作為工業(yè)機器人必不可少的關(guān)鍵零部件——伺服系統(tǒng)是以變頻技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)展起來的產(chǎn)品，它通常由伺服電機以及伺服驅(qū)動器組成。伺服系統(tǒng)除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

　　機器人電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)是利用各種電動機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構(gòu)。

　　對工業(yè)機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的電動機，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應(yīng)時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服電動機在工業(yè)機器人中應(yīng)用的先決條件。

　　機器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的要求非常嚴(yán)格，首先就是快速響應(yīng)性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電動機的機電時間常數(shù)的大小來說明伺服電動機快速響應(yīng)的性能。其次，起動轉(zhuǎn)矩慣量比大。在驅(qū)動負(fù)載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。第三，控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電動機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比。隨后，調(diào)速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。當(dāng)然，為了配合機器人的體形，伺服電機必須體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。最后就是能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受數(shù)倍過載。

　　交流伺服電動機驅(qū)動器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。一般情況下，同步式交流伺服電動機驅(qū)動器通常采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內(nèi)環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對三相永磁同步伺服電動機的電流控制

　　歷史與現(xiàn)狀

　　20世紀(jì)70年代，隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，伺服系統(tǒng)從直流轉(zhuǎn)向交流并在國外得到飛速的發(fā)展。這個時候，有部分知名品牌脫穎而出站在伺服界的世界舞臺，如日本的松下、三菱、安川、山洋，德國的西門子等等。

　　由于我國在伺服系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展較晚難以與國外品牌競爭，直到2000年，中國加入WTO，中國企業(yè)在吸取國外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗的前提下，開始自主研發(fā)伺服系統(tǒng)。至此，中國的伺服系統(tǒng)的市場份額有所提高。到了2011年市場容量60多億元，比上年增長22.0%。2012年，由于國際經(jīng)濟(jì)的影響以及國內(nèi)供求問題導(dǎo)致伺服市場下滑14.9%。直到2013年下半年，伺服市場才開始逐步回暖，上升幅度在5%左右?，F(xiàn)在中國的伺服系統(tǒng)市場仍由國外企業(yè)占據(jù)大半壁江山。而一批國內(nèi)企業(yè)也在激烈的市場競爭中逐漸成長起來。

　　國內(nèi)最具潛力廠商

　　臺達(dá)

　　臺達(dá)集團(tuán)為世界第一的開關(guān)電源供應(yīng)器與風(fēng)扇產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)廠商，并且在多項產(chǎn)品領(lǐng)域亦居世界級的領(lǐng)導(dǎo)地位，其中包括提供電源管理的整體解決方案、視訊顯示器、工業(yè)自動化、網(wǎng)絡(luò)通訊產(chǎn)品與可再生能源相關(guān)產(chǎn)品。臺達(dá)優(yōu)秀的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力來自于擁有各種精良測試儀器與設(shè)備的研發(fā)團(tuán)隊。臺達(dá)的研發(fā)中心擁有各式先進(jìn)的研發(fā)設(shè)備，包括電腦輔助設(shè)計系統(tǒng)，可運用于線路模擬、機構(gòu)設(shè)計和電路板配置。同時臺達(dá)也建設(shè)多間測試房，可進(jìn)行各種精密控制的實驗室。此外，臺達(dá)還有各種可控制溫度與濕度的實驗室可進(jìn)行各項產(chǎn)品可靠度與信賴性測試。近年來，臺達(dá)已成功地研發(fā)出具備高密度與高效能的通訊設(shè)備用電源供應(yīng)器、具備先進(jìn)控制接口的不間斷電源系統(tǒng) 、電腦網(wǎng)絡(luò)組件、各項配備優(yōu)良軟件控制的產(chǎn)品及微型顯像投影。

　　臺達(dá)ASDA交流伺服驅(qū)動器以掌握核心的電子技術(shù)為基礎(chǔ)，針對不同應(yīng)用機械的客戶需求進(jìn)行研發(fā)；提供全方位的伺服系統(tǒng)產(chǎn)品。主要的伺服系統(tǒng)產(chǎn)品有ASDA-A2系列、ASDA-B2系列、ASDA-M系列。全系列產(chǎn)品之控制回路均采用高速數(shù)字信號處理器(DSP)，配合增益自動調(diào)整、指令平滑功能的設(shè)計以及軟件分析與監(jiān)控，可達(dá)到高速位移、精準(zhǔn)定位等運動控制需求。

　　評價：臺達(dá)伺服已然成為最大的華人自主品牌，臺達(dá)功能強大，方便靈活的伺服產(chǎn)品可適應(yīng)各行業(yè)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。其簡單的配線，多種控制模式，即使初次使用的用戶也可以快速的搭建自己的高精度，高響應(yīng)的系統(tǒng)來。簡潔的操作面板，可以讓客戶實現(xiàn)快速參數(shù)設(shè)置及監(jiān)控。強大的調(diào)機軟件讓客戶配置出滿足自己獨特要求，高效的系統(tǒng)成為可能。智能型伺服還具有靈活的Pr功能，可實現(xiàn)總線控制，獨特的電子凸輪功能，全閉環(huán)功能，龍門同動功能，都為客戶提供了很好的工具，大大節(jié)省開發(fā)周期，為客戶快速搶占市場提供了保障。

　　翡葉

　　上海翡葉動力科技有限公司位于上海市松江區(qū)，是集電動機產(chǎn)品的研發(fā)、制 造和銷售于 體的專業(yè)化公司，該公司的核心產(chǎn)晶是工業(yè)控制電機（－相交流永 磁同步電機、交流異步伺服電機、變頻電機等)，廣泛應(yīng)用在注塑、印刷、包裝、紡織等行業(yè)。同時，翡葉動力也在積極擴張當(dāng)中，在安徽蕪湖機器人產(chǎn)業(yè)園新投資設(shè)立的伺服電機工廠正在建設(shè)中。2013 年其伺服電機在機器人行業(yè)中的銷量大約在 1000 臺左右，主要客戶為安徽埃夫特（700 臺)和上海新時達(dá)（300 臺)。

　　翡葉動力的主要伺服產(chǎn)品為高動態(tài)同步伺服電機系列(5FSN)、 大慣量同步伺服電機系列(5FSR)、大扭矩、低速直驅(qū)電機系列(5FSD)。翡葉動力只生產(chǎn)伺服電機，不生產(chǎn)伺服驅(qū)動器，公司和貝加萊長期戰(zhàn)略合作，配合使用貝加萊的伺服驅(qū)動器。

　　評價：作為一家剛剛成立不久的伺服電機廠家，取得如此成績，實屬不易。翡葉的產(chǎn)品性能及高，功能強大，5FS三項同步伺服電機就具有多樣化的反饋系統(tǒng)、多規(guī)格的編碼器以及旋轉(zhuǎn)變壓器，平滑的表面，全進(jìn)口連接器保證電源和信號的可靠連接，接頭處可旋轉(zhuǎn)，為接線提供最大的靈活性，另外還有多種冷卻方式等特點，保障電機穩(wěn)定運行。

　　廣州數(shù)控

　　廣州數(shù)控設(shè)備有限公司（廣州數(shù)控、GSK）中國南方數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地，國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的專業(yè)成套機床數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商。公司秉承科技創(chuàng)新，以核心技術(shù)為動力，以追求卓越品質(zhì)為目標(biāo)，以提高用戶生產(chǎn)力為先導(dǎo)，主營業(yè)務(wù)有：數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、伺服電機、工業(yè)機器人、精密數(shù)控注塑機研發(fā)生產(chǎn)，數(shù)控機床連鎖營銷、機床數(shù)控化工程，數(shù)控高技能人才培訓(xùn)。

　　廣州數(shù)控是國內(nèi)最大的機床數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)基地、科研開發(fā)人員800多人、年投入科研經(jīng)費占銷售收入8%以上，年新產(chǎn)品收入占總銷售的75%以上。廣州數(shù)控?fù)碛袊鴥?nèi)一流的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，年產(chǎn)銷數(shù)控系統(tǒng)連續(xù)13年全國第一，占國內(nèi)同類產(chǎn)品市場的1/2份額。公司科學(xué)規(guī)范的質(zhì)量控制體系保證每套產(chǎn)品合格出品。

　　廣州數(shù)控的GH系列總線式交流伺服驅(qū)動單元（總線式高精高速全數(shù)字式交流伺服驅(qū)動單元），是基于GSK-Link以太網(wǎng)總線協(xié)議最新研發(fā)的系列伺服驅(qū)動單元，以高速DSP+FPGA+智能IPM模塊為硬件平臺，采用FOC控制算法實現(xiàn)電機控制，為帶有絕對式編碼器的交流伺服同步電機提供良好及可靠的驅(qū)動控制。

　　廣州數(shù)控的ZJY系列主軸伺服電動機采用進(jìn)口高精度軸承和轉(zhuǎn)子高精度動平衡工藝，確保電機運行在最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠、振動小、噪聲低， 采用高速、高精度光電編碼器，與高性能驅(qū)動器配合可作高精度速度和位置控制。

　　評價：廣數(shù)的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用進(jìn)口高精度軸承和轉(zhuǎn)子高精度動平衡工藝，確保電機運行在最高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠、振動小、噪聲低， 采用高速、高精度光電編碼器，與高性能驅(qū)動器配合可作高精度速度和位置控制，耐沖擊，壽命長，性能價格比高，并且已在廣數(shù)自主研發(fā)的機器人上使用。

　　南京埃斯頓

　　南京埃斯頓自動化公司成立于1993年，是國內(nèi)高端智能機械裝備及其核心控制和功能部件制造業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)之一。

　　南京埃斯頓機器人工程有限公司作為埃斯頓自動化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的新興產(chǎn)業(yè)，將以推動中國工業(yè)機器人民族產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)，充分發(fā)揮公司已有交流伺服產(chǎn)品，控制系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)和成本優(yōu)勢，拓展下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，開發(fā)自主核心控制技術(shù)和高性價比的系列化工業(yè)機器人產(chǎn)品及成套設(shè)備，致力于工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)?；蛧a(chǎn)化，爭取通過數(shù)年的努力，建立一個具有國際知名度的埃斯頓工業(yè)機器人品牌和業(yè)界著名公司，成為公司繼鍛壓自動化產(chǎn)品線，電液伺服產(chǎn)品線，交流伺服及運動控制產(chǎn)品線后的第四條公司產(chǎn)品線，為公司下幾年的高速發(fā)展集聚新的推動力。

　　埃斯頓機器人公司現(xiàn)擁有一支高水平的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊，具有與世界工業(yè)機器人技術(shù)同步發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢；公司已經(jīng)擁有全系列工業(yè)機器人產(chǎn)品，包括六軸通用機器人、四軸碼垛機器人、SCARA機器人、DELTA機器人、伺服機械手、智能成套設(shè)備系列，其中標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機器人規(guī)格從6kg到300kg，應(yīng)用領(lǐng)域包括焊接、機械加工、搬運、裝配、分揀、噴涂等領(lǐng)域的智能化生產(chǎn)。同時，公司已經(jīng)建立擁有一支強大的工業(yè)機器人工程應(yīng)用設(shè)計團(tuán)隊，致力于客戶價值最大化，為客戶提供工業(yè)機器人應(yīng)用完整解決方案。

　　埃斯頓的伺服產(chǎn)品主要有EDB/EDC系列、ProNet系列：EDB/EDC系列的伺服產(chǎn)品采用電流前饋控制、速度觀測和慣量感測器等功能，借助于這些新的功能，使得響應(yīng)性能大大提高；并且增加了控制模式切換功能，通過設(shè)定合理的切換調(diào)節(jié)，可以有效的減少超調(diào)量和調(diào)整時間。

　　ProNet系列的響應(yīng)性能比以往提高了五倍，能夠在線實時檢測負(fù)載慣量，隨時調(diào)整增益以達(dá)到很好的控制效果。適配17位串行編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器，從而明顯地提高定位精度及低速性能。同時，具有擴展模塊接口，可選配DP100模塊，支持Profibus-DP現(xiàn)場總線，并可支持絕對值編碼器。

　　評價：南京埃斯頓的伺服產(chǎn)品已經(jīng)能和日系伺服持平，但價格卻要比它們都低很多。目前，埃斯頓在國內(nèi)伺服市場已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)钠放朴绊懥?，公司未來技術(shù)研發(fā)的重點是：提升數(shù)控系統(tǒng)實時控制技術(shù)和安全控制技術(shù)、高性能智能化交流伺服控制技術(shù)、基于交流伺服系統(tǒng)的運動控制技術(shù)、高性能電液伺服控制和混合傳動技術(shù)，以及工業(yè)機器人及成套設(shè)備智能化技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)。同樣，埃斯頓的交流伺服產(chǎn)品也應(yīng)用在其工業(yè)機器人產(chǎn)品上，性能良好，廣受好評。

　　華中數(shù)控

　　武漢華中數(shù)控股份有限公司創(chuàng)立于1994年，注冊資本1.0783億元，是首批國家級“創(chuàng)新型企業(yè)”、全國機械工業(yè)先進(jìn)集體、中國機床工具協(xié)會副理事長、數(shù)控系統(tǒng)分會理事長單位、全國機床數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)委會秘書長單位。已獲得國家科技進(jìn)步二等獎1項、省部級科技進(jìn)步一等獎4項，有9項產(chǎn)品被評為國家級重點新產(chǎn)品，華中數(shù)控系統(tǒng)被列入首批自主創(chuàng)新產(chǎn)品目錄。

　　華中數(shù)控的伺服電機產(chǎn)品有：ST系列總線式交流永磁同步伺服電機、GK6電機、GM7主軸電機，目前已經(jīng)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)， 成為目前國內(nèi)唯一擁有成套核心技術(shù)自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。ST系列總線式交流永磁同步伺服電機與國內(nèi)外驅(qū)動器匹配廣泛地應(yīng)用于機械、紡織、印刷、包裝及自動化等各種行業(yè)；GK6系列交流伺服電機與伺服驅(qū)動裝置配套后構(gòu)成的交流伺服系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于機床、紡織、印刷、建材等領(lǐng)域；GM7系列交流伺服主軸電機可與國內(nèi)外各類高、中、低檔交流伺服主軸驅(qū)動模塊配套，進(jìn)行閉環(huán)控制運行、可以獲得與配套普通交流變頻電機完全不同的優(yōu)異特性、廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、建材、塑機、紡織、輕工機械、冶金、輸送線等需要應(yīng)用交流伺服主軸的場合。

　　華中數(shù)控的伺服驅(qū)動產(chǎn)品有：HSV-180AS全數(shù)字交流伺服主軸驅(qū)動單元、HSV-180AD全數(shù)字交流伺服進(jìn)給驅(qū)動單元、HSV-160B+系列伺服驅(qū)動單元、HSV-160U系列交流伺服驅(qū)動單元、HSV-180U系列交流伺服驅(qū)動單元、HSV-180D數(shù)字交流伺服進(jìn)給驅(qū)動裝置、HSV-162A全數(shù)字交流雙軸伺服驅(qū)動單元、HSV-160B全數(shù)字交流伺服驅(qū)動單元，產(chǎn)品豐富。

　　評價：除了上述的產(chǎn)品，華中數(shù)控還自主開發(fā)紅外熱像儀方面的技術(shù)，形成紅外測溫軟件平臺等９項產(chǎn)品。這些技術(shù)和產(chǎn)品支撐了華中數(shù)控的市場營銷，受到廣大用戶的歡迎，獲得了很好的市場回報，華中數(shù)控獨立擁有以上技術(shù)和產(chǎn)品的所有權(quán)，這也為華中數(shù)控自主研發(fā)的機器人投產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)。

　　發(fā)展趨勢

　　數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，用戶對伺服驅(qū)動技術(shù)的要求越來越高?？偟膩碚f，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢可以概括為以下幾個方面：

　　1.集成化

　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關(guān)頻率很高的新型功率半導(dǎo)體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護(hù)及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中。同一個控制單元，只要通過軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，就可以改變其性能，既可以使用電機本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以外接外部傳感器如位置、速度、力矩傳感器等，構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化顯著地縮小了整個控制系統(tǒng)的體積。

　　2. 智能化

　　目前伺服內(nèi)部控制核心大都采用新型高速微處理器和專用數(shù)字信號處理機（DSP），從而實現(xiàn)完全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)數(shù)字化是其實現(xiàn)智能化的前提條件。伺服系統(tǒng)的智能化表現(xiàn)在以下幾個方面:系統(tǒng)的所有運行參數(shù)都可以通過人機對話的方式由軟件來設(shè)置；其次它們都具有故障自診斷與分析功能；以及參數(shù)自整定的功能等。眾所周知，閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定是保證系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，也是需要耗費較多時間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運行，自動將系統(tǒng)的參數(shù)整定出來，并自動實現(xiàn)其最優(yōu)化。

　　3. 網(wǎng)絡(luò)化

　　伺服系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是綜合自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)?，F(xiàn)場總線現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在伺服系統(tǒng)之間、伺服系統(tǒng)和其它外圍設(shè)備如人機界面HMI、可編程控制器PLC等信息交互傳輸。現(xiàn)場總線有如下幾個類型FF；ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet、CAN等。這些通訊協(xié)議都為多軸實時同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驅(qū)動器集成進(jìn)去，從而使伺服系統(tǒng)達(dá)到了分布、開放、互聯(lián)以及高可靠性。

　　4. 簡易化

　　這里所說的“簡”不是簡單而是精簡，是根據(jù)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(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益，且通過精簡一些元器件，減少了資源的浪費從而利于環(huán)保。這里所說的“易”是指，伺服系統(tǒng)的軟件編程及操作是從用戶角度出發(fā)開發(fā)設(shè)計，力求簡單易行，使用戶調(diào)試時只需簡單。

　　正式因為很多有遠(yuǎn)識的國產(chǎn)廠商（如匯川技術(shù)、英威騰等）加大研發(fā)力度提升其產(chǎn)品的性能，進(jìn)而擴大其品牌的號召力，國產(chǎn)伺服廠商改變進(jìn)口壟斷格局將指日可待。有數(shù)據(jù)顯示，未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，仍將保持20%以上的增長速度，至2015年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)市場規(guī)模有望突破100億元，其中，國產(chǎn)伺服產(chǎn)品的市場占有率將達(dá)到40%左右。