精彩收藏 · 2023年6月30日 0

机器人之伺服系统专篇(精心梳理)

开篇先来个题外话:“伺服”——词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当成一个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作:在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能,因此而得名——伺服系统。

一、伺服系统是啥

配合着这张图一起看,同时也可以回顾这篇文章一起看机器人之减速器专篇(精心梳理),会更清晰、更系统!

好了开始正文。

伺服系统是使系统终端执行结构根据控制指令实现包括位移、转速和力矩等维度动作的设备总称。由控制层面的控制器、驱动层面的伺服驱动和执行层面的伺服电机,辅之编码器组成。

通常情况下,我们所说的机器人伺服系统是指应用于多轴运动控制的精密伺服系统。机器人的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,类似于我们人体的肌肉,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。

1、伺服电机

机器人对伺服电机的要求比其它两个部分都高。首先要求伺服电机具有快速响应性。电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,一般是以伺服电机的机电时间常数的大小来说明伺服电机快速响应的性能。

其次,伺服电机的起动转矩惯量比要大。在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电机的起动转矩大,转动惯量小。

最后,伺服电机要具有控制特性的连续性和直线性,随着控制信号的变化,电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。

当然,为了配合机器人的体形,伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短。还要经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受数倍过载。

2、伺服驱动器

伺服驱动器,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位。

一个多轴运动控制系统是由高阶运动控制器与低阶伺服驱动器所组成,运动控制器负责运动控制命令译码、各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓控制等等,其主要作用在于降低整体系统运动控制的路径误差;伺服驱动器负责伺服电机的位置控制,其主要作用在于降低伺服轴的追随误差。

以上是对伺服系统的一个基本了解,配合上面这张图一起可以更好理解,能够知道个基本情况皆可以,不需要精通,重点看接下来的全球伺服系统产业现状分析。

二、全球伺服系统产业分析

1、全球知名玩家

日系品牌市场占有率仍较高,虽然近年来,国产品牌市占率在快速提升,但日系品牌仍牢牢占据国内伺服市场近半壁江山。同大多数高精密度的产品一样,长期以来外资品牌占据了国内伺服系统市场的大部分份额,市场占有率达77%。其中,日韩系品牌占比为45%,主要以日系品牌为主,包括松下三菱电机、安川、三洋、富士等。其次为欧美品牌占比22%,其中美国知名的有罗克韦尔,丹纳赫、帕光等,德国则拥有西门子、博世力士乐、伦茨、施耐德等品牌。

松下、安川为代表的日系品牌市场占有率相当,约17%,处于第一梯队,与其他品牌明显拉开差距。松下和安川的伺服系统在高端装备上使用的很多,一些设备厂商都是应下游客户要求装配。台达、三菱处于第二梯队,市占率约10-11%。汇川、西门子等处于第三梯队,市占率5-6%左右。三洋、施耐德、罗克韦尔、博世力士乐等处于第四梯队,市占率约3%。

汇川是唯一挤进国际门槛的公司。

2、国内玩家

伺服为国产化率较高环节,当前国产品牌已打破外资品牌垄断格局、处于成长阶段,份额持续提升。

汇川技术

深圳汇川主要从事自动化、新能源相关领域产品研发,是本土企业中伺服电机市场占有率最高的品牌,国内饲服系统龙头,通用同服系统在中国市场份额约21.5%。汇川旗下几款伺服电机都支持Ethercat以太网通讯协议。

禾川科技

国内市占率约3%。2022年12月 禾川推出了核心零部件自主研发RHS1系列SCARA四轴机器人。禾川RHS1系列SCARA机器人节拍时间可以达到0.39s,在保证极短节拍时间的基础上,重复定位精度可以达到±0.01mm。可以有效满足精确程度要求较高的场合,加速时间更短,定位精度更高。

埃斯顿

国内市占率约2.5%。南京埃斯顿有十几年生产和销售交流全数字化通用交流伺服驱动器和电机的历史,产品广泛应用于各类数控机床和自动化设备。公司于2012年成功完成了863计划重大专项“工业机器人交流伺服系统驱动器和电机开发”,拥有了自主品牌的机器人专用交流伺服系统。目前,公司所有机器人使用的交流伺服系统均为自产,实现了国产核心零部件的突破。公司还成功开发了机器人专用“一拖六”交流伺服系统,为研制更经济高效的国产机器人提供了基础。

步科股份

开发了多个系列的移动机器人低压伺服系统、物流分拣设备高压伺服系统、医疗欧规伺服系统等。公司核心产品–无框力矩电机:公司产品FMC无框力矩电机自主研发设计,性能优于同业产品。具备 温度传感器保护,定转子激光标识保证追溯性,多槽极齿槽定位力矩小等特点。产品 具备与国际接轨的产品尺寸,且成本优势明显。

英威腾

2011年,英威腾收购御能动力,并把该品牌打造成了纺织机械伺服系统的细分龙头。英威腾主要为纺织机械企业提供整体解决方案,并在业内提供系列型号最为全面的防止伺服系统,目前该公司的伺服产品在纺织机械、包装机械、数控车床、点胶机、LED分光编带机贴片机等机器上有广泛应用,性价比较高。

科利尔

整合伺服电机、驱动器、编码器、控制器资源,提供国内领先的伺服系统整体解决方案,在机器人和人工智能等行业取得较大突破,打造新的经济增长点,逐步向机器人和人工智能领域转型升级。主要应用于机器人、工业自动化、人工智能和新能源汽车等领域。

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