伺服系統(tǒng)受機器人產(chǎn)業(yè)強勁驅(qū)動,千億市場藍海正“觸手可及”

時間:2016-08-12

來源:中國傳動網(wǎng)

導語:伺服控制是一個整體的系統(tǒng)和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機及驅(qū)動器等。系統(tǒng)集成商根據(jù)客戶需求進行設計編程、輔件組裝、安裝調(diào)試等工作,業(yè)務量通常是核心部件的2—2.5倍。

近日,匯川技術(shù)公布了2016上半年財報關(guān)鍵數(shù)據(jù):實現(xiàn)收入14.65億元,同比增長31.75%;歸屬股東凈利潤3.89億元,同比增長17.7%,對應當前股本下EPS0.24元。

其中最大的看點是,匯川技術(shù)業(yè)績高增長主要由新能源汽車電機控制器、通用伺服系統(tǒng)、通用變頻器等產(chǎn)品貢獻。專用伺服、通用伺服系統(tǒng)分別實現(xiàn)營業(yè)收入8666萬元(+17%)和1.44億元(+40%),可以說伺服系統(tǒng)占據(jù)了其業(yè)績“半邊天”。

伺服系統(tǒng)作為工業(yè)自動化的重要組成部分,隨著近年來工業(yè)機器人、電子制造設備等產(chǎn)業(yè)的快速擴張,伺服系統(tǒng)在新興產(chǎn)業(yè)的應用規(guī)模也將加快。當前伺服控制的產(chǎn)品+系統(tǒng)集成市場約650億元,到2020年有望翻一倍達到超1300億元的規(guī)模。

伺服控制是一個整體的系統(tǒng)和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機及驅(qū)動器等。系統(tǒng)集成商根據(jù)客戶需求進行設計編程、輔件組裝、安裝調(diào)試等工作,業(yè)務量通常是核心部件的2—2.5倍。

那么伺服系統(tǒng)究竟有哪些要素構(gòu)成呢?

伺服系統(tǒng)主要由伺服控制器、伺服驅(qū)動器和伺服電動機組成,交流伺服系統(tǒng)主要有三種控制模式:

1、工作的位置控制模式時的系統(tǒng)

當交流伺服系統(tǒng)工作在位置控制模式時,能精確控制伺服電動機的轉(zhuǎn)數(shù),因此可以精確控制執(zhí)行部件的移動距離,即可對執(zhí)行部件進行運動定們控制;

2、工作在速度控制模式時的系統(tǒng)

當交流伺服系統(tǒng)工作在速度控制模式時,伺服驅(qū)動器無需輸入脈沖信號也可正常工作,故可取消伺服控制器,此時的伺服驅(qū)動器類似于變頻器;

3、工作在轉(zhuǎn)矩控制模式時的系統(tǒng)

當交流伺服系統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式時,伺服驅(qū)動器無需輸入脈沖信號也可正常工作,故可取消伺服控制器,通過操作伺服驅(qū)動器的輸入電位器,可以調(diào)節(jié)伺服電動機的輸出轉(zhuǎn)矩(又稱扭矩,即轉(zhuǎn)力)

從市占率來看,目前國外伺服企業(yè)在我國的市場占有率達75%。其中,日本品牌占比為50%;歐美品牌占比達25%。而國產(chǎn)品牌只占據(jù)了20%左右的市場份額。伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標永遠都是先進性比較的首要因素。而國內(nèi)廠家的產(chǎn)品很多連基本要求都尚未達到,所以國內(nèi)伺服系統(tǒng)市場仍由國外企業(yè)占據(jù)大半壁江山,國產(chǎn)伺服任重而道遠,還需努力追趕。

作為當前工業(yè)領域最火爆的工業(yè)機器人,伺服系統(tǒng)正是其核心零部件之一。工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)和自動化產(chǎn)品主要涉及伺服電機、減速機、控制器和傳感器等。目前,機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動離不開伺服系統(tǒng),關(guān)節(jié)越多,機器人的柔性和精準度越高,所要使用的伺服電機的數(shù)量就越多。機器人對伺服系統(tǒng)的要求較高,必須滿足快速響應、高起動轉(zhuǎn)矩、動轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬,要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運行等條件,且需要高可靠性和穩(wěn)定性。目前,工業(yè)機器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)。

近年來,工業(yè)自動化水平的提高以及機器人技術(shù)的普及,伺服系統(tǒng)將隨著機器人銷量的持續(xù)提升得到放量。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2012-2015年亞洲機器人銷量年均增長15%,遠高于美洲和非洲6%的增長速度。2015年,亞太地區(qū)工業(yè)機器人銷售超過14萬臺。2014年中國、日本、韓國和泰國的工業(yè)機器人新裝機量占亞洲地區(qū)總量的75%。分別在全球排名第一、第二、第四和第八位。這其中,伺服系統(tǒng)成本在工業(yè)機器人占比高達24%,僅次于減速機。

伺服電機是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng),減速齒輪組由電機驅(qū)動,其終端(輸出端)帶動一個線性的比例電位器作位置檢測,該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板,控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較,產(chǎn)生糾正脈沖,并驅(qū)動電機正向或反向地轉(zhuǎn)動,使齒輪組的輸出位置與期望值相符,令糾正脈沖趨于為0,從而達到使伺服電機精確定位的目的。

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動,同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器,驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

一般來說,伺服電機在選型上需要以下計算數(shù)據(jù):

一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認。

二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算。

三、計算負載慣量,慣量的匹配,安川伺服電機為例,部分產(chǎn)品慣量匹配可達50倍,但實際越小越好,這樣對精度和響應速度好。

四、再生電阻的計算和選擇,對于伺服,一般2kw以上,要外配置。

五、電纜選擇,編碼器電纜雙絞屏蔽的,對于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對值編碼器是6芯,增量式是4芯!

未來幾年,從產(chǎn)品上看,伺服驅(qū)動器和電機以及編碼器等高精尖類,預計將保持20%以上的市場增速;工業(yè)機器人的快速增長將程度上刺激伺服電機市場的發(fā)展,預計,未來五年,我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響,將保持較快增長,國產(chǎn)替代空間還很大,伺服系統(tǒng)千億市場藍海正變得“觸手可及”!

(本文綜合百度百家、高工機器人、中國傳動網(wǎng)傳動論壇資料,由中國傳動網(wǎng)整編而成)

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