我們都知道，工業(yè)機(jī)器人的“三大”核心部件包括伺服電機(jī)、減速器和控制器，這也是制約我國機(jī)器人發(fā)展的重要瓶頸。今天咱們重點(diǎn)談一談工業(yè)機(jī)器人的伺服電機(jī)市場及進(jìn)口替代。
電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的必不可少的關(guān)鍵零部件，是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體，以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常由伺服電機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)器組成。除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。
伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)充馬達(dá)間接變速裝置，它將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動(dòng)控制對象，可使控制速度、位臵精度非常準(zhǔn)確，是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的“心臟”。
安川電機(jī)的伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品
伺服電機(jī)一般安裝在機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”處，機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)離不開伺服系統(tǒng)，關(guān)節(jié)越多，機(jī)器人的柔性和精準(zhǔn)度越高，所要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量就越多。
工業(yè)機(jī)器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求非常嚴(yán)格，交流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。
工業(yè)機(jī)器人對伺服電機(jī)的嚴(yán)格要求體現(xiàn)在：
1）快速響應(yīng)性，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好；
2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大，在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量��；
3）控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比，調(diào)速范圍寬，能使用于1：1000～1：10000的調(diào)速范圍。
4）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短，以配合機(jī)器人的體形；
5）能經(jīng)受住苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受數(shù)倍過載。交流伺服驅(qū)動(dòng)器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。
《2015-2019年全球工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)行業(yè)報(bào)告》預(yù)計(jì)到2019年，中國市場對伺服電機(jī)的需求將達(dá)到18.2萬臺(tái)。
目前，國內(nèi)伺服電機(jī)高端市場主要被國外知名企業(yè)所占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國產(chǎn)替代空間很大。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。
其中，日系產(chǎn)品以50%左右的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機(jī)、安川、三洋和富士等等（其中，前三名分別為松下、三菱電機(jī)和安川，總份額約占45%），以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌占據(jù)國內(nèi)伺服電機(jī)的高端市場，整體市場份額在30%左右，國內(nèi)企業(yè)整體份額不足10%。
日系產(chǎn)品的特點(diǎn)是技術(shù)和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價(jià)比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢。
未來5年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，將保持較快增長，國產(chǎn)替代空間還很大。當(dāng)前，我國伺服電機(jī)自主配套能力已現(xiàn)雛形，產(chǎn)品功率范圍大多在22kW以內(nèi)，技術(shù)線上與日系產(chǎn)品接近，較大規(guī)模的伺服品牌有20余家，主要有南京埃斯頓自動(dòng)化股份有限公司、廣州數(shù)控設(shè)備有限公司等。
近幾年，國產(chǎn)伺服產(chǎn)品的進(jìn)口替代正在加速進(jìn)行。起步相對較早的國產(chǎn)變頻器已經(jīng)在OEM市場取得較好成績，而國產(chǎn)伺服產(chǎn)品技術(shù)正在不斷進(jìn)步。有分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，中國伺服產(chǎn)品未來有望復(fù)制國產(chǎn)變頻器的發(fā)展路線，在OEM進(jìn)口替代市場取得較大突破。
2010年至今，我國伺服系統(tǒng)的的國產(chǎn)替代開始進(jìn)行。部分廠家加大推出新一代伺服產(chǎn)品，性能得到大幅提高，市場認(rèn)可度在逐漸提升。在機(jī)床和機(jī)械手等自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用中，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)的進(jìn)口替代正在加速進(jìn)行。
有專家表示，伺服電機(jī)的核心技術(shù)之一是信號接插件的可靠性。國產(chǎn)伺服需要繼續(xù)改進(jìn)，而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢，與伺服電機(jī)本體的集成設(shè)計(jì)是個(gè)很好的做法，目前日系的伺服電機(jī)很多就是這樣設(shè)計(jì)的，方便安裝、調(diào)試、更換。
高精度的編碼器也是伺服電機(jī)的核心技術(shù)之一，尤其工業(yè)機(jī)器人上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴(yán)重依賴進(jìn)口。高精度編碼器未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，是制約我國高檔伺服系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機(jī)小型化繞不過去的核心技術(shù)。縱觀日系伺服電機(jī)產(chǎn)品的更迭，都是伴隨著電機(jī)磁路和編碼器的協(xié)同發(fā)展升級。
另外，國內(nèi)的伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究缺失，包括絕對值編碼器技術(shù)、高端電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標(biāo)的實(shí)用性驗(yàn)證和考核標(biāo)準(zhǔn)的制定等等。這些都需要國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)的核心零部件企業(yè)去完善。
當(dāng)前，中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于大變革時(shí)代，需要快速創(chuàng)新整合，而機(jī)器人作為一種高新技術(shù)，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支持手段。作為機(jī)器人中用作執(zhí)行單元，伺服電機(jī)是影響機(jī)器人工作性能的主要因素。
因此，在國內(nèi)機(jī)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(shí)驗(yàn)室、工程中心、企業(yè)技術(shù)中心、整機(jī)及關(guān)鍵零部件檢測中心等，同時(shí)，培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品牌，將國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。