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最新消息| 機器人站上風口,核心部件伺服系統解析 | 2022-08-02 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"http://news.sohu.com/a/564864287_135357" 原標題：機器人站上風口，核心部件伺服系統解析國家在工業領域的一系列產業政策都圍繞著推進先進制造的數字智能化而展開，進而大力促使各大中型骨干企業紛紛開始了數字化的轉型升級。所謂的數字化升級，在硬件設施層面，本質就是機電一體化的生產模式，即工業自動化。工業機器人是工業自動化生產的基礎設施，伺服控制系統是機器人的重要組成部分。工業機器人要實現智能數字化的生產制造任務，關鍵核心在于驅動其學習和行動的大腦：伺服控制系統。伺服控制系統是工業機器人實現工業自動化的重要組成部分，是自動化制造過程中實現精確定位、精準運動的必要機構。在結構組成方面，工業機器人的伺服控制系統由伺服驅動控制器、伺服電機、減速機、反饋裝置（編碼器和傳感器）四大部分構成。此基礎上再深入進化，比如要進化到數字化智能制造，則還需與云AI（人工智能云）結合，通過建構大數據的神經元網絡化模型實現工業機器人的自學習進化能力。盡管使用工業機器人不僅僅在于代替人力，它或許能在未來擁有強大的制造能力，但對于機器人制造商和機器人用戶而言，選擇合適的伺服控制系統始終是一項艱難的任務。在工業機器人的總制造成本中，伺服控制系統的成本就高達70%之多（含減速機），而其本體及相關附件僅占30%不到，由此可見，伺服控制系統是實現機器人本體控制和驅動機構控制的重要部分。一般來說，工業機器人的伺服控制系統包括信息信號裝置（如PLC工控或處理器或云AI）和傳感器、伺服控制器、伺服電機和執行機構（減速機、執行手臂、操作器等）。通常情況下，機器人伺服控制系統是指應用于多軸運動控制的精密伺服系統。一個多軸運動控制系統是由高階運動控制器與低階伺服驅動器所組成，運動控制器負責運動控制命令譯碼、各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓控制等等，其主要作用在于降低整體系統運動控制的路徑誤差;伺服驅動器負責伺服電機的位置控制，其主要作用在于降低伺服軸的追隨誤差。伺服驅動器發出驅動控制信號的源頭來自上層處理器（目標發生裝置，也可以是PLC）或半閉式和全閉式的傳感系統。伺服電機可以是異步電機也可以是同步電機，具體視使用場景的功率而定；機械部件即為執行機構（減速機亦在其中），即在電機的驅動下作出人類所需要的執行動作，如動作的速度、位置精度、以及力度等等與減速機和伺服控制的算法關系密切。簡單地說，伺服控制驅動器是利用各種電機產生的力矩和力，直接或間接地驅動機器人本體以獲得各種運動的執行機構，它具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優點，在機器人中應用廣泛。伺服控制系統的特點和要求工業機器人的伺服控制系統與一般機床的進給系統有本質上差別，它能根據指令信號精確地控制執行部件的運動速度、位置以及力矩，如果在伺服控制器上增加邊緣計算能力，則還會具有一定的檢測和學習能力。伺服控制系統是數控裝置和生產機臺的聯系環節，是數字化智能制造系統的重要組成，它具有以下特點：1、必須具備高精度的傳感器，能準確地給出輸出量的電信號。2、功率放大器以及控制系統都必須是可逆的。3、足夠大的調速范圍及足夠強的低速帶載性能。4、快速的響應能力和較強的抗干擾能力。5、功能可擴展性，如協議兼容、智能進化、饋變反應等。工業機器人對伺服電機的要求比其它部分都要高得多首先要求伺服電機具有快速響應性。電機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態的時間應短。響應指令信號的時間愈短，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電機的機電時間常數的大小來說明伺服電機快速響應的性能。其次，伺服電機的起動轉矩慣量比要大。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。最后，伺服電機要具有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。當然，為了配合機器人的體形，伺服電機必須體積小、質量小、軸向尺寸短。還要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，并能在短時間內承受數倍過載。工業機器人伺服控制系統的發展趨勢隨著工業機器人的應用越來越多，用戶對伺服控制驅動技術的要求也越來越高。總的來說，伺服系統的發展趨勢可以概括為以下幾個方面：集成化：伺服控制系統的輸出器件越來越多地采用開關頻率很高的新型功率半導體器件如IGBT和DSP集成電路以及一些邊緣計算芯片等，這些器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中，構成高精度的全閉環調節系統。高度的集成化顯著地縮小了整個控制系統的體積。智能和網絡化：伺服控制系統的智能化，未來將趨向云端大數據計算的發展，表現在以下幾個方面:系統的所有運行參數都可以通過人機對話的方式由處理器來實現（遠程在線編程）;它們具有故障自診斷與分析功能，參數自整定和自學習的功能；實現更可靠、更穩固的安全生產預監測體系和信息安全防護機制，這是傳統工業自動化無法達成的任務。聯機云端的大數據處理中心，可以給予帶自整定功能的伺服單元進行云端仿真試運行（數字孕生技術），自動與人類或周邊機器人實現其最優化的協作，使得數字化智能工廠的產線生產更安全。簡易化和節能：這里所說的“簡”不是簡單而是精簡，即根據企業用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統成本，為客戶創造更多的收益。比如，伺服系統因無須象傳統液壓機電系統一樣處于全時的全功率運行，一是根據具體的驅動指令要求、輸出確定數值的力矩動作；二是在沒有驅動指令時則沒有驅動電流輸出；這樣就可以大大節省電力能耗的消耗。通常，使用伺服系統的數字化設備相對傳統的液壓驅動設備，可節能30%-70%。國產伺服控制系統的市場現狀（以下數據和部分結論源自高工機器人研究所）工業機器人用伺服系統作為機器人重要的核心零部件之一，隨著機器人市場前景看好，機器人用伺服系統將在交流伺服市場規模比重中逐漸上升。GGII預計，至2023年，機器人用伺服系統市場占比將提升至40%以上，市場規模達41.0億元。目前國內主要的上市伺服廠商有新時達、華中數控、埃斯頓、雷賽智能等。新時達上海新時達電氣股份有限公司是專業研發生產銷售工業控制、傳動控制、運動控制和機器人產品并服務于全球的高新技術企業，創立于1995年。自創立以來，新時達始終致力于產業自動化控制產物的研發、制造和銷售。基于自身在運動控制和驅動規模的研究成就，新時達確定了運動控制和產業機器人的業務成長偏向。機器人是產業自動化控制的最高端產物之一，是最具有代表性的控制、驅動、執行一體化產物，新時達研發樂成基于以太網總線技術的高性能嵌入式運動控制器和伺服系統等為機器人產物的市場迅速推廣提供了技術實現平臺。華中數控武漢華中數控股份有限公司創立于1994年，具有自主知識產權的伺服驅動和主軸驅動裝置性能指標達到國際先進水平，自主研制的5軸聯動高檔數控系統已有150多臺在汽車、能源、航空等領域成功應用。公司研制的60多種專用數控系統，應用于紡織機械、木工機械、玻璃機械、注塑機械以及雷達、火炮等武器裝備。公司紅外熱像儀產品已廣泛應用于鋼鐵、能源、化工、醫療等行業。埃斯頓埃斯頓自動化公司成立于1993年，是國內高端智能機械裝備及其核心控制和功能部件制造業領軍企業之一。產品包括金屬成型機床數控系統、電液伺服系統、交流伺服系統和工業機器人等，伺服系統收入占總收入的40%左右，售后服務方面具備一定的優勢，同時產品功能比較豐富。雷賽智能深圳市雷賽智能控制股份有限公司是智能裝備運動控制領域的知名品牌和行業領軍企業。2021年入選深圳市年度“專精特新”企業。雷賽專注于運動控制技術的創新研發，依托“智能裝備運動控制與應用技術工程實驗室”等多個政府支持的重點研發平臺，積極開展運動控制產品的各種行業研究與應用，聚焦伺服電機驅動系統、步進電機驅動系統、運動控制卡、運動控制器等系列產品的研發，逐步打破國外壟斷，填補了多項國內行業空白。（閑話咸說）返回搜狐，查看更多責任編輯： 關鍵字標籤：耐熱玻璃板加工 |
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