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,伺服系统概览
伺服系统是指以位置、速度、转矩为控制量,能够动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统。在结构组成方面,工业机器人的伺服控制系统由伺服驱动控制器、伺服电机、减速机、反馈装置(编码器和传感器)四大部分构成。是机器人主要的动力来源。
伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外,还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。控制用电机是电气伺服控制系统的动力部件,它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。
伺服驱动主要以总线通讯形式实现对位置、速度和转矩单元的控制;编码器主要采用多圈绝对值编码器;伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,可使控制速度,位置精度非常准确,也可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
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。
二,人形机器人电机用量
人形机器人新增更多电机需求,伺服电机和步进电机均具备适配性。
未来人形机器人单台电机用量有望超40个,而伺服电机是主要配置,包括四肢及躯干,占据大部分用量份额。
对于步进电机而言,其在人形机器人眼睛部位具备较好适配性。
三, 伺服电机产业链
(1)上游为稀土磁材、电子零部件等材料。
(2)中游为伺服系统制造,包括伺服电机、伺服驱动器、数控系统。
(3)下游广泛应用于医疗器械、机器人、汽车制造、工业等领域。
四, 伺服控制系统的特点和要求
伺服控制系统是数控装置和生产机台的联系环节,是数字化智能制造系统的重要组成,它具有以下特点:
1、必须具备高精度的传感器,能准确地给出输出量的电信号。
2、功率放大器以及控制系统都必须是可逆的。
3、足够大的调速范围及足够强的低速带载性能。
4、快速的响应能力和较强的抗干扰能力。
5、功能可扩展性,如协议兼容、智能进化、馈变反应等。
机器人对伺服电机的要求比其它部分都要高得多
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。
五. 伺服系统市场格局及发展趋势
从分类上看,普通伺服电机、舵机和空心杯电机是伺服电机主要类型。
2022年通用伺服系统的市场份额:汇川技术通用伺服系统在中国市场份额约 21.5%,位居第一名,排名第二、三、四位的厂商及市占率分别:西门子,10.4%;松下,7.8%;安川,7.6%。
六,伺服系统相关概念股一览:
1,汇川技术:伺服电机龙头企业,市占率第一。
2,禾川科技:招股说明书显示现有产能142万台,产能利用率92%以上,2022年底就可以新增产能148万台
3,鸣志电器:公司提供控制电机、伺服系统、电机编码器领域成熟产品系列。公司的步进电机、空心杯电机、伺服电机在国内外得到广泛使用其混合式步进电机产品地位尤高 占据全球市场10以上份额。上述电机或集成的伺服系统均可能在人形机器人上搭载。
4,步科股份:面向协作机器人、人形机器人领域,公司推出了第三代无框力矩电机产品。公司机器人行业整体订单正常,公司不断加强在机器人行业不同领域的布局,在移动机器人、协作机器人、泛服务机器人、人形机器人、工业机器人等领域推出了多系列的产品,包括低压伺服驱动产品、集成一体化模组、无框力矩电机、伺服轮毂、手持人机界面、运动控制器等。
5,雷赛智能:雷赛智能的高端交流伺服系统已经在光伏、锂电、3C等大客户取得良好的应用和国产替代,预期将在中国伺服系统市场中,占据越来越重要的突出位置
6,微光股份:公司开发了包括机器人关节用伺服电机系列产品,已开始批量生产
7,科力尔:公司的产品包括伺服系统、步进电机、直流无刷电机和精密泵等,广泛应用于机器人与工业自动化、锂电池设备、光伏设备和新能源汽车等多个领域。
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