系統組合與產品要求

伺服電機

作為工業機器人必不可少的關鍵零部件——伺服系統是以變頻技術基礎發展起來的產品，它通常由伺服電機以及伺服驅動器組成。伺服系統除了可以進行速度與轉矩控制外，還可以進行精確、快速、穩定的位置控制。

機器人電動伺服驅動系統是利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執行機構。

對工業機器人關節驅動的電動機，要求有最大功率質量比和扭矩慣量比、高起動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執行器（手爪）應采用體積、質量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服電動機在工業機器人中應用的先決條件。

機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，首先就是快速響應性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態的時間應短。響應指令信號的時間愈短，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電動機的機電時間常數的大小來說明伺服電動機快速響應的性能。其次，起動轉矩慣量比大。在驅動負載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉矩大，轉動慣量小。第三，控制特性的連續性和直線性，隨著控制信號的變化，電動機的轉速能連續變化，有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。隨后，調速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調速范圍。當然，為了配合機器人的體形，伺服電機必須體積小、質量小、軸向尺寸短。最后就是能經受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內承受數倍過載。

伺服驅動器

交流伺服電動機驅動器因其具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優點，在工業機器人中得到廣泛應用。一般情況下，同步式交流伺服電動機驅動器通常采用電流型脈寬調制（PWM）相逆變器和具有電流環為內環、速度環為外環的多閉環控制系統，以實現對三相永磁同步伺服電動機的電流控制

歷史與現狀

20世紀70年代，隨著技術的飛速發展，伺服系統從直流轉向交流并在國外得到飛速的發展。這個時候，有部分知名品牌脫穎而出站在伺服界的世界舞臺，如日本的松下、三菱、安川、山洋，德國的西門子等等。

由于我國在伺服系統相關技術發展較晚難以與國外品牌競爭，直到2000年，中國加入WTO，中國企業在吸取國外先進技術經驗的前提下，開始自主研發伺服系統。至此，中國的伺服系統的市場份額有所提高。到了2011年市場容量60多億元，比上年增長22.0%。2012年，由于國際經濟的影響以及國內供求問題導致伺服市場下滑14.9%。直到2013年下半年，伺服市場才開始逐步回暖，上升幅度在5%左右。現在中國的伺服系統市場仍由國外企業占據大半壁江山。而一批國內企業也在激烈的市場競爭中逐漸成長起來。

發展趨勢

數字化交流伺服系統的應用越來越廣，用戶對伺服驅動技術的要求越來越高。總的來說，伺服系統的發展趨勢可以概括為以下幾個方面：

1.集成化

目前，伺服控制系統的輸出器件越來越多地采用開關頻率很高的新型功率半導體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中。同一個控制單元，只要通過軟件設置系統參數，就可以改變其性能，既可以使用電機本身配置的傳感器構成半閉環調節系統，又可以外接外部傳感器如位置、速度、力矩傳感器等，構成高精度的全閉環調節系統。高度的集成化顯著地縮小了整個控制系統的體積。

2.智能化

目前伺服內部控制核心大都采用新型高速微處理器和專用數字信號處理機（DSP），從而實現完全數字化的伺服系統。伺服系統數字化是其實現智能化的前提條件。伺服系統的智能化表現在以下幾個方面:系統的所有運行參數都可以通過人機對話的方式由軟件來設置；其次它們都具有故障自診斷與分析功能；以及參數自整定的功能等。眾所周知，閉環調節系統的參數整定是保證系統性能指標的重要環節，也是需要耗費較多時間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運行，自動將系統的參數整定出來，并自動實現其最優化。

3.網絡化

伺服系統網絡化是綜合自動化技術發展的必然趨勢，是控制技術、計算機技術和通信技術相結合的產物，現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術。現場總線現已被廣泛應用在伺服系統之間、伺服系統和其它外圍設備如人機界面HMI、可編程控制器PLC等信息交互傳輸。現場總線有如下幾個類型FF；ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet、CAN等。這些通訊協議都為多軸實時同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驅動器集成進去，從而使伺服系統達到了分布、開放、互聯以及高可靠性。

4.簡易化

這里所說的“簡”不是簡單而是精簡，是根據用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統成本，為客戶創造更多的收益，且通過精簡一些元器件，減少了資源的浪費從而利于環保。這里所說的“易”是指，伺服系統的軟件編程及操作是從用戶角度出發開發設計，力求簡單易行，使用戶調試時只需簡單。

正式因為很多有遠識的國產廠商加大研發力度提升其產品的性能，進而擴大其品牌的號召力，國產伺服廠商改變進口壟斷格局將指日可待。有數據顯示，未來五年，我國伺服系統行業受益于產業升級的影響，仍將保持20%以上的增長速度，至2015年，我國伺服系統行業市場規模有望突破100億元，其中，國產伺服產品的市場占有率將達到40%左右。

更多資訊請關注伺服系統頻道