作為工業(yè)機器人必不可少的關鍵零部件——伺服系統(tǒng)是以變頻技術基礎發(fā)展起來的產品，它通常由伺服電機以及伺服驅動器組成。伺服系統(tǒng)除了可以進行速度與轉矩控制外，還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。

　　機器人電動伺服驅動系統(tǒng)是利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構。

　　對工業(yè)機器人關節(jié)驅動的電動機，要求有最大功率質量比和扭矩慣量比、高起動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。特別是像機器人末端執(zhí)行器（手爪）應采用體積、質量盡可能小的電動機，尤其是要求快速響應時，伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時過載能力。這是伺服電動機在工業(yè)機器人中應用的先決條件。

　　機器人對關節(jié)驅動電機的要求非常嚴格，首先就是快速響應性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應短。響應指令信號的時間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應性能愈好，一般是以伺服電動機的機電時間常數的大小來說明伺服電動機快速響應的性能。其次，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動機的起動轉矩大，轉動慣量小。第三，控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電動機的轉速能連續(xù)變化，有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。隨后，調速范圍寬。能使用于1：1000～10000的調速范圍。當然，為了配合機器人的體形，伺服電機必須體積小、質量小、軸向尺寸短。最后就是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，并能在短時間內承受數倍過載。

　　交流伺服電動機驅動器因其具有轉矩轉動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應用。一般情況下，同步式交流伺服電動機驅動器通常采用電流型脈寬調制（PWM）相逆變器和具有電流環(huán)為內環(huán)、速度環(huán)為外環(huán)的多閉環(huán)控制系統(tǒng)，以實現對三相永磁同步伺服電動機的電流控制

　　歷史與現狀

　　20世紀70年代，隨著技術的飛速發(fā)展，伺服系統(tǒng)從直流轉向交流并在國外得到飛速的發(fā)展。這個時候，有部分知名品牌脫穎而出站在伺服界的世界舞臺，如日本的松下、三菱、安川、山洋，德國的西門子等等。

　　由于我國在伺服系統(tǒng)相關技術發(fā)展較晚難以與國外品牌競爭，直到2000年，中國加入WTO，中國企業(yè)在吸取國外先進技術經驗的前提下，開始自主研發(fā)伺服系統(tǒng)。至此，中國的伺服系統(tǒng)的市場份額有所提高。到了2011年市場容量60多億元，比上年增長22.0%。2012年，由于國際經濟的影響以及國內供求問題導致伺服市場下滑14.9%。直到2013年下半年，伺服市場才開始逐步回暖，上升幅度在5%左右。現在中國的伺服系統(tǒng)市場仍由國外企業(yè)占據大半壁江山。而一批國內企業(yè)也在激烈的市場競爭中逐漸成長起來。

　　國內最具潛力廠商

　　臺達

　　臺達集團為世界第一的開關電源供應器與風扇產品的領導廠商，并且在多項產品領域亦居世界級的領導地位，其中包括提供電源管理的整體解決方案、視訊顯示器、工業(yè)自動化、網絡通訊產品與可再生能源相關產品。臺達優(yōu)秀的產品開發(fā)設計能力來自于擁有各種精良測試儀器與設備的研發(fā)團隊。臺達的研發(fā)中心擁有各式先進的研發(fā)設備，包括電腦輔助設計系統(tǒng)，可運用于線路模擬、機構設計和電路板配置。同時臺達也建設多間測試房，可進行各種精密控制的實驗室。此外，臺達還有各種可控制溫度與濕度的實驗室可進行各項產品可靠度與信賴性測試。近年來，臺達已成功地研發(fā)出具備高密度與高效能的通訊設備用電源供應器、具備先進控制接口的不間斷電源系統(tǒng) 、電腦網絡組件、各項配備優(yōu)良軟件控制的產品及微型顯像投影。

　　臺達ASDA交流伺服驅動器以掌握核心的電子技術為基礎，針對不同應用機械的客戶需求進行研發(fā)；提供全方位的伺服系統(tǒng)產品。主要的伺服系統(tǒng)產品有ASDA-A2系列、ASDA-B2系列、ASDA-M系列。全系列產品之控制回路均采用高速數字信號處理器(DSP)，配合增益自動調整、指令平滑功能的設計以及軟件分析與監(jiān)控，可達到高速位移、精準定位等運動控制需求。

　　評價：臺達伺服已然成為最大的華人自主品牌，臺達功能強大，方便靈活的伺服產品可適應各行業(yè)復雜的應用環(huán)境。其簡單的配線，多種控制模式，即使初次使用的用戶也可以快速的搭建自己的高精度，高響應的系統(tǒng)來。簡潔的操作面板，可以讓客戶實現快速參數設置及監(jiān)控。強大的調機軟件讓客戶配置出滿足自己獨特要求，高效的系統(tǒng)成為可能。智能型伺服還具有靈活的Pr功能，可實現總線控制，獨特的電子凸輪功能，全閉環(huán)功能，龍門同動功能，都為客戶提供了很好的工具，大大節(jié)省開發(fā)周期，為客戶快速搶占市場提供了保障。

　　翡葉

　　上海翡葉動力科技有限公司位于上海市松江區(qū)，是集電動機產品的研發(fā)、制 造和銷售于 體的專業(yè)化公司，該公司的核心產晶是工業(yè)控制電機（－相交流永 磁同步電機、交流異步伺服電機、變頻電機等)，廣泛應用在注塑、印刷、包裝、紡織等行業(yè)。同時，翡葉動力也在積極擴張當中，在安徽蕪湖機器人產業(yè)園新投資設立的伺服電機工廠正在建設中。2013 年其伺服電機在機器人行業(yè)中的銷量大約在 1000 臺左右，主要客戶為安徽埃夫特（700 臺)和上海新時達（300 臺)。

　　翡葉動力的主要伺服產品為高動態(tài)同步伺服電機系列(5FSN)、 大慣量同步伺服電機系列(5FSR)、大扭矩、低速直驅電機系列(5FSD)。翡葉動力只生產伺服電機，不生產伺服驅動器，公司和貝加萊長期戰(zhàn)略合作，配合使用貝加萊的伺服驅動器。

　　評價：作為一家剛剛成立不久的伺服電機廠家，取得如此成績，實屬不易。翡葉的產品性能及高，功能強大，5FS三項同步伺服電機就具有多樣化的反饋系統(tǒng)、多規(guī)格的編碼器以及旋轉變壓器，平滑的表面，全進口連接器保證電源和信號的可靠連接，接頭處可旋轉，為接線提供最大的靈活性，另外還有多種冷卻方式等特點，保障電機穩(wěn)定運行。

　　廣州數控

　　廣州數控設備有限公司（廣州數控、GSK）中國南方數控產業(yè)基地，國內技術領先的專業(yè)成套機床數控系統(tǒng)供應商。公司秉承科技創(chuàng)新，以核心技術為動力，以追求卓越品質為目標，以提高用戶生產力為先導，主營業(yè)務有：數控系統(tǒng)、伺服驅動、伺服電機、工業(yè)機器人、精密數控注塑機研發(fā)生產，數控機床連鎖營銷、機床數控化工程，數控高技能人才培訓。

　　廣州數控是國內最大的機床數控系統(tǒng)研發(fā)、生產基地、科研開發(fā)人員800多人、年投入科研經費占銷售收入8%以上，年新產品收入占總銷售的75%以上。廣州數控擁有國內一流的生產設備和工藝流程，年產銷數控系統(tǒng)連續(xù)13年全國第一，占國內同類產品市場的1/2份額。公司科學規(guī)范的質量控制體系保證每套產品合格出品。

　　廣州數控的GH系列總線式交流伺服驅動單元（總線式高精高速全數字式交流伺服驅動單元），是基于GSK-Link以太網總線協(xié)議最新研發(fā)的系列伺服驅動單元，以高速DSP+FPGA+智能IPM模塊為硬件平臺，采用FOC控制算法實現電機控制，為帶有絕對式編碼器的交流伺服同步電機提供良好及可靠的驅動控制。

　　廣州數控的ZJY系列主軸伺服電動機采用進口高精度軸承和轉子高精度動平衡工藝，確保電機運行在最高轉速范圍內穩(wěn)定可靠、振動小、噪聲低， 采用高速、高精度光電編碼器，與高性能驅動器配合可作高精度速度和位置控制。

　　評價：廣數的交流伺服驅動系統(tǒng)采用進口高精度軸承和轉子高精度動平衡工藝，確保電機運行在最高轉速范圍內穩(wěn)定可靠、振動小、噪聲低， 采用高速、高精度光電編碼器，與高性能驅動器配合可作高精度速度和位置控制，耐沖擊，壽命長，性能價格比高，并且已在廣數自主研發(fā)的機器人上使用。

　　南京埃斯頓

　　南京埃斯頓自動化公司成立于1993年，是國內高端智能機械裝備及其核心控制和功能部件制造業(yè)領軍企業(yè)之一。

　　南京埃斯頓機器人工程有限公司作為埃斯頓自動化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的新興產業(yè)，將以推動中國工業(yè)機器人民族產業(yè)發(fā)展為目標，充分發(fā)揮公司已有交流伺服產品，控制系統(tǒng)產品的技術和成本優(yōu)勢，拓展下游產業(yè)發(fā)展空間，開發(fā)自主核心控制技術和高性價比的系列化工業(yè)機器人產品及成套設備，致力于工業(yè)機器人產業(yè)規(guī)模化和國產化，爭取通過數年的努力，建立一個具有國際知名度的埃斯頓工業(yè)機器人品牌和業(yè)界著名公司，成為公司繼鍛壓自動化產品線，電液伺服產品線，交流伺服及運動控制產品線后的第四條公司產品線，為公司下幾年的高速發(fā)展集聚新的推動力。

　　埃斯頓機器人公司現擁有一支高水平的專業(yè)研發(fā)團隊，具有與世界工業(yè)機器人技術同步發(fā)展的技術優(yōu)勢；公司已經擁有全系列工業(yè)機器人產品，包括六軸通用機器人、四軸碼垛機器人、SCARA機器人、DELTA機器人、伺服機械手、智能成套設備系列，其中標準工業(yè)機器人規(guī)格從6kg到300kg，應用領域包括焊接、機械加工、搬運、裝配、分揀、噴涂等領域的智能化生產。同時，公司已經建立擁有一支強大的工業(yè)機器人工程應用設計團隊，致力于客戶價值最大化，為客戶提供工業(yè)機器人應用完整解決方案。

　　埃斯頓的伺服產品主要有EDB/EDC系列、ProNet系列：EDB/EDC系列的伺服產品采用電流前饋控制、速度觀測和慣量感測器等功能，借助于這些新的功能，使得響應性能大大提高；并且增加了控制模式切換功能，通過設定合理的切換調節(jié)，可以有效的減少超調量和調整時間。

　　ProNet系列的響應性能比以往提高了五倍，能夠在線實時檢測負載慣量，隨時調整增益以達到很好的控制效果。適配17位串行編碼器或旋轉變壓器，從而明顯地提高定位精度及低速性能。同時，具有擴展模塊接口，可選配DP100模塊，支持Profibus-DP現場總線，并可支持絕對值編碼器。

　　評價：南京埃斯頓的伺服產品已經能和日系伺服持平，但價格卻要比它們都低很多。目前，埃斯頓在國內伺服市場已經有了相當的品牌影響力，公司未來技術研發(fā)的重點是：提升數控系統(tǒng)實時控制技術和安全控制技術、高性能智能化交流伺服控制技術、基于交流伺服系統(tǒng)的運動控制技術、高性能電液伺服控制和混合傳動技術，以及工業(yè)機器人及成套設備智能化技術的關鍵性能指標和可靠性指標。同樣，埃斯頓的交流伺服產品也應用在其工業(yè)機器人產品上，性能良好，廣受好評。

　　華中數控

　　武漢華中數控股份有限公司創(chuàng)立于1994年，注冊資本1.0783億元，是首批國家級“創(chuàng)新型企業(yè)”、全國機械工業(yè)先進集體、中國機床工具協(xié)會副理事長、數控系統(tǒng)分會理事長單位、全國機床數控系統(tǒng)標委會秘書長單位。已獲得國家科技進步二等獎1項、省部級科技進步一等獎4項，有9項產品被評為國家級重點新產品，華中數控系統(tǒng)被列入首批自主創(chuàng)新產品目錄。

　　華中數控的伺服電機產品有：ST系列總線式交流永磁同步伺服電機、GK6電機、GM7主軸電機，目前已經實現了批量生產， 成為目前國內唯一擁有成套核心技術自主知識產權的企業(yè)。ST系列總線式交流永磁同步伺服電機與國內外驅動器匹配廣泛地應用于機械、紡織、印刷、包裝及自動化等各種行業(yè)；GK6系列交流伺服電機與伺服驅動裝置配套后構成的交流伺服系統(tǒng)，可廣泛應用于機床、紡織、印刷、建材等領域；GM7系列交流伺服主軸電機可與國內外各類高、中、低檔交流伺服主軸驅動模塊配套，進行閉環(huán)控制運行、可以獲得與配套普通交流變頻電機完全不同的優(yōu)異特性、廣泛應用于數控機床、建材、塑機、紡織、輕工機械、冶金、輸送線等需要應用交流伺服主軸的場合。

　　華中數控的伺服驅動產品有：HSV-180AS全數字交流伺服主軸驅動單元、HSV-180AD全數字交流伺服進給驅動單元、HSV-160B+系列伺服驅動單元、HSV-160U系列交流伺服驅動單元、HSV-180U系列交流伺服驅動單元、HSV-180D數字交流伺服進給驅動裝置、HSV-162A全數字交流雙軸伺服驅動單元、HSV-160B全數字交流伺服驅動單元，產品豐富。

　　評價：除了上述的產品，華中數控還自主開發(fā)紅外熱像儀方面的技術，形成紅外測溫軟件平臺等９項產品。這些技術和產品支撐了華中數控的市場營銷，受到廣大用戶的歡迎，獲得了很好的市場回報，華中數控獨立擁有以上技術和產品的所有權，這也為華中數控自主研發(fā)的機器人投產打下了良好的基礎。

　　發(fā)展趨勢

　　數字化交流伺服系統(tǒng)的應用越來越廣，用戶對伺服驅動技術的要求越來越高。總的來說，伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢可以概括為以下幾個方面：

　　1.集成化

　　目前，伺服控制系統(tǒng)的輸出器件越來越多地采用開關頻率很高的新型功率半導體器件，這種器件將輸入隔離、能耗制動、過溫、過壓、過流保護及故障診斷等功能全部集成于一個不大的模塊之中。同一個控制單元，只要通過軟件設置系統(tǒng)參數，就可以改變其性能，既可以使用電機本身配置的傳感器構成半閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，又可以外接外部傳感器如位置、速度、力矩傳感器等，構成高精度的全閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。高度的集成化顯著地縮小了整個控制系統(tǒng)的體積。

　　2. 智能化

　　目前伺服內部控制核心大都采用新型高速微處理器和專用數字信號處理機（DSP），從而實現完全數字化的伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)數字化是其實現智能化的前提條件。伺服系統(tǒng)的智能化表現在以下幾個方面:系統(tǒng)的所有運行參數都可以通過人機對話的方式由軟件來設置；其次它們都具有故障自診斷與分析功能；以及參數自整定的功能等。眾所周知，閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)的參數整定是保證系統(tǒng)性能指標的重要環(huán)節(jié)，也是需要耗費較多時間與精力的工作。帶有自整定功能的伺服單元可以通過幾次試運行，自動將系統(tǒng)的參數整定出來，并自動實現其最優(yōu)化。

　　3. 網絡化

　　伺服系統(tǒng)網絡化是綜合自動化技術發(fā)展的必然趨勢，是控制技術、計算機技術和通信技術相結合的產物，現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術。現場總線現已被廣泛應用在伺服系統(tǒng)之間、伺服系統(tǒng)和其它外圍設備如人機界面HMI、可編程控制器PLC等信息交互傳輸。現場總線有如下幾個類型FF；ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet、CAN等。這些通訊協(xié)議都為多軸實時同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驅動器集成進去，從而使伺服系統(tǒng)達到了分布、開放、互聯以及高可靠性。

　　4. 簡易化

　　這里所說的“簡”不是簡單而是精簡，是根據用戶情況，將用戶使用的伺服功能予以強化，使之專而精，而將不使用的一些功能予以精簡，從而降低了伺服系統(tǒng)成本，為客戶創(chuàng)造更多的收益，且通過精簡一些元器件，減少了資源的浪費從而利于環(huán)保。這里所說的“易”是指，伺服系統(tǒng)的軟件編程及操作是從用戶角度出發(fā)開發(fā)設計，力求簡單易行，使用戶調試時只需簡單。

　　正式因為很多有遠識的國產廠商（如匯川技術、英威騰等）加大研發(fā)力度提升其產品的性能，進而擴大其品牌的號召力，國產伺服廠商改變進口壟斷格局將指日可待。有數據顯示，未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產業(yè)升級的影響，仍將保持20%以上的增長速度，至2015年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)市場規(guī)模有望突破100億元，其中，國產伺服產品的市場占有率將達到40%左右。