工業(yè)機(jī)器人的核心部件—伺服電機(jī)
工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，不僅僅應(yīng)用于汽車制造業(yè)，大到航天飛機(jī)的生產(chǎn)，軍用裝備，高鐵的開發(fā)，小到圓珠筆的生產(chǎn)都有廣泛的應(yīng)用。并且已經(jīng)從較為成熟的行業(yè)延伸到食品，醫(yī)療等領(lǐng)域。由于機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備相比，不僅產(chǎn)品的價(jià)格差距越來越小，而且產(chǎn)品的個(gè)性化程度高，因此在一些工藝復(fù)雜的產(chǎn)品制造過程中，可以讓工業(yè)機(jī)器人替代傳統(tǒng)設(shè)備，這樣就可以在很大程度上提高經(jīng)濟(jì)效率。而伺服電機(jī)，作為工業(yè)機(jī)器人的核心零部，在機(jī)器人的發(fā)展過程中不可或缺。
伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，交流伺服電動(dòng)機(jī)又分為異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)。
無論是伺服還是調(diào)速領(lǐng)域，目前交流系統(tǒng)正在逐漸代替直流系統(tǒng)。與直流系統(tǒng)相比，交流伺服電機(jī)具有高可靠性、散熱好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能工作于高壓狀態(tài)下等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊o電刷和轉(zhuǎn)向器，故交流私服系統(tǒng)也成為無刷伺服系統(tǒng)，用于其中的電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)的籠型異步電機(jī)和永磁同步型電機(jī)。
直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)
有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境有要求，通常用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合；
無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境。
不同類型伺服電機(jī)的特點(diǎn)
直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒（無塵易爆環(huán)境不宜）
交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決于編碼器精度），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)（適用于無塵、易爆環(huán)境）。缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。
伺服電機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化產(chǎn)品主要涉及伺服電機(jī)、減速機(jī)、控制器和傳感器等。伺服電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)，一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“心臟”。
目前，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，所要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量就越多。機(jī)器人對(duì)伺服系統(tǒng)的要求較高，必須滿足快速響應(yīng)、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬，要適應(yīng)機(jī)器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運(yùn)行等條件，且需要高可靠性和穩(wěn)定性。目前，工業(yè)機(jī)器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)。
伺服電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模
伺服電機(jī)競爭激烈，目前外資掌握話語權(quán)。伺服電機(jī)在機(jī)器人中用作執(zhí)行單元，是影響機(jī)器人工作性能的主要因素。機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機(jī)。
伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前，在中國工業(yè)機(jī)器市場(chǎng)，主流的供應(yīng)商包括，日系多摩川以及歐美系。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競爭力的價(jià)格壟斷了中小型OEM(設(shè)備制造業(yè))市場(chǎng)。近幾年，伺服系統(tǒng)市場(chǎng)TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達(dá)到45%。歐系品牌占據(jù)高端，整體市場(chǎng)份額在30%左右。國內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%左右。
當(dāng)前我國中低端伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產(chǎn)能力，國內(nèi)對(duì)精密伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的需求主要依賴進(jìn)口。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展風(fēng)生水起，隨著扶持政策對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)，以及國產(chǎn)伺服技術(shù)的不斷提升，我國伺服系統(tǒng)進(jìn)口替代的步伐將加快。