伺服電機(jī)的介紹與伺服機(jī)器人技術(shù)難點(diǎn)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(jī)器人產(chǎn)業(yè)尤其嚴(yán)重，三大核心零部件目前沒有一個(gè)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(shí)仍有比較大差距的伺服電機(jī)……

　　伺服電機(jī)作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是影響機(jī)器人工作性能的主要因素之一。機(jī)器人伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分構(gòu)成，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，就是靠它來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，伺服驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)的功率電源，指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅(qū)動(dòng)器正常工作的。

　　目前，國產(chǎn)伺服電機(jī)的現(xiàn)狀是，小的不小，大的不大！這個(gè)怎么理解呢？小功率伺服電機(jī)，小型化不行，普遍偏長，比如輕載機(jī)器人常用的200W和400W伺服電機(jī)，目前松下的A6、安川的Σ7電機(jī)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(jī)器人上，由于機(jī)器人手臂的安裝空間非常狹小，對(duì)伺服電機(jī)的長度有嚴(yán)格要求。

　　伺服電機(jī)

　　伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)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(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性，并且有較大的短時(shí)過載能力。

　　目前，高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)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(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（使用在機(jī)電系統(tǒng)中的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）較大。為了能夠和絲杠等機(jī)械部件直接相連，伺服電機(jī)有一種專門的小慣量電機(jī)，為了得到極高的響應(yīng)速度。但這類電機(jī)的過載能力低，當(dāng)使用在進(jìn)給伺服系統(tǒng)中時(shí)，必須加減速裝置。

　　工業(yè)機(jī)器人電動(dòng)伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個(gè)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(duì)于交流伺服驅(qū)動(dòng)器，可通過對(duì)其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實(shí)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(jī)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％。機(jī)器人需求在全球范圍內(nèi)不斷擴(kuò)大，而中國現(xiàn)在是全球增速最快的機(jī)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(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)器人市場總量的30%以上，市場空間巨大。機(jī)器人的高速增長將帶動(dòng)伺服電機(jī)的巨大需求。

　　機(jī)器人用伺服電機(jī)面臨挑戰(zhàn)

　　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)態(tài)和精度，高功率密度伺服電機(jī)至關(guān)重要；在精加工作業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人甚至需要人手所具備的柔順性，要求電機(jī)能以“罐頭”大小實(shí)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(jī)器人領(lǐng)域，為了讓機(jī)器人幫助患者早日恢復(fù)健康，對(duì)電機(jī)穩(wěn)定性和可靠性提出了至高要求。