我們都知道，工業(yè)機器人的“三大”核心部件包括伺服電機、減速器和控制器，這也是制約我國機器人發(fā)展的重要瓶頸。今天咱們重點談一談工業(yè)機器人的伺服電機市場及進口替代，下期將會重點談一談精密減速機。
電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)是工業(yè)機器人的必不可少的關(guān)鍵零部件，是利用各種電機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機器人本體，以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構(gòu)，通常由伺服電機以及伺服驅(qū)動器組成。除了可以進行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。
伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補充馬達間接變速裝置，它將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象，可使控制速度、位臵精度非常準(zhǔn)確，是工業(yè)機器人的動力系統(tǒng)以及機器人運動的“心臟”。
安川電機的伺服電機和伺服驅(qū)動器產(chǎn)品
伺服電機一般安裝在機器人的“關(guān)節(jié)”處，機器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動離不開伺服系統(tǒng)，關(guān)節(jié)越多，機器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所要使用的伺服電機的數(shù)量就越多。
工業(yè)機器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的要求非常嚴(yán)格，交流伺服電機在工業(yè)機器人中得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)機器人對伺服電機的嚴(yán)格要求體現(xiàn)在：
1)快速響應(yīng)性，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好;
2)起動轉(zhuǎn)矩慣量比大，在驅(qū)動負載的情況下，要求機器人的伺服電機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小;
3)控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比，調(diào)速范圍寬，能使用于1:1000～1:10000的調(diào)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)受住苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受數(shù)倍過載。交流伺服驅(qū)動器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。
《2015-2019年全球工業(yè)機器人伺服電機行業(yè)報告》預(yù)計到2019年，中國市場對伺服電機的需求將達到18.2萬臺。
目前，國內(nèi)伺服電機高端市場主要被國外知名企業(yè)所占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國產(chǎn)替代空間很大(參見本公眾號上一篇文章工業(yè)機器人關(guān)鍵部件國產(chǎn)化替代提速)。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。其中，日系產(chǎn)品以50%左右的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋和富士等等(其中，前三名分別為松下、三菱電機和安川，總份額約占45%)，以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌占據(jù)國內(nèi)伺服電機的高端市場，整體市場份額在30%左右，國內(nèi)企業(yè)整體份額不足10%。日系產(chǎn)品的特點是技術(shù)和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢。
未來5年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，將保持較快增長，國產(chǎn)替代空間還很大。當(dāng)前，我國伺服電機自主配套能力已現(xiàn)雛形，產(chǎn)品功率范圍大多在22kW以內(nèi)，技術(shù)線上與日系產(chǎn)品接近，較大規(guī)模的伺服品牌有20余家，主要有南京埃斯頓自動化股份有限公司、廣州數(shù)控設(shè)備有限公司等。
近幾年，國產(chǎn)伺服產(chǎn)品的進口替代正在加速進行。起步相對較早的國產(chǎn)變頻器已經(jīng)在OEM市場取得較好成績，而國產(chǎn)伺服產(chǎn)品技術(shù)正在不斷進步。有分析機構(gòu)認為，中國伺服產(chǎn)品未來有望復(fù)制國產(chǎn)變頻器的發(fā)展路線，在OEM進口替代市場取得較大突破。
2010年至今，我國伺服系統(tǒng)的的國產(chǎn)替代開始進行。部分廠家加大推出新一代伺服產(chǎn)品，性能得到大幅提高，市場認可度在逐漸提升。在機床和機械手等自動化設(shè)備的應(yīng)用中，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)的進口替代正在加速進行。
有專家表示，伺服電機的核心技術(shù)之一是信號接插件的可靠性。國產(chǎn)伺服需要繼續(xù)改進，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(shè)計是個很好的做法，目前日系的伺服電機很多就是這樣設(shè)計的，方便安裝、調(diào)試、更換。
高精度的編碼器也是伺服電機的核心技術(shù)之一，尤其工業(yè)機器人上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴(yán)重依賴進口。高精度編碼器未實現(xiàn)國產(chǎn)化，是制約我國高檔伺服系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術(shù)?？v觀日系伺服電機產(chǎn)品的更迭，都是伴隨著電機磁路和編碼器的協(xié)同發(fā)展升級。
另外，國內(nèi)的伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究缺失，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(biāo)的實用性驗證和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定等等。這些都需要國內(nèi)機器人行業(yè)的核心零部件企業(yè)去完善。
當(dāng)前，中國機器人產(chǎn)業(yè)處于大變革時代，需要快速創(chuàng)新整合，而機器人作為一種高新技術(shù)，是推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支持手段。作為機器人中用作執(zhí)行單元，伺服電機是影響機器人工作性能的主要因素。因此，在國內(nèi)機器人技術(shù)的自主研發(fā)方面，我國還需加大對關(guān)鍵技術(shù)的投入和研發(fā)，提高零部件自給率，整合現(xiàn)有研發(fā)資源，盡快形成一批技術(shù)研發(fā)實驗室、工程中心、企業(yè)技術(shù)中心、整機及關(guān)鍵零部件檢測中心等，同時，培育自主知識產(chǎn)權(quán)品牌，將國內(nèi)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)做大做強。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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