伺服電機，國產(chǎn)機器人需補“短板”

導(dǎo)讀：作為機器人中用作執(zhí)行單元，伺服電機是影響機器人工作性能的主要因素。伺服電機也是我國機器人產(chǎn)業(yè)需要突破的關(guān)鍵短板之一?！吨袊圃?025》規(guī)劃總體部署了機器人伺服電機的目標(biāo)：到2020年，性能、精度、可靠性達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。

伺服電機作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是機器人三大核心零部件之一。機器人伺服系統(tǒng)由伺服電機、伺服驅(qū)動器、指令機構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機是執(zhí)行機構(gòu)，就是靠它來實現(xiàn)運動的，伺服驅(qū)動器是伺服電機的功率電源，指令機構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動器正常工作的。

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

國內(nèi)外伺服系統(tǒng)廠商將機器人市場作為未來重點的發(fā)展方向，伺服電機一般安裝在機器人的“關(guān)節(jié)”處，機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動離不開伺服系統(tǒng)，關(guān)節(jié)越多，機器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所要使用的伺服電機的數(shù)量就越多。

機器人需求在全球范圍內(nèi)不斷擴大，而中國現(xiàn)在是全球增速最快的機器人市場。2013年至2016年，中國連續(xù)三年成為全球第一大工業(yè)機器人消費市場。IDC預(yù)測到2020年，中國機器人市場規(guī)模將達(dá)到594億美元，中國市場將占全球機器人市場總量的30%以上，市場空間巨大。機器人的高速增長將帶動伺服電機的巨大需求。

機器人伺服電機面臨挑戰(zhàn)

伺服電機在自動化控制系統(tǒng)在往往與終端執(zhí)行機構(gòu)相連，因此也被成為執(zhí)行電機。伺服電機在伺服系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，其作用是將伺服控制器的脈沖信號轉(zhuǎn)化為電機轉(zhuǎn)動的角位移和角速度。

伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類，與普通電機相比其主要特點是，其通常搭配反饋裝置一起使用，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

伺服電機分類：

為了提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性，機器人正變得越來越輕，同時為了保證機器人的動態(tài)和精度，高功率密度伺服電機至關(guān)重要；在精加工作業(yè)領(lǐng)域，機器人甚至需要人手所具備的柔順性，要求電機能以“罐頭”大小實現(xiàn)高性能，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率并保證操作員安全；在醫(yī)用機器人領(lǐng)域，為了讓機器人幫助患者早日恢復(fù)健康，對電機穩(wěn)定性和可靠性提出了至高要求。

機器人對伺服電機的高要求主要有以下方面：

1．要求伺服電機具有快速響應(yīng)性。電機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電機快速響應(yīng)的性能。

2．伺服電機的起動轉(zhuǎn)矩慣量比要大。在驅(qū)動負(fù)載的情況下，要求機器人的伺服電機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。

3．伺服電機要具有控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比。

4．為了配合機器人的體形，伺服電機必須體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。

5．能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受數(shù)倍過載。交流伺服驅(qū)動器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。