伺服电机

伺服电机速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制，位置控制是通过发脉冲来控制。具体采用什么控制方式要根据客户的要求以及满足何种运动功能来选择。

作为用电器或各种机械的动力源，电机在全球工业自动化市场中占据着举足轻重的地位。随着这场行业洗牌的完成，全球电机市场将以全新的面貌、更加积极的姿态迎接新一年的挑战。

近日，由华侨大学华侨华人研究院及社会科学文献出版社共同发布的《华侨华人蓝皮书：华侨华人研究报告(2017)》指出，中国出口的电机、电气产品等颇受欢迎。

2018年，电机产品由此映入眼帘。目前，从全球范围来看，电机应用相当广泛，毫不夸张地说，有运动的地方就可能存在着一个电机。

据美国电机工程师学会AIEE调查数据显示，2016年全球工业电机市场规模为6138.8亿美元，2017年市场规模将增长至6530亿美元。另有机构预计，全球工业电机将在2020年突破8000亿美元大关。

其中，中国市场在近些年的表现尤为突出。一方面，中国在劳动力成本方面一直具备较大的优势，这不仅利于本土企业的发展，也吸引着越来越多国际知名企业的入驻。尽管外资企业的涌入使得国内市场竞争力急剧上升，但同时也推动着国内电机产业的成长。

与此同时，在“十二五”期间，我国工业和信息化部、质检总局组织编制的《电机能效提升计划(2013-2015年)》也提出，提高电机能效，促进电机产业升级。在后续系列支持性政策的鼓励下，我国电机产业迈入稳步发展期。

传统的伺服电机通常都会有 2 个（或以上）的电气连接端口，一个是动力电源，另一个为信号反馈，有的可能还会有一个单独的接口用于抱闸（Holding Brake）控制。

如果去问机器制造商和设备用户，是否愿意使用只有一个电气端口的伺服电机，这样在伺服驱动器和电机之间就只需要使用一根线缆连接，他们的反应很可能会是 “不错，很好啊......但是......”。

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说“不错”，是因为看到了线缆减少将带来的设备制造、使用和维护总体成本的优化；而“但是”，说明在决定是否将单电缆伺服产品应用到实际生产设备中时，用户们更关心的问题实际上是：

“可靠么？”

【导读】Research and Markets测算，未来90%的工业机器人将使用伺服电机。但目前中国工业机器市场，85%的伺服电机是外资品牌，面对2021年189亿的市场规模，中国品牌未来出路在哪里?

自《中国制造2025》规划提出，中国自动化步伐加快，成为超级机器人大国指日可待。Research and Markets测算，未来90%的工业机器人将使用伺服电机。但目前中国工业机器市场，85%的伺服电机是外资品牌，面对2021年189亿的市场规模，中国品牌未来出路在哪里?

<strong>市场份额小 厂商压力大</strong>

8月23日，世界机器人大会发布了《中国机器人产业发展报告》，报告显示，2017年中国机器人市场规模将达到62.8亿美元。作为机器人控制系统和自动化主要产品的伺服电机，发展之路必将发生改变。

Research and Markets测算，90%的工业机器人使用伺服电机。同时，每个工业机器人装配的伺服电机都是平均量，那么2014年中国所增加的对伺服电机的需求在23.1万台，那么到2019年这个数字将有望达到73.7万台。

使用和调试伺服系统的过程中，会时不时的出现各种意想不到的干扰，尤其是对于发脉冲的伺服电机的应用，下面从几个方面分析下干扰的类型和产生的途径，这样就会做到有针对性地抗干扰的目的，希望共同学习研究 。

<strong>1、来自空间的--辐射干扰</strong>

对辐射干扰最为有效的措施就是金属屏蔽。空间辐射电磁场主要是由电力网络、雷电、无线电广播和雷达等产生的，通常称为辐射干扰。

其影响主要通过两条路径：一是直接对伺服内部的辐射，由电路感应产生干扰; 二是对伺服通信网络的辐射，由通信线路感应产生干扰。此种干扰发生几率比较少，一般通过设置屏蔽电缆进行保护。

对传导干扰的有效措施就是采用电源滤波器、隔离电源、屏蔽电缆、以及合理和可靠的接地来解决问题。

<strong>2､传导干扰主要有三类</strong>

<strong>＊来自电源的干扰</strong>

实践证明，因电源引入的干扰造成伺服控制系统故障的情况很多，一般通过加稳压器、隔离变压器等设备解决。

<strong>＊来自信号线引入的干扰</strong>

在越来越多的高标准工业自动化应用领域，技术的进步正在改变步进电机和伺服电机之间的性能-成本比。在采用了闭环技术后，闭环步进电机为用户提供出色的精度和效率，既能达到伺服电机的性能，又具有步进电机的低价优势。成本更低的步进电机正在逐渐渗透到原本被高成本伺服电机所支配的应用领域。

<strong>步进电机与伺服电机之对比</strong>

根据传统的观念，在需要速度超过800 RPM以及需要高动态响应的应用中，伺服控制系统性能更为出色。步进电机则更适合用于速度较低、低到中等加速度、需要较高保持转矩的应用。那么这种关于步进电机和伺服电机的传统观念的依据是什么呢？下面让我们来详细分析下。

1、结 构

步进电机采用步进方式转动，利用磁线圈逐步拉动一个磁体，使其从一个位置到达下一个位置。要使电机在任何方向移动100个位置，电路都需要对电机进行100次步进操作。步进电机利用脉冲实现递增运动，可以在不使用任何反馈传感器的情况下实现精确定位。

核心技术缺失是中国制造业普遍存在的问题，在机器人产业尤其严重，三大核心零部件目前没有一个能大规模取代外资品牌。其中，由于减速器的垄断度非常高，技术难度也很大，业界和媒体的目光也更多地聚焦于此，反而忽视了发展得稍好，但其实仍有比较大差距的伺服电机……

核心技术缺失是中国制造业普遍存在的问题，在机器人产业尤其严重，三大核心零部件目前没有一个能大规模取代外资品牌。其中，由于减速器的垄断度非常高，技术难度也很大，业界和媒体的目光也更多地聚焦于此，反而忽视了发展得稍好，但其实仍有比较大差距的伺服电机……

伺服电机作为控制系统中的执行元件，是影响机器人工作性能的主要因素之一。机器人伺服系统由伺服电机、伺服驱动器、指令机构三大部分构成，伺服电机是执行机构，就是靠它来实现运动的，伺服驱动器是伺服电机的功率电源，指令机构是发脉冲或者给速度用于配合伺服驱动器正常工作的。

目前，国产伺服电机的现状是，小的不小，大的不大！这个怎么理解呢？小功率伺服电机，小型化不行，普遍偏长，比如轻载机器人常用的200W和400W伺服电机，目前松下的A6、安川的Σ7电机短小精致。反观国产伺服，普遍较长，外观粗糙。这在一些高档的应用上不行，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。

说起对工业机器人的性能要求，无非就是“快、准、狠”三字。其实这也就是对机器人关节伺服电机的要求，今天我们就来拆解一下这三字背后的含义。

其中“快”、“准”的意思大家都非常好了解，就是要求伺服电机的响应速度要快，控制精度要高。而“狠”字又怎么解呢？其实大家仔细想想，伺服电机除了又快又准外，我们对它的余下要求就是过载能力强，即“狠”了。

1.1为什么伺服电机要求过载能力强？

由于伺服电机在机器人上主要用于驱动关节的运动，因此它需要进行频繁正反转短时运行。而在这种频繁正反转，而且又带着一定惯量的负载，还要求控制速度非常快的情况下，对伺服电机的过载能力（过载扭矩、过载电流）要求是非常高的。

自德国提出工业4.0之后，中国也提出了“中国制造2025”规划，随着中国自动化步伐的加快，未来中国将成为超级机器人大国，工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下，其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变，伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”，未来出路在哪里？

《2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告》显示，2013年开始，中国成为世界最大的工业机器人市场，2014年销量飙升到全球伺服电机销量的55%。预计到2019年，中国市场对伺服电机的需求将达到182000台。

工业机器人的快速增长已经在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。按ResearchandMarkets的测算，90%的工业机器人使用伺服电机，同时，每个工业机器人装配的伺服电机都是平均量，那么2014年中国所增加的对伺服电机的需求在231000台。而这个数字在2019年将有望达到737000台。

目前，在中国工业机器人市场，85%的伺服电机是外资品牌，而本土企业，大多数仍处于研制试验阶段，几乎没有工业化的工业机器人伺服电机。

<strong>工业机器人与伺服电机的共存关系</strong>

机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。

对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。

机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下：

1、快速性

电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。

2、起动转矩惯量比大

在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。

3、控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。

4、调速范围宽。

能使用于1：1000～10000的调速范围。

5、体积小、质量小、轴向尺寸短。