伺服电机的新机遇和新挑战——新型机器人

2020-04-16 15:21

伺服电机在整个伺服系统中属于执行元件的一环，在工业上已经应用了多年，实现了各领域工控场合中机械的运动。而近年来国家对工业机器人的大力发展，使得伺服电机的发展空间更上一层楼，而新的发展机遇也同时会带来新的挑战。而日渐成熟的伺服驱动技术和新挑战又会迸发出怎样的工业火花，我们一一来看。

近来，工业和信息化部、国家发展改革委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划(2016-2020年)》，指出了六种现如今需要开发的机器人，我们从其中的三种来分析新型机器人对于伺服电机的要求，从而推断出未来伺服电机的趋势。

弧焊机器人：

焊接机器人在我国已经应用了多年，特别是在汽车制造领域得到了广泛的应用。而在弧焊机器人方面，与其说要加快弧焊机器人整机的发展，其实是看中了弧焊机器人一系列的内部系统集成：焊接路径规划和自适应跟踪技术、专用数字化焊接电源技术及焊接参数自调节技术（专家系统）、离线编程及遥控技术、多机器人协调控制技术、机器人控制系统和外部轴适应技术、自动化焊接过程的信息采集技术等都体现出了弧焊机器人在设备智能化上的优势。

所以，对于伺服电机来说，数字化是弧焊机器人需要的技术：以电子器件为主的伺服控制单元将被使用新型高速微处理器和专用数字信号处理机的完全取代，进而促进伺服系统的全数字化。实现完全数字化，对实现软件伺服控制十分有利，而使得现代控制理论的模糊控制、神经元网络、人工智能、控制等先进算法能应用于伺服系统。再有，弧焊机器人和别的焊接机器人一样，需要长时间的连续工作，故而需要伺服电机能够长时间进行负载工作，并且需要比较高的热容量来承受长时间负载所产生的热量，特别是接近焊头的伺服电机，除了高热容量，高耐性，当然还有要求之外，防止粉尘进入的封闭设计也是必要的。

真空机器人：

真空机器人应用在半导体行业，主要用于实现晶元在真空腔室内的传输。而半导体技术主要是应用在集成电路，而集成电路又是智能发展的重要步骤，所以，真空机器人是半导体发展的必要设备。而在IC生产中，不允许出现稍微的差错的原因就是因为需要处理比芯片还要微小的晶元，一步错步步错，并且难以发现。所以不管对于真空机器人的整机还是对于其部件来说，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电机是比步进电机。而微型化使伺服单元输出回路的功耗有所下降，系统的反映速度也有所加强，消除工作噪声。

全自主编程智能工业机器人：

全自主编程智能工业机器人的特点就是在智能上，其自主的编程意识能够让其适应多种工作，而它的部件，包括伺服电机，无疑也会围绕一个特点，也就是智能。目前所有工业控制设备发展的大趋势就是智能化，而伺服驱动系统作为一种工业控制装置也不可避免。智能型产品是如今的信息化伺服控制单元的设计形式。而具体是哪方面的智能，根据不同的行业和领域所要求伺服电机的智能化方向也不一样，加上国家目前也没有一个具体的规划和政策，伺服电机智能化具体目标也尚未明确，但方向是不会变的。

再有，如图中所示，如果未来的智能机器人是人型的形态去设计的，要让机器人站起来，对于机器人“关节”处的伺服电机来说，瞬时响应以及瞬时高负载是必不可少的条件。不单只是人型机器人，不管是当今任何一款工业机器人高响应和瞬时负载都有着不同的要求，而且运行时的高转速也越来越重要。

从上面总结的挑战来看，除了高精度，高耐性，瞬时响应，瞬时超负载等常规要求外，伺服电机数字化、微型化、智能化是未来为了迎合新型机器人而产生的新趋势。除此之外，为了让伺服驱动系统拥有更多功能的集成化，能够在条件下工作的抗干扰性，以及贴合工业物联网发展的模块化和网络化等相关概念已经开始浮现并在一定程度上得以实施。可以看出，在伺服电机方面人们对它的期望是一个高度。我们也将在这种概念下迎来更高品质的生活质量。

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