工業機器人的“三大”核心部件

我們都知道，工業機器人的“三大”核心部件包括伺服電機、減速器和控制器，這也是制約我國工業機器人發展的重要瓶頸。今天咱們重點談一談工業機器人的伺服電機市場及進口替代

電動伺服驅動系統是工業機器人的必不可少的關鍵零部件，是利用各種電機產生的力矩和力，直接或間接地驅動工業機器人本體，以獲得工業機器人的各種運動的執行機構，通常由伺服電機以及伺服驅動器組成。除了可以進行速度與轉矩控制外，伺服系統還可以進行精確、快速、穩定的位置控制。

伺服電機是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補充馬達間接變速裝置，它將電壓信號轉化為轉矩和轉速，以驅動控制對象，可使控制速度、位臵精度非常準確，是工業機器人的動力系統以及工業機器人運動的“心臟”。

安川電機的伺服電機和伺服驅動器產品

伺服電機一般安裝在工業機器人的“關節”處，工業機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，工業機器人的柔性和精準度越高，所要使用的伺服電機的數量就越多。

工業機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，交流伺服電機在工業機器人中得到了廣泛應用。工業機器人對伺服電機的嚴格要求體現在：

1）快速響應性，電伺服系統的靈敏性愈高，快速響應性能愈好；

2）起動轉矩慣量比大，在驅動負載的情況下，要求工業機器人的伺服電機的起動轉矩大，轉動慣量小；

3）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，調速範圍寬，能使用於1:1000～1:10000的調速範圍。

4）體積小、質量小、軸向尺寸短，以配合工業機器人的體形；

5）能經受住苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，並能在短時間內承受數倍過載。交流伺服驅動器因其具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優點，在工業機器人中得到廣泛應用。

《2015-2019年全球工業機器人伺服電機行業報告》預計到2019年，中國市場對伺服電機的需求將達到18.2萬臺。

目前，國內伺服電機高端市場主要被國外知名企業所佔據，主要來自日本和歐美，未來國產替代空間很大（參見本公眾號上一篇文章工業機器人關鍵部件國產化替代提速）。有統計數據顯示，國外品牌佔據了中國交流伺服市場80%左右的市場份額。其中，日系產品以50%左右的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋和富士等等（其中，前三名分別為松下、三菱電機和安川，總份額約佔45%），以西門子、博世和施耐德為代表的歐系品牌佔據國內伺服電機的高端市場，整體市場份額在30%左右，國內企業整體份額不足10%。日系產品的特點是技術和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。

未來5年，我國伺服系統行業受益於產業升級的影響，將保持較快增長，國產替代空間還很大。當前，我國伺服電機自主配套能力已現雛形，產品功率範圍大多在22kW以內，技術線上與日系產品接近，較大規模的伺服品牌有20餘家，主要有南京埃斯頓自動化股份有限公司、廣州數控設備有限公司等。

近幾年，國產伺服產品的進口替代正在加速進行。起步相對較早的國產變頻器已經在OEM市場取得較好成績，而國產伺服產品技術正在不斷進步。有分析機構認為，中國伺服產品未來有望複製國產變頻器的發展路線，在OEM進口替代市場取得較大突破。

2010年至今，我國伺服系統的的國產替代開始進行。部分廠家加大推出新一代伺服產品，性能得到大幅提高，市場認可度在逐漸提升。在機床和機械手等自動化設備的應用中，國產伺服系統的進口替代正在加速進行。

有專家表示，伺服電機的核心技術之一是信號接插件的可靠性。國產伺服需要繼續改進，而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢，與伺服電機本體的集成設計是個很好的做法，目前日系的伺服電機很多就是這樣設計的，方便安裝、調試、更換。

高精度的編碼器也是伺服電機的核心技術之一，尤其工業機器人上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴重依賴進口。高精度編碼器未實現國產化，是制約我國高檔伺服系統發展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術。縱觀日系伺服電機產品的更迭，都是伴隨著電機磁路和編碼器的協同發展升級。

另外，國內的伺服系統的基礎性研究缺失，包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化製造技術、生產工藝的突破、性能指標的實用性驗證和考核標準的制定等等。這些都需要國內工業機器人行業的核心零部件企業去完善。

當前，中國工業機器人產業處於大變革時代，需要快速創新整合，而工業機器人作為一種高新技術，是推動產業發展的重要支持手段。作為工業機器人中用作執行單元，伺服電機是影響工業機器人工作性能的主要因素。因此，在國內工業機器人技術的自主研發方面，我國還需加大對關鍵技術的投入和研發，提高零部件自給率，整合現有研發資源，儘快形成一批技術研發實驗室、工程中心、企業技術中心、整機及關鍵零部件檢測中心等，同時，培育自主知識產權品牌，將國內工業機器人產業做大做強。