核心技術(shù)缺失是中國制造業(yè)普遍存在的問(wèn)題，在機器人產(chǎn)業(yè)尤其嚴重，三大核心零部件目前沒(méi)有一個(gè)能大規模取代外資品牌。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……
伺服電機作為控制系統中的執行元件，是影響機器人工作性能的主要因素之一。機器人伺服系統由伺服電機、伺服驅動(dòng)器、指令機構三大部分構成，伺服電機是執行機構，就是靠它來(lái)實(shí)現運動(dòng)的，伺服驅動(dòng)器是伺服電機的功率電源，指令機構是發(fā)脈沖或者給速度用于配合伺服驅動(dòng)器正常工作的。
目前，國產(chǎn)伺服電機的現狀是，小的不小，大的不大！這個(gè)怎么理解呢？小功率伺服電機，小型化不行，普遍偏長(cháng)，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(guān)國產(chǎn)伺服，普遍較長(cháng)，外觀(guān)粗糙。這在一些高檔的應用上不行，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(cháng)度有嚴格要求。
伺服電機
伺服電機用于驅動(dòng)機器人的關(guān)節，要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動(dòng)轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執行器(手爪)應采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機，尤其是要求快速響應時(shí)，伺服電動(dòng)機必須具有較高的可靠性，并且有較大的短時(shí)過(guò)載能力。
目前，高啟動(dòng)轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機在工業(yè)機器人中得到廣泛的應用。
伺服控制系統
伺服控制系統是一種以機械位置或角度作為控制對象的自動(dòng)控制系統，例如數控機床、機器人等。使用在伺服系統中的驅動(dòng)電機要求具有響應速度快、定位準確、轉動(dòng)慣量(使用在機電系統中的伺服電機的轉動(dòng)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(zhuān)門(mén)的小慣量電機，為了得到極高的響應速度。但這類(lèi)電機的過(guò)載能力低，當使用在進(jìn)給伺服系統中時(shí)，必須加減速裝置。
工業(yè)機器人電動(dòng)伺服系統的一般結構為三個(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，對于交流伺服驅動(dòng)器，可通過(guò)對其內部功能參數進(jìn)行人工設定而實(shí)現位置控制、速度控制、轉矩控制等多種功能。
2015年，我國機器人用伺服系統市場(chǎng)規模約為10.6億元，到2020年市場(chǎng)規模將達47億元左右，未來(lái)五年復合增長(cháng)率約為35％。機器人需求在全球范圍內不斷擴大，而中國現在是全球增速最快的機器人市場(chǎng)。2013年至2016年，中國連續三年成為全球第一大工業(yè)機器人消費市場(chǎng)。IDC預測到2020年，中國機器人市場(chǎng)規模將達到594億美元，中國市場(chǎng)將占全球機器人市場(chǎng)總量的30%以上，市場(chǎng)空間巨大。機器人的高速增長(cháng)將帶動(dòng)伺服電機的巨大需求。
機器人用伺服電機面臨挑戰
為了提高工業(yè)生產(chǎn)的靈活性，機器人正變得越來(lái)越輕，同時(shí)為了保證機器人的動(dòng)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(shí)現高性能，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率并保證操作員安全；在醫用機器人領(lǐng)域，為了讓機器人幫助患者早日恢復健康，對電機穩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(shí)間應短。響應指令信號的時(shí)間愈短，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電機的機電時(shí)間常數的大小來(lái)說(shuō)明伺服電機快速響應的性能。
2．伺服電機的起動(dòng)轉矩慣量比要大。在驅動(dòng)負載的情況下，要求機器人的伺服電機的起動(dòng)轉矩大，轉動(dòng)慣量小。
3．伺服電機要具有控制特性的連續性和直線(xiàn)性，隨著(zhù)控制信號的變化，電機的轉速能連續變化，有時(shí)還需轉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(shí)間內承受數倍過(guò)載。交流伺服驅動(dòng)器因其具有轉矩轉動(dòng)慣量比高、無(wú)電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。
差距明顯，國產(chǎn)伺服電機仍需突破“五座大山”
國內伺服電機市場(chǎng)中，前三名松下、三菱、安川均為日系品牌，總份額達到45%，西門(mén)子、博世、施耐德等歐系品牌主要占據高端市場(chǎng)，市場(chǎng)份額在30%左右，國內企業(yè)整體份額低于10%。
國產(chǎn)伺服電機大多是仿制日系伺服電機設計，功率多在3kw以?xún)?，以中小功率為多，?.5-15kw的中大功率伺服電機則比較少。
國產(chǎn)伺服電機在以下方面仍需突破：
一是外形普遍較長(cháng)，外觀(guān)粗糙，很難應用在一些高檔機器人上面，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(cháng)度有嚴格要求。
二是信號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本體的集成設計的方向設計，方便安裝、調試、更換。
三是另一個(gè)核心技術(shù)就是高精度的編碼器，尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器，嚴重依賴(lài)進(jìn)口，是制約我國高檔機器人發(fā)展的很大瓶頸。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過(guò)去的核心技術(shù)。
四是缺失基礎性研究，包括絕對值編碼器技術(shù)、高端電機的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標的實(shí)用性驗證和考核標準的制定。
五是伺服系統各部分產(chǎn)業(yè)協(xié)同聯(lián)合不夠，導致伺服電機和驅動(dòng)系統整體性能難以做好。
國產(chǎn)伺服開(kāi)始嶄露頭角
伺服電機的核心零部件的技術(shù)突破不僅直接關(guān)乎國內機器人企業(yè)市場(chǎng)競爭力的提升，長(cháng)遠來(lái)看，對于整個(gè)中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有戰略意義。
雖然國產(chǎn)伺服電機在市場(chǎng)上的比重比較低，在技術(shù)與性能上與國外品牌有較大的差距，并且產(chǎn)品質(zhì)量與穩定性也不能同國外品牌同日而語(yǔ)，但近幾年國產(chǎn)品牌伺服電機的發(fā)展也很迅速，伺服電機自主配套能力已現雛形，獲得了一定的市場(chǎng)認可。許多國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)上與日系產(chǎn)品接近，涌現出埃斯頓、廣州數控設備、英威騰、匯川技術(shù)等20余家較大規模的伺服電機品牌。
雖然國產(chǎn)伺服電機在市場(chǎng)上的比重比較低，在技術(shù)與性能上與國外品牌有較大的差距，并且產(chǎn)品質(zhì)量與穩定性也不能同國外品牌同日而語(yǔ)，但近幾年國產(chǎn)品牌伺服電機的發(fā)展也很迅速，伺服電機自主配套能力已現雛形，獲得了一定的市場(chǎng)認可。許多國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)上與日系產(chǎn)品接近，涌現出20余家較大規模的伺服電機品牌。
