进技术大多还掌握在国外手里，国内在这两项领域中尚未实现尖端技术的掌控。不过驱控一体机器人控制器在应用及生产成本上都比目前国外产品具有优势。
某种层面上看，驱控一体控制系统方案为用户端提供了更好降本增效的思路和选择，高性价比和操作简便的特性可以更好满足以机器人为代表的自动化设备需求。
随着国内企业对于驱控一体控制系统研发的持续投入，技术日趋成熟，同时在各细分领域持续迭代更新，尤其在机器人领域，驱控一体控制系统产业化进程正在加快，从这点上看，国内驱控一体厂商进步明显。
当前，国内外的机器人运动控制系统实际上都走上了集成化发展的道路。欧美国家由于具备成熟的机器人运动控制器与机器人伺服控制器产业技术，其机器人运控系统的集成化路线着重于发展高速工业通信技术，以高速工业以太网为连接伺服系统与运控系统的技术手段。
日本的机器人运控系统集成化技术既存在基于高速工业以太网的发展趋势，也存在面向专机定制的嵌入式运控一体化技术发展趋势。但并未利用最新的集成技术面向成本优化，仅在封装上实现了机器人运控与驱控的融合。
近年来，随着我国制造业升级需求的持续增长，我国机器人产业技术的研发持续升温，机器人运动控制系统的理论与软件技术得到了蓬勃的发展“驱控一体化”成为新的发展方向。
众多厂商均有布局驱控一体相关技术及产品，并在各细分领域实现产业化落地应用，其中以机器人行业为典型代表，中国作为全球最大的工业机器人市场，同时具备最完备的工业制造体系，这为驱控一体技术的应用落地提供了基础土壤。
企业尽调：华成工控
深圳市华成工业控制股份有限公司（以下简称“华成工控”）成立于2005年，是以运动控制为核心的工业自动化解决方案核心供应商。公司业务聚焦于运动控制、驱控一体化、机器视觉、高低压通用总线伺服等领域，目前已获知识产权300多项。
华成工控自成立以来的目标就是国产取代进口，首先要解决的就是用不起的问题。公司倾向于解决所有控制和现场应用的相关问题，致力于把产品落地，深钻行业应用。
第二个方向就是解决用得好的问题，产品的使用者终究是终端客户，相比于产品设备厂对产品的驾轻就熟，终端客户的接受程度就显得有些参差不齐，所以公司希望研制成“傻瓜式”的产品，极大程度上减少终端客户的上手时间，即使不具备专业的知识技能，只要会读写并清楚逻辑，平均两个半小时就可以学会。
华成工控的发展大方向始终清晰明确：深钻行业应用，解决行业痛点，节约人工组装成本、技术升级、产品升级。也是由于经年的潜心研究，全心为客户服务，才造就了华成工控如今在行业中的头部地位。
国家的智能制造和产业升级是两个发展大方向，华成工控希望能乘着这个风口做出更好的成绩。在注塑机领域，华成工控是首批研发公司，目前在性能和出货量等方面也已经做到了行业第一，注塑领域的冠军奖项目前也在申报中。
明晰行业定位，深耕机器人赛道
在国内，随着科学技术的发展，许多高危行业和危险作业场景已经很少有人力地投入。由此许多行业的产业链也会发生改变。在机器人赛道上，对于各家企业而言无疑是一个新的契机。
从中国制造到中国智能制造，这已成为国内经济、科技发展的必经之路。随着劳动力成本的不断提高，机器人替代人工作业的进程正在稳步推进，在一些需要高人力但低附加值的高危工作都可以用机器人来代替。
由于华成工控具有多年以来不断积累的资本和经验，在机器人赛道才能迅速展现自身优势。超高的性价比一直都是华成工控最具标志性的竞争优势，操作简洁，功能实用无冗余，价格亲民，与客户需求贴合度高，这为华成备受客户青睐的重要原因。
专注核心自研，发掘技术人才
华成工控一向重视技术型人才，研发成员有清晰的职能划分，共分为控制类、伺服类、视觉项目组、云端四大组别。
如今，产业升级和智能制造正处在风口，各大企业都在不断地吸纳人才，其中技术岗位人才尤其紧缺，刚毕业的本科生月薪都可以达到一万八千块。人才紧缺，已经成了整个行业都面临的严峻形势，没有足够的技术人才，产品的研发和技术的创新就无法更快地取得进步，国产取代进口的进程就只能被迫放缓。
但华成工控并没有盲目的选择打人海战术，而是集中精力把产品落到实地，期间与供应商和客户均建立了良好的关系。
2020年初，突如其来的疫情对实体行业造成不小的打击，华成工控的供应链也一定程度受到了影响，但相较于其他一些企业而言，总体影响不大。华成工控凭借着一直以来的科学运作和良性的循环，产出和利润完全可以支撑起企业的发展。
产品多样，性能完善
QC-S5G是华成工控旗下的一款注塑类驱控一体机。QC-S5G驱控一体控制系统根据注塑机机械手取出和埋入应用而开发，内置锁模安全电路， 配合软件逻辑，做到双重锁模安全防护。人机界面符合注塑机生产工艺特性，直观清晰，灵活示范。
不仅如此，QC-S5G还有专用注塑机的IO交互接口，可选配EU67标准注塑机信号板卡【兼容EU12】桁架式机械手专用运动控制算法，精度可达到0.01mm。
QCS5G还采用了多芯结构，3个CPU之间的连接通过PCB直接布线，提升了抗干扰性和振动等级。QCS3G/QCS5G是针对中小型桁架结构推出的产品，产品支持100W-750W内的伺服电机，不会产生过多的硬件冗余。
其优势在于：
①节约空间：一体化架构，大幅缩减产品体积，节省安装空间；
②成本降低：控制器成本可降低20%~50%；
③性能更优：控制系统直接获取机械臂信息，反应速度加快。
④QCS5G优化了运动控制算法，基于芯片性能升级的基础上，QCS5G实时性更好，插补周期达到 250us，IO扫描周期≤10ms，还具有支持提前加速，提前减速，提前结束功能。
QC-S5G注塑驱控一体机
ES-RX是一种多关节机器人控制一体柜。ES-RX使用总线驱控一体框架，免除焊线、减少维护成本。支持串联4-6关节、SCARA、DELTA等不同类型机器人结构算法，可扩展2个协同轴，支持旋转台翻转台和地轨协同运行。具有柔性、多维度、多自由度特点，适合于多种角坐标结构机器人机型。该系统集精密化、柔性化、智能化优点一身，可以自由编程，完成全自动化的工作。
此外，ES-RX还具有轨迹插补、支持多种通信协议、多种通信接口、支持工具，工作台坐标系的定义、固件升级，数据备份与还原、支持云监控、支持多种工艺包等功能。
ES-RX系列关节机器人驱控一体柜
华成工控旗下产品主要包括：注塑机机械手系统、机床上下料机械手系统、冲压机械手系统、机器人控制系统等。产品种类齐全，在国防、汽车、机电、建材、交通运输、农业及日常生活等领域都有广泛使用。
摆脱被国外“卡脖子”的处境
国内的驱控一体化与国外相比起步更晚一些，技术和工艺方面仍然存在客观差距，目前还无法完全摆脱被国外“卡脖子”的处境。经过国内企业、专家和技术人员多年坚持不懈的努力，我国驱控一体化正在突飞猛进的发展。
以机器人为例，国内现阶段在材料学研究方面比较欠缺，来料方面也与国外存在差距，根本原因还是人才匮乏以及技术支撑力薄弱。目前，国内驱控一体化产业首先要解决的还是有没有的问题，然后才能去思考如何变得更强。
当下，国内驱控一体化需要更多尝试的机会，不断实践、不断创新、不断改进，在未来的3~5年，我们一定可以打破国外技术封锁，实现核心技术自主可控，占据全球行业领先地位。国内品牌的驱控一体化产品与一些国外品牌相比，性价比更高，产品性能基本满足国内用户的需求，客户也更加倾向于选择国内自研自产的驱控一体产品。
优化产业布局，拓宽销售渠道
2020年初，一场突如其来的疫情致使各行各业的企业都受到了不同程度的影响，其中产品销售首当其冲。供应链和产品线的可靠及完整是产品销售的根本保障。华成工控产品线在各个行业都有布局，供应链结构也非常完善，从去年的成交量来看，疫情并没有对其造成太大的影响。
通过本次疫情，也让华成工控看到了很多问题。团队的综合实力需要进一步的强化，因为只有综合实力够强才能在应对突发状况时更加游刃有余。销售人员也要具备一定的专业技术，这样在与客户进行沟通时能够更多地从专业技术角度出发，让客户更加清晰地了解产品的参数和性能，这对产品的推广和销售会更加有利。
华成工控之前的销售渠道主要侧重于直销，但随着网络的飞速发展，越来越多的销售渠道日趋成熟。销售渠道的拓展和企业品牌的推广对于华成工控而言早已迫在眉睫。目前华成工控通过与一些第三方公司合作背书、拍摄小视频、开设淘宝的直营店等方式来加深品牌知名度与影响力。
国内的制造业有深厚的代工、加工的基础，如果再辅以更先进的技术，中国的智能制造将会有突飞猛进的发展。根据国家目前政策导向以及公司的行业基础，在未来5~10年，中国将成为世界上机械、智能制造配件的工业大国，这为整个行业都提供了一个重要的思路。华成工控也正在积极组建海外事业部，国内海外双线并驱，大力推动企业国际化。
深耕行业
华成工控原来的产品比较单一，随着企业的发展，产品的种类也越来越丰富，其中伺服类产品还分为低中高三种，适用于不同的应用场景。在未来，自动化解决方案将会是华成工控的主要发展方向。
客户对产品最根本的需求主要还是集中在可靠性和稳定性上。想要具备优良的可靠性和稳定性，软硬件的升级与结合必不可少。
一些企业想进入这个行业，但对注塑、冲压、机床上下料等行业不熟，这就导致它们无法像华成工控一样保证产品的可靠性和稳定性，也无法提供更专业的技术支持。
起初，国内客户大多倾向于选择日本产品，但这就面临了一个问题，在产品出现故障时，日本的厂商不可能马上安排技术人员去到现场，故障排除起来费时费力。
华成工控原本就是做控制系统的一家企业，考虑到在排查问题时焊线过多、排查效率低等问题，就研发推出了驱控一体机。这样一来就可以在一定程度上提高产品的性价比，产品不再需要那么多线，维护成本也会降低，当产品出现问题时，会在人机界面出现一个报错提示，就可以进一步定位到故障的具体位置，可以更高效的解决问题。
华成工控旗下不同的产品所使用的技术也是不一样的，比如单轴、双轴，采用的是单芯架构，但如果用到三轴或是五轴，芯片运算的负载就会很大，这样就需要采用多芯架构。在前段时间国内芯片短缺的情况下，华成工控为了解决国外“卡脖子”的问题，就研发推出了此类产品，避免选用市场上缺少的芯片。
发展趋势与展望
从驱控一体应用领域来看，除了既有的机器人、注塑机械手等领域，国内厂商也一直致力于拓展新兴领域，如新能源专机设备、物流设备、半导体设备、精雕设备等。
这些新兴领域的前期需求多样化，在自动化共性需求普及到一定程度的情况下，有望形成专机设备的批量化，驱控一体控制系统将更好的满足其定制化需求。
目前国内每年至少有2000万套伺服系统的需求，主要都用到了自动化相关行业。其中可以用驱控一体配合的部分主要集中在中低功率(2000W以下)场景。
自众为兴最早提出驱控一体概念并推出产品以来，其后华成工控、山龙智控、配天机器人、雷赛智能、卡诺普、纳博特等厂商均有相关驱控一体产品落地，期间驱控一体技术亦经历了“大浪淘沙”的过程。
虽然目前驱控一体产业发展仍面临着市场认知不足、产品应用面不足、市场认可度不高等诸多问题，但是驱控一体作为一种新的技术路线和技术方案，基于硬件电路集成度的提高，为工控产品的小型化发展提供了必要的条件，其特有的成本、安装尺寸和系统性方案优势有望持续凸显。
自动化领域的非标需求较为明显，综合下游对于低成本、高性能、空间占用小、操作简单和维护方便等需求，小型化、模块化、专机化的驱控一体方案成为新趋势。同时，功能模块化的开发方式可以帮助用户缩减产品设计时间，提高工作效率，成为企业降本增效的不二选择。
可以说，“驱控一体”已经从理念走向现实，伴随着技术的成熟与大众对其了解的加深，随着技术成熟度的提升，“驱控一体”应用场景也正在不断延伸。
来源：高工机器人
