伺服系統(tǒng)受機(jī)器人產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng),千億市場(chǎng)藍(lán)海正“觸手可及”

時(shí)間:2016-08-12

來(lái)源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):伺服控制是一個(gè)整體的系統(tǒng)和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器等。系統(tǒng)集成商根據(jù)客戶(hù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)編程、輔件組裝、安裝調(diào)試等工作,業(yè)務(wù)量通常是核心部件的2—2.5倍。

近日,匯川技術(shù)公布了2016上半年財(cái)報(bào)關(guān)鍵數(shù)據(jù):實(shí)現(xiàn)收入14.65億元,同比增長(zhǎng)31.75%;歸屬股東凈利潤(rùn)3.89億元,同比增長(zhǎng)17.7%,對(duì)應(yīng)當(dāng)前股本下EPS0.24元。

其中最大的看點(diǎn)是,匯川技術(shù)業(yè)績(jī)高增長(zhǎng)主要由新能源汽車(chē)電機(jī)控制器、通用伺服系統(tǒng)、通用變頻器等產(chǎn)品貢獻(xiàn)。專(zhuān)用伺服、通用伺服系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入8666萬(wàn)元(+17%)和1.44億元(+40%),可以說(shuō)伺服系統(tǒng)占據(jù)了其業(yè)績(jī)“半邊天”。

伺服系統(tǒng)作為工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分,隨著近年來(lái)工業(yè)機(jī)器人、電子制造設(shè)備等產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張,伺服系統(tǒng)在新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用規(guī)模也將加快。當(dāng)前伺服控制的產(chǎn)品+系統(tǒng)集成市場(chǎng)約650億元,到2020年有望翻一倍達(dá)到超1300億元的規(guī)模。

伺服控制是一個(gè)整體的系統(tǒng)和解決方案,核心部件包括控制器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器等。系統(tǒng)集成商根據(jù)客戶(hù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)編程、輔件組裝、安裝調(diào)試等工作,業(yè)務(wù)量通常是核心部件的2—2.5倍。

那么伺服系統(tǒng)究竟有哪些要素構(gòu)成呢?

伺服系統(tǒng)主要由伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)組成,交流伺服系統(tǒng)主要有三種控制模式:

1、工作的位置控制模式時(shí)的系統(tǒng)

當(dāng)交流伺服系統(tǒng)工作在位置控制模式時(shí),能精確控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù),因此可以精確控制執(zhí)行部件的移動(dòng)距離,即可對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)定們控制;

2、工作在速度控制模式時(shí)的系統(tǒng)

當(dāng)交流伺服系統(tǒng)工作在速度控制模式時(shí),伺服驅(qū)動(dòng)器無(wú)需輸入脈沖信號(hào)也可正常工作,故可取消伺服控制器,此時(shí)的伺服驅(qū)動(dòng)器類(lèi)似于變頻器

3、工作在轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí)的系統(tǒng)

當(dāng)交流伺服系統(tǒng)工作在轉(zhuǎn)矩控制模式時(shí),伺服驅(qū)動(dòng)器無(wú)需輸入脈沖信號(hào)也可正常工作,故可取消伺服控制器,通過(guò)操作伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入電位器,可以調(diào)節(jié)伺服電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩(又稱(chēng)扭矩,即轉(zhuǎn)力)

從市占率來(lái)看,目前國(guó)外伺服企業(yè)在我國(guó)的市場(chǎng)占有率達(dá)75%。其中,日本品牌占比為50%;歐美品牌占比達(dá)25%。而國(guó)產(chǎn)品牌只占據(jù)了20%左右的市場(chǎng)份額。伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo)永遠(yuǎn)都是先進(jìn)性比較的首要因素。而國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品很多連基本要求都尚未達(dá)到,所以國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)仍由國(guó)外企業(yè)占據(jù)大半壁江山,國(guó)產(chǎn)伺服任重而道遠(yuǎn),還需努力追趕。

作為當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域最火爆的工業(yè)機(jī)器人,伺服系統(tǒng)正是其核心零部件之一。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)和自動(dòng)化產(chǎn)品主要涉及伺服電機(jī)、減速機(jī)、控制器和傳感器等。目前,機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)離不開(kāi)伺服系統(tǒng),關(guān)節(jié)越多,機(jī)器人的柔性和精準(zhǔn)度越高,所要使用的伺服電機(jī)的數(shù)量就越多。機(jī)器人對(duì)伺服系統(tǒng)的要求較高,必須滿(mǎn)足快速響應(yīng)、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大、調(diào)速范圍寬,要適應(yīng)機(jī)器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運(yùn)行等條件,且需要高可靠性和穩(wěn)定性。目前,工業(yè)機(jī)器人使用的較多的是交流伺服系統(tǒng)。

近年來(lái),工業(yè)自動(dòng)化水平的提高以及機(jī)器人技術(shù)的普及,伺服系統(tǒng)將隨著機(jī)器人銷(xiāo)量的持續(xù)提升得到放量。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2012-2015年亞洲機(jī)器人銷(xiāo)量年均增長(zhǎng)15%,遠(yuǎn)高于美洲和非洲6%的增長(zhǎng)速度。2015年,亞太地區(qū)工業(yè)機(jī)器人銷(xiāo)售超過(guò)14萬(wàn)臺(tái)。2014年中國(guó)、日本、韓國(guó)和泰國(guó)的工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量占亞洲地區(qū)總量的75%。分別在全球排名第一、第二、第四和第八位。這其中,伺服系統(tǒng)成本在工業(yè)機(jī)器人占比高達(dá)24%,僅次于減速機(jī)。

伺服電機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng),減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng),其終端(輸出端)帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測(cè),該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板,控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號(hào)比較,產(chǎn)生糾正脈沖,并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng),使齒輪組的輸出位置與期望值相符,令糾正脈沖趨于為0,從而達(dá)到使伺服電機(jī)精確定位的目的。

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

一般來(lái)說(shuō),伺服電機(jī)在選型上需要以下計(jì)算數(shù)據(jù):

一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認(rèn)。

二、電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩的計(jì)算。

三、計(jì)算負(fù)載慣量,慣量的匹配,安川伺服電機(jī)為例,部分產(chǎn)品慣量匹配可達(dá)50倍,但實(shí)際越小越好,這樣對(duì)精度和響應(yīng)速度好。

四、再生電阻的計(jì)算和選擇,對(duì)于伺服,一般2kw以上,要外配置。

五、電纜選擇,編碼器電纜雙絞屏蔽的,對(duì)于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對(duì)值編碼器是6芯,增量式是4芯!

未來(lái)幾年,從產(chǎn)品上看,伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)以及編碼器等高精尖類(lèi),預(yù)計(jì)將保持20%以上的市場(chǎng)增速;工業(yè)機(jī)器人的快速增長(zhǎng)將程度上刺激伺服電機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展,預(yù)計(jì),未來(lái)五年,我國(guó)伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級(jí)的影響,將保持較快增長(zhǎng),國(guó)產(chǎn)替代空間還很大,伺服系統(tǒng)千億市場(chǎng)藍(lán)海正變得“觸手可及”!

(本文綜合百度百家、高工機(jī)器人、中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)傳動(dòng)論壇資料,由中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)整編而成)

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