自從德國提出工業4.0之后，中國也提出了“中國制造2025”規劃，隨著中國自動化步伐的加快，未來中國將成為超級機器人大國，工業機器人需求量大大增長。然而在工業機器人高增長刺激下，其控制系統和自動化主要產品伺服電機發展之路必將發生改變，伺服電機作為工業機器人的動力系統以及機器人運動的“心臟”，未來出路在哪里？

2015-2019年全球工業機器人伺服電機行業報告。

報告顯示，2013年開始，中國成為世界最大的工業機器人市場，2014年銷量飆升到全球伺服電機銷量的55%。預計到2019年，中國市場對伺服電機的需求將達到182，000臺。

工業機器人的快速增長已經在一定程度上刺激了伺服電機市場的發展。按ResearchandMarkets的測算，90%的工業機器人使用伺服電機，同時，每個工業機器人裝配的伺服電機都是平均量，那么2014年中國所增加的對伺服電機的需求在231，000臺。而這個數字在2019年將有望達到737，000臺。

目前，在中國工業機器市場，85%的伺服電機是外資品牌，而本土企業，大多數仍處于研制試驗階段，幾乎沒有工業化的工業機器人伺服電機。

工業機器人與伺服電機的共存關系

伺服電機一般安裝在機器人的“關節”處，機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，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。

機器人對關節驅動電機的要求非常嚴格，因而對電動伺服驅動系統的要求也很嚴格，主要有以下幾個方面：

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，調速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調速范圍。

4）體積小、質量小、軸向尺寸短，以配合機器人的體形。

5）能經受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行。

另外，由于國產伺服電機有待升級，導致國產機器人發展困難。國產伺服電機目前的現狀是，小的不小，大的不大！這個怎么理解呢？小功率伺服電機，小型化不行，普遍偏長，比如輕載機器人常用的200W和400W伺服電機，目前松下的A6、安川的Σ7電機短小精致。

反觀國產伺服，普遍較長，外觀粗糙。這在一些高檔的應用上不行，尤其是在輕載6kg左右的桌面型機器人上，由于機器人手臂的安裝空間非常狹小，對伺服電機的長度有嚴格要求。

其次是信號接插件的可靠性一直飽受詬病。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。

伺服電機的另一個核心技術是高精度的編碼器，尤其機器人上用的多圈絕對值編碼器，嚴重依賴進口。沒有實現國產化，是制約我國高檔伺服系統發展的很大瓶頸。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?？v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！

目前國內的伺服電機OEM廠家根據市場份額，大多是仿制日系伺服電機設計，功率多在3kw以內，以中小功率為多。而5.5-15kw的中大功率伺服沒有，導致有些設備上的應用，由于沒有一臺大功率的伺服電機和驅動配套，而被迫放棄掉整個系統。

總結下來，日系伺服系統的發展模式是分層協同發展，整體性能優異，與日本的機器人發展很相似。在中國是做電機的做電機、做編碼器的做編碼器、做驅動的做驅動，沒有協同聯合，導致伺服電機和驅動系統整體性能難以做好。

其次是伺服系統缺失基礎性研究，包括絕對值編碼器技術、高端電機的產業化制造技術、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。這些都需要機器人行業的核心零部件企業去完善。

以下是為初學者大致講一下制作機器人常用的各種電機：

電機，俗稱“馬達”，是指依據電磁感應定律實現電能的轉換或傳遞的一種電磁裝置。電動機也稱(俗稱馬達)，在電路中用字母“M”(舊標準用“D”)表示。它的主要作用是產生驅動轉矩，作為用電器或各種機械的動力源，發電機在電路中用字母“G”表示。

普通電機

普通電機是我們平時間的比較多的電機，電動玩具，刮胡刀等里面都有。這種電機有轉速過快，扭力過小的特點，一般只有兩個引腳，用電池的正負極接上兩個引腳就會轉起來，然后電池得正負極再相反的接在兩引腳上電機也會向反轉。

玩具車上的普通電機

減速電機

減速電機就是普通電機加上了減速箱，這樣便降低了轉速，增加了扭力，使得普通電機有的更廣泛的使用空間。

微型齒輪減速電機

步進電機

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機

舵機

舵機主要是由外殼、電路板、無核心馬達、齒輪與位置檢測器所構成。其工作原理是由接收機發出訊號給舵機，經由電路板上的IC判斷轉動方向，再驅動無核心馬達開始轉動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經到達定位。位置檢測器其實就是可變電阻，當舵機轉動時電阻值也會隨之改變，藉由檢測電阻值便可知轉動的角度。

廠商所提供的舵機規格資料，都會包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、測試電壓(V)及重量(g)等基本資料。扭力的單位是kg/cm，意思是在擺臂長度1公分處，能吊起幾公斤重的物體。這就是力臂的觀念，因此擺臂長度愈長，則扭力愈小。速度的單位是sec/60°，意思是舵機轉動60°所需要的時間。

伺服電機又稱執行電動機，在自動控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服電機

伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環，如此一來，系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。

直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便(換碳刷)，產生電磁干擾，對環境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業和民用場合。

總之，機遇工業機器人由于伺服電機兩者之間密不可分的關系，如何提升機器人伺服電機的響應性能，不斷突破技術瓶頸，是提升產業發展的關鍵。

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（本文由中國傳動網整理發布，部分資料來源于OK智能制造、OFweek工控網、圖片來源于網絡）