伺服電機的介紹與伺服機器人技術(shù)難點的分析

　　核心技術(shù)缺失是中國制造業(yè)普遍存在的問題，在機器人產(chǎn)業(yè)尤其嚴(yán)重，三大核心零部件目前沒有一個能大規(guī)模取代外資品牌。其中，由于減速器的壟斷度非常高，技術(shù)難度也很大，業(yè)界和媒體的目光也更多地聚焦于此，反而忽視了發(fā)展得稍好，但其實仍有比較大差距的伺服電機……

　　伺服電機作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是影響機器人工作性能的主要因素之一。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。

　　目前，國產(chǎn)伺服電機的現(xiàn)狀是，小的不小，大的不大！這個怎么理解呢？小功率伺服電機，小型化不行，普遍偏長，比如輕載機器人常用的200W和400W伺服電機，目前松下的A6、安川的Σ7電機短小精致。反觀國產(chǎn)伺服，普遍較長，外觀粗糙。這在一些高檔的應(yīng)用上不行，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，由于機器人手臂的安裝空間非常狹小，對伺服電機的長度有嚴(yán)格要求。

　　伺服電機

　　伺服電機用于驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié)，要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應(yīng)時，伺服電動機必須具有較高的可靠性，并且有較大的短時過載能力。

　　目前，高啟動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛的應(yīng)用。

　　伺服控制系統(tǒng)

　　伺服控制系統(tǒng)是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機床、機器人等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動電機要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動慣量（使用在機電系統(tǒng)中的伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量）較大。為了能夠和絲杠等機械部件直接相連，伺服電機有一種專門的小慣量電機，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機的過載能力低，當(dāng)使用在進給伺服系統(tǒng)中時，必須加減速裝置。

　　工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對于交流伺服驅(qū)動器，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進行人工設(shè)定而實現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。

　　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47億元左右，未來五年復(fù)合增長率約為35％。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。

　　機器人用伺服電機面臨挑戰(zhàn)

　　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。