國產(chǎn)機(jī)器人交流伺服系統(tǒng)如何逆襲?
發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201606/292821.htm交流伺服系統(tǒng)的制造商,在考慮將其應(yīng)用于國內(nèi)自主品牌的工業(yè)機(jī)器人時(shí),需在以下幾方面作出努力。
針對性
采用針對性的技術(shù)方案,設(shè)計(jì)與制造出工業(yè)機(jī)器人專用的交流伺服產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在成本及性能方面的競爭優(yōu)勢。
可靠性
在提高伺服產(chǎn)品自身可靠性的同時(shí),需要從機(jī)器人整體可靠性出發(fā),對伺服系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)做出調(diào)整。從系統(tǒng)的角度來提高機(jī)器人的MTBF(平均故障間隔時(shí)間),縮短與國外高端品牌機(jī)器人的差距。
高性能
工業(yè)機(jī)器人對工作節(jié)拍的要求,對伺服系統(tǒng)在運(yùn)行速度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、位置伺服精度等方面提出了很高的技術(shù)要求,往往超出了通用伺服的一般技術(shù)條件。
針對上述三方面的要求,應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的交流伺服系統(tǒng),需要對某些關(guān)鍵技術(shù)作出突破,以滿足工業(yè)機(jī)器人對整體技術(shù)的要求,其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
合理的系統(tǒng)架構(gòu)
機(jī)器人是一種典型的多軸同步伺服系統(tǒng),從伺服系統(tǒng)的組成看,它由機(jī)器人控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、位置傳感器,減速機(jī)等部分組成。采用分布式架構(gòu)與集成架構(gòu)會有不同的成本結(jié)構(gòu)與性能。分布式架構(gòu),可有效地應(yīng)用通用伺服產(chǎn)品,以量來取得成本優(yōu)勢。集成架構(gòu)可以采用更為針對性的方案,如驅(qū)控一體,或更為緊湊的架構(gòu),可有效降低系統(tǒng)成本,同時(shí)提高對應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性。南京埃斯頓開發(fā)的“一拖六”就是針對六關(guān)節(jié)機(jī)器人的一種新架構(gòu)嘗試。驅(qū)控一體的方案還可改變現(xiàn)有的三環(huán)控制結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)更為合理的控制方案,以達(dá)到更快的響應(yīng)。
電機(jī)小型化、輕量化
受機(jī)器人各關(guān)節(jié)安裝空間、重量的限制,對伺服電機(jī)在體積、重量方面的要求變得苛刻。提高電機(jī)的功率密度變得十分重要。機(jī)器人的要求已成為伺服電機(jī)發(fā)展的新的驅(qū)動(dòng)力,需要研究針對性的機(jī)器人專用電機(jī)規(guī)格;研究新型電機(jī)結(jié)構(gòu)(如:IPM電機(jī))以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度;探索新材料的應(yīng)用(如高性能永磁材料);導(dǎo)入新的電機(jī)加工工藝等。
重視系統(tǒng)能效管理
隨著工業(yè)機(jī)器人市場占有率的提升,尤其是大功率機(jī)器人的應(yīng)用,高能效對工業(yè)機(jī)器人來說變得越來越重要,且是必須不斷持續(xù)提高的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。在工業(yè)機(jī)器人專用交流伺服系統(tǒng)方面,伺服單元(即伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī))的能效需要不斷提高,但更重要的是系統(tǒng)級能效。工業(yè)機(jī)器人一般擁有3~8個(gè)驅(qū)動(dòng)軸,它們之間有不同的加減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,共直流母線就是一種很好的節(jié)能技術(shù)方案,可以把處于減速制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)的再生能量,通過母線傳遞給其他處于加速狀態(tài)的電機(jī),從而減少對電網(wǎng)功率的吸收。國內(nèi)廠商已開始認(rèn)識到系統(tǒng)能效管理的重要性,南京埃斯頓已在2012年將共直流母線技術(shù)和能量回饋技術(shù)產(chǎn)品化。
打造高速伺服總線
工業(yè)機(jī)器人作為典型的多軸同步伺服系統(tǒng),對伺服總線的實(shí)時(shí)性要求很高。最新的交流伺服系統(tǒng)都配置了高速數(shù)據(jù)通信接口,以實(shí)現(xiàn)多軸同步。目前的高速伺服總線雖大多為開放標(biāo)準(zhǔn),但技術(shù)都被國際化大公司所掌控。尤其是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)(如EtherCAT、Profinet、EtherNet/IP、SERCOSIII等)在提升工業(yè)機(jī)器人專用交流伺服系統(tǒng)的高性能方面起到了舉足輕重的作用。德國公司Beckhoff推出的EtherCAT近年來發(fā)展勢頭迅猛,成為大多數(shù)高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首選的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),安川、倫茨等國外伺服廠商已將EtherCAT總線,作為下一代產(chǎn)品的總線標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)的伺服產(chǎn)品廠商更多著眼于應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。國內(nèi)廠商,如南京埃斯頓等少數(shù)廠家推出的基于EtherCAT的產(chǎn)品也已通過了一致性測試國際認(rèn)證。
向智能化發(fā)展
智能化是目前自動(dòng)控制的一個(gè)發(fā)展方向,智能控制技術(shù)通過自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自協(xié)調(diào)、自診斷和自校正等方法,使控制系統(tǒng)具備人工智能特性。交流伺服系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人,常常由于各關(guān)節(jié)機(jī)械參數(shù)的變化或不確定性帶來性能的下降。智能控制技術(shù)的應(yīng)用,包括控制參數(shù)的自整定、在線慣量辨識、在線電機(jī)參數(shù)辨識、自動(dòng)振動(dòng)抑制、故障自診斷和預(yù)診等,不但使工業(yè)機(jī)器人整體性能、可靠性有較大改善,也簡化了機(jī)器人的工程調(diào)試、降低了對終端用戶技術(shù)水平的要求。
實(shí)現(xiàn)信息集成
交流伺服系統(tǒng)的總線架構(gòu)使控制器能夠獲取非常多的應(yīng)用數(shù)據(jù),直至每一個(gè)伺服單元。在兼顧伺服系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的同時(shí),通過向控制器傳輸必要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),可為機(jī)器人應(yīng)用提供更多的增值功能。將伺服電機(jī)、位置編碼器及伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳遞到機(jī)器人控制器,甚至是云平臺,可對機(jī)器人進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷等,從而減少非計(jì)劃停機(jī)。
形成功能安全標(biāo)準(zhǔn)體系
近年來,隨著安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的不斷完善,功能安全(Functional Safety)的標(biāo)準(zhǔn)體系已基本形成。交流伺服系統(tǒng)的功能安全將成為在很多行業(yè)內(nèi)的強(qiáng)制性要求。西門子、倍福、Lenze、包米勒等許多歐洲公司,在功能安全及標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行方面走在前列,日本公司的產(chǎn)品也開始提供基本的功能安全。交流伺服系統(tǒng)的功能安全在國內(nèi)起步較晚,但南京埃斯頓在歐系產(chǎn)品上也已提供基本的功能安全,例如安全轉(zhuǎn)矩截止(STO)等。對伺服系統(tǒng)而言,由于它是控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元,其功能安全的種類還有很多,還需要不斷完善交流伺服系統(tǒng)的功能安全。
從國內(nèi)自主工業(yè)機(jī)器人參與市場競爭的角度來看,其可靠性、成本及性能,是目前確立其市場競爭力的三個(gè)主要方面。從這三個(gè)方面出發(fā),交流伺服系統(tǒng)作為機(jī)器人的關(guān)鍵核心部件,需要通過上述相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)幫助自主工業(yè)機(jī)器人確立市場競爭力。但工業(yè)機(jī)器人的競爭力還與其它很多因素息息相關(guān),例如零部件供應(yīng)商的技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格等。如何培育優(yōu)質(zhì)的供應(yīng)商,也是不可或缺的。同時(shí)從行業(yè)及政府政策層面來看,還需要在標(biāo)準(zhǔn)制定,鼓勵(lì)研發(fā),培育創(chuàng)新等方面作出努力。
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