伺服驅(qū)動技術(shù),看清國內(nèi)外的差距
工業(yè)機(jī)器人核心部件大家都很清楚,近年來伺服電機(jī)技術(shù)發(fā)展,以國外的西門子,還有奔馳,美國的一些企業(yè)為主流,推出一系列產(chǎn)品,目前的技術(shù)進(jìn)展,最近這幾年從理論上來說沒有新的突破,主要還是落實(shí)在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝,在技術(shù)上大大降低損耗,提高密度。這種技術(shù),目前國內(nèi)外都有,但是,有些工業(yè)比較落后的企業(yè)達(dá)不到這個(gè)水平。
就電機(jī)本身來說我們?nèi)绾翁岣咚拿芏?,包括西門子等都采用斜槽或斜級,降低齒槽轉(zhuǎn)矩,提高電機(jī)速度的平穩(wěn)性,也會降低額定扭矩。
伺服電機(jī)技術(shù)進(jìn)展(材料),現(xiàn)在材料目前國內(nèi)電機(jī)里面的不可替代的一部分,必須使用最好的適應(yīng)高溫應(yīng)用,我們國內(nèi)目前的技術(shù)還是相當(dāng)落后的,上周五去寧波一家公司了解這個(gè)事情,現(xiàn)在日本的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,利用到系統(tǒng)材料上面,我們國家現(xiàn)在還是實(shí)驗(yàn)性的基礎(chǔ)階段。至少比國外落后10年。
另外編碼器技術(shù),也是我們的瓶頸,我們電機(jī)的反饋編碼器包括各種傳感器,基本上都是采用國外進(jìn)口的一些產(chǎn)品,包括SICK Stegmann,一個(gè)電機(jī)的產(chǎn)品,比如說價(jià)格3千,編碼器可能占1千,利潤其實(shí)大部分都是編碼器里面,真正的電機(jī)本身利潤很低的。在編碼器技術(shù)里面,我比較推崇SICK的技術(shù),就是采用一根反饋線,里面只有一個(gè)電源線集成一起的,一條電纜線就可以了,這樣對我們整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對布線成本都是有很大幫助的。
最近幾年從電機(jī)發(fā)展來說,我們可以看得到這幾年有很大的發(fā)展,直驅(qū)、直線、集成式伺服電機(jī),這些產(chǎn)品有它很重要的應(yīng)用背景,比如說直驅(qū)電機(jī),這種電機(jī)確實(shí)很好,它去掉傳統(tǒng)部件,大大提高我們整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用特性。這幾年有很多的嘗試,這可能有些概念的誤區(qū),因?yàn)橹彬?qū)電機(jī),要達(dá)到同樣的扭矩,直驅(qū)電機(jī)的體積增大,因?yàn)榕ぞ孛芏雀w積成正比的。直線電機(jī),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(jī),無背隙、高動態(tài)響應(yīng),在高精度雕銑(高光機(jī)),激光加工、精密定位平臺等領(lǐng)域。對于前幾年有些熱的集成式伺服電機(jī),其實(shí)有很大的問題,存在發(fā)熱問題,必須降低使用,不適合重載機(jī)器人應(yīng)用。比較適合在小功率的人工協(xié)作機(jī)器人上應(yīng)用。
總體來說,對于集成的伺服電機(jī),我在美國曾經(jīng)研究過這個(gè)電機(jī),同時(shí)也產(chǎn)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(gè)概念是好的。
剛才清能德創(chuàng)的湯總也談到很多伺服領(lǐng)域的事情,國內(nèi)新時(shí)達(dá)等等一些企業(yè)也做很多好的產(chǎn)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(shí)還是核心技術(shù)的差距,我們現(xiàn)在用的伺服總芯技術(shù),它所有的標(biāo)準(zhǔn),所有的定義沒有一個(gè)是我們中國人定義的,全部是來自于歐洲和日本,比如說Ether CAT等等。
共目線結(jié)構(gòu)體系,先進(jìn)的控制算法,自適應(yīng)振動抑制,自適應(yīng)參數(shù)整定,齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償,磁飽和控制,弱磁控制。在安全功能方面,國內(nèi)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(shù)。
我這里列出來美國羅克韋爾的架構(gòu)系統(tǒng),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(lián)我的設(shè)備,Ether CAT它不是基于TCRP的架構(gòu)的,但是它這兩種是基于TCRP的架構(gòu),但缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性、速度不夠快。Ether CAT滿足我們機(jī)器人的應(yīng)用沒有問題的。
目前來說國內(nèi)外不管是歐美,還是咱們國內(nèi)的伺服系統(tǒng),現(xiàn)在高端一點(diǎn)的都采用DSP或ARM+CPLD,實(shí)現(xiàn)模擬輸入,反饋和電機(jī)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(chǎn)品,不知道大家有沒有用過?DSP或ARM+CPLD,有沒有用國產(chǎn)?現(xiàn)在也是我們致命的問題,技術(shù)的發(fā)展需要時(shí)間的積累,因?yàn)樯衔缏犃艘幌?,覺得我們形勢大好,其實(shí)不是這樣的,其實(shí)我們形勢很嚴(yán)峻。
在機(jī)械系統(tǒng)里面,其實(shí)存在多個(gè)多頻振動的情況,當(dāng)不同速度工作的情況下引起的振動,我覺得應(yīng)該把這個(gè)功能做進(jìn)去。
另外一個(gè)就是自適應(yīng)適應(yīng)增益參數(shù),可實(shí)現(xiàn)慣量自適應(yīng)辨識整定。這個(gè)東西不是那么容易做的,一定要有大量的數(shù)據(jù),經(jīng)驗(yàn)的積累,才能做到這一點(diǎn),不是說改變一個(gè)參數(shù),其實(shí)很危險(xiǎn)的,往往會帶來系統(tǒng)的不穩(wěn)定,但是安川電機(jī)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?yàn)檫@個(gè)來源于什么?電源的變化,磁場的變化,對這個(gè)磁場進(jìn)行控制,對于國內(nèi)外一些驅(qū)動器了解一下,在這個(gè)方面做控制的也不多。
再說一下我們伺服驅(qū)動產(chǎn)品在國內(nèi)的情況,其實(shí)也不是很悲觀,現(xiàn)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(nèi)市場的75%,國產(chǎn)的話有25%,這個(gè)國產(chǎn)25%里面,還有12%是臺灣的,其實(shí)我們真的國產(chǎn)的占比很少,一年中國賣1千多萬的伺服系統(tǒng),我們國產(chǎn)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(yè)機(jī)器人應(yīng)用上,國產(chǎn)率基本為0%。
還有一個(gè)就是制動器,搞電機(jī)的都知道,我們要用制動器的話,搞一款國產(chǎn)的很難,找一款國內(nèi)知名品牌更難,歐美的,KEB、Kendrion,在這兒不是宣傳國外的產(chǎn)品,我們國內(nèi)應(yīng)該做這個(gè)產(chǎn)品,應(yīng)該有企業(yè)發(fā)明這個(gè)產(chǎn)品,這樣才能把伺服的上下游發(fā)展起來,能夠真正做到跟國外競爭。
磁材方面,日本技術(shù)領(lǐng)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(shù)的一個(gè)瓶頸。包括其他的一些絕緣材料等等,現(xiàn)在只好選擇一些美國或者德國的,國內(nèi)的總體性能差,它的伸縮長度是變化的,導(dǎo)致你的電機(jī)一次性差,要做好的電機(jī)沒有辦法,還是得用國外的產(chǎn)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(shù)我們都知道,在發(fā)展中。但是我們找不到國產(chǎn),找MOSFET,或者找IPM,或者找東芝等等公司,我們國家其實(shí)做研究80年代就開始了,為何到現(xiàn)在沒有產(chǎn)品?這也是我們從事這個(gè)行業(yè)令人心痛的事情。
從伺服驅(qū)動器來說,我們國家存在的差距很大,尤其是基礎(chǔ)。經(jīng)常聽到人家說要彎道超車,我很反對的,沒有精湛的技術(shù)怎么彎道超車?一定要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,絕緣材料等等,其實(shí)可以發(fā)展很多新的企業(yè),產(chǎn)業(yè)方向,控制芯片等等,我記得在清華大學(xué)上研究生的時(shí)候就在研究芯片,到現(xiàn)在這方面的發(fā)展也沒有很大起色,我們國內(nèi)產(chǎn)品系列化不多,機(jī)器人占整個(gè)行業(yè)的不到5%到8%,真正國內(nèi)1千多萬個(gè),機(jī)器人能夠占到10幾萬就不錯(cuò)了,也就是兩三萬臺是國產(chǎn)的。
從整個(gè)行業(yè)來說,像包裝機(jī)械,一個(gè)企業(yè)用三四萬套的驅(qū)動,這些市場基本被三菱和安川壟斷。國內(nèi)搞低價(jià)格競爭,其實(shí)這個(gè)對我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常不利,這個(gè)事情政府應(yīng)該好好考慮,市場不規(guī)范,也是影響這個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的致命問題。我們國家的電氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)完全照搬歐美的,應(yīng)該體現(xiàn)我們國家的一些技術(shù)發(fā)展。我們看到差距,也看到我們的發(fā)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(yè)也在發(fā)展,新時(shí)達(dá)、新松,雖然在困境中發(fā)展還是不錯(cuò)的。機(jī)器人在電機(jī)方面,真正用上機(jī)器人電機(jī)的,國產(chǎn)的實(shí)在太少,我們杭州楨正也是國產(chǎn)的,用在機(jī)器人身上的電機(jī)還是有一定的性能。