伺服電動機也稱為執(zhí)行電動機,在控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件,將輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換為軸上輸出的角位移和角速度,以驅(qū)動控制對象。最大的特點是有控制電壓時轉(zhuǎn)子立即旋轉(zhuǎn),無控制電壓時轉(zhuǎn)子立即停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由控制電壓的方向和大小決定。
伺服電機作為工業(yè)機器人的“肌肉”,是工業(yè)機器人最核心的部件之一。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,是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可以將電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。
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圖表來源:公開資料整理
制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,提升伺服電機空間
近年來,以伺服電機為代表的運動控制產(chǎn)品市場呈現(xiàn)上漲態(tài)勢。主要原因在于隨著人口紅利消失,我國制造業(yè)企業(yè)開始從粗放型生產(chǎn)轉(zhuǎn)向精細(xì)化生產(chǎn),企業(yè)自身需要提高工廠自動化,以提升企業(yè)效率。工廠自動化改造與自動化生產(chǎn)線應(yīng)用對自動化設(shè)備的需求不斷釋放,使得伺服系統(tǒng)需求隨之上升。
伺服電機作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件,是影響機器人工作性能的主要因素之一。工業(yè)機器人專用伺服驅(qū)動系統(tǒng)已經(jīng)有五十多年的發(fā)展歷史,特別是隨著近年電力電子技術(shù)、電機永磁材料技術(shù)、控制總線技術(shù)的發(fā)展,伺服驅(qū)動器在處理速度、響應(yīng)速度、控制精度等各方面得到了較大的提升。
伺服電機用于驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié),要求是要有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器(手爪)應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機,尤其是要求快速響應(yīng)時,伺服電動機必須具有較高的可靠性,并且有較大的短時過載能力。
目前,高啟動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛的應(yīng)用。
伺服電機產(chǎn)品廣泛用于機械、冶金、電力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研試驗等領(lǐng)域。我國市場需求巨大,隨著各行業(yè),如機床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機器人、自動化生產(chǎn)線等,對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求不斷提高,這些領(lǐng)域?qū)涣魉欧姍C的需求將迅猛增長,交流伺服將逐步替代原有直流有刷伺服電機和步進電機。
國產(chǎn)伺服開始嶄露頭角
當(dāng)前,伺服技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)自動化的支撐技術(shù)之一,但國內(nèi)競爭卻是愈來愈激烈,已經(jīng)進入到了百家爭鳴的時代。雖然國產(chǎn)伺服電機在市場上的比重比較低,在技術(shù)與性能上與國外品牌有較大的差距,并且產(chǎn)品質(zhì)量與穩(wěn)定性也不能同國外品牌同日而語,但近幾年國產(chǎn)品牌伺服電機的發(fā)展也很迅速,伺服電機自主配套能力已現(xiàn)雛形,獲得了一定的市場認(rèn)可。許多國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)上與日系產(chǎn)品接近,涌現(xiàn)出深圳眾為興等20余家較大規(guī)模的伺服電機品牌。
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深圳眾為興技術(shù)股份有限公司成立于2002年,中國領(lǐng)先的運動控制解決方案提供商,建立了運動控制、電機驅(qū)動、數(shù)控應(yīng)用和工業(yè)機器人四大產(chǎn)品體系。
眾為興QXM系列高性能脈沖型伺服驅(qū)動器融入了當(dāng)前世界前沿伺服控制技術(shù),其優(yōu)良的驅(qū)動性能達到國際領(lǐng)先水平。擴展性能優(yōu)異、快速響應(yīng)、精準(zhǔn)定位、振動抑制、自動參數(shù)設(shè)計、可編程、操作便利、飽和極限提速、電子凸輪、龍門同步、捕捉比較等功能特點,廣泛應(yīng)用于點膠、機床、機器人、封裝、印刷、切割、貼片、橫織、植毛、彈簧、雕刻、焊接等領(lǐng)域。
未來發(fā)展方向和趨勢預(yù)測
伺服電機未來發(fā)展利好,越來越朝著高效率化、智能化、一體化和集成化、網(wǎng)絡(luò)化和模塊化、專用化和多樣化、小型化和大型化、高速高精和高功用化方向發(fā)展。
高效率化
雖然高效化一向都是伺服系統(tǒng)首要的打開課題,但是仍需求繼續(xù)加強。首要包括電機本身的高效率:比如永磁材料功用的改進和非常好的磁鐵設(shè)備結(jié)構(gòu)計劃;也包括驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化:包括逆變器驅(qū)動電路的優(yōu)化,加減速運動的優(yōu)化,再生制動和能量反響以及非常好的冷卻方法等。
高速、高精、高功用化
選用更高精度的編碼器,更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP,無齒槽效應(yīng)的高功用旋轉(zhuǎn)電機、直線電機,以及運用自習(xí)氣、人工智能等各種現(xiàn)代控制戰(zhàn)略,不斷將伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)方針進步。
一體化和集成化
電動機、反響、控制、驅(qū)動、通訊的縱向一體化成為當(dāng)時小功率伺服系統(tǒng)的一個打開方向。有時我們稱這種集成了驅(qū)動和通訊的電機叫智能化電機,有時我們把集成了運動控制和通訊的驅(qū)動器叫智能化伺服驅(qū)動器。電機、驅(qū)動和控制的集成使三者從計劃、制造到運轉(zhuǎn)、維護都更緊密地融為一體。但是這種方法面臨更大的技術(shù)應(yīng)戰(zhàn)和工程師運用習(xí)氣的應(yīng)戰(zhàn),因此很難成為干流,在悉數(shù)伺服商場中是一個很小的有特征的部分。
通用化
通用型驅(qū)動器配備有很多的參數(shù)和豐盛的菜單功用,便于用戶在不改動硬件配備的條件下,方便地設(shè)置成V/F控制、無速度傳感器開環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種作業(yè)方法,適用于各種場合,可以驅(qū)動不一樣類型的電機,比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機,也可以習(xí)氣不一樣的傳感器類型甚至無方位傳感器??梢赃\用電機本身配備的反響構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng),也可以通過接口與外部的方位或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
智能化
現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動器都具有參數(shù)回想、毛病自確診和分析功用,絕大多數(shù)進口驅(qū)動器都具有負(fù)載慣量測定和自動增益調(diào)整功用,有的可以自動辨識電機的參數(shù),自動測定編碼器零位,有些則能自動進行振動遏止。將電子齒輪、電子凸輪、同步盯梢、插補運動等控制功用和驅(qū)動聯(lián)絡(luò)在一起,關(guān)于伺服用戶來說,則提供了非常
小結(jié)
機器人的工作表現(xiàn)受伺服電機影響極大,因而精密伺服電機的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進性比較的首要因素。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,以迎接更大的市場。
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