機(jī)器人控制器行業(yè)研究：人形機(jī)器人行動之腦全球本體廠商必爭之地

機(jī)器人控制器行業(yè)研究：人形機(jī)器人行動之腦，全球本體廠商必爭之地1.控制器：人形機(jī)器人之“大腦&小腦”1.1控制器：人形機(jī)器人核心基礎(chǔ)人形機(jī)器人控制器框架通常包括感知、語音交互、運(yùn)動控制等層面。1）視覺感知層：由硬件傳感器，算法軟件組成，實(shí)現(xiàn)識別、3D建模、定位導(dǎo)航等功能；2）運(yùn)動控制層：由觸覺傳感器、運(yùn)動控制器等硬件及復(fù)雜的運(yùn)動控制算法組成，對機(jī)器人的步態(tài)和操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；3）交互算法層：包括語音識別、情感識別、自然語言和文本輸出等。以UCLA的人形機(jī)器人平臺ARTEMIS為例，其控制架構(gòu)包括硬件接口、仿真界面、控制器接口、安全接口，由中央處理器（CPU）來共享和存儲數(shù)據(jù)和信息。由于目前人形機(jī)器人技術(shù)方案尚未定型，技術(shù)快速迭代，控制器適合采用模塊化結(jié)構(gòu)，從而便于更換組件，簡化創(chuàng)建不同控制器組合的過程。①硬件接口：包括執(zhí)行器、慣導(dǎo)（IMU）、傳感器等，反饋關(guān)節(jié)位置、速度、扭矩等數(shù)據(jù)信息；②仿真界面：模仿硬件接口的功能從而進(jìn)行仿真環(huán)境的模擬測試；③控制器接口：讀取到內(nèi)外部環(huán)境信息后，對運(yùn)動控制器等發(fā)送指令；④安全接口：在檢測到任何錯誤行為時(shí)關(guān)閉機(jī)器。運(yùn)動控制器是人形機(jī)器人控制架構(gòu)中最重要且復(fù)雜的模塊之一。對于人類而言，人類可以結(jié)合使用不同的感官，如視覺、觸覺和聽覺等來應(yīng)對環(huán)境中的不確定性，經(jīng)過長時(shí)間的走路訓(xùn)練，運(yùn)動控制早已內(nèi)化為“下意識”動作。對于機(jī)器人而言，如果機(jī)器人在不平坦地面和不確定的外部環(huán)境中進(jìn)行動態(tài)運(yùn)動，運(yùn)動控制器需要實(shí)時(shí)調(diào)整其計(jì)劃和軌跡，并協(xié)調(diào)雙足和全身肢體的狀態(tài)。以ARTEMIS為例，其運(yùn)動框架十分復(fù)雜，由運(yùn)動控制器、步態(tài)調(diào)度、步態(tài)規(guī)劃、軌跡規(guī)劃器、全身控制器組成。運(yùn)動控制器接收當(dāng)前廣義坐標(biāo)（q,q）、力矩()和接觸狀態(tài)(c)，并計(jì)算所需的前饋力矩(τ)和關(guān)節(jié)反饋。步態(tài)調(diào)度決定何時(shí)移動末端執(zhí)行器，步態(tài)規(guī)劃決定將末端執(zhí)行器移動到哪里，軌跡規(guī)劃器和全身控制器決定如何移動末端執(zhí)行器、質(zhì)心和身體。1.2技術(shù)攻關(guān)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，國家政策重點(diǎn)支持“大腦”和“小腦”是人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化落地的關(guān)鍵所在，也是技術(shù)難點(diǎn)所在，不僅是各家人形機(jī)器人廠商競爭的關(guān)鍵點(diǎn)，也是目前政策層面重點(diǎn)支持的環(huán)節(jié)。在今年兩大工信部發(fā)布的人形機(jī)器人重磅政策中，“運(yùn)動控制”均放在關(guān)鍵位置。2023年9月工信部發(fā)布《人形機(jī)器人揭榜掛帥任務(wù)榜單》中，排在核心基礎(chǔ)首位的技術(shù)為全身動力學(xué)控制算法。揭榜任務(wù)為：面向人形機(jī)器人高動態(tài)行走的全身控制問題，突破人形機(jī)器人多體動力學(xué)實(shí)時(shí)模型、基于全身力矩的模型預(yù)測控制、長距離離線身體姿態(tài)和落足點(diǎn)規(guī)劃、在線步態(tài)規(guī)劃與實(shí)時(shí)姿態(tài)跟蹤、面向仿人機(jī)器人高爆發(fā)關(guān)節(jié)伺服阻抗控制等關(guān)鍵技術(shù)。形成人形機(jī)器人高動態(tài)行走控制方法，在人形機(jī)器人實(shí)物平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。預(yù)期目標(biāo)為：到2025年，建立人形機(jī)器人高動態(tài)行走控制算法，可支持具有雙足、雙臂、腰、髖、膝、踝等不少于28個(gè)自由度的人形仿生機(jī)構(gòu)。支撐人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)平地、斜坡、臺階、非平整路面、松軟路面等環(huán)境的高動態(tài)行走，平地最大行走速度≥4km/h,最大奔跑速度≥9km/h。2023年11月，工信部聯(lián)合多部門發(fā)布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，控制器為重點(diǎn)突破產(chǎn)品。政策目標(biāo)到2025年，人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破。其中，“大腦”基于人工智能大模型，增強(qiáng)環(huán)境感知、行為控制、人機(jī)交互能力；“小腦”用于控制人形機(jī)器人運(yùn)動，搭建運(yùn)動控制算法庫，建立網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)。控制器產(chǎn)品發(fā)展目標(biāo)為：面向高實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動控制需求，研發(fā)具有高動態(tài)運(yùn)動驅(qū)動、高速通信等功能的專用芯片，研制“感-算-控”一體化的高性能運(yùn)動控制器。面向人形機(jī)器人認(rèn)知與決策需求，研發(fā)具有多模態(tài)空間感知、行為規(guī)劃建模與自主學(xué)習(xí)等能力的智能芯片，提升人形機(jī)器人協(xié)調(diào)控制能力。1.3橫向?qū)Ρ瘸墒飚a(chǎn)業(yè)，底層原理殊途同歸1.3.1工業(yè)機(jī)器人vs人形：控制精度和工藝?yán)斫庖蟾吖I(yè)機(jī)器人控制器作為機(jī)器人的“大腦”，具有控制機(jī)械臂的工作狀態(tài)、運(yùn)動軌跡、空間位置、操作順序等功能。工業(yè)機(jī)器人對控制器的基本要求包括：①控制工業(yè)機(jī)器人的位置、速度、加速度等，對連續(xù)軌跡運(yùn)動的機(jī)器人還要有軌跡規(guī)劃和插補(bǔ)運(yùn)算功能；②人機(jī)交互：工作人員使用示教器、操作面板，對機(jī)器人進(jìn)行編程等；③外部感知：部分場景需要工業(yè)機(jī)器人對視覺、力覺、觸覺等有關(guān)信息進(jìn)行測量感知，有時(shí)需要與其他設(shè)備交換信息和協(xié)調(diào)工作。工業(yè)機(jī)器人控制器通常是PC-Based控制，由硬件和軟件組成：①硬件：硬件由工控計(jì)算機(jī)和示教器（示教編程使用）/電腦面板（離線編程使用）組成。其中，工控計(jì)算機(jī)由PCB電路板（將電子元器件與電氣連接）、IC芯片（晶體管、電阻、電容等微電子元器件形成的集成電路）、晶體管（基于輸入電壓控制輸出電流）、電阻電容（阻礙電流，在電路中起分壓、分流、限流等作用）組成。工控計(jì)算機(jī)另外包含操作面板、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、傳感器接口和驅(qū)動器接口等。②軟件：軟件由控制算法和二次開發(fā)（客戶定制化開發(fā)），部分工業(yè)機(jī)器人采用示教編程，工作人員通過示教器控制工控計(jì)算機(jī)；部分工業(yè)機(jī)器人需要工作人員進(jìn)行離線編程，生成機(jī)器人的運(yùn)行軌跡。機(jī)器人控制器架構(gòu)分為集中控制、主從控制、分布控制三種類型。1）集中控制是由一臺機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；但實(shí)時(shí)性差，難以拓展，可靠性低，是早期機(jī)器人的常用結(jié)構(gòu)；2）主從控制是采用主、從兩級處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等，從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制，實(shí)時(shí)性好，適用于高精度、高速場景；但系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難；3）分布控制采用“分散控制，集中管理”思路，系統(tǒng)對總體目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，子系統(tǒng)協(xié)調(diào)來完成控制任務(wù)；其特點(diǎn)為靈活性好，可靠性提高，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行，提高效率，易于拓展，可實(shí)現(xiàn)智能控制；缺點(diǎn)為當(dāng)自由度數(shù)量和算法變得復(fù)雜時(shí)，控制性能會惡化。與人形機(jī)器人控制器相比，工業(yè)機(jī)器人的區(qū)別主要在于：1）工業(yè)機(jī)器人有精度要求：工業(yè)機(jī)器人目前達(dá)到的運(yùn)動控制精度在0.1mm，相比機(jī)床的控制精度微米級別有所差距，但遠(yuǎn)高于人形機(jī)器人的要求；2）控制器算法決定運(yùn)動精度，算法與工藝?yán)斫饷芮邢嚓P(guān)：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車、光伏等工廠場景中，控制器需要二次編程，程序員需要深入了解工藝knowhow和客戶需求，才能不斷優(yōu)化算法，提高控制器的運(yùn)動精度；人形機(jī)器人不用于精密加工，因此對工藝?yán)斫夂途纫蟮汀?）控制的復(fù)雜度不同：工業(yè)機(jī)器人控制器控制的自由度少，傳感器數(shù)量少；人形機(jī)器人控制器主要用于控制更復(fù)雜的全身自由度以及靈巧手自由度、步態(tài)控制和全身協(xié)調(diào)控制等，需要連接的外部傳感器更多（視覺、力覺、觸覺、聽覺等），應(yīng)用場景更加復(fù)雜多元化，需要引入人工智能大模型，算法和算力要求高。1.3.2掃地機(jī)器人VS人形：簡化的移動型機(jī)器人框架掃地機(jī)器人系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)：傳感器、控制器、驅(qū)動電機(jī)、電池及電源管理等部分。首先，掃地機(jī)器人通過激光雷達(dá)、攝像機(jī)以及多種傳感器構(gòu)建的"感知層"，將環(huán)境的信息傳遞給掃地機(jī)器人的"大腦"。導(dǎo)航系統(tǒng)利用這些傳感器提供的數(shù)據(jù)利用SLAM算法，通過軟件的方式進(jìn)行路徑規(guī)劃，確保機(jī)器人在空間中準(zhǔn)確定位自己的位置并構(gòu)建環(huán)境地圖。地圖建立完成后，導(dǎo)航系統(tǒng)將其傳遞給MCU芯片。MCU芯片主要負(fù)責(zé)運(yùn)動控制，根據(jù)地圖信息和路徑規(guī)劃，精確地指導(dǎo)掃地機(jī)器人進(jìn)行清潔工作。掃地機(jī)器人作為智能化的小家電產(chǎn)品，控制器是核心零部件之一。目前常見的掃地機(jī)器人主要使用MCU控制器。它主要完成以下任務(wù)：①數(shù)據(jù)采集功能：MCU控制器通過向各傳感器發(fā)送選通信號，按順序與各個(gè)傳感器通信，實(shí)時(shí)完成信息數(shù)據(jù)采集。②障礙物識別與規(guī)劃：MCU根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算并判斷障礙物的相對位置和體積大小。結(jié)合預(yù)設(shè)規(guī)則，確定相應(yīng)的避障措施，如前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退或調(diào)頭。③電機(jī)控制：在確定避障措施后，MCU向步進(jìn)電機(jī)輸出相應(yīng)的控制脈沖，確保機(jī)器人以精確的方式執(zhí)行避障動作，靈活地移動。④遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)調(diào)整：MCU接受來自遙控器的指令，允許用戶調(diào)整機(jī)器人的工作狀態(tài)。同時(shí)，監(jiān)測電池剩余電量，指揮智能吸塵器自動返回充電樁進(jìn)行充電管理。人形機(jī)器人的控制原理與掃地機(jī)器人相似：1）掃地機(jī)器人控制器主要用來規(guī)劃路徑，避障，以及人機(jī)交互。例如：人類設(shè)定打掃范圍，以及語音指導(dǎo)掃地機(jī)器人進(jìn)行打掃，由數(shù)字信號處理器和微控制器對執(zhí)行層（電機(jī)）進(jìn)行控制和回饋外部信息。小米及TCL等掃地機(jī)器人采用意法半導(dǎo)體的M3微控制芯片作為路徑規(guī)劃的控制芯片。2）人形機(jī)器人控制器涵蓋運(yùn)動規(guī)劃和人機(jī)交互。運(yùn)動控制器接收當(dāng)前廣義坐標(biāo)、力矩和接觸狀態(tài)，并計(jì)算所需的前饋力矩和關(guān)節(jié)反饋，進(jìn)而控制執(zhí)行器的狀態(tài)。區(qū)別在于：人形機(jī)器人控制器所需的算法實(shí)時(shí)性要求高，控制器處理能力遠(yuǎn)高于掃地機(jī)器人。人形機(jī)器人的執(zhí)行器和傳感器數(shù)量更多，并且要求在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成感知、決策規(guī)劃和運(yùn)動控制以及反饋，對軟硬件的響應(yīng)程度和配合要求較高。另外，基于軟件算法的研發(fā)及模型化執(zhí)行和操作對算力要求也很高。1.3.3汽車控制器VS人形：涉及環(huán)節(jié)更復(fù)雜，車規(guī)級要求隨著汽車電動化、智能化持續(xù)滲透，汽車控制器不斷更新迭代，從分布式向域控制、中央集中的趨勢發(fā)展。①分布式架構(gòu)：分為模塊化（汽車的每個(gè)功能擁有獨(dú)立ECU）和集成化（設(shè)計(jì)開始進(jìn)行功能集成），傳統(tǒng)分布式架構(gòu)缺點(diǎn)包括算力分散無法高效利用、線束成本重量劣勢、無法支持高帶寬車內(nèi)通信、后續(xù)升級維護(hù)困難等。②域控制器架構(gòu)：包括集中化（域中心控制器）和域融合（跨域中心控制器，如特斯拉Model3）。集中式架構(gòu)優(yōu)勢包括節(jié)約成本、降低裝配難度；提高通信效率，實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，便于整車OTA升級；集中算力，減少冗余等。③車輛集中架構(gòu)：分為車載電腦和車-云計(jì)算，也是未來汽車發(fā)展的方向。以特斯拉的汽車控制器為例，其主要經(jīng)歷了三次發(fā)展：1）ModelS基于功能進(jìn)行域劃分，ADAS模塊橫跨動力域和底盤域；2）ModelX實(shí)現(xiàn)跨域的模塊化深入，使用跨域中心控制器控制整車；3）Model3打破了域的限制，實(shí)現(xiàn)了全車模塊化。汽車行業(yè)內(nèi)的主流發(fā)展方向是五大各有一個(gè)大腦，起到中樞運(yùn)算的作用，該域內(nèi)所有的運(yùn)算邏輯均由域控制器完成，其下面通過CAN或LIN總線連接各種傳感器和執(zhí)行器。Model3的設(shè)計(jì)思路與此并不相同，其采用了大集成的概念，即把一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)可見到的控制器都集成在一起，融合成一個(gè)超大控制器，好處在于大大降低了單車成本。從HW2.0起，特斯拉開始采用自研智駕域控制器，F(xiàn)SD（完全自動駕駛）是特斯拉推出旨在實(shí)現(xiàn)全無人駕駛的智駕產(chǎn)品。其由多顆英偉達(dá)芯片構(gòu)成的算力平臺，8顆1.2MP的攝像頭接入到域控當(dāng)中，并與毫末波雷達(dá)信息進(jìn)行融合。當(dāng)前大規(guī)模部署的HW3.0，特斯拉對域控算力進(jìn)行了大升級，從英偉達(dá)的算力平臺改為自研的FSD芯片和NPU，GPU算力提升了12倍，每秒可以處理的視頻幀數(shù)也提升了將近21倍。基于功能集中分區(qū)，智能駕駛汽車電子控制系統(tǒng)分為動力域、底盤域、座艙域、自動駕駛域和車身域五域。其中，自動駕駛域是現(xiàn)階段承載整車個(gè)性化智能體驗(yàn)的關(guān)鍵所在，也是目前車企的競爭焦點(diǎn)和布局重點(diǎn)。在現(xiàn)階其功能開發(fā)和實(shí)現(xiàn)需要涉及大量AI運(yùn)算，因此對芯片所提供算力、操作系統(tǒng)底層算法要求很高；而其他域控制器涉及整車安全的部件較多，因此對功能安全等級要求更高，對芯片算力要求和功能智能化程度相對較低。自動駕駛汽車域控制器和人形機(jī)器人的控制器的結(jié)構(gòu)和控制原理類似。1）自動駕駛域能夠使車輛具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制、圖像識別、高速通訊、數(shù)據(jù)處理的能力。自動駕駛域通常需要外接多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等等車載傳感器來感知周圍環(huán)境，通過傳感器數(shù)據(jù)處理及多傳感器信息融合，以及適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｐ椭贫ㄏ鄳?yīng)的策略，進(jìn)行決策與規(guī)劃。域控制器的輸入為各項(xiàng)傳感器的數(shù)據(jù)，所進(jìn)行的算法處理涵蓋了感知、決策、控制三個(gè)層面，最終將輸出傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行車輛的橫縱向控制。2）機(jī)器人運(yùn)動控制器充當(dāng)著大腦和小腦的作用，用來控制機(jī)器人的肢體行為。比如，機(jī)器人行走這一動作，需要根據(jù)感知的環(huán)境規(guī)劃出目標(biāo)路徑，經(jīng)由運(yùn)動規(guī)劃器（LocomotionPlanner）生成參照投影，產(chǎn)生步伐運(yùn)動行走方案，再由運(yùn)動控制器轉(zhuǎn)化為機(jī)器人身上各個(gè)執(zhí)行器的扭矩、速度輸出，呈現(xiàn)為機(jī)器人按照運(yùn)動規(guī)劃的步伐方案前進(jìn)。但是汽車和人形機(jī)器人在控制精度、算法要求、接口復(fù)雜程度不同：1）自動駕駛對運(yùn)作精細(xì)度、安全性等要求更高：通常車的駕駛速度遠(yuǎn)高于人形機(jī)器人的行走或奔跑速度。2）人形機(jī)器人外部環(huán)境復(fù)雜，對算法的要求更高，更需要依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解決路徑規(guī)劃和執(zhí)行的問題。車輛主要面對道路環(huán)境。3）汽車要控制的零部件數(shù)量遠(yuǎn)多于機(jī)器人，所以采用域控制結(jié)構(gòu)來進(jìn)行集中管理，提高效率；但人形機(jī)器人的部件較少，且分布相對密集。1.3.4TeslaFSDvsOptimus2023年11月25日，特斯拉已經(jīng)向員工推出全自動駕駛（FSD）V12版本。這一版本將實(shí)現(xiàn)全新的“端到端自動駕駛”技術(shù)，首次采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行車輛控制，包括轉(zhuǎn)向、加速和制動，摒棄了之前超過30萬行的代碼，更加依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，減少了對硬編碼編程的依賴。FSDV12通過將攝像頭獲取的圖像數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)能夠直接輸出車輛控制指令，如轉(zhuǎn)向、加速、制動等。這種方法更類似于人類大腦的工作方式，其中99%的決策都由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成，不再需要高精度地圖或激光雷達(dá)。僅憑借車身攝像頭的視覺輸入，系統(tǒng)能夠進(jìn)行分析和思考，輸出相應(yīng)的控制策略。FSD落地的兩大技術(shù)底座為：BEV+Transformer的感知算法架構(gòu)、Dojo超算系統(tǒng)。前者為FSD提供了不依賴高精地圖的感知和定位能力，后者則是支持算法快速迭代響應(yīng)用戶反饋，實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)閉環(huán)。1）BEV+Transfomer在特斯拉2021年的TechDay中，提出采用BEV（BatteryElectricVehicle）并結(jié)合Transformer技術(shù)進(jìn)行特征級融合。該技術(shù)將車輛四周攝像頭捕捉到的畫面進(jìn)行三維構(gòu)建，通過Transformer提取共同特征。在無需依賴高精度地圖的情況下，實(shí)現(xiàn)對車輛周邊的實(shí)時(shí)構(gòu)圖，并準(zhǔn)確判斷車輛周圍物體的位置、輪廓，以及交通設(shè)施如車道線、路墩、信號燈等。2）Dojo超算系統(tǒng)特斯拉于2021年AIDay推出Dojo超算系統(tǒng)，Dojo系統(tǒng)是一個(gè)創(chuàng)新的非馮諾依曼設(shè)特斯拉在2021年的AIDay中發(fā)布了Dojo超算系統(tǒng)，這一創(chuàng)新性的非馮諾依曼設(shè)計(jì)支持并行運(yùn)算。Dojo系統(tǒng)配備了豐富的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和接口，平衡了資源擴(kuò)展和功耗，并提供了相應(yīng)的存儲和調(diào)度結(jié)構(gòu)。公司認(rèn)為，超算中心對于支持FSD（FullSelf-Driving）大數(shù)據(jù)模型演進(jìn)至關(guān)重要。通過充分利用Dojo系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、高拓展性以及高并行算力特性，公司構(gòu)建了更為高效的數(shù)據(jù)標(biāo)注、算法迭代和模擬驗(yàn)證能力，持續(xù)擴(kuò)大FSD的算法領(lǐng)先優(yōu)勢。特斯拉可將汽車的FSD技術(shù)運(yùn)用到了人形機(jī)器人上。特斯拉工程師團(tuán)隊(duì)表示，從機(jī)器人概念到設(shè)計(jì)，再到生產(chǎn)和驗(yàn)證的全過程，他們均使用車輛設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)。兩者有許多相似之處，大部分設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以從汽車延續(xù)到機(jī)器人。馬斯克曾說“汽車是四的輪子的機(jī)器人，而Optimus則可以看作是一個(gè)有四肢的機(jī)器人”。1）人形機(jī)器人的外部環(huán)境更復(fù)雜，更需要依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決路徑規(guī)劃和執(zhí)行問題，F(xiàn)SD系統(tǒng)若整合到人形機(jī)器人系統(tǒng)中，端到端解決方案有望顯著提升人形機(jī)器人的視覺感知水平和運(yùn)動規(guī)劃、控制能力；2）人形機(jī)器人的算力要求高，Dojo超算系統(tǒng)可為其提供支持。自從Optimus在2022年AIDay首次亮相以來，其視覺感知能力大幅提升，運(yùn)動控制能力不斷進(jìn)化迭代。根據(jù)2022AIDay展出的視頻，2022年4月，Optimus邁出第一步；2022年7月，Optimus解鎖了骨盆的應(yīng)用來保持平衡；2022年8月，手臂開始發(fā)揮作用；2022年9月，腳趾開始感應(yīng)，運(yùn)動速度提升。隨著越來越多關(guān)節(jié)加入訓(xùn)練，運(yùn)動速度提升。另外，Optimus采用運(yùn)動重心控制算法，對高度信息和質(zhì)心判斷自身狀態(tài)，從而在行走時(shí)或者在受到一定外力沖擊的情況下保持平衡。根據(jù)特斯拉后續(xù)公布的視頻，Optimus的運(yùn)動控制能力進(jìn)步飛快。2023年5月，單腿實(shí)現(xiàn)原地跳躍，整機(jī)完整度和穩(wěn)定性提升，機(jī)器人步態(tài)、靈巧手抓取更加流暢（之前步態(tài)緩慢、手部抖動）。2023年9月，Optimus可以基于純視覺和關(guān)節(jié)位置編碼器，自我校準(zhǔn)雙手、手臂和腿，可以在空間中精準(zhǔn)定位四肢；機(jī)器人在視頻里實(shí)現(xiàn)拉伸、伸展全身、單腿站立平衡等高難度動作，姿態(tài)控制和自平衡能力躍升?？梢钥吹剑厮估呀?jīng)打通了FSD和機(jī)器人的底層模型，依賴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和視覺技術(shù)，不斷優(yōu)化FSD算法，在感知環(huán)境與自主分析做出運(yùn)動方面表現(xiàn)較好。2.工控領(lǐng)域：控制器發(fā)展成熟，國產(chǎn)替代潛力巨大2.1控制器經(jīng)上百年發(fā)展，多種技術(shù)路線共進(jìn)運(yùn)動控制系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備的核心部件，其功能為實(shí)時(shí)控制機(jī)械運(yùn)動部件的軌跡、位置、速度、加速度等，以確保它們按照預(yù)定的運(yùn)動要求進(jìn)行移動。一套完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)包括：運(yùn)動控制器，驅(qū)動器、電機(jī)、傳感器等。其中，控制器利用對被控制的機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃和控制預(yù)測。同時(shí)，通過多種傳感器提供的信息進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。運(yùn)動控制器內(nèi)部集成了邏輯控制、精確定位、軌跡控制等算法，從而完成特定的運(yùn)動軌跡、位置、速度和加速度，以及精確輸出符合控制目標(biāo)的指令，例如溫度、流量、壓力、位移等。運(yùn)動控制系統(tǒng)伴隨著工業(yè)電氣化、自動化、智能化的過程，不斷吸收先進(jìn)技術(shù)，衍生出眾多分支。早期運(yùn)動控制系統(tǒng)由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件已取代硬件電路，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法，并且可以在使用過程中通過升級來提升性能或改變用途。根據(jù)使用場景不同，運(yùn)動控制系統(tǒng)分為數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、通用運(yùn)動控制器（GMC）、可編程邏輯控制器（PLC）等。①數(shù)控系統(tǒng)（CNC，ComputerNumericalControlSystem）數(shù)控系統(tǒng)是專門針對數(shù)控機(jī)床開發(fā)的運(yùn)動控制系統(tǒng)，它能夠按照零件加工程序的數(shù)值信息指令進(jìn)行控制，使機(jī)床完成工作運(yùn)動并加工零件。根據(jù)所控制的運(yùn)動軸數(shù)和聯(lián)動關(guān)系，數(shù)控系統(tǒng)被定義為M軸N聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)。機(jī)床的運(yùn)動控制與其他設(shè)備的運(yùn)動控制并不存在本質(zhì)區(qū)別，因此也經(jīng)常能夠見到數(shù)控系統(tǒng)用在其他自動化設(shè)備上，例如自動化裝配線等。②可編程邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController）最初發(fā)明的PLC只能進(jìn)行邏輯控制，所以被稱為可編程邏輯控制器，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展也增加了許多新功能。PLC特點(diǎn)在于它主要面向邏輯控制，控制對象為IO（Digital或Analog），類型更廣泛，運(yùn)動控制只是其中一個(gè)部分，因此運(yùn)動控制相對較為簡單。③通用運(yùn)動控制器（GMC，GeneralMotionController）通用運(yùn)動控制器是不面向特定設(shè)備的運(yùn)動控制器。其主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)動控制的要求和傳感器件的信號進(jìn)行必要的邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算，為電機(jī)或其它動力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號。PC-Based控制器是指基于個(gè)人電腦（PC）的控制系統(tǒng)或控制器。這種控制器通常使用個(gè)人電腦硬件和軟件來執(zhí)行各種自動化、監(jiān)控和控制任務(wù)。④專用控制器專用運(yùn)動控制器是一種特定類型的控制器，設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)高度定制化和特定應(yīng)用的運(yùn)動控制任務(wù)。與其他通用控制器相比，專用運(yùn)動控制器更加專注于執(zhí)行特定的機(jī)械運(yùn)動或運(yùn)動控制任務(wù)。專用運(yùn)動控制器在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如數(shù)控機(jī)床、激光切割控制系統(tǒng)、激光標(biāo)刻控制系統(tǒng)、點(diǎn)膠控制系統(tǒng)等需要高度精準(zhǔn)和可定制化運(yùn)動控制的領(lǐng)域，由控制器廠家根據(jù)行業(yè)應(yīng)用工藝需求完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，設(shè)備制造商無須二次開發(fā)即可直接使用。不同類型運(yùn)動控制系統(tǒng)在持續(xù)迭代中也存在交叉之處，因此邊界往往并不清晰。例如，①原先PLC用于控制自動化程度較低的設(shè)備，但隨著紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械等領(lǐng)域的自動化需求不斷提高，PLC運(yùn)動控制功能越來越強(qiáng)；②隨著設(shè)備的不斷創(chuàng)新，數(shù)控機(jī)床與自動化設(shè)備缺乏嚴(yán)格的界定標(biāo)準(zhǔn)；有些設(shè)備采用了GMC架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，有些配置了吸收CNC功能的通用運(yùn)動控制器。2.2通用控制器：靈活性、通用性強(qiáng)，可用于復(fù)雜控制運(yùn)動控制器由硬件、固件、軟件等組成。其中硬件部分包括微處理器、存儲器、接口電路、通信接口、電源等；固件是指固化在微處理器、存儲器、可編程邏輯器件等元件中的軟件；軟件部分由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、運(yùn)動控制指令編譯器、運(yùn)動控制參數(shù)的預(yù)處理及優(yōu)化、運(yùn)動控制函數(shù)、通信管理等模塊構(gòu)成。PC-Based控制器是指基于個(gè)人電腦（PC）的控制系統(tǒng)或控制器。這種控制器通常使用個(gè)人電腦硬件和軟件來執(zhí)行各種自動化、監(jiān)控和控制任務(wù)。PC-Based控制器根據(jù)具體型號可以分為插卡式，嵌入式和網(wǎng)絡(luò)式三類。①插卡式控制器需要插入工業(yè)計(jì)算機(jī)中才能運(yùn)行，以“板卡”形態(tài)存在，通常采用高性能DSP和FPGA作為核心處理器，系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可拓展性強(qiáng)；適用于3C電子、半導(dǎo)體、工業(yè)機(jī)器人、包裝等應(yīng)用場景。②嵌入式控制器集成了工業(yè)計(jì)算機(jī)和插卡式控制器，對于那些需要高速運(yùn)算和微秒級響應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用，采用專門設(shè)計(jì)的運(yùn)動控制器更為合適。這些專用處理器可以確保非?？焖俚目刂浦芷?，特別適用于對速度和精度有極高要求的高級制造領(lǐng)域。適用于針織機(jī)械、激光、切割、點(diǎn)膠機(jī)等場景，③網(wǎng)絡(luò)式控制器，其與伺服驅(qū)動系統(tǒng)的鏈接是采用各類工業(yè)總線形式，如Ethercat。等，應(yīng)用場景包括半導(dǎo)體加工、激光加工設(shè)備、PCB鉆銑設(shè)備、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、木工機(jī)械、印刷機(jī)械、電子加工設(shè)備和自動化生產(chǎn)線等。根據(jù)睿工業(yè)MIR數(shù)據(jù)，2022年中國PC-based運(yùn)動控制器行業(yè)規(guī)模約為32.64億元，預(yù)計(jì)到2025年中國PC-based運(yùn)動控制器行業(yè)規(guī)模約為40.2億元。PC-Based運(yùn)動控制器主要應(yīng)用于3C、半導(dǎo)體、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)床等領(lǐng)域。截至2022年，PC-Based運(yùn)動控制器的主要應(yīng)用領(lǐng)域中，3C產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體制造、工業(yè)機(jī)器人分別占據(jù)前三位，分別占比16%、15%和11%。PC-based控制器市場以國外成熟廠商占據(jù)市場前端，但是國產(chǎn)品牌滲透率較高。根據(jù)睿工業(yè)MIR數(shù)據(jù)，2022年市場前五名除去海外企業(yè)倍福占比21%，其余均為國產(chǎn)品牌，以研華，固高、雷賽、維宏電子為代表的國產(chǎn)企業(yè)占據(jù)市場35%，逐步成為PC-based運(yùn)動控制器領(lǐng)域的重要力量。因此，在PC-based運(yùn)動控制器市場，中低端市場主要以國產(chǎn)廠商為主，但整體技術(shù)水平與外資廠商還有一定差距，高端市場仍然受外資企業(yè)控制。2.3PLC：面向邏輯控制，編程簡單易用性高PLC硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)類似，由電源、CPU、存儲器、I/O、功能模塊、通信模塊等構(gòu)成。根據(jù)按I/O點(diǎn)數(shù)的不同，可分為微型、小型、中型和大型。小型PLC接口點(diǎn)數(shù)小于256，體積更小，價(jià)格更低，但功能單一，只能實(shí)現(xiàn)簡單的控制系統(tǒng)。中大型PLC接口點(diǎn)數(shù)大于256，往往具有更強(qiáng)大的控制功能，可用在復(fù)雜的邏輯生產(chǎn)系統(tǒng)或大型生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制中，但是其價(jià)格高，技術(shù)壁壘高。PLC和PC-Based控制器在項(xiàng)目精度和實(shí)時(shí)性等功能上存在區(qū)別，因此適用于不同的下游應(yīng)用場景。1）PC-Based控制器和專用運(yùn)動控制器注重復(fù)雜運(yùn)動算法的控制，擁有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸和管理能力，適用于連續(xù)性控制和高精尖的流程型行業(yè)。因此，這些控制器經(jīng)常適用在需要高度精確和實(shí)時(shí)性的領(lǐng)域，如工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體制造和醫(yī)療設(shè)備等。這些控制器具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和快速的控制周期，以確保運(yùn)動和操作的高精度和高速度。2）PLC更側(cè)重于局部邏輯控制，更適用于單點(diǎn)控制的離散性作業(yè)。因此，在一些對精度和實(shí)時(shí)性的要求較低的應(yīng)用中，例如家用電器，傳統(tǒng)制造業(yè)等，通?？梢允褂幂^簡單的PLC控制器。根據(jù)睿工業(yè)MIR數(shù)據(jù)，2022年P(guān)LC市場規(guī)模大約為170億元。具體細(xì)分為大型PLC市場規(guī)模約為85.8億元，同比增長8.8%；小型PLC市場規(guī)模約為84.1億元，同比增長5.6%。此外，根據(jù)MIR的預(yù)測，到2025年，PLC市場規(guī)模預(yù)計(jì)將增至約180億元，其中小型PLC市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到86.5億元，而中大型PLC市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到93.6億元。PLC作為工業(yè)控制的核心控制器，是整個(gè)工控系統(tǒng)的大腦，也是維護(hù)工控產(chǎn)業(yè)鏈安全的核心組成部分。目前PLC大陸廠商市占率依然較低。在全球市場競爭格局中，歐美廠商在中大型PLC市場具有強(qiáng)大的話語權(quán)，而日系和臺系廠商主要專注于中小型PLC市場。隨著自主可控性的提高，中國大陸廠商憑借產(chǎn)品性價(jià)比高、交期短、快速響應(yīng)客戶需求的優(yōu)勢，正迅速占領(lǐng)中小型PLC市場份額，挑戰(zhàn)日、臺系廠商的地位。①小型PLC：小型PLC市場的準(zhǔn)入門檻相對較低，主要應(yīng)用于OEM市場，由于下游客戶對價(jià)格敏感，導(dǎo)致小型PLC市場同質(zhì)化問題嚴(yán)重，競爭激烈。OEM市場主要以代工生產(chǎn)為主，通常涉及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級和新興產(chǎn)業(yè)的自動化。行業(yè)種類較為分散，2022年電池、紡織、包裝、電子制造分別占比7%、7%、6%、5%。小型PLC市場競爭格局相對分散，呈現(xiàn)一超多強(qiáng)的市場模式。2022年我國小型PLC市場競爭相對分散，其中TOP2占據(jù)約53%的市場。西門子的小型PLC表現(xiàn)強(qiáng)競爭力，匯川、三菱、歐姆龍分列二三四位。以匯川、新捷為主的國產(chǎn)品牌市場競爭力持續(xù)提升。②中大型PLC：中大型PLC市場的技術(shù)難度較高，主要應(yīng)用于項(xiàng)目型市場。由于中大型PLC工藝復(fù)雜，主要應(yīng)用于項(xiàng)目型市場，用戶對產(chǎn)品安全性和抗干擾性要求高。項(xiàng)目型市場指的是獨(dú)立的單一項(xiàng)目，通常要求滿足特定行業(yè)的極強(qiáng)針對性需求。在項(xiàng)目型PLC市場中，客戶對工業(yè)事故的容忍度較低，因此需要PLC設(shè)備與平臺之間形成強(qiáng)大的穩(wěn)定性。行業(yè)種類相對集中，2022年電池、冶金、石化、物流分別占比13%、10%、9%、7%。中大型PLC存在“技術(shù)+客戶+組網(wǎng)/排他性”等壁壘，外資品牌憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢、完善的銷售與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)占據(jù)壟斷市場地位。長期的技術(shù)積累使得設(shè)備與平臺的穩(wěn)定性成為PLC企業(yè)的核心競爭力?？蛻粜湃纬杀尽⑶捌谕度?、PLC生態(tài)、售后服務(wù)以及使用習(xí)慣等因素共同提高了PLC客戶的遷移成本，加強(qiáng)了客戶的粘性，使得客戶壁壘較為顯著。2022年中大型PLC市場競爭相對集中，以西門子、歐姆龍和三菱為主導(dǎo)，合計(jì)占比超過85%。羅克韋爾，基恩士，施耐德占比均超過4%。西門子的中大型PLC在市場中表現(xiàn)最為強(qiáng)勢，歐姆龍和三菱的市場占比分別為14%、9%。羅克韋爾、施耐德和基恩士在中大型PLC市場中分別占有7%、4%和6%，中國企業(yè)在中大型PLC市場中競爭力不足。2.4數(shù)控系統(tǒng)(CNC)：針對數(shù)控機(jī)床開發(fā)，精度要求高數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，是數(shù)控機(jī)床中技術(shù)含量極高的核心部件，占數(shù)控機(jī)床成本20%左右，一般由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)三部分組成：1）控制系統(tǒng)硬件（數(shù)控裝置）是具有輸入輸出功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，發(fā)出控制指令到伺服系統(tǒng)；2）檢測系統(tǒng)可檢測機(jī)床部件運(yùn)動位置、速度，并反饋到控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，來修正控制指令；3）伺服系統(tǒng)將來自控制系統(tǒng)的控制指令和檢測系統(tǒng)的反饋信息進(jìn)行比較和控制調(diào)節(jié)，驅(qū)動機(jī)床部件按要求運(yùn)動。數(shù)控系統(tǒng)是專門針對數(shù)控機(jī)床開發(fā)的運(yùn)動控制系統(tǒng)，它能夠按照零件加工程序的數(shù)值信息指令進(jìn)行控制，使機(jī)床完成工作運(yùn)動并加工零件。根據(jù)所控制的運(yùn)動軸數(shù)和聯(lián)動關(guān)系，數(shù)控系統(tǒng)被定義為M軸N聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)其控制機(jī)床類型不同，數(shù)控系統(tǒng)可以分為：車床系統(tǒng)、銑床系統(tǒng)、加工中心系統(tǒng)、雕刻雕銑機(jī)系統(tǒng)、切割機(jī)系統(tǒng)等。車床等加工的機(jī)械零件較為標(biāo)準(zhǔn)化，運(yùn)動控制功能比較簡單。加工中心、雕刻、雕銑等數(shù)控系統(tǒng)面向復(fù)雜的空間曲面加工，有些整合了如自動換刀、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器視覺等功能，系統(tǒng)更加復(fù)雜。經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)企業(yè)正專注于中高端數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)口替代。中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會對數(shù)控系統(tǒng)按功能、水平分為三類，即經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)和高檔型數(shù)控系統(tǒng)。其中，標(biāo)準(zhǔn)型和高檔型數(shù)控系統(tǒng)由于技術(shù)難度大，功能、性能和可靠性要求高，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)相對較少，市場份額主要集中在日本發(fā)那科、德國西門子等國際企業(yè)，國內(nèi)以華中數(shù)控為代表的優(yōu)秀系統(tǒng)公司目前正專注于中高端數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)口替代。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，國內(nèi)市場份額已基本被國產(chǎn)品牌占據(jù)。高檔型數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵在于技術(shù)水平，產(chǎn)品附加值極高，市場主要由德國西門子、海德漢占據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵在于產(chǎn)品可靠性，產(chǎn)品附加值較高、穩(wěn)定性高，市場主要由日本發(fā)那科、三菱占據(jù)（日本廠商基本不向我國出口高檔數(shù)控系統(tǒng)）。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)主要取決于產(chǎn)品價(jià)格，進(jìn)入門檻較低，主要以國產(chǎn)品牌為主，市場競爭激烈。數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)壁壘高，市場仍被海外品牌所占據(jù)，中高端系統(tǒng)國產(chǎn)替代空間廣闊。根據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會數(shù)控系統(tǒng)分會統(tǒng)計(jì)，在國內(nèi)不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)市場中，國產(chǎn)和國外品牌的占有率差異較大。根據(jù)睿工業(yè)MIR數(shù)據(jù)，按系統(tǒng)銷量計(jì)算，2022年發(fā)那科、三菱、西門子等國外品牌占有率約45%，按照數(shù)控系統(tǒng)銷售金額計(jì)算，這三家廠商合計(jì)占據(jù)我國數(shù)控系統(tǒng)市場67%的份額。以國內(nèi)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)商紐威數(shù)控為例，2018-2020年公司數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)口或境外品牌的采購占比分別為99.81%、99.53%和99.88%，其中采購自發(fā)那科的占比分別82.97%、82.13%和79.85%。2.5硬軟件和集成為突破瓶頸，國產(chǎn)替代空間巨大從運(yùn)動控制器包括硬件、軟件、定制設(shè)計(jì)和集成等，是控制器產(chǎn)品拉開差距的原因。1）硬件：硬件包括處理器、控制芯片、傳感器、電機(jī)驅(qū)動器和連接器等，高性能的處理器和專用的控制芯片通常價(jià)格較高，而高精度的傳感器和電機(jī)驅(qū)動器也會增加成本。2）軟件：控制器需要開發(fā)相應(yīng)的控制算法和運(yùn)動規(guī)劃軟件，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動控制和定位。軟件的開發(fā)和調(diào)試需要專業(yè)的開發(fā)人員和工具支持。3）工程設(shè)計(jì)和集成：針對專用運(yùn)動控制器特定的應(yīng)用需求，可能需要定制化的工程設(shè)計(jì)和集成過程，以確?？刂破鞯倪m配性和可靠性。（1）硬件差距主要在于芯片芯片是影響工控系統(tǒng)性能和未來發(fā)展最為關(guān)鍵的零部件。目前DCS、SIS、PLC所應(yīng)用的關(guān)鍵MCU芯片、工業(yè)總線芯片、高精度傳感器、工業(yè)級模擬芯片等主要來自進(jìn)口。常規(guī)系統(tǒng)國產(chǎn)芯片用量占比不足30%。美國近年來以芯片為武器，對我國采取一系列不斷升級的限制措施。由于工控系統(tǒng)所用芯片基本采用成熟工藝，較少采用先進(jìn)工藝，目前看來對工控系統(tǒng)供應(yīng)鏈的穩(wěn)定影響并不大，但斷供的潛在風(fēng)險(xiǎn)非常大。而且，對先進(jìn)制程的限制將會限制未來工控系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)前工控系統(tǒng)使用國產(chǎn)芯片存在的主要問題有：產(chǎn)品種類少、部分關(guān)鍵品類缺失；國內(nèi)廠商設(shè)計(jì)、工藝能力相對較弱，針對工控行業(yè)客戶的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)少，客戶群體少，和行業(yè)應(yīng)用場景匹配性比較差，在降額設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用測試等方面的不足都會影響產(chǎn)品細(xì)節(jié)參數(shù)；前期器件驗(yàn)證通過后，后面批量產(chǎn)品質(zhì)量一致性差等。在芯片方面，西門子、施耐德、羅克韋爾的PLC均采用定制SoC芯片替代主控制模塊和IO模塊的通用CPU芯片。在足夠大的產(chǎn)品數(shù)量條件下，定制SoC芯片方案相比分立芯片方案的BOM成本有較大的下降，且體積小，功耗低，抗干擾強(qiáng)，性能高。國產(chǎn)PLC由于產(chǎn)量小，開發(fā)投入有限，無力定制SoC芯片。（2）軟件差距較大：主要在于精度和通用性運(yùn)動控制器軟件性能包括控制器算法和二次開發(fā)平臺的易用性。1）控制器的算法水平對運(yùn)動精度產(chǎn)生直接影響。算法水平的高低又受到對客戶工藝的理解、并且需要時(shí)間和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，形成應(yīng)用-反饋-迭代的閉環(huán)，外資具有先發(fā)優(yōu)勢，在控制器算法方面的優(yōu)勢相對難以撼動。2）控制器通常采用封閉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了開放性、軟件獨(dú)立性、容錯性、擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)功能等方面的不足，難以滿足智能化和柔性化的需求。不同的工業(yè)機(jī)器人公司通常擁有自己獨(dú)立的軟件開發(fā)環(huán)境和專用的機(jī)器人編程語言，如ABB的RAPID、庫卡的KRL、安川的INFORM、川崎的AS以及發(fā)那科的Karel等。因?yàn)椴煌圃焐滩捎貌煌能浖到y(tǒng)，再加上國內(nèi)制造商在機(jī)器人控制器軟件技術(shù)方面的優(yōu)勢尚不明顯，所以國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人控制器在市場上尚未廣泛應(yīng)用。3）易用性：國外PLC大廠大多采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制軟件，可以實(shí)現(xiàn)單次、周期、連續(xù)運(yùn)行、中斷等多種PLC運(yùn)行模式和多任務(wù)控制，組態(tài)軟件提供與SCADA、MES等系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)能力和工具，可以實(shí)現(xiàn)一次編程處處可用，降低了智能工廠工程實(shí)施工作量。國產(chǎn)PLC大多采用通用嵌入式操作系統(tǒng)，多任務(wù)性能差，任務(wù)執(zhí)行周期不穩(wěn)定，不能滿足高速多軸聯(lián)動控制、高速生產(chǎn)線等復(fù)雜機(jī)器控制要求，組態(tài)軟件與第三方系統(tǒng)集成工作量偏大，且操作方式復(fù)雜，易用性差。（3）國內(nèi)廠商使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不足以進(jìn)入高端市場網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面，國外產(chǎn)品大多自主研發(fā)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議，且一般只將常規(guī)協(xié)議部分形成IEC國際標(biāo)準(zhǔn)或開源部分代碼，而用于復(fù)雜控制應(yīng)用的協(xié)議部分和代碼不公開。國內(nèi)廠家由于網(wǎng)絡(luò)研發(fā)能力不足，大多直接使用IEC標(biāo)準(zhǔn)和開源代碼，經(jīng)常在復(fù)雜控制應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)不夠用，難以進(jìn)入高端市場。通用控制器市場國產(chǎn)替代潛力大。外資品牌通常定位于高端市場，隨著近年來國內(nèi)品牌的不斷發(fā)展，也取得了一定的突破。1）PLC控制器市場，以匯川等國內(nèi)企業(yè)逐步擴(kuò)大銷售規(guī)模。2）PC-Based控制器市場，國內(nèi)品牌公司，如固高科技、雷賽智能、成都樂創(chuàng)、眾為興等，已經(jīng)占據(jù)了市場份額的70%以上?！丁笆奈濉敝悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》明確提出，到2025年，我國的供給能力明顯增強(qiáng)，智能制造裝備和工業(yè)軟件技術(shù)水平和市場競爭力顯著提升，國內(nèi)市場滿足率要分別超過70%和50%，未來運(yùn)動控制市場有望保持高增長。3.重點(diǎn)環(huán)節(jié)及公司梳理3.1工業(yè)領(lǐng)域控制器3.1.1通用控制器（一）固高科技：運(yùn)動控制核心部件類、系統(tǒng)類、整機(jī)類全產(chǎn)品體系覆蓋公司以運(yùn)動控制技術(shù)為核心，形成運(yùn)動控制核心部件類、系統(tǒng)類、整機(jī)類的產(chǎn)品體系。其中，核心部件類是公司自成立以來的業(yè)務(wù)根基和主要收入來源；系統(tǒng)類、整機(jī)類產(chǎn)品是公司聚焦特定應(yīng)用場合、立足解決特殊產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn)而實(shí)施的垂直整合戰(zhàn)略，是未來重點(diǎn)布局業(yè)務(wù)。公司長期專注于運(yùn)動控制及智能制造核心技術(shù)的自主研發(fā)，技術(shù)、產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體裝備、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、3C自動化與檢測裝備、印刷包裝設(shè)備、紡織裝備等高端裝備制造領(lǐng)域。公司服務(wù)的客戶包括大族激光、博眾精工、新益昌、聯(lián)贏激光、阿達(dá)智能、南通振康、廣東科杰、亞威股份、慈星股份等國內(nèi)高端裝備制造行業(yè)企業(yè)等。（二）雷賽智能：運(yùn)動控制核心部件及解決方案供應(yīng)商公司是一家專注于為智能制造裝備業(yè)提供運(yùn)動控制核心部件及行業(yè)運(yùn)動控制解決方案的高新技術(shù)企業(yè)。公司主要從事運(yùn)動控制核心部件控制器、驅(qū)動器、電機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，以及相關(guān)行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的研究與開發(fā)，為客戶提供完整的運(yùn)動控制系列產(chǎn)品及解決方案。公司的運(yùn)動控制系列產(chǎn)品下游應(yīng)用廣泛，已在電子制造裝備、特種機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、噴繪印刷裝備、醫(yī)療健康設(shè)備、紡織服裝裝備、物流裝備等設(shè)備制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。（三）埃斯頓：自研工業(yè)機(jī)器人核心部件控制器公司的業(yè)務(wù)分為兩大部分，包括工業(yè)機(jī)器人和核心零部件。1）機(jī)器人業(yè)務(wù)：這一部分包括機(jī)器人本體和集成解決方案。公司的工業(yè)機(jī)器人本體涵蓋了從3-600kg的全系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于折彎、弧焊、搬運(yùn)、碼垛等各種場景。機(jī)器人本體業(yè)務(wù)得益于新能源產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，因?yàn)檫@些產(chǎn)業(yè)帶來了大量的自動化需求。2）核心零部件：這一部分包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和運(yùn)動控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)主要用于金屬成形機(jī)床，而伺服系統(tǒng)和運(yùn)動控制器則主要應(yīng)用于機(jī)器人、3C（計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子）、鋰電池、光伏等多個(gè)行業(yè)。（四）新時(shí)達(dá)：電梯控制系統(tǒng)領(lǐng)域巨頭，積極布局機(jī)器人全產(chǎn)業(yè)鏈公司成立于1995年，從傳統(tǒng)的電梯控制領(lǐng)域廠商到現(xiàn)階段的“電梯+機(jī)器人”雙賽道布局。公司2014年收購眾為興，該公司是一家國內(nèi)領(lǐng)先的專業(yè)為新興應(yīng)用領(lǐng)域自動化機(jī)器設(shè)備提供高性能運(yùn)動控制系統(tǒng)整體解決方案的供應(yīng)商，業(yè)務(wù)包括運(yùn)動控制綜合解決方案的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制、系統(tǒng)實(shí)施與技術(shù)服務(wù)。目前公司主要業(yè)務(wù)分為兩個(gè)板塊：1）電梯控制器業(yè)務(wù)：主要分為電梯控制器、電梯控制系統(tǒng)兩部分；2）機(jī)器人業(yè)務(wù)：工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品主要有關(guān)節(jié)型機(jī)器人與SCARA機(jī)器人兩大品類。廣泛應(yīng)用于3C、新能源、白電、包裝、食品飲料、醫(yī)藥、金屬加工等各個(gè)行業(yè)，并且在各細(xì)分領(lǐng)域積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；控制與驅(qū)動產(chǎn)品主要包括控制器、伺服驅(qū)動器和變頻器?？刂飘a(chǎn)品涵蓋從控制卡到PAC的低中高端產(chǎn)品，滿足不同客戶的不同需要。伺服驅(qū)動主要產(chǎn)品為?6系列。3.1.2激光設(shè)備控制器（一）柏楚電子：主營激光切割控制系統(tǒng)，智能焊接機(jī)器人打開成長空間當(dāng)前核公司心業(yè)務(wù)為激光切割運(yùn)動控制系統(tǒng)。公司以激光切割運(yùn)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)為核心，發(fā)展了包括隨動控制系統(tǒng)、板卡控制系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng)在內(nèi)的三大主要產(chǎn)品，其中，隨動系統(tǒng)和部分板卡系統(tǒng)主要應(yīng)用于中低功率激光切割機(jī)；總線系統(tǒng)和少部分板卡系統(tǒng)應(yīng)用于高功率激光切割機(jī)。此外，公司其他產(chǎn)品還包括高精度視覺定位系統(tǒng)、I/O擴(kuò)展模塊、軸擴(kuò)展模塊、管材套料軟件、平面套料軟件等。公司針對智能焊接機(jī)器人推出的焊接系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動、非標(biāo)焊接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器替人。智能焊接機(jī)器人具備免示教功能，專注于鋼結(jié)構(gòu)等非標(biāo)工件的焊接。焊接機(jī)器人分為示教焊接機(jī)器人和智能焊接機(jī)器人兩類。示教焊接機(jī)器人主要需要人工示教來編輯焊縫的加工路徑，由于非標(biāo)準(zhǔn)化操作的示教過程耗時(shí)較長，因此示教焊接機(jī)器人大多應(yīng)用于重復(fù)、標(biāo)準(zhǔn)化的加工中；而智能焊接機(jī)器人通過智能焊接離線編程軟件、智能焊縫跟蹤系統(tǒng)、智能焊接控制系統(tǒng)來生成焊縫加工路徑，可以實(shí)現(xiàn)免示教功能，縮短調(diào)試周期，進(jìn)一步提升智能焊接機(jī)器人的自動化程度，更適合小批量非標(biāo)工件的柔性加工過程。（二）維宏股份：深耕運(yùn)動控制領(lǐng)域，運(yùn)動控制卡及一體化控制器維宏股份深耕運(yùn)動控制領(lǐng)域，運(yùn)動控制器業(yè)務(wù)包括運(yùn)動控制卡和一體化運(yùn)動控制器。具體產(chǎn)品主要為雕刻雕銑控制系統(tǒng)、切割控制系統(tǒng)、機(jī)械手控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于各類雕刻機(jī)、雕銑機(jī)、加工中心、水射流切割機(jī)、激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)、火焰切割機(jī)、木工機(jī)床、玻璃加工機(jī)床、工業(yè)機(jī)械手等。其中，1）運(yùn)動控制卡數(shù)數(shù)控軟件的底層控制算法的載體以及硬件接口，需要整機(jī)廠商配備PC機(jī)，可以使用PC機(jī)上安裝的CAD/CAM等其他軟件，靈活性較高；2）一體化控制器集成了運(yùn)動控制卡、CPU主板、顯示器、專業(yè)操作面板的呢過，試用方便，無需自行組合；但價(jià)格較貴，整機(jī)廠商無法對工業(yè)PC機(jī)配置的型號進(jìn)行自由選擇。3.1.3機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控：聚集中高端數(shù)控系統(tǒng)，稀缺的機(jī)床大腦華中數(shù)控聚焦中高檔數(shù)控系統(tǒng)。華中數(shù)控成立于1994年，主要從事國產(chǎn)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)研究和生產(chǎn)。公司以數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)為核心，以機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人與智能產(chǎn)線、新能源汽車配套為三個(gè)主要業(yè)務(wù)板塊。1）數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床：公司專注中、高端數(shù)控系統(tǒng)，主要向數(shù)控機(jī)床廠商銷售數(shù)控系統(tǒng)和配件，配套相應(yīng)廠商的高速鉆攻中心、加工中心、五軸機(jī)床等機(jī)型產(chǎn)品。2）機(jī)器人與智能產(chǎn)線：公司自制機(jī)器人產(chǎn)品核心的控制和伺服零部件，完成機(jī)器人本體的組裝，并向消費(fèi)電子、家電等行業(yè)的制造商或者教育院校客戶銷售，同時(shí)提供定制化服務(wù)。3）新能源汽車配套：圍繞汽車電動化、輕量化、智能化開展技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，具體產(chǎn)品包括新能源汽車伺服電機(jī)、新能源汽車驅(qū)動器、新能源汽車控制器、輕量化車身等。3.1.4PLC（一）匯川技術(shù)：PLC產(chǎn)品為重點(diǎn)突破產(chǎn)品線之一公司成立于2010年，是專門從事工業(yè)自動化和新能源相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，公司已經(jīng)從單一的變頻器供應(yīng)商發(fā)展成機(jī)電液綜合產(chǎn)品及解決方案供應(yīng)商。目前公司形成了以通用自動化、智慧電梯、新能源汽車、軌道交通、工業(yè)機(jī)器人五大業(yè)務(wù)板塊，為自動化設(shè)備/自動化產(chǎn)線提供變頻器、伺服系統(tǒng)、PLC/HMI、高性能電機(jī)、傳感器、機(jī)器視覺、氣動元件等工業(yè)自動化核心部件及解決方案，為電梯行業(yè)提供電梯電氣大配套解決方案，為新能源汽車行業(yè)提供電驅(qū)&電源系統(tǒng)，為軌道交通行業(yè)提供牽引與控制系統(tǒng)，為自動化產(chǎn)線/車間/工廠提供工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品及解決方案。（二）信捷電氣：較早布局PLC領(lǐng)域，初步完善工控產(chǎn)品線公司主營工業(yè)自動化控制產(chǎn)品，主要產(chǎn)品包括：1）工業(yè)智能控制系統(tǒng)中電氣控制系統(tǒng)，包括編程控制器（PLC）、驅(qū)動系統(tǒng)（伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動器、變頻器）、人機(jī)界面（HMI）、智能裝備等；2）電氣控制集成應(yīng)用，為工廠自動化（FA）領(lǐng)域客戶提供“整體工控自動化解決方案”。主要客戶分布在紡織服裝、印刷包裝、家居建材、食品飲料、汽車和新能源、機(jī)床工具、信息化、倉儲物流等行業(yè)。公司在PLC領(lǐng)域較早，成立至今公司陸續(xù)推出了XA系列、XS系列、XC系列、XD系列（含XD3、XD5、XDM運(yùn)動控制型、XDC運(yùn)動控制總線型、XD5E以太網(wǎng)型以及XDHEtherCAT運(yùn)動控制型）、XE系列、RC系列、XL系列、XG系列