伺服電機的新機遇和新挑戰——新型機器人

2020-04-16 15:21

伺服電機在整個伺服系統中屬于執行元件的一環，在工業上已經應用了多年，實現了各領域工控場合中機械的運動。而近年來國家對工業機器人的大力發展，使得伺服電機的發展空間更上一層樓，而新的發展機遇也同時會帶來新的挑戰。而日漸成熟的伺服驅動技術和新挑戰又會迸發出怎樣的工業火花，我們一一來看。

近來，工業和信息化部、國家發展改革委、財政部等三部委聯合印發了《機器人產業發展規劃(2016-2020年)》，指出了六種現如今需要開發的機器人，我們從其中的三種來分析新型機器人對于伺服電機的要求，從而推斷出未來伺服電機的趨勢。

弧焊機器人：

焊接機器人在我國已經應用了多年，特別是在汽車制造領域得到了廣泛的應用。而在弧焊機器人方面，與其說要加快弧焊機器人整機的發展，其實是看中了弧焊機器人一系列的內部系統集成：焊接路徑規劃和自適應跟蹤技術、專用數字化焊接電源技術及焊接參數自調節技術（專家系統）、離線編程及遙控技術、多機器人協調控制技術、機器人控制系統和外部軸適應技術、自動化焊接過程的信息采集技術等都體現出了弧焊機器人在設備智能化上的優勢。

所以，對于伺服電機來說，數字化是弧焊機器人需要的技術：以電子器件為主的伺服控制單元將被使用新型高速微處理器和專用數字信號處理機的完全取代，進而促進伺服系統的全數字化。實現完全數字化，對實現軟件伺服控制十分有利，而使得現代控制理論的模糊控制、神經元網絡、人工智能、控制等先進算法能應用于伺服系統。再有，弧焊機器人和別的焊接機器人一樣，需要長時間的連續工作，故而需要伺服電機能夠長時間進行負載工作，并且需要比較高的熱容量來承受長時間負載所產生的熱量，特別是接近焊頭的伺服電機，除了高熱容量，高耐性，當然還有要求之外，防止粉塵進入的封閉設計也是必要的。

真空機器人：

真空機器人應用在半導體行業，主要用于實現晶元在真空腔室內的傳輸。而半導體技術主要是應用在集成電路，而集成電路又是智能發展的重要步驟，所以，真空機器人是半導體發展的必要設備。而在IC生產中，不允許出現稍微的差錯的原因就是因為需要處理比芯片還要微小的晶元，一步錯步步錯，并且難以發現。所以不管對于真空機器人的整機還是對于其部件來說，微型化和高精度是必不可少的。高精度方面上毋庸置疑伺服電機是比步進電機。而微型化使伺服單元輸出回路的功耗有所下降，系統的反映速度也有所加強，消除工作噪聲。

全自主編程智能工業機器人：

全自主編程智能工業機器人的特點就是在智能上，其自主的編程意識能夠讓其適應多種工作，而它的部件，包括伺服電機，無疑也會圍繞一個特點，也就是智能。目前所有工業控制設備發展的大趨勢就是智能化，而伺服驅動系統作為一種工業控制裝置也不可避免。智能型產品是如今的信息化伺服控制單元的設計形式。而具體是哪方面的智能，根據不同的行業和領域所要求伺服電機的智能化方向也不一樣，加上國家目前也沒有一個具體的規劃和政策，伺服電機智能化具體目標也尚未明確，但方向是不會變的。

再有，如圖中所示，如果未來的智能機器人是人型的形態去設計的，要讓機器人站起來，對于機器人“關節”處的伺服電機來說，瞬時響應以及瞬時高負載是必不可少的條件。不單只是人型機器人，不管是當今任何一款工業機器人高響應和瞬時負載都有著不同的要求，而且運行時的高轉速也越來越重要。

從上面總結的挑戰來看，除了高精度，高耐性，瞬時響應，瞬時超負載等常規要求外，伺服電機數字化、微型化、智能化是未來為了迎合新型機器人而產生的新趨勢。除此之外，為了讓伺服驅動系統擁有更多功能的集成化，能夠在條件下工作的抗干擾性，以及貼合工業物聯網發展的模塊化和網絡化等相關概念已經開始浮現并在一定程度上得以實施。可以看出，在伺服電機方面人們對它的期望是一個高度。我們也將在這種概念下迎來更高品質的生活質量。

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