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　　摘要：伺服電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件之一。通常安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心元件。本文從伺服電機(jī)類型、性能、國內(nèi)外伺服電機(jī)主要技術(shù)差距、國內(nèi)外伺服電機(jī)主要產(chǎn)品等維度，對(duì)伺服電機(jī)技術(shù)進(jìn)行了分析。

　　伺服電機(jī)是類似馬達(dá)的間接變速裝置，相當(dāng)于伺服系統(tǒng)中用于控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓信號(hào)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(jī)概述

　　伺服系統(tǒng)是一個(gè)脈沖發(fā)出及收回的閉合回路，通過統(tǒng)計(jì)伺服電機(jī)接收及反饋回來的脈沖數(shù)量控制電機(jī)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服需要依靠脈沖來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，當(dāng)伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位移，精度可以達(dá)到0.001mm。伺服電機(jī)主要分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩類。

表 1 直流電機(jī)、交流電機(jī)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)重點(diǎn)企業(yè)分析

　　近年來，我國伺服電機(jī)發(fā)展迅速，但國內(nèi)外伺服電機(jī)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(jī)市場(chǎng)總份額達(dá)的45%，以西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端市場(chǎng)，整體市場(chǎng)份額約30%，美國品牌市場(chǎng)份額占比約15%，國產(chǎn)伺服電機(jī)市場(chǎng)份額占比不足10%。

　　截至2019年年初，我國工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)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(jī)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(jī)相似，目前國內(nèi)外伺服電機(jī)生產(chǎn)商主要包括埃斯頓、匯川技術(shù)、數(shù)控設(shè)備、安川電機(jī)、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(jī)產(chǎn)品

　　國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)技術(shù)差距分析

　　現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人對(duì)伺服電機(jī)產(chǎn)品的主要要求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是，工業(yè)機(jī)器人要求伺服電機(jī)必須具有迅速、高效的反應(yīng)能力，這意味著從伺服電機(jī)接收到脈沖信號(hào)到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子精確轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)的角度，需要在較短的時(shí)間內(nèi)完成，脈沖信號(hào)指令傳遞時(shí)間越短，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的效率越高，工業(yè)機(jī)器人的快速反應(yīng)能力越強(qiáng);二是，伺服電機(jī)要具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，才能有效驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)負(fù)載運(yùn)動(dòng);三是，由于工業(yè)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，脈沖信號(hào)不斷變化，為保證控制精度，伺服電機(jī)在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時(shí)要保證連貫性和穩(wěn)定性;四是，伺服電機(jī)需要保證足夠小的體積、足夠小的質(zhì)量、足夠短的尺寸進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與機(jī)器形態(tài)的匹配;五是，工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過程中時(shí)長出現(xiàn)變向運(yùn)轉(zhuǎn)、加減速運(yùn)行，能否在短時(shí)間內(nèi)承受多倍過載是衡量伺服電機(jī)的重要指標(biāo)。

　　從上述工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)要求的匹配程度來看，國內(nèi)外伺服電機(jī)技術(shù)的差距及國內(nèi)伺服電機(jī)未來需要突破的重點(diǎn)方向包括以下幾方面：一是，相較于國外工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)，我國工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)通常尺寸較大、質(zhì)量較高、外觀比較粗糙，一方面導(dǎo)致國產(chǎn)伺服電機(jī)很難應(yīng)用到高端工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品上，另一方面影響了國產(chǎn)伺服電機(jī)與工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的匹配程度，因?yàn)榇蠖鄶?shù)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品對(duì)伺服電機(jī)尺寸有著嚴(yán)格的要求;二是，相較于國外工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)，國產(chǎn)脈沖信號(hào)接收裝置在穩(wěn)定性能、接收效率方面需要不斷改進(jìn)，進(jìn)而滿足工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品對(duì)迅速反應(yīng)能力的要求;三是，目前我國工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)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(duì)值編碼器、縮小編碼器尺寸是我國工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)領(lǐng)域需要突破的關(guān)鍵技術(shù);四是，相對(duì)于國外工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)，我國在高端電機(jī)量產(chǎn)化、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、性能指標(biāo)及考核指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方面存在一定程度的缺失。

　　結(jié)語

　　伺服電機(jī)是工業(yè)機(jī)器人的核心部件，我國自主工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，核心技術(shù)領(lǐng)域突破顯著，但在小型化、高精度、標(biāo)準(zhǔn)化等方面仍有較大的提升空間。