近日，天津市專利獎(jiǎng)評(píng)審結(jié)果公布，阿童木機(jī)器人自主研發(fā)的“四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)”和“一種軟PLC與運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合的機(jī)器人控制系統(tǒng)”兩項(xiàng)專利同時(shí)榮獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。

這不僅是對(duì)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的認(rèn)可，更標(biāo)志著中國(guó)在高速并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從技術(shù)跟跑到自主創(chuàng)新的關(guān)鍵躍遷。

從放大機(jī)構(gòu)到錐齒輪副

傳統(tǒng)高速并聯(lián)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器大角度轉(zhuǎn)動(dòng)，通常需要依賴復(fù)雜的放大機(jī)構(gòu)。

這種設(shè)計(jì)如同在機(jī)械系統(tǒng)中增加一個(gè)“傳動(dòng)中介”，雖解決了轉(zhuǎn)動(dòng)范圍問(wèn)題，卻帶來(lái)了動(dòng)平臺(tái)重量增加、運(yùn)動(dòng)慣量變大、系統(tǒng)響應(yīng)速度降低等連鎖問(wèn)題，控制算法復(fù)雜度也隨之攀升。這好比給短跑運(yùn)動(dòng)員綁上沙袋，雖能完成動(dòng)作，速度和靈活性卻大打折扣。

阿童木機(jī)器人的“四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)”專利給出了創(chuàng)新性解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)以錐齒輪副直接取代傳統(tǒng)放大機(jī)構(gòu)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)副平臺(tái)上下擺動(dòng)，配合錐齒輪副高效轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器繞軸線的大角度直接轉(zhuǎn)動(dòng)。

這一設(shè)計(jì)的核心在于“去中介化”：不僅減少了傳動(dòng)環(huán)節(jié)、降低運(yùn)動(dòng)慣量，更大幅簡(jiǎn)化了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，提升正反解計(jì)算效率。最終，機(jī)器人在保持高剛性、高負(fù)載能力的同時(shí)，獲得了更快的運(yùn)動(dòng)速度與更高的定位精度。
 

從獨(dú)立到控制系統(tǒng)共享內(nèi)存

如果說(shuō)機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)器人的“身體”，那么控制系統(tǒng)便是其“大腦與神經(jīng)”。

傳統(tǒng)控制方案常面臨兩難：運(yùn)動(dòng)控制單元（如C++開(kāi)發(fā)）擅長(zhǎng)連續(xù)軌跡，卻不善并行邏輯；PLC單元（如梯形圖）強(qiáng)于邏輯判斷，弱于高精度運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。 行業(yè)通常只能二者擇一，或分置硬件犧牲實(shí)時(shí)性，或勉強(qiáng)融合導(dǎo)致系統(tǒng)“水土不服”。

阿童木機(jī)器人的控制系統(tǒng)專利，提出了基于共享內(nèi)存的軟硬件深度協(xié)同架構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)猶如在“理性思維”（運(yùn)動(dòng)控制）與“條件反射”（邏輯控制）之間，鋪設(shè)了一條“神經(jīng)元高速公路”。 通過(guò)共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)數(shù)據(jù)同步，并配備高效的同步互斥機(jī)制，系統(tǒng)既能保持軟PLC的復(fù)雜邏輯處理能力，又兼顧運(yùn)動(dòng)控制的高實(shí)時(shí)性需求。

其核心價(jià)值是，機(jī)器人控制系統(tǒng)在響應(yīng)速度、整體穩(wěn)定性和多任務(wù)協(xié)同能力上均實(shí)現(xiàn)顯著提升，為高速高精度作業(yè)筑牢了可靠的“神經(jīng)中樞”。

創(chuàng)新技術(shù)的真正價(jià)值，終須通過(guò)產(chǎn)業(yè)化來(lái)驗(yàn)證。阿童木機(jī)器人的這兩項(xiàng)專利，已順利完成從圖紙到產(chǎn)線的跨越。

在新能源領(lǐng)域，基于該專利技術(shù)的機(jī)器人已在電芯側(cè)面貼膠等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)，突破傳統(tǒng)設(shè)備在速度與精度上的瓶頸，提升整線流暢性與可靠性。

在3C行業(yè)，搭載該控制系統(tǒng)的機(jī)器人應(yīng)用于玻璃蓋板檢測(cè)下料環(huán)節(jié)，通過(guò)視覺(jué)引導(dǎo)與高速運(yùn)動(dòng)的精準(zhǔn)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)高效分揀與物料流轉(zhuǎn)。

市場(chǎng)數(shù)據(jù)給出了最直接的回應(yīng)：應(yīng)用該系列專利技術(shù)，阿童木機(jī)器人在2022年高速并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域市場(chǎng)占有率達(dá)20.9%，位居行業(yè)前列，累計(jì)交付超千臺(tái)，簽訂合同額近億元。

其應(yīng)用場(chǎng)景也從食品、醫(yī)藥等傳統(tǒng)行業(yè)，迅速延伸至鋰電、光伏、汽車零部件等先進(jìn)制造領(lǐng)域，形成“技術(shù)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)，市場(chǎng)反哺研發(fā)”的良性閉環(huán)。

自主創(chuàng)新，行穩(wěn)致遠(yuǎn)

獎(jiǎng)項(xiàng)背后，離不開(kāi)體系化的創(chuàng)新布局與長(zhǎng)期的技術(shù)積淀。阿童木機(jī)器人已將知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理深度融入研發(fā)全流程，構(gòu)建起從前瞻研究到專利布局的完整體系。

截至目前，公司累計(jì)申請(qǐng)專利近兩百項(xiàng)，并圍繞核心專利開(kāi)展海外布局，已通過(guò)PCT途徑進(jìn)入美、德、日等關(guān)鍵市場(chǎng)。

公司已獲評(píng)為國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)、國(guó)家級(jí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)企業(yè)，其“高速并聯(lián)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”項(xiàng)目曾獲天津市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，創(chuàng)新能力持續(xù)獲得行業(yè)與權(quán)威認(rèn)可。