伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，是機(jī)器人的三大核心部件之一。機(jī)器人伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和指令機(jī)構(gòu)三部分組成。伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的電源，指令機(jī)構(gòu)用于發(fā)送脈沖或給伺服驅(qū)動(dòng)器正常工作提供速度。

國內(nèi)外伺服系統(tǒng)制造商將機(jī)器人市場作為未來的關(guān)鍵發(fā)展方向。伺服電機(jī)通常安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處。機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)離不開伺服系統(tǒng)。關(guān)節(jié)越多，機(jī)器人的靈活性和準(zhǔn)確性就越高。使用的伺服電機(jī)數(shù)量越多。

世界各地對機(jī)器人的需求正在擴(kuò)大，中國現(xiàn)在是世界上增長快的機(jī)器人市場。從2013年到2016年，中國連續(xù)三年成為世界上大的工業(yè)機(jī)器人消費(fèi)市場。IDC預(yù)測，到2020年，中國機(jī)器人市場規(guī)模將達(dá)到594億美元，中國市場將占全球機(jī)器人市場的30%以上，市場空間巨大。機(jī)器人的快速發(fā)展將推動(dòng)對伺服電機(jī)的巨大需求。

2015年，我國機(jī)器人伺服系統(tǒng)的市場規(guī)模約為10.6億元。到2020年，市場規(guī)模將達(dá)到47億元左右，未來五年復(fù)合增長率約為35%。

機(jī)器人伺服電機(jī)面臨挑戰(zhàn)

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)通常連接到終端執(zhí)行器，因此它們也被稱為執(zhí)行電機(jī)。伺服電機(jī)是伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其功能是將伺服控制器的脈沖信號轉(zhuǎn)換為電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移和角速度。

伺服電機(jī)分為兩類：直流和交流伺服電機(jī)。與普通電機(jī)相比，它們的主要特點(diǎn)是通常與反饋裝置一起使用，以實(shí)現(xiàn)精確控制。

伺服電機(jī)分類：

為了提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性，機(jī)器人正變得越來越輕。同時(shí)，為了保證機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)和精度，高功率密度伺服電機(jī)是必不可少的；在精加工領(lǐng)域，機(jī)器人甚至需要人手的靈活性，要求電機(jī)達(dá)到高性能的“罐”大小，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率，確保操作員安全；在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，為了讓機(jī)器人幫助患者盡快康復(fù)，提出了電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。高要求。

機(jī)器人對伺服電機(jī)的高要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.要求伺服電機(jī)具有快速響應(yīng)。從電機(jī)獲得指令信號到完成指令要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時(shí)間越短，電伺服系統(tǒng)的靈敏度越高，快速響應(yīng)性能越好。通常，伺服電機(jī)的快速響應(yīng)性能是由伺服電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)來解釋的。

2.伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣性比大。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人伺服電機(jī)的啟動(dòng)扭矩大，慣性矩小。

3.伺服電機(jī)必須具有控制特性的連續(xù)性和線性。隨著控制信號的變化，電機(jī)的速度可以連續(xù)變化，有時(shí)速度需要與控制信號成比例或近似成比例。

4.為了匹配機(jī)器人的形狀，伺服電機(jī)必須尺寸小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。

5.能夠承受惡劣的運(yùn)行條件，能夠執(zhí)行非常頻繁的前進(jìn)和后退以及加速和減速操作，能夠在短時(shí)間內(nèi)承受多次過載。交流伺服驅(qū)動(dòng)器因其高轉(zhuǎn)矩慣性比、無電刷和換向火花而在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。差距是顯而易見的，國內(nèi)制造商需要努力追趕

在國內(nèi)伺服電機(jī)市場，前三名的松下、三菱和安川都是日本品牌，總份額為45%。西門子、博世、施耐德等歐洲品牌主要占據(jù)高端市場，市場份額約為30%。國內(nèi)企業(yè)的整體份額不足10%。

國內(nèi)伺服電機(jī)大多模仿日本伺服電機(jī)設(shè)計(jì)，功率大多在3kw以內(nèi)，多為中小功率，而5.5-15kw的中大功率伺服電機(jī)相對較少。

國產(chǎn)伺服電機(jī)仍需在以下方面取得突破：

首先，外形通常較長且粗糙，這很難應(yīng)用于某些高端機(jī)器人，尤其是輕載約6kg的臺式機(jī)器人。由于機(jī)械臂的安裝空間非常小，因此對伺服電機(jī)的長度有嚴(yán)格的要求。

第二，信號連接器的可靠性有待提高，需要向小型化、高密度、與伺服電機(jī)本體一體化設(shè)計(jì)的方向設(shè)計(jì)，便于安裝、調(diào)試和更換。

第三，另一項(xiàng)核心技術(shù)是高精度編碼器，尤其是機(jī)器人中使用的多圈絕對編碼器，它們嚴(yán)重依賴進(jìn)口，是制約我國高端機(jī)器人發(fā)展的一大瓶頸。編碼器的小型化也是伺服電機(jī)小型化無法繞過的核心技術(shù)。

第四，是基礎(chǔ)研究不足，包括絕對編碼器技術(shù)、高端電機(jī)產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝突破、性能指標(biāo)實(shí)際驗(yàn)證、考核標(biāo)準(zhǔn)制定等。

第五，伺服系統(tǒng)各部分的產(chǎn)業(yè)協(xié)同不夠，難以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體性能。

雖然國內(nèi)伺服電機(jī)在市場中所占比例相對較低，但在技術(shù)和性能上與國外品牌存在較大差距，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性無法與國外品牌相比。發(fā)展也很快，伺服電機(jī)的獨(dú)立支撐能力已經(jīng)形成，并獲得了一定的市場認(rèn)可。許多國內(nèi)產(chǎn)品在技術(shù)上接近日本產(chǎn)品，已經(jīng)出現(xiàn)了Estun、廣州數(shù)控設(shè)備、INVT等20多個(gè)大型伺服電機(jī)品牌。

我國伺服電機(jī)專利技術(shù)總體申請量的變化趨勢也顯示了國內(nèi)企業(yè)近年來取得的成就。2010年，我國伺服電機(jī)行業(yè)相關(guān)專利申請數(shù)量僅為2697件，而2016年，我國伺服電機(jī)行業(yè)相關(guān)專利申請數(shù)量達(dá)到14058件，復(fù)合年增長率為31.68%。

中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)巨大變革的時(shí)代，需要快速創(chuàng)新和整合。機(jī)器人作為一項(xiàng)高新技術(shù)，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐手段。為了大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，作為機(jī)器人核心部件之一的伺服電機(jī)自然成為眾多企業(yè)競相布局的熱門領(lǐng)域。

南京艾斯頓自動(dòng)化有限公司成立于1993年。得益于國家改革開放的發(fā)展機(jī)遇和創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)20多年的辛勤工作，公司不僅成為中國高端智能設(shè)備核心控制功能部件的領(lǐng)軍企業(yè)之一，而且憑借自身的核心部件優(yōu)勢，大力進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，已成為國內(nèi)技術(shù)和核心部件獨(dú)立的大型機(jī)器人企業(yè)。

Estun已成功開發(fā)出高集成度、模塊化機(jī)器人專用伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，并將其應(yīng)用于該公司的機(jī)器人產(chǎn)品。

廣州數(shù)控設(shè)備有限公司是華南地區(qū)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地，是國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的數(shù)控成套機(jī)床的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商。

SJTR系列機(jī)器人專用交流伺服電機(jī)是廣州數(shù)控設(shè)備有限公司為機(jī)器人工作環(huán)境專門設(shè)計(jì)的交流伺服電機(jī)。整個(gè)系列產(chǎn)品與機(jī)器人的應(yīng)用緊密結(jié)合。電機(jī)內(nèi)置制動(dòng)裝置，采用電纜出線方式。這是機(jī)器人行業(yè)的選擇。分為60SJTR系列、80SJTR系列和150SJTR系列。

深圳市英偉特電氣有限公司成立于2002年，致力于成為工業(yè)自動(dòng)化、能源和電力領(lǐng)域全球領(lǐng)先、備受尊敬的產(chǎn)品和服務(wù)提供商。

INVT新型總線型高性能通用伺服系統(tǒng)支持17位以上編碼器，可通過脈沖信號、總線通訊等方式控制，功率范圍為0.2kw-5.5kw。它可以應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和電子制造等高端設(shè)備。

摘要：伺服電機(jī)對機(jī)器人的性能影響很大，因此精密伺服電機(jī)的關(guān)鍵性能指標(biāo)始終是先進(jìn)比較的主要因素。國外先進(jìn)的伺服電機(jī)已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求，其研發(fā)資源已經(jīng)集中在個(gè)別高端應(yīng)用和整體性能提升上，并處于精細(xì)雕刻階段。因此，國內(nèi)伺服電機(jī)制造商還有很長的路要走。

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