從伺服驅動技術,看清與國外技術的差距
 
 
       2016年10月30日,中國國際機器人高峰論壇工業機器人分論壇上,杭州楨正機器人科技有限公司總經理兼首席技術官江思敏以《工業機器人關鍵技術,伺服驅動技術的發展》為題,分析了目前機器人核心零部件的國內外差距,同時也介紹了杭州楨正在伺服電機技術上做出的一些突破。以下是演講整理文字:
 
       工業機器人核心部件大家都很清楚,近年來伺服電機技術發展,以國外的西門子,還有奔馳,美國的一些企業為主流,推出一系列產品,目前的技術進展,最近這幾年從理論上來說沒有新的突破,主要還是落實在具體的結構設計、制造工藝,在技術上大大降低損耗,提高密度。這種技術,目前國內外都有,但是,有些工業比較落后的企業達不到這個水平。
 
       就電機本身來說我們如何提高它的密度,包括西門子等都采用斜槽或斜級,降低齒槽轉矩,提高電機速度的平穩性,也會降低額定扭矩。
 
       伺服電機技術進展(材料),現在材料目前國內電機里面的不可替代的一部分,必須使用最好的適應高溫應用,我們國內目前的技術還是相當落后的,上周五去寧波一家公司了解這個事情,現在日本的技術已經非常成熟,利用到系統材料上面,我們國家現在還是實驗性的基礎階段。至少比國外落后10年。
 
       另外編碼器技術,也是我們的瓶頸,我們電機的反饋編碼器包括各種傳感器,基本上都是采用國外進口的一些產品,包括SICKStegmann,一個電機的產品,比如說價格3千,編碼器可能占1千,利潤其實大部分都是編碼器里面,真正的電機本身利潤很低的。在編碼器技術里面,我比較推崇SICK的技術,就是采用一根反饋線,里面只有一個電源線集成一起的,一條電纜線就可以了,這樣對我們整個系統的設計,對布線成本都是有很大幫助的。
 
       最近幾年從電機發展來說,我們可以看得到這幾年有很大的發展,直驅、直線、集成式伺服電機,這些產品有它很重要的應用背景,比如說直驅電機,這種電機確實很好,它去掉傳統部件,大大提高我們整個系統的應用特性。這幾年有很多的嘗試,這可能有些概念的誤區,因為直驅電機,要達到同樣的扭矩,直驅電機的體積增大,因為扭矩密度跟體積成正比的。直線電機,它必須用更好的反饋元件,才可獲得高的定位精度。
 
       直線電機,無背隙、高動態響應,在高精度雕銑(高光機),激光加工、精密定位平臺等領域。
 
       對于前幾年有些熱的集成式伺服電機,其實有很大的問題,存在發熱問題,必須降低使用,不適合重載機器人應用。比較適合在小功率的人工協作機器人上應用。
 
       總體來說,對于集成的伺服電機,我在美國曾經研究過這個電機,同時也產品化,但是銷售情況不盡如人意,從2011年底推上市場,沒有超過1千臺,但這個概念是好的。
 
       剛才清能德創的湯總也談到很多伺服領域的事情,國內新時達等等一些企業也做很多好的產品,但是總體來說我們跟國外還是有一些差距。不是說我們伺服本身的差距,其實還是核心技術的差距,我們現在用的伺服總芯技術,它所有的標準,所有的定義沒有一個是我們中國人定義的,全部是來自于歐洲和日本,比如說EtherCAT等等。
 
       共目線結構體系,先進的控制算法,自適應振動抑制,自適應參數整定,齒槽轉矩補償,磁飽和控制,弱磁控制。
 
       在安全功能方面,國內我們以前很少考慮安全的功能,SIL的安全功能,是歐美的啟動器普遍采用的安全功能技術。
 
       我這里列出來美國羅克韋爾的架構系統,目前有兩種總線,為什么選擇這兩種主線呢,不加任何東西可以互聯我的設備,EtherCAT它不是基于TCRP的架構的,但是它這兩種是基于TCRP的架構,但缺點是實時性、速度不夠快。EtherCAT滿足我們機器人的應用沒有問題的。
 
       目前來說國內外不管是歐美,還是咱們國內的伺服系統,現在高端一點的都采用DSP或ARM CPLD,實現模擬輸入,反饋和電機控制算法等。這些不講了,我們里面的東西基本上都是國外的一些產品,不知道大家有沒有用過?DSP或ARM CPLD,有沒有用國產?現在也是我們致命的問題,技術的發展需要時間的積累,因為上午聽了一下,覺得我們形勢大好,其實不是這樣的,其實我們形勢很嚴峻。
 
       在機械系統里面,其實存在多個多頻振動的情況,當不同速度工作的情況下引起的振動,我覺得應該把這個功能做進去。
 
       另外一個就是自適應適應增益參數,可實現慣量自適應辨識整定。這個東西不是那么容易做的,一定要有大量的數據,經驗的積累,才能做到這一點,不是說改變一個參數,其實很危險的,往往會帶來系統的不穩定,但是安川電機做到了。
 
       為什么做磁飽和控制,對于電感來說它隨著電流變化的,因為這個來源于什么?電源的變化,磁場的變化,對這個磁場進行控制,對于國內外一些驅動器了解一下,在這個方面做控制的也不多。
 
       再說一下我們伺服驅動產品在國內的情況,其實也不是很悲觀,現在從我們市場來說,從整體來說,歐美、日本,大概占到我們國內市場的75%,國產的話有25%,這個國產25%里面,還有12%是臺灣的,其實我們真的國產的占比很少,一年中國賣1千多萬的伺服系統,我們國產只占100多萬,這是我們需要深思的。
 
       同樣反饋元件也是致命問題,95%以上的反饋元件都被歐美和日本壟斷,工業機器人應用上,國產率基本為0%。
 
       還有一個就是制動器,搞電機的都知道,我們要用制動器的話,搞一款國產的很難,找一款國內知名品牌更難,歐美的,KEB、Kendrion,在這兒不是宣傳國外的產品,我們國內應該做這個產品,應該有企業發明這個產品,這樣才能把伺服的上下游發展起來,能夠真正做到跟國外競爭。
 
       磁材方面,日本技術領先,超薄的硅鋼片我們國家目前還制造不出,這也是我們技術的一個瓶頸。包括其他的一些絕緣材料等等,現在只好選擇一些美國或者德國的,國內的總體性能差,它的伸縮長度是變化的,導致你的電機一次性差,要做好的電機沒有辦法,還是得用國外的產品。包括國外的也好,這些都是我們面臨問題。
 
       功率模塊,這些技術我們都知道,在發展中。但是我們找不到國產,找MOSFET,或者找IPM,或者找東芝等等公司,我們國家其實做研究80年代就開始了,為何到現在沒有產品?這也是我們從事這個行業令人心痛的事情。
 
       從伺服驅動器來說,我們國家存在的差距很大,尤其是基礎。經常聽到人家說要彎道超車,我很反對的,沒有精湛的技術怎么彎道超車?一定要加強基礎研究,絕緣材料等等,其實可以發展很多新的企業,產業方向,控制芯片等等,我記得在清華大學上研究生的時候就在研究芯片,到現在這方面的發展也沒有很大起色,我們國內產品系列化不多,機器人占整個行業的不到5%到8%,真正國內1千多萬個,機器人能夠占到10幾萬就不錯了,也就是兩三萬臺是國產的。從整個行業來說,像包裝機械,一個企業用三四萬套的驅動,這些市場基本被三菱和安川壟斷。國內搞低價格競爭,其實這個對我們產業發展非常不利,這個事情政府應該好好考慮,市場不規范,也是影響這個產業發展的致命問題。我們國家的電氣行業標準不應完全照搬歐美的,應該體現我們國家的一些技術發展。我們看到差距,也看到我們的發展,把我們核心零部件公司羅列出來,看到我們國家核心部件的企業也在發展,新時達、新松,雖然在困境中發展還是不錯的。機器人在電機方面,真正用上機器人電機的,國產的實在太少,我們杭州楨正也是國產的,用在機器人身上的電機還是有一定的性能。
 
       驅動器方面,我覺得清能德創做的還是值得尊重的,在這么困難的情況下做出來跟歐美媲美的,還是值得驕傲的,固高、新時達等等一些公司,固高它自己做了很多驅動器的工作,一體化的驅動器還是不錯的,新時達也是不錯的。減速器方面,綠的,振康還是不錯的。
 
       前面說了很多悲觀的問題,下面介紹一些我們公司的情況,我們做了很多不同的產品,有低慣量伺服電機,也有大功率的伺服電機。
 
       我們伺服電機在工業機器人上的應用方面,擁有4公斤到800公斤機器人的應用配置,低慣量伺服電機在Delta機器人上的應用,低慣量電動機,servomotor,用作自動控制裝置中執行元件的微特電機。又稱執行電動機。其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。
 
       500毫米距離,80毫米高度的工作,可達170次/分鐘?,F在我們正在推廣,我們推出來的產品是0.9NM(納米)到45NM(納米)上全覆蓋。我們這個產品是針對機器人的一些客戶,針對他們開發的。
 
編后語:
 
       江博士把整個機器人關鍵基礎部件,尤其是電機詳細梳理一下,其他部件分類講解,讓大家清醒看清與國外技術、市場的差距,并且也羅列了在核心零部件領域具有核心技術價值和競爭力的國產機器人品牌,正是因為存在這種差異,才使大家有了值得努力和奉獻的空間。
 
 
 
消息來源:中華工控網
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