国产机器人伺服系统何时“熬”出头

系统组合与产品要求

伺服电机

　　作为工业机器人必不可少的关键零部件——伺服系统是以变频技术基础发展起来的产品，它通常由伺服电机以及伺服驱动器组成。伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。

　　机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。

　　对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。

　　机器人对关节驱动电机的要求非常严格，首先就是快速响应性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。其次，起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。第三，控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。随后，调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。当然，为了配合机器人的体形，伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短。最后就是能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受数倍过载。

　　交流伺服电动机驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。一般情况下，同步式交流伺服电动机驱动器通常采用电流型脉宽调制（PWM）相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统，以实现对三相永磁同步伺服电动机的电流控制

　　历史与现状

　　20世纪70年代，随着技术的飞速发展，伺服系统从直流转向交流并在国外得到飞速的发展。这个时候，有部分知名品牌脱颖而出站在伺服界的世界舞台，如日本的松下、三菱、安川、山洋，德国的西门子等等。

　　由于我国在伺服系统相关技术发展较晚难以与国外品牌竞争，直到2000年，中国加入WTO，中国企业在吸取国外先进技术经验的前提下，开始自主研发伺服系统。至此，中国的伺服系统的市场份额有所提高。到了2011年市场容量60多亿元，比上年增长22.0%。2012年，由于国际经济的影响以及国内供求问题导致伺服市场下滑14.9%。直到2013年下半年，伺服市场才开始逐步回暖，上升幅度在5%左右。现在中国的伺服系统市场仍由国外企业占据大半壁江山。而一批国内企业也在激烈的市场竞争中逐渐成长起来。

　　国内最具潜力厂商

　　台达

　　台达集团为世界第一的开关电源供应器与风扇产品的领导厂商，并且在多项产品领域亦居世界级的领导地位，其中包括提供电源管理的整体解决方案、视讯显示器、工业自动化、网絡通讯产品与可再生能源相关产品。台达优秀的产品开发设计能力来自于拥有各种精良测试仪器与设备的研发团队。台达的研发中心拥有各式先进的研发设备，包括电脑辅助设计系统，可运用于线路模拟、机构设计和电路板配置。同时台达也建设多间测试房，可进行各种精密控制的实验室。此外，台达还有各种可控制温度与湿度的实验室可进行各项产品可靠度与信赖性测试。近年来，台达已成功地研发出具备高密度与高效能的通讯设备用电源供应器、具备先进控制接口的不间断电源系统 、电脑网络组件、各项配备优良软件控制的产品及微型显像投影。

　　台达ASDA交流伺服驱动器以掌握核心的电子技术为基础，针对不同应用机械的客户需求进行研发；提供全方位的伺服系统产品。主要的伺服系统产品有ASDA-A2系列、ASDA-B2系列、ASDA-M系列。全系列产品之控制回路均采用高速数字信号处理器(DSP)，配合增益自动调整、指令平滑功能的设计以及软件分析与监控，可达到高速位移、精准定位等运动控制需求。

　　评价：台达伺服已然成为最大的华人自主品牌，台达功能强大，方便灵活的伺服产品可适应各行业复杂的应用环境。其简单的配线，多种控制模式，即使初次使用的用户也可以快速的搭建自己的高精度，高响应的系统来。简洁的操作面板，可以让客户实现快速参数设置及监控。强大的调机软件让客户配置出满足自己独特要求，高效的系统成为可能。智能型伺服还具有灵活的Pr功能，可实现总线控制，独特的电子凸轮功能，全闭环功能，龙门同动功能，都为客户提供了很好的工具，大大节省开发周期，为客户快速抢占市场提供了保障。

　　翡叶

　　上海翡叶动力科技有限公司位于上海市松江区，是集电动机产品的研发、制 造和销售于 体的专业化公司，该公司的核心产晶是工业控制电机（－相交流永 磁同步电机、交流异步伺服电机、变频电机等)，广泛应用在注塑、印刷、包装、纺织等行业。同时，翡叶动力也在积极扩张当中，在安徽芜湖机器人产业园新投资设立的伺服电机工厂正在建设中。2013 年其伺服电机在机器人行业中的销量大约在 1000 台左右，主要客户为安徽埃夫特（700 台)和上海新时达（300 台)。

　　翡叶动力的主要伺服产品为高动态同步伺服电机系列(5FSN)、 大惯量同步伺服电机系列(5FSR)、大扭矩、低速直驱电机系列(5FSD)。翡叶动力只生产伺服电机，不生产伺服驱动器，公司和贝加莱长期战略合作，配合使用贝加莱的伺服驱动器。

　　评价：作为一家刚刚成立不久的伺服电机厂家，取得如此成绩，实属不易。翡叶的产品性能及高，功能强大，5FS三项同步伺服电机就具有多样化的反馈系统、多规格的编码器以及旋转变压器，平滑的表面，全进口连接器保证电源和信号的可靠连接，接头处可旋转，为接线提供最大的灵活性，另外还有多种冷却方式等特点，保障电机稳定运行。

　　广州数控

　　广州数控设备有限公司（广州数控、GSK）中国南方数控产业基地，国内技术领先的专业成套机床数控系统供应商。公司秉承科技创新，以核心技术为动力，以追求卓越品质为目标，以提高用户生产力为先导，主营业务有：数控系统、伺服驱动、伺服电机、工业机器人、精密数控注塑机研发生产，数控机床连锁营销、机床数控化工程，数控高技能人才培训。

　　广州数控是国内最大的机床数控系统研发、生产基地、科研开发人员800多人、年投入科研经费占销售收入8%以上，年新产品收入占总销售的75%以上。广州数控拥有国内一流的生产设备和工艺流程，年产销数控系统连续13年全国第一，占国内同类产品市场的1/2份额。公司科学规范的质量控制体系保证每套产品合格出品。

　　广州数控的GH系列总线式交流伺服驱动单元（总线式高精高速全数字式交流伺服驱动单元），是基于GSK-Link以太网总线协议最新研发的系列伺服驱动单元，以高速DSP+FPGA+智能IPM模块为硬件平台，采用FOC控制算法实现电机控制，为带有绝对式编码器的交流伺服同步电机提供良好及可靠的驱动控制。

　　广州数控的ZJY系列主轴伺服电动机采用进口高精度轴承和转子高精度动平衡工艺，确保电机运行在最高转速范围内稳定可靠、振动小、噪声低， 采用高速、高精度光电编码器，与高性能驱动器配合可作高精度速度和位置控制。

　　评价：广数的交流伺服驱动系统采用进口高精度轴承和转子高精度动平衡工艺，确保电机运行在最高转速范围内稳定可靠、振动小、噪声低， 采用高速、高精度光电编码器，与高性能驱动器配合可作高精度速度和位置控制，耐冲击，寿命长，性能价格比高，并且已在广数自主研发的机器人上使用。