揭秘機(jī)器人伺服電機(jī)/系統(tǒng)，解讀國(guó)內(nèi)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域開始使用工業(yè)機(jī)器人代替人力。對(duì)于機(jī)器人制造商和機(jī)器人消費(fèi)者而言，選擇合適的伺服電機(jī)始終是一項(xiàng)艱難的任務(wù)。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)器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所需要使用的機(jī)器人伺服電機(jī) 數(shù)量就越多。伺服電機(jī)影響著機(jī)器人的手臂控制，如位置、角度和線性運(yùn)動(dòng)，它的性能差異將直接影響機(jī)器人的能力水平。 深圳市華科星電氣有限公司是工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)一家有名的技術(shù)服務(wù)企業(yè),專注進(jìn)口伺服電機(jī), 機(jī)器人伺服電機(jī) / 系統(tǒng),精密行星減速機(jī),步進(jìn)電機(jī),PLC等一站式供應(yīng)，提供免費(fèi)技術(shù)支持和終身維護(hù)服務(wù),歡迎來電咨詢:13602631692微信同號(hào)，官網(wǎng):http://www.3sfupsxc20.com!

一般來說，工業(yè)機(jī)器人對(duì)伺服電機(jī)的性能要求主要有以下幾個(gè)方面：

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量要小：具有低的機(jī)械時(shí)間常數(shù)和電磁時(shí)間常數(shù)以及高的品質(zhì)因數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)可給出更大的瞬時(shí)功率。

足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍：在零速度附近可控。低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，力矩波動(dòng)小。

高的功率/體積比和高的功率/重量比：因?yàn)檫@些伺服控制電機(jī)通常裝在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)上，為機(jī)器人的負(fù)載，所以要求重量輕、體積小。

伺服狀態(tài)特性好：為機(jī)器人能穩(wěn)定地進(jìn)行操作，在伺服定位、電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)仍能輸出最大的力矩。

外形扁薄小巧美觀：它是機(jī)器人外觀的決定性因素之一，不僅要適應(yīng)與機(jī)器人給定的小尺寸，而且伺服電機(jī)的外形越復(fù)雜，機(jī)器人外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越困難，同時(shí)外形的復(fù)雜也使粉塵易于堆積。

全封閉式的構(gòu)造：伺服電機(jī)做成封閉結(jié)構(gòu)主要是為了適應(yīng)多粉塵、還有腐蝕性物質(zhì)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：而且輸出的電線、電纜要柔軟。

易于維護(hù)：電機(jī)要有一定的容錯(cuò)性和相關(guān)保護(hù)設(shè)備。

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，如今電力半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)由過去的整流二極管、晶閘管、GTO、GTR、P-MOSFET發(fā)展到現(xiàn)在的IGBT、IPM等，再加上控制策略的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人用伺服電機(jī)已經(jīng)不局限于低頻率和低極數(shù)，而是隨著應(yīng)用的場(chǎng)合可以靈活地改變，以獲取更好的性能和更低的價(jià)格。

工作制與發(fā)熱：工業(yè)機(jī)器人一般運(yùn)行在頻繁加速、啟停的情況下，由于這種特殊的運(yùn)行方式’其伺服電機(jī)很大程度上受到了溫度的限制，不僅僅是額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的溫度特性對(duì)工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)來說很重要，整個(gè)運(yùn)行空間的運(yùn)行溫度由加減速轉(zhuǎn)矩與維持轉(zhuǎn)矩的工作制運(yùn)行來決定。

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是伺服驅(qū)動(dòng)中非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)，在機(jī)械系統(tǒng)加速運(yùn)行的時(shí)候，伺服電機(jī)不僅要提供給負(fù)載加速轉(zhuǎn)矩，而且要提供給自身加速轉(zhuǎn)矩，所以伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的配合十分重要。

轉(zhuǎn)矩質(zhì)量:工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)要求轉(zhuǎn)矩的平滑性，要求電機(jī)具有比較低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)以及較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)通常需要伺服電機(jī)有比較高的抗飽和能力，而且要細(xì)致考慮鐵耗與摩擦損耗對(duì)轉(zhuǎn)矩常數(shù)的影響，一般需要合理精致的伺服電機(jī)電磁與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)才能滿足轉(zhuǎn)矩質(zhì)量要求。

高響應(yīng)能力:工業(yè)伺服電機(jī)系統(tǒng)追求比較高的響應(yīng)能力，影響伺服系統(tǒng)的響應(yīng)能力的因素一般有電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減速比、加減速轉(zhuǎn)矩、電機(jī)結(jié)構(gòu)、控制策略等，高響應(yīng)能力還與電機(jī)的發(fā)熱密切相關(guān)。

磁鋼退磁:為了使伺服電機(jī)具有高性能，目前普遍使用釹鐵硼永磁體來提供磁場(chǎng)，但它對(duì)溫度比較敏感，在高溫環(huán)境下容易發(fā)生不可逆退磁。工業(yè)機(jī)器人用伺服電機(jī)需要有高過載能力，更需要較高的電樞反應(yīng)，因此轉(zhuǎn)子永磁體上感應(yīng)出的渦流損耗通常很大，永磁體易升溫，所以對(duì)伺服電機(jī)的溫度計(jì)算和永磁體保護(hù)的要求比較高。

國(guó)內(nèi)知名伺服電機(jī)/系統(tǒng)制造商

伴隨這幾年數(shù)控化的普及，國(guó)內(nèi)機(jī)器人伺服產(chǎn)品的銷量保持了快速增長(zhǎng)，伺服系統(tǒng)的自主研發(fā)、制造生產(chǎn)及應(yīng)用已基本成熟，形成了一定的產(chǎn)品系列和自主配套能力，但產(chǎn)品在高性能、高可靠性方面，與國(guó)外名牌企業(yè)仍存在明顯差距，如國(guó)產(chǎn)品牌產(chǎn)品功率范圍多在3KW以內(nèi)，中小功率居多，技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。

隨著工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)掀起熱潮，我國(guó)伺服系統(tǒng)與國(guó)外名牌企業(yè)的明顯差距已成為制約我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”。從技術(shù)上看，國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)主要有以下幾個(gè)缺陷：

一、外形普遍較長(zhǎng)，外觀粗糙，很難應(yīng)用在一些高檔機(jī)器人上面。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(zhǎng)度有嚴(yán)格要求。

二、信號(hào)接插件的可靠性需要改進(jìn)，而且需要朝小型化、高密度化以及與伺服電機(jī)本體的集成設(shè)計(jì)的方向設(shè)計(jì)，方便安裝、調(diào)試、更換。

三、另一個(gè)核心技術(shù)就是高精度的編碼器，尤其機(jī)器人上用的多圈絕對(duì)值編碼器，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，是制約我國(guó)高檔機(jī)器人發(fā)展的很大瓶頸。編碼器的小型化也是伺服電機(jī)小型化繞不過去的核心技術(shù)。

四、缺失基礎(chǔ)性研究，包括絕對(duì)值編碼器技術(shù)、高端電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標(biāo)的實(shí)用性驗(yàn)證和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定。

五、伺服系統(tǒng)各部分產(chǎn)業(yè)協(xié)同聯(lián)合不夠，導(dǎo)致伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體性能難以做好。

以上五點(diǎn)總結(jié)值得一提的是，除了以上五點(diǎn)工藝硬傷，許多國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)廠商還在繼續(xù)采用購(gòu)買過時(shí)技術(shù)、硬件打造“國(guó)產(chǎn)”電機(jī)的做法，這樣生產(chǎn)出來的電機(jī)質(zhì)量、穩(wěn)定性參差不齊，不僅擾亂市場(chǎng)，還打擊了企業(yè)內(nèi)部自主研發(fā)的熱情，不利于長(zhǎng)期的可持續(xù)發(fā)展。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)較大規(guī)模的伺服品牌有20余家，這些制造商的部分產(chǎn)品質(zhì)量、性能較為突出，可圈可點(diǎn)，顯示出了一定的獨(dú)立性和創(chuàng)新性。希望國(guó)產(chǎn)電機(jī)能早日更上一層樓。

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