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　　摘要：伺服電機是工業(yè)機器人三大核心零部件之一。通常安裝在機器人的“關節(jié)”處，是驅(qū)動工業(yè)機器人運動的核心元件。本文從伺服電機類型、性能、國內(nèi)外伺服電機主要技術(shù)差距、國內(nèi)外伺服電機主要產(chǎn)品等維度，對伺服電機技術(shù)進行了分析。

　　伺服電機是類似馬達的間接變速裝置，相當于伺服系統(tǒng)中用于控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓信號向轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換，能夠調(diào)控速度和位置精度。

　　伺服電機概述

　　伺服系統(tǒng)是一個脈沖發(fā)出及收回的閉合回路，通過統(tǒng)計伺服電機接收及反饋回來的脈沖數(shù)量控制電機精準轉(zhuǎn)動。伺服需要依靠脈沖來實現(xiàn)精準定位，當伺服電機接收到1個脈沖信號時，電機旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應的角度，從而實現(xiàn)精準位移，精度可以達到0.001mm。伺服電機主要分為直流伺服電機和交流伺服電機兩類。

表 1 直流電機、交流電機結(jié)構(gòu)及特點

　　國內(nèi)外工業(yè)機器人伺服電機重點企業(yè)分析

　　近年來，我國伺服電機發(fā)展迅速，但國內(nèi)外伺服電機核心技術(shù)差距仍然顯著。截至2017年，以松下、三菱、安川為代表的日系品牌，占國內(nèi)伺服電機市場總份額達的45%，以西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端市場，整體市場份額約30%，美國品牌市場份額占比約15%，國產(chǎn)伺服電機市場份額占比不足10%。

　　截至2019年年初，我國工業(yè)機器人伺服電機自主配套能力顯著提升。現(xiàn)階段我國大部分自主伺服電機產(chǎn)品功率在22kW以內(nèi)，產(chǎn)品技術(shù)路線基本與日系伺服電機相似，目前國內(nèi)外伺服電機生產(chǎn)商主要包括埃斯頓、匯川技術(shù)、數(shù)控設備、安川電機、發(fā)那科、松下、博樂士、西門子等。

表 2 國內(nèi)外主要伺服電機產(chǎn)品

　　國內(nèi)外工業(yè)機器人伺服電機技術(shù)差距分析

　　現(xiàn)階段工業(yè)機器人對伺服電機產(chǎn)品的主要要求體現(xiàn)在以下幾個方面：一是，工業(yè)機器人要求伺服電機必須具有迅速、高效的反應能力，這意味著從伺服電機接收到脈沖信號到伺服電機轉(zhuǎn)子精確轉(zhuǎn)動到對應的角度，需要在較短的時間內(nèi)完成，脈沖信號指令傳遞時間越短，伺服電機轉(zhuǎn)動的效率越高，工業(yè)機器人的快速反應能力越強;二是，伺服電機要具有較大的起動轉(zhuǎn)矩、較小的轉(zhuǎn)動慣量，才能有效驅(qū)動工業(yè)機器人實現(xiàn)負載運動;三是，由于工業(yè)機器人運轉(zhuǎn)過程中，脈沖信號不斷變化，為保證控制精度，伺服電機在實現(xiàn)控制功能的同時要保證連貫性和穩(wěn)定性;四是，伺服電機需要保證足夠小的體積、足夠小的質(zhì)量、足夠短的尺寸進而實現(xiàn)與機器形態(tài)的匹配;五是，工業(yè)機器人在運行過程中時長出現(xiàn)變向運轉(zhuǎn)、加減速運行，能否在短時間內(nèi)承受多倍過載是衡量伺服電機的重要指標。

　　從上述工業(yè)機器人伺服電機要求的匹配程度來看，國內(nèi)外伺服電機技術(shù)的差距及國內(nèi)伺服電機未來需要突破的重點方向包括以下幾方面：一是，相較于國外工業(yè)機器人伺服電機，我國工業(yè)機器人伺服電機通常尺寸較大、質(zhì)量較高、外觀比較粗糙，一方面導致國產(chǎn)伺服電機很難應用到高端工業(yè)機器人產(chǎn)品上，另一方面影響了國產(chǎn)伺服電機與工業(yè)機器人產(chǎn)品的匹配程度，因為大多數(shù)工業(yè)機器人產(chǎn)品對伺服電機尺寸有著嚴格的要求;二是，相較于國外工業(yè)機器人伺服電機，國產(chǎn)脈沖信號接收裝置在穩(wěn)定性能、接收效率方面需要不斷改進，進而滿足工業(yè)機器人產(chǎn)品對迅速反應能力的要求;三是，目前我國工業(yè)機器人伺服電機所使用的高精度編碼器主要源于國外企業(yè)，突破多圈絕對值編碼器、縮小編碼器尺寸是我國工業(yè)機器人伺服電機領域需要突破的關鍵技術(shù);四是，相對于國外工業(yè)機器人伺服電機，我國在高端電機量產(chǎn)化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、性能指標及考核指標標準化方面存在一定程度的缺失。

　　結(jié)語

　　伺服電機是工業(yè)機器人的核心部件，我國自主工業(yè)機器人伺服電機技術(shù)發(fā)展迅速，核心技術(shù)領域突破顯著，但在小型化、高精度、標準化等方面仍有較大的提升空間。