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摘要:自德國提出工業(yè)4.0之后,中國也提出了“中國制造2025”規劃,隨著(zhù)中國自動(dòng)化步伐的加快,未來(lái)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(cháng)。然而在工業(yè)機器人高增長(cháng)刺激下,其控制系統和自動(dòng)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(dòng)力系統以及機器人運動(dòng)的“心臟”,未來(lái)出路在哪里?
自德國提出工業(yè)4.0之后,中國也提出了“中國制造2025”規劃,隨著(zhù)中國自動(dòng)化步伐的加快,未來(lái)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(cháng)。然而在工業(yè)機器人高增長(cháng)刺激下,其控制系統和自動(dòng)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(dòng)力系統以及機器人運動(dòng)的“心臟”,未來(lái)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(kāi)始,中國成為世界最大的工業(yè)機器人市場(chǎng),2014年銷(xiāo)量飆升到全球伺服電機銷(xiāo)量的55%。預計到2019年,中國市場(chǎng)對伺服電機的需求將達到182000臺。
工業(yè)機器人的快速增長(cháng)已經(jīng)在一定程度上刺激了伺服電機市場(chǎng)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(shí),每個(gè)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(gè)數字在2019年將有望達到737000臺。
目前,在中國工業(yè)機器市場(chǎng),85%的伺服電機是外資品牌,而本土企業(yè),大多數仍處于研制試驗階段,幾乎沒(méi)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(guān)系
伺服電機一般安裝在機器人的“關(guān)節”處,機器人的關(guān)節驅動(dòng)離不開(kāi)伺服系統,關(guān)節越多,機器人的柔性和精準度越高,所要使用的伺服電機的數量就越多。
機器人對關(guān)節驅動(dòng)電機的要求非常嚴格,因而對電動(dòng)伺服驅動(dòng)系統的要求也很?chē)栏?,主要有以下幾個(gè)方面:
1、快速響應性,電伺服系統的靈敏性愈高,快速響應性能愈好;
2、起動(dòng)轉矩慣量比大,在驅動(dòng)負載的情況下,要求機器人的伺服電機的起動(dòng)轉鉅大,轉動(dòng)慣量小;
3、控制特性的連續性和直線(xiàn)性,隨著(zhù)控制信號的變化,電機的轉速能連續變化,有時(shí)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(zhì)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(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行。
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)伺服電機目前的現狀是,小的不小,大的不大!這個(gè)怎么理解呢?小功率伺服電機,小型化不行,普遍偏長(cháng),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(guān)國產(chǎn)伺服,普遍較長(cháng),外觀(guān)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(cháng)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)伺服需要繼續改進(jìn),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(gè)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(gè)核心技術(shù)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(lài)進(jìn)口。
沒(méi)有實(shí)現國產(chǎn)化,是制約我國高檔伺服系統發(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(guò)去的核心技術(shù)??v觀(guān)日系伺服電機產(chǎn)品的更迭,都是伴隨著(zhù)電機磁路和編碼器的協(xié)同發(fā)展升級!
目前國內的伺服電機OEM廠(chǎng)家根據市場(chǎng)份額,大多是仿制日系伺服電機設計,功率多在3kw以?xún)?,以中小功率為多。?.5-15kw的中大功率伺服沒(méi)有,導致有些設備上的應用,由于沒(méi)有一臺大功率的伺服電機和驅動(dòng)配套,而被迫放棄掉整個(gè)系統。
總結下來(lái),日系伺服系統的發(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(dòng)的做驅動(dòng),沒(méi)有協(xié)同聯(lián)合,導致伺服電機和驅動(dòng)系統整體性能難以做好。
其次是伺服系統缺失基礎性研究,包括絕對值編碼器技術(shù)、高端電機的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標的實(shí)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。