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　　摘要：伺服電機是工業機器人三大核心零部件之一。通常安裝在機器人的“關節”處，是驅動工業機器人運動的核心元件。本文從伺服電機類型、性能、國內外伺服電機主要技術差距、國內外伺服電機主要產品等維度，對伺服電機技術進行了分析。

　　伺服電機是類似馬達的間接變速裝置，相當于伺服系統中用于控制機械元件運轉的發動機，能夠實現電壓信號向轉矩和轉速轉換，能夠調控速度和位置精度。

　　伺服電機概述

　　伺服系統是一個脈沖發出及收回的閉合回路，通過統計伺服電機接收及反饋回來的脈沖數量控制電機精準轉動。伺服需要依靠脈沖來實現精準定位，當伺服電機接收到1個脈沖信號時，電機旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現精準位移，精度可以達到0.001mm。伺服電機主要分為直流伺服電機和交流伺服電機兩類。

表 1 直流電機、交流電機結構及特點

　　國內外工業機器人伺服電機重點企業分析

　　近年來，我國伺服電機發展迅速，但國內外伺服電機核心技術差距仍然顯著。截至2017年，以松下、三菱、安川為代表的日系品牌，占國內伺服電機市場總份額達的45%，以西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據高端市場，整體市場份額約30%，美國品牌市場份額占比約15%，國產伺服電機市場份額占比不足10%。

　　截至2019年年初，我國工業機器人伺服電機自主配套能力顯著提升。現階段我國大部分自主伺服電機產品功率在22kW以內，產品技術路線基本與日系伺服電機相似，目前國內外伺服電機生產商主要包括埃斯頓、匯川技術、數控設備、安川電機、發那科、松下、博樂士、西門子等。

表 2 國內外主要伺服電機產品

　　國內外工業機器人伺服電機技術差距分析

　　現階段工業機器人對伺服電機產品的主要要求體現在以下幾個方面：一是，工業機器人要求伺服電機必須具有迅速、高效的反應能力，這意味著從伺服電機接收到脈沖信號到伺服電機轉子精確轉動到對應的角度，需要在較短的時間內完成，脈沖信號指令傳遞時間越短，伺服電機轉動的效率越高，工業機器人的快速反應能力越強;二是，伺服電機要具有較大的起動轉矩、較小的轉動慣量，才能有效驅動工業機器人實現負載運動;三是，由于工業機器人運轉過程中，脈沖信號不斷變化，為保證控制精度，伺服電機在實現控制功能的同時要保證連貫性和穩定性;四是，伺服電機需要保證足夠小的體積、足夠小的質量、足夠短的尺寸進而實現與機器形態的匹配;五是，工業機器人在運行過程中時長出現變向運轉、加減速運行，能否在短時間內承受多倍過載是衡量伺服電機的重要指標。

　　從上述工業機器人伺服電機要求的匹配程度來看，國內外伺服電機技術的差距及國內伺服電機未來需要突破的重點方向包括以下幾方面：一是，相較于國外工業機器人伺服電機，我國工業機器人伺服電機通常尺寸較大、質量較高、外觀比較粗糙，一方面導致國產伺服電機很難應用到高端工業機器人產品上，另一方面影響了國產伺服電機與工業機器人產品的匹配程度，因為大多數工業機器人產品對伺服電機尺寸有著嚴格的要求;二是，相較于國外工業機器人伺服電機，國產脈沖信號接收裝置在穩定性能、接收效率方面需要不斷改進，進而滿足工業機器人產品對迅速反應能力的要求;三是，目前我國工業機器人伺服電機所使用的高精度編碼器主要源于國外企業，突破多圈絕對值編碼器、縮小編碼器尺寸是我國工業機器人伺服電機領域需要突破的關鍵技術;四是，相對于國外工業機器人伺服電機，我國在高端電機量產化、生產工藝優化、性能指標及考核指標標準化方面存在一定程度的缺失。

　　結語

　　伺服電機是工業機器人的核心部件，我國自主工業機器人伺服電機技術發展迅速，核心技術領域突破顯著，但在小型化、高精度、標準化等方面仍有較大的提升空間。