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在工業(yè)機器人高增長刺激下 伺服電機未來在哪里

時間:2017-05-11 15:01:08來源:杭州日鼎控制技術有限公司

導語:?《2015-2019年全球工業(yè)機器人伺服電機行業(yè)報告》顯示,2013年開始,中國成為世界最大的工業(yè)機器人市場,2014年銷量飆升到全球伺服電機銷量的55%。預計到2019年,中國市場對伺服電機的需求將達到182000臺。

自德國提出工業(yè)4.0之后,中國也提出了“中國制造2025”規(guī)劃,隨著中國自動化步伐的加快,未來中國將成為超級機器人大國,工業(yè)機器人需求量大大增長。然而在工業(yè)機器人高增長刺激下,其控制系統(tǒng)和自動化主要產(chǎn)品伺服電機發(fā)展之路必將發(fā)生改變,伺服電機作為工業(yè)機器人的動力系統(tǒng)以及機器人運動的“心臟”,未來出路在哪里?

《2015-2019年全球工業(yè)機器人伺服電機行業(yè)報告》顯示,2013年開始,中國成為世界最大的工業(yè)機器人市場,2014年銷量飆升到全球伺服電機銷量的55%。預計到2019年,中國市場對伺服電機的需求將達到182000臺。

工業(yè)機器人的快速增長已經(jīng)在一定程度上刺激了伺服電機市場的發(fā)展。按ResearchandMarkets的測算,90%的工業(yè)機器人使用伺服電機,同時,每個工業(yè)機器人裝配的伺服電機都是平均量,那么2014年中國所增加的對伺服電機的需求在231000臺。而這個數(shù)字在2019年將有望達到737000臺。

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目前,在中國工業(yè)機器市場,85%的伺服電機是外資品牌,而本土企業(yè),大多數(shù)仍處于研制試驗階段,幾乎沒有工業(yè)化的工業(yè)機器人伺服電機。

工業(yè)機器人與伺服電機的共存關系

伺服電機一般安裝在機器人的“關節(jié)”處,機器人的關節(jié)驅動離不開伺服系統(tǒng),關節(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。
機器人對關節(jié)驅動電機的要求非常嚴格,因而對電動伺服驅動系統(tǒng)的要求也很嚴格,主要有以下幾個方面:

1、快速響應性,電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高,快速響應性能愈好;

2、起動轉矩慣量比大,在驅動負載的情況下,要求機器人的伺服電機的起動轉鉅大,轉動慣量小;

3、控制特性的連續(xù)性和直線性,隨著控制信號的變化,電機的轉速能連續(xù)變化,有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比,調速范圍寬,能使用1:1000~10000的調速范圍;

4、體積小、質量小、軸向尺寸短,以配合機器人的體形;

5、能經(jīng)受得起苛刻的運行條件,可進行十分頻繁的正反向和加減速運行。

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另外,由于國產(chǎn)伺服電機有待升級,導致國產(chǎn)機器人發(fā)展困難。國產(chǎn)伺服電機目前的現(xiàn)狀是,小的不小,大的不大!這個怎么理解呢?小功率伺服電機,小型化不行,普遍偏長,比如輕載機器人常用的200W和400W伺服電機,目前多摩川的TBL-imini系列伺服微電機、松下的A6、安川的Σ7電機短小精致。

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,對伺服電機的長度有嚴格要求。

其次是信號接插件的可靠性一直飽受詬病。國產(chǎn)伺服需要繼續(xù)改進,而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢,與伺服電機本體的集成設計是個很好的做法,目前日系的伺服電機很多就是這樣設計的,方便安裝、調試、更換。

伺服電機的另一個核心技術是高精度的編碼器,尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器,嚴重依賴進口。沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,是制約我國高檔伺服系統(tǒng)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去的核心技術??v觀日系伺服電機產(chǎn)品的更迭,都是伴隨著電機磁路和編碼器的協(xié)同發(fā)展升級!

目前國內(nèi)的伺服電機OEM廠家根據(jù)市場份額,大多是仿制日系伺服電機設計,功率多在3kw以內(nèi),以中小功率為多。而5.5-15kw的中大功率伺服沒有,導致有些設備上的應用,由于沒有一臺大功率的伺服電機和驅動配套,而被迫放棄掉整個系統(tǒng)。

總結下來,日系伺服系統(tǒng)的發(fā)展模式是分層協(xié)同發(fā)展,整體性能優(yōu)異,與日本的機器人發(fā)展很相似。在中國是做電機的做電機、做編碼器的做編碼器、做驅動的做驅動,沒有協(xié)同聯(lián)合,導致伺服電機和驅動系統(tǒng)整體性能難以做好。

其次是伺服系統(tǒng)缺失基礎性研究,包括絕對值編碼器技術、高端電機的產(chǎn)業(yè)化制造技術、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定。這些都需要機器人行業(yè)的核心零部件企業(yè)去完善。

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