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伺服驱动技术的发展是工业机器人技术发展的

发布时间:2019-10-20 12:57:27

伺服驱动技术的发展是工业机器人技术发展的关键

工业机器人核心部件大家都很清楚,近年来伺服电机技术发展,以国外的西门子,还有奔驰,美国的一些企业为主流,推出一系列产品,目前的技术进展,最近这几年从理论上来说没有新的突破,主要还是落实在具体的结构设计、制造工艺,在技术上大大降低损耗,提高密度。这种技术,目前国内外都有,但是,有些工业比较落后的企业达不到这个水平。

就电机本身来说我们如何提高它的密度,包括西门子等都采用斜槽或斜级,降低齿槽转矩,提高电机速度的平稳性,也会降低额定扭矩。

伺服电机技术进展(材料),现在材料目前国内电机里面的不可替代的一部分,必须使用最好的适应高温应用,我们国内目前的技术还是相当落后的,上周五去宁波一家公司了解这个事情,现在日本的技术已经非常成熟,利用到系统材料上面,我们国家现在还是实验性的基础阶段。至少比国外落后10年。

另外编码器技术,也是我们的瓶颈,我们电机的反馈编码器包括各种传感器,基本上都是采用国外进口的一些产品,包括SICK Stegmann,一个电机的产品,比如说价格3千,编码器可能占1千,利润其实大部分都是编码器里面,真正的电机本身利润很低的。在编码器技术里面,我比较推崇SICK的技术,就是采用一根反馈线,里面只有一个电源线集成一起的,一条电缆线就可以了,这样对我们整个系统的设计,对布线成本都是有很大帮助的。

最近几年从电机发展来说,我们可以看得到这几年有很大的发展,直驱、直线、集成式伺服电机,这些产品有它很重要的应用背景,比如说直驱电机,这种电机确实很好,它去掉传统部件,大大提高我们整个系统的应用特性。这几年有很多的尝试,这可能有些概念的误区,因为直驱电机,要达到同样的扭矩,直驱电机的体积增大,因为扭矩密度跟体积成正比的。直线电机,它必须用更好的反馈元件,才可获得高的定位精度。

直线电机,无背隙、高动态响应,在高精度雕铣(高光机),激光加工、精密定位平台等领域。

对于前几年有些热的集成式伺服电机,其实有很大的问题,存在发热问题,必须降低使用,不适合重载机器人应用。比较适合在小功率的人工协作机器人上应用。

总体来说,对于集成的伺服电机,我在美国曾经研究过这个电机,同时也产品化,但是销售情况不尽如人意,从2011年底推上市场,没有超过1千台,但这个概念是好的。

刚才清能德创的汤总也谈到很多伺服领域的事情,国内新时达等等一些企业也做很多好的产品,但是总体来说我们跟国外还是有一些差距。不是说我们伺服本身的差距,其实还是核心技术的差距,我们现在用的伺服总芯技术,它所有的标准,所有的定义没有一个是我们中国人定义的,全部是来自于欧洲和日本,比如说Ether CAT等等。

共目线结构体系,先进的控制算法,自适应振动抑制,自适应参数整定,齿槽转矩补偿,磁饱和控制,弱磁控制。

在安全功能方面,国内我们以前很少考虑安全的功能,SIL的安全功能,是欧美的启动器普遍采用的安全功能技术。

我这里列出来美国罗克韦尔的架构系统,目前有两种总线,为什么选择这两种主线呢,不加任何东西可以互联我的设备,Ether CAT它不是基于TCRP的架构的,但是它这两种是基于TCRP的架构,但缺点是实时性、速度不够快。Ether CAT满足我们机器人的应用没有问题的。

目前来说国内外不管是欧美,还是咱们国内的伺服系统,现在高端一点的都采用DSP或ARM+CPLD,实现模拟输入,反馈和电机控制算法等。这些不讲了,我们里面的东西基本上都是国外的一些产品,不知道大家有没有用过?DSP或ARM+CPLD,有没有用国产?现在也是我们致命的问题,技术的发展需要时间的积累,因为上午听了一下,觉得我们形势大好,其实不是这样的,其实我们形势很严峻。

在机械系统里面,其实存在多个多频振动的情况,当不同速度工作的情况下引起的振动,我觉得应该把这个功能做进去。

另外一个就是自适应适应增益参数,可实现惯量自适应辨识整定。这个东西不是那么容易做的,一定要有大量的数据,经验的积累,才能做到这一点,不是说改变一个参数,其实很危险的,往往会带来系统的不稳定,但是安川电机做到了。

为什么做磁饱和控制,对于电感来说它随着电流变化的,因为这个来源于什么?电源的变化,磁场的变化,对这个磁场进行控制,对于国内外一些驱动器了解一下,在这个方面做控制的也不多。

再说一下我们伺服驱动产品在国内的情况,其实也不是很悲观,现在从我们市场来说,从整体来说,欧美、日本,大概占到我们国内市场的75%,国产的话有25%,这个国产25%里面,还有12%是台湾的,其实我们真的国产的占比很少,一年中国卖1千多万的伺服系统,我们国产只占100多万,这是我们需要深思的。

同样反馈元件也是致命问题,95%以上的反馈元件都被欧美和日本垄断,工业机器人应用上,国产率基本为0%。

还有一个就是制动器,搞电机的都知道,我们要用制动器的话,搞一款国产的很难,找一款国内知名品牌更难,欧美的,KEB、Kendrion,在这儿不是宣传国外的产品,我们国内应该做这个产品,应该有企业发明这个产品,这样才能把伺服的上下游发展起来,能够真正做到跟国外竞争。

磁材方面,日本技术领先,超薄的硅钢片我们国家目前还制造不出,这也是我们技术的一个瓶颈。包括其他的一些绝缘材料等等,现在只好选择一些美国或者德国的,国内的总体性能差,它的伸缩长度是变化的,导致你的电机一次性差,要做好的电机没有办法,还是得用国外的产品。包括国外的也好,这些都是我们面临问题。

功率模块,这些技术我们都知道,在发展中。但是我们找不到国产,找MOSFET,或者找IPM,或者找东芝等等公司,我们国家其实做研究80年代就开始了,为何到现在没有产品?这也是我们从事这个行业令人心痛的事情。

从伺服驱动器来说,我们国家存在的差距很大,尤其是基础。经常听到人家说要弯道超车,我很反对的,没有精湛的技术怎么弯道超车?一定要加强基础研究,绝缘材料等等,其实可以发展很多新的企业,产业方向,控制芯片等等,我记得在清华大学上研究生的时候就在研究芯片,到现在这方面的发展也没有很大起色,我们国内产品系列化不多,机器人占整个行业的不到5%到8%,真正国内1千多万个,机器人能够占到10几万就不错了,也就是两三万台是国产的。从整个行业来说,像包装机械,一个企业用三四万套的驱动,这些市场基本被三菱和安川垄断。国内搞低价格竞争,其实这个对我们产业发展非常不利,这个事情政府应该好好考虑,市场不规范,也是影响这个产业发展的致命问题。我们国家的电气行业标准不应完全照搬欧美的,应该体现我们国家的一些技术发展。我们看到差距,也看到我们的发展,把我们核心零部件公司罗列出来,看到我们国家核心部件的企业也在发展,新时达、新松,虽然在困境中发展还是不错的。机器人在电机方面,真正用上机器人电机的,国产的实在太少,我们杭州桢正也是国产的,用在机器人身上的电机还是有一定的性能。

驱动器方面,我觉得清能德创做的还是值得尊重的,在这么困难的情况下做出来跟欧美媲美的,还是值得骄傲的,固高、新时达等等一些公司,固高它自己做了很多驱动器的工作,一体化的驱动器还是不错的,新时达也是不错的。减速器方面,绿的,振康还是不错的。

前面说了很多悲观的问题,下面介绍一些我们公司的情况,我们做了很多不同的产品,有低惯量伺服电机,也有大功率的伺服电机。

我们伺服电机在工业机器人上的应用方面,拥有4公斤到800公斤机器人的应用配置,低惯量伺服电机在Delta机器人上的应用,低惯量电动机,servomotor,用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

500毫米距离,80毫米高度的工作,可达170次/分钟。现在我们正在推广,我们推出来的产品是0.9NM(纳米)到45NM(纳米)上全覆盖。我们这个产品是针对机器人的一些客户,针对他们开发的。

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