伺服电机
1,功能:伺服电机是工业机器人的主电源
伺服系统由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成。 它是工业机器人的主要动力源。 伺服驱动器负责将控制器接收到的信息分解为单自由度系统执行的命令,然后传递给执行器(伺服电机) ,伺服电机将电流信号转化为转矩和转速来驱动控制对象,实现各个关节角度、角速度和关节转矩的控制。 编码器作为伺服系统的反馈装置,在很大程度上决定了伺服系统的精度。 编码器安装在伺服电机上,与电机同步旋转。 马达旋转一次,编码器也旋转一次。 同时将编码器信号反馈给控制器,控制器可以判断伺服电机的转向、转速和位置信息。 一般来说,工业机器人的每个关节都配有一个伺服电机,即六轴工业机器人配有六组伺服电机。
为了提高工业生产的灵活性,机器人越来越轻,为了保证机器人的动力学和精度,高功率密度伺服电机是非常重要的。在精细工作行业中,机器人甚至需要手的灵活性,这就要求电机在“罐头”尺寸上达到高性能,提高生产质量和效率,确保操作人员的安全。
用于机器人伺服电机高需求主要有以下:**,具有所需的快速响应的伺服电机。由于工业机器人通常以频繁的加速度,启动和停止的情况下操作,因此需要高响应性伺服电机,特性的速度范围内,还有用于热耗散伺服系统某些需要。响应于该指示信号的时间越短,灵敏度较高的电伺服系统,响应速度快的性能越好,通常在尺寸的伺服电动机的环路带宽值的速度描述快速响应伺服电机性能。其次,伺服电机惯的起动转矩越大。在驱动负载的情况下,所需要的机器人的伺服电动机的起动转矩大的转动惯量。第三,为了满足机器人的主体中,伺服电机必须是小尺寸,低质量,轴向尺寸短,即功率密度。第四,可承受恶劣的工作条件下,具有高可靠性和稳定性,可以非常频繁的正向和反向运行和斜坡,并能承受多次短时间过载。
2. 伺服电机的应用领域和比例计算
伺服电机在工业自动化中起着重要的作用,广泛应用于机械、冶金、电力、石化、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科学研究和测试等领域。其中,机床,电子设备制造和工业机器人行业伺服应用比例较高..前瞻产业研究院数据显示,2018年机器人占伺服系统下游应用的10%,高启动转矩,大转矩,低惯性交直流伺服电机在工业机器人中更受欢迎..随着未来机器人零部件的突破,我国工业机器人产业将迎来快速发展期,伺服系统应用领域将不断向电子设备制造,工业机器人等新领域深化..
随着工业机器人,电子制造设备等行业的快速扩张,在国内伺服系统也在迅速增长的规模应用,市场整体规模增长空间较大。根据该研究所的前瞻性行业统计数据显示,2012年中国伺服系统市场达到520十亿人民币,一年后,呈现稳步增长态势。 2016年中国的伺服系统的市场规模为7.1十亿人民币,同比增长12.7%。伺服系统市场的成长2017年95十亿人民币,同比增长33.8%。截至2018年底伺服系统的市场规模突破100十亿大关,达到11.7十亿人民币,从2012年的14.5%,2018年复合增长率,增速显著。
市场结构: 欧美品牌占据高端市场,国产品牌集中在低端市场
国内伺服电机的参与者很多,可分为日本、欧美、台湾和国内四种类型。目前,我国伺服电机高端市场主要被国外企业垄断,进口产品在我国工业机器人伺服市场占有率超过70%。以西门子,施耐德,博世力士乐等为代表的欧美品牌产品,过载能力高,动态响应性好,驱动开放性强,但价格高,体积大,重量大,在高端设备和生产线上更具竞争力..日本品牌产品以低功率和中功率为主。以松下、安川机器人、三菱、三洋等为代表的日本品牌技术和性能水平更符合中国用户的需求。以良好的性价比和较高的可靠性,获得了稳定、持续的客户来源,占据了国内市场份额的50%以上。台湾以台达电子为代表,其性能接近日本,价格介于国内和日本之间,性价比高,在中低端市场开发较快,市场占有率10%左右..
虽然国内伺服电机技术相对落后,主要集中在中低端领域,但国内很多企业已经开发出使用伺服电机,加快本土化进程的机器人。目前,中国企业已经能够实现批量生产,以满足中,小型用户的经济需求,如四川的技术成本优势的中低端伺服领域,埃斯顿,英威腾,华中数控,GSK和其他公司交流伺服驱动器和电机产品已进入批量生产阶段。尽管暂时无法提供全功率段系统选择程序作为日本品牌,但汇川和埃斯顿等国内伺服一线企业已经开发出了伺服电机的机器人的机器人,伺服国产品牌的市场份额已经显著改善。
国内外差距: 国内伺服电机在稳定性和工作精度方面的性能差距
与国内外的主要伺服电机产品相比,我们的伺服系统与日欧美品牌相比还存在一些不足,如响应速度快、功率密度、稳定性和工作精度等,电机的惯性、电流、转矩等参数无法优化。
首先,快速反应能力,国产伺服电机与日本及欧美显著品牌的差距。通过响应伺服电机快速反应,以反映带宽指数,带宽更大,更好的快速响应。边传电机和国内同类型低惯性系列,国产电机速度环路带宽大约是1-2kHz,安川电机可以实现的3.1kHz的马达。
其次,在功率密度方面,伺服系统要求体积和重量大,如6公斤轻载台式机器人手臂安装空间很小,伺服电机长度、质量有严格要求。 受国内厂家设计制造能力的限制,国产电机体积大,能量密度小,难以适应工业机器人电机安装空间小。
第三,在工作精度上,伺服电机的工作精度主要由编码器决定..编码器相当于关节模块的神经,时刻将关节运动的位置数据反馈给控制器,实现**控制..编码器的核心是芯片和码盘的设计,国内主流厂商采取将芯片外包的做法,在发展自身解码技术的基础上,高精度编码器仍然依赖进口..国内伺服电机不能完全替代进口产品的主要原因是电机编码器芯片对进口产品的依赖..国内主流伺服电机编码器分辨率*高只有23位**值,且日欧品牌已超过24位,国内编码器存在一定问题..
第四,对隐藏指标的稳定性和可靠性,这是因为伺服系统是非常频繁的和斜坡正向和反向运动,并进行多个过载的时间短,因此要求伺服系统必须在恶劣环境中保持良好的稳定性运行。日本产品的性能非常好,甚至有些产品是国内卓越的初始性能,但是当面对超载等更复杂的环境条件下,其性能大打折扣。根据实际使用环境的国内和实验室高性能伺服电机的性能指标无法比拟的,这也是阻碍国内伺服系统进入高端市场的重要原因之一。