工業機器人激增 國產伺服何去何從？

隨著中國自動化步伐的加快，未來中國將成為超級機器人大國，需求量大大增長。然而在工業機器人高增長刺激下，其控制系統和自動化主要產品發展之路必將發生改變，伺服電機作為工業機器人的動力系統以及機器人運動的“心臟”，未來出路在哪里？

據不完全統計，2013年開始，中國成為世界最大的工業機器人市場，2014年銷量飆升到全球伺服電機銷量的55%。2019年我國伺服電機市場規模約142億元，較上年增長6.77%。受新冠疫情影響，2020年我國伺服電機市場規模增速有所放緩，但整體仍然是增長狀態。

工業機器人的快速增長已經在一定程度上刺激了伺服電機市場的發展。按ResearchandMarkets的測算，90%的工業機器人使用伺服電機，同時，每個工業機器人裝配的伺服電機都是平均量，那么2014年中國所增加的對伺服電機的需求在231，000臺。而這個數字在2019年已突破900，000臺。

目前，在中國工業機器市場，85%的伺服電機是外資品牌，而本土企業，大多數仍處于研制試驗階段，幾乎沒有工業化的工業機器人伺服電機。

工業機器人與伺服電機的共存關系

伺服電機一般安裝在機器人的“關節”處，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。

機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，因而對電動伺服驅動系統的要求也很嚴格，主要有以下幾個方面：

1）快速響應性，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好。

2）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機的起動轉矩大，轉動慣量小。

3）控制特性的連續性和直線性，隨著控制信號的變化，電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，調速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調速范圍。

4）體積小、質量小、軸向尺寸短，以配合機器人的體形。

5）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。

另外，由于國產伺服電機有待升級，導致國產機器人發展困難。國產伺服電機目前的現狀是，小的不小，大的不大！這個怎么理解呢？小功率伺服電機，小型化不行，普遍偏長，比如輕載機器人常用的200W和400W伺服電機，目前多摩川、松下、安川的機器人用電機短小精致。

反觀國產伺服，普遍較長，外觀粗糙。這在一些高檔的應用上不行，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，由于機器人手臂的安裝空間非常狹小，對伺服電機的長度有嚴格要求。

其次是信號接插件的可靠性一直飽受詬病。國產伺服需要繼續改進，而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢，與伺服電機本體的集成設計是個很好的做法，目前日系的伺服電機很多就是這樣設計的，方便安裝、調試、更換。

伺服電機的另一個核心技術是高精度的編碼器，尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器，嚴重依賴進口。沒有實現國產化，是制約我國高檔伺服系統發展的很大瓶頸。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術。縱觀日系伺服電機產品的更迭，都是伴隨著電機磁路和編碼器的協同發展升級！

目前國內的伺服電機OEM廠家根據市場份額，大多是仿制日系伺服電機設計，功率多在3kw以內，以中小功率為多。而5.5-15kw的中大功率伺服沒有，導致有些設備上的應用，由于沒有一臺大功率的伺服電機和驅動配套，而被迫放棄掉整個系統。

總結下來，日系伺服系統的發展模式是分層協同發展，整體性能優異，與日本的機器人發展很相似。在中國是做電機的做電機、做編碼器的做編碼器、做驅動的做驅動，沒有協同聯合，導致伺服電機和驅動系統整體性能難以做好。

其次是伺服系統缺失基礎性研究，包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化制造技術、生產工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定。這些都需要機器人行業的核心零部件企業去完善。