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    工業機器人的核心部件—伺服電機

    時間:2021-11-05 來源:艾而特

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    工業機器人廣泛應用于制造業,不僅僅應用于汽車制造業,大到航天飛機的生產,軍用裝備,高鐵的開發,小到圓珠筆的生產都有廣泛的應用。并且已經從較為成熟的行業延伸到食品,醫療等領域。由于機器人技術發展迅速,與傳統工業設備相比,不僅產品的價格差距越來越小,而且產品的個性化程度高,因此在一些工藝復雜的產品制造過程中,可以讓工業機器人替代傳統設備,這樣就可以在很大程度上提高經濟效率。而伺服電機,作為工業機器人的核心零部,在機器人的發展過程中不可或缺。

    伺服電動機又稱執行電動機,在自動控制系統中,用作執行元件,把收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出,分為直流和交流伺服電動機兩大類,交流伺服電動機又分為異步伺服電動機和同步伺服電動機。

    無論是伺服還是調速領域,目前交流系統正在逐漸代替直流系統。與直流系統相比,交流伺服電機具有高可靠性、散熱好、轉動慣量小、能工作于高壓狀態下等優點。因為無電刷和轉向器,故交流私服系統也成為無刷伺服系統,用于其中的電機是無刷結構的籠型異步電機和永磁同步型電機。


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    直流伺服電機分為有刷和無刷電機

    有刷電機成本低,結構簡單,啟動轉矩大,調速范圍寬,控制容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產生電磁干擾,對使用環境有要求,通常用于對成本敏感的普通工業和民用場合;

    無刷電機體積小重量輕,出力大響應快,速度高慣量小,力矩穩定轉動平滑,控制復雜,智能化,電子換相方式靈活,可以方波或正弦波換相,電機免維護,高效節能,電磁輻射小,溫升低壽命長,適用于各種環境。

    不同類型伺服電機的特點

    直流伺服電機的優點和缺點優點:速度控制精確,轉矩速度特性很硬,控制原理簡單,使用方便,價格便宜。

    缺點:電刷換向,速度限制,附加阻力,產生磨損微粒(無塵易爆環境不宜)

    交流伺服電機的優點和缺點優點:速度控制特性良好,在整個速度區內可實現平滑控制,幾乎無振蕩,90%以上的高效率,發熱少,高速控制,高精確度位置控制(取決于編碼器精度),額定運行區域內,可實現恒力矩,慣量低,低噪音,無電刷磨損,免維護(適用于無塵、易爆環境)。缺點:控制較復雜,驅動器參數需要現場調整PID參數確定,需要更多的連線。

    伺服電機的產業鏈結構

    工業機器人的控制系統和自動化產品主要涉及伺服電機、減速機、控制器和傳感器等。伺服電機是工業機器人的動力系統,一般安裝在機器人的“關節”處,是機器人運動的“心臟”。

    目前,機器人的關節驅動離不開伺服系統,關節越多,機器人的柔性和精準度越高,所要使用的伺服電機的數量就越多。機器人對伺服系統的要求較高,必須滿足快速響應、高起動轉矩、動轉矩慣量比大、調速范圍寬,要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運行等條件,且需要高可靠性和穩定性。目前,工業機器人使用的較多的是交流伺服系統。

    伺服電機的市場規模

    伺服電機競爭激烈,目前外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執行單元,是影響機器人工作性能的主要因素。機器人行業應用最多的是交流伺服,約占65%伺服電機。

    伺服系統外資企業占據絕對優勢。目前,在中國工業機器市場,主流的供應商包括,日系多摩川以及歐美系。日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場。近幾年,伺服系統市場TOP15廠商中,前三名均為日系品牌,總份額達到45%。歐系品牌占據高端,整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低于10%左右。

    當前我國中低端伺服系統已經能夠實現大規模量產,但高端伺服系統尚未形成商品化和批量生產能力,國內對精密伺服電機控制系統的需求主要依賴進口。機器人產業發展風生水起,隨著扶持政策對機器人產業的推進,以及國產伺服技術的不斷提升,我國伺服系統進口替代的步伐將加快。


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