揭秘机器人伺服电机/系统，解读国内电机发展现状

随着工业自动化的发展，越来越多的领域开始使用工业机器人代替人力。对于机器人制造商和机器人消费者而言，选择合适的伺服电机始终是一项艰难的任务。机器人的关节驱动离不开伺服系统，关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所需要使用的机器人伺服电机 数量就越多。伺服电机影响着机器人的手臂控制，如位置、角度和线性运动，它的性能差异将直接影响机器人的能力水平。 深圳市华科星电气有限公司是工业自动化行业一家有名的技术服务企业,专注进口伺服电机, 机器人伺服电机 / 系统,精密行星减速机,步进电机,PLC等一站式供应，提供免费技术支持和终身维护服务,欢迎来电咨询:13602631692微信同号，官网:http://www.huakx.com!

一般来说，工业机器人对伺服电机的性能要求主要有以下几个方面：

电机转动的惯量要小：具有低的机械时间常数和电磁时间常数以及高的品质因数，即单位时间内可给出更大的瞬时功率。

足够宽的调速范围：在零速度附近可控。低速运转平稳，力矩波动小。

高的功率/体积比和高的功率/重量比：因为这些伺服控制电机通常装在机器人运动的关节上，为机器人的负载，所以要求重量轻、体积小。

伺服状态特性好：为机器人能稳定地进行操作，在伺服定位、电机堵转时仍能输出最大的力矩。

外形扁薄小巧美观：它是机器人外观的决定性因素之一，不仅要适应与机器人给定的小尺寸，而且伺服电机的外形越复杂，机器人外观结构设计越困难，同时外形的复杂也使粉尘易于堆积。

全封闭式的构造：伺服电机做成封闭结构主要是为了适应多粉尘、还有腐蚀性物质的生产现场。

环境适应性强：而且输出的电线、电缆要柔软。

易于维护：电机要有一定的容错性和相关保护设备。

随着电力电子技术的不断发展，如今电力半导体技术已经由过去的整流二极管、晶闸管、GTO、GTR、P-MOSFET发展到现在的IGBT、IPM等，再加上控制策略的不断进步，现在工业机器人用伺服电机已经不局限于低频率和低极数，而是随着应用的场合可以灵活地改变，以获取更好的性能和更低的价格。

工作制与发热：工业机器人一般运行在频繁加速、启停的情况下，由于这种特殊的运行方式’其伺服电机很大程度上受到了温度的限制，不仅仅是额定转矩点的温度特性对工业机器人伺服电机来说很重要，整个运行空间的运行温度由加减速转矩与维持转矩的工作制运行来决定。

转动惯量:伺服电机的转动惯量是伺服驱动中非常重要的关键点，在机械系统加速运行的时候，伺服电机不仅要提供给负载加速转矩，而且要提供给自身加速转矩，所以伺服电机的转动惯量和系统的转动惯量的配合十分重要。

转矩质量:工业机器人伺服电机要求转矩的平滑性，要求电机具有比较低的转矩脉动以及较平稳的转矩常数。平稳的转矩常数通常需要伺服电机有比较高的抗饱和能力，而且要细致考虑铁耗与摩擦损耗对转矩常数的影响，一般需要合理精致的伺服电机电磁与结构的设计才能满足转矩质量要求。

高响应能力:工业伺服电机系统追求比较高的响应能力，影响伺服系统的响应能力的因素一般有电机转动惯量、减速比、加减速转矩、电机结构、控制策略等，高响应能力还与电机的发热密切相关。

磁钢退磁:为了使伺服电机具有高性能，目前普遍使用钕铁硼永磁体来提供磁场，但它对温度比较敏感，在高温环境下容易发生不可逆退磁。工业机器人用伺服电机需要有高过载能力，更需要较高的电枢反应，因此转子永磁体上感应出的涡流损耗通常很大，永磁体易升温，所以对伺服电机的温度计算和永磁体保护的要求比较高。

国内知名伺服电机/系统制造商

伴随这几年数控化的普及，国内机器人伺服产品的销量保持了快速增长，伺服系统的自主研发、制造生产及应用已基本成熟，形成了一定的产品系列和自主配套能力，但产品在高性能、高可靠性方面，与国外名牌企业仍存在明显差距，如国产品牌产品功率范围多在3KW以内，中小功率居多，技术路线上与日系产品接近。

随着工业机器人市场掀起热潮，我国伺服系统与国外名牌企业的明显差距已成为制约我国工业机器人产业的“瓶颈”。从技术上看，国产伺服电机主要有以下几个缺陷：

一、外形普遍较长，外观粗糙，很难应用在一些高档机器人上面。尤其是在轻载6kg左右的桌面型机器人上，由于机器人手臂的安装空间非常狭小，对伺服电机的长度有严格要求。

二、信号接插件的可靠性需要改进，而且需要朝小型化、高密度化以及与伺服电机本体的集成设计的方向设计，方便安装、调试、更换。

三、另一个核心技术就是高精度的编码器，尤其机器人上用的多圈绝对值编码器，严重依赖进口，是制约我国高档机器人发展的很大瓶颈。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。

四、缺失基础性研究，包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定。

五、伺服系统各部分产业协同联合不够，导致伺服电机和驱动系统整体性能难以做好。

以上五点总结值得一提的是，除了以上五点工艺硬伤，许多国内伺服电机厂商还在继续采用购买过时技术、硬件打造“国产”电机的做法，这样生产出来的电机质量、稳定性参差不齐，不仅扰乱市场，还打击了企业内部自主研发的热情，不利于长期的可持续发展。目前我国国内较大规模的伺服品牌有20余家，这些制造商的部分产品质量、性能较为突出，可圈可点，显示出了一定的独立性和创新性。希望国产电机能早日更上一层楼。

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