作为工业机器人必不可少的关键零部件——伺服系统是以变频技术基础发展起来的产品，它通常由伺服电机以及伺服驱动器组成。伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。
机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。
对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。
机器人对关节驱动电机的要求非常严格，首先就是快速响应性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。其次，起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。第三，控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。随后，调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。当然，为了配合机器人的体形，伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短。最后就是能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受数倍过载。
交流伺服电动机驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。一般情况下，同步式交流伺服电动机驱动器通常采用电流型脉宽调制（PWM）相逆变器和具有电流环为内环、速度环为外环的多闭环控制系统，以实现对三相永磁同步伺服电动机的电流控制
历史与现状
20世纪70年代，随着技术的飞速发展，伺服系统从直流转向交流并在国外得到飞速的发展。这个时候，有部分知名品牌脱颖而出站在伺服界的世界舞台，如日本的松下、三菱、安川、山洋，德国的西门子等等。
由于我国在伺服系统相关技术发展较晚难以与国外品牌竞争，直到2000年，中国加入WTO，中国企业在吸取国外先进技术经验的前提下，开始自主研发伺服系统。至此，中国的伺服系统的市场份额有所提高。到了2011年市场容量60多亿元，比上年增长22.0%。2012年，由于国际经济的影响以及国内供求问题导致伺服市场下滑14.9%。直到2013年下半年，伺服市场才开始逐步回暖，上升幅度在5%左右。现在中国的伺服系统市场仍由国外企业占据大半壁江山。而一批国内企业也在激烈的市场竞争中逐渐成长起来。
国内最具潜力厂商
台达
台达集团为世界第一的开关电源供应器与风扇产品的领导厂商，并且在多项产品领域亦居世界级的领导地位，其中包括提供电源管理的整体解决方案、视讯显示器、工业自动化、网絡通讯产品与可再生能源相关产品。台达优秀的产品开发设计能力来自于拥有各种精良测试仪器与设备的研发团队。台达的研发中心拥有各式先进的研发设备，包括电脑辅助设计系统，可运用于线路模拟、机构设计和电路板配置。同时台达也建设多间测试房，可进行各种精密控制的实验室。此外，台达还有各种可控制温度与湿度的实验室可进行各项产品可靠度与信赖性测试。近年来，台达已成功地研发出具备高密度与高效能的通讯设备用电源供应器、具备先进控制接口的不间断电源系统 、电脑网络组件、各项配备优良软件控制的产品及微型显像投影。
台达ASDA交流伺服驱动器以掌握核心的电子技术为基础，针对不同应用机械的客户需求进行研发；提供全方位的伺服系统产品。主要的伺服系统产品有ASDA-A2系列、ASDA-B2系列、ASDA-M系列。全系列产品之控制回路均采用高速数字信号处理器(DSP)，配合增益自动调整、指令平滑功能的设计以及软件分析与监控，可达到高速位移、精准定位等运动控制需求。
评价：台达伺服已然成为最大的华人自主品牌，台达功能强大，方便灵活的伺服产品可适应各行业复杂的应用环境。其简单的配线，多种控制模式，即使初次使用的用户也可以快速的搭建自己的高精度，高响应的系统来。简洁的操作面板，可以让客户实现快速参数设置及监控。强大的调机软件让客户配置出满足自己独特要求，高效的系统成为可能。智能型伺服还具有灵活的Pr功能，可实现总线控制，独特的电子凸轮功能，全闭环功能，龙门同动功能，都为客户提供了很好的工具，大大节省开发周期，为客户快速抢占市场提供了保障。
翡叶
上海翡叶动力科技有限公司位于上海市松江区，是集电动机产品的研发、制 造和销售于 体的专业化公司，该公司的核心产晶是工业控制电机（－相交流永 磁同步电机、交流异步伺服电机、变频电机等)，广泛应用在注塑、印刷、包装、纺织等行业。同时，翡叶动力也在积极扩张当中，在安徽芜湖机器人产业园新投资设立的伺服电机工厂正在建设中。2013 年其伺服电机在机器人行业中的销量大约在 1000 台左右，主要客户为安徽埃夫特（700 台)和上海新时达（300 台)。
翡叶动力的主要伺服产品为高动态同步伺服电机系列(5FSN)、 大惯量同步伺服电机系列(5FSR)、大扭矩、低速直驱电机系列(5FSD)。翡叶动力只生产伺服电机，不生产伺服驱动器，公司和贝加莱长期战略合作，配合使用贝加莱的伺服驱动器。
评价：作为一家刚刚成立不久的伺服电机厂家，取得如此成绩，实属不易。翡叶的产品性能及高，功能强大，5FS三项同步伺服电机就具有多样化的反馈系统、多规格的编码器以及旋转变压器，平滑的表面，全进口连接器保证电源和信号的可靠连接，接头处可旋转，为接线提供最大的灵活性，另外还有多种冷却方式等特点，保障电机稳定运行。
广州数控
广州数控设备有限公司（广州数控、GSK）中国南方数控产业基地，国内技术领先的专业成套机床数控系统供应商。公司秉承科技创新，以核心技术为动力，以追求卓越品质为目标，以提高用户生产力为先导，主营业务有：数控系统、伺服驱动、伺服电机、工业机器人、精密数控注塑机研发生产，数控机床连锁营销、机床数控化工程，数控高技能人才培训。
广州数控是国内最大的机床数控系统研发、生产基地、科研开发人员800多人、年投入科研经费占销售收入8%以上，年新产品收入占总销售的75%以上。广州数控拥有国内一流的生产设备和工艺流程，年产销数控系统连续13年全国第一，占国内同类产品市场的1/2份额。公司科学规范的质量控制体系保证每套产品合格出品。
广州数控的GH系列总线式交流伺服驱动单元（总线式高精高速全数字式交流伺服驱动单元），是基于GSK-Link以太网总线协议最新研发的系列伺服驱动单元，以高速DSP+FPGA+智能IPM模块为硬件平台，采用FOC控制算法实现电机控制，为带有绝对式编码器的交流伺服同步电机提供良好及可靠的驱动控制。
广州数控的ZJY系列主轴伺服电动机采用进口高精度轴承和转子高精度动平衡工艺，确保电机运行在最高转速范围内稳定可靠、振动小、噪声低， 采用高速、高精度光电编码器，与高性能驱动器配合可作高精度速度和位置控制。
评价：广数的交流伺服驱动系统采用进口高精度轴承和转子高精度动平衡工艺，确保电机运行在最高转速范围内稳定可靠、振动小、噪声低， 采用高速、高精度光电编码器，与高性能驱动器配合可作高精度速度和位置控制，耐冲击，寿命长，性能价格比高，并且已在广数自主研发的机器人上使用。
南京埃斯顿
南京埃斯顿自动化公司成立于1993年，是国内高端智能机械装备及其核心控制和功能部件制造业领军企业之一。
南京埃斯顿机器人工程有限公司作为埃斯顿自动化发展战略规划的新兴产业，将以推动中国工业机器人民族产业发展为目标，充分发挥公司已有交流伺服产品，控制系统产品的技术和成本优势，拓展下游产业发展空间，开发自主核心控制技术和高性价比的系列化工业机器人产品及成套设备，致力于工业机器人产业规模化和国产化，争取通过数年的努力，建立一个具有国际知名度的埃斯顿工业机器人品牌和业界着名公司，成为公司继锻压自动化产品线，电液伺服产品线，交流伺服及运动控制产品线后的第四条公司产品线，为公司下几年的高速发展集聚新的推动力。
埃斯顿机器人公司现拥有一支高水平的专业研发团队，具有与世界工业机器人技术同步发展的技术优势；公司已经拥有全系列工业机器人产品，包括六轴通用机器人、四轴码垛机器人、SCARA机器人、DELTA机器人、伺服机械手、智能成套设备系列，其中标准工业机器人规格从6kg到300kg，应用领域包括焊接、机械加工、搬运、装配、分拣、喷涂等领域的智能化生产。同时，公司已经建立拥有一支强大的工业机器人工程应用设计团队，致力于客户价值最大化，为客户提供工业机器人应用完整解决方案。
埃斯顿的伺服产品主要有EDB/EDC系列、ProNet系列：EDB/EDC系列的伺服产品采用电流前馈控制、速度观测和惯量感测器等功能，借助于这些新的功能，使得响应性能大大提高；并且增加了控制模式切换功能，通过设定合理的切换调节，可以有效的减少超调量和调整时间。
ProNet系列的响应性能比以往提高了五倍，能够在线实时检测负载惯量，随时调整增益以达到很好的控制效果。适配17位串行编码器或旋转变压器，从而明显地提高定位精度及低速性能。同时，具有扩展模块接口，可选配DP100模块，支持Profibus-DP现场总线，并可支持绝对值编码器。
评价：南京埃斯顿的伺服产品已经能和日系伺服持平，但价格却要比它们都低很多。目前，埃斯顿在国内伺服市场已经有了相当的品牌影响力，公司未来技术研发的重点是：提升数控系统实时控制技术和安全控制技术、高性能智能化交流伺服控制技术、基于交流伺服系统的运动控制技术、高性能电液伺服控制和混合传动技术，以及工业机器人及成套设备智能化技术的关键性能指标和可靠性指标。同样，埃斯顿的交流伺服产品也应用在其工业机器人产品上，性能良好，广受好评。
华中数控
武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，注册资本1.0783亿元，是首批国家级“创新型企业”、全国机械工业先进集体、中国机床工具协会副理事长、数控系统分会理事长单位、全国机床数控系统标委会秘书长单位。已获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖4项，有9项产品被评为国家级重点新产品，华中数控系统被列入首批自主创新产品目录。
华中数控的伺服电机产品有：ST系列总线式交流永磁同步伺服电机、GK6电机、GM7主轴电机，目前已经实现了批量生产， 成为目前国内唯一拥有成套核心技术自主知识产权的企业。ST系列总线式交流永磁同步伺服电机与国内外驱动器匹配广泛地应用于机械、纺织、印刷、包装及自动化等各种行业；GK6系列交流伺服电机与伺服驱动装置配套后构成的交流伺服系统，可广泛应用于机床、纺织、印刷、建材等领域；GM7系列交流伺服主轴电机可与国内外各类高、中、低档交流伺服主轴驱动模块配套，进行闭环控制运行、可以获得与配套普通交流变频电机完全不同的优异特性、广泛应用于数控机床、建材、塑机、纺织、轻工机械、冶金、输送线等需要应用交流伺服主轴的场合。
华中数控的伺服驱动产品有：HSV-180AS全数字交流伺服主轴驱动单元、HSV-180AD全数字交流伺服进给驱动单元、HSV-160B+系列伺服驱动单元、HSV-160U系列交流伺服驱动单元、HSV-180U系列交流伺服驱动单元、HSV-180D数字交流伺服进给驱动装置、HSV-162A全数字交流双轴伺服驱动单元、HSV-160B全数字交流伺服驱动单元，产品丰富。
评价：除了上述的产品，华中数控还自主开发红外热像仪方面的技术，形成红外测温软件平台等９项产品。这些技术和产品支撑了华中数控的市场营销，受到广大用户的欢迎，获得了很好的市场回报，华中数控独立拥有以上技术和产品的所有权，这也为华中数控自主研发的机器人投产打下了良好的基础。
发展趋势
数字化交流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求越来越高。总的来说，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面：
1.集成化
目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以外接外部传感器如位置、速度、力矩传感器等，构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化显著地缩小了整个控制系统的体积。
2. 智能化
目前伺服内部控制核心大都采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP），从而实现完全数字化的伺服系统。伺服系统数字化是其实现智能化的前提条件。伺服系统的智能化表现在以下几个方面:系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置；其次它们都具有故障自诊断与分析功能；以及参数自整定的功能等。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节，也是需要耗费较多时间与精力的工作。带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行，自动将系统的参数整定出来，并自动实现其最优化。
3. 网络化
伺服系统网络化是综合自动化技术发展的必然趋势，是控制技术、计算机技术和通信技术相结合的产物，现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。现场总线现已被广泛应用在伺服系统之间、伺服系统和其它外围设备如人机界面HMI、可编程控制器PLC等信息交互传输。现场总线有如下几个类型FF；ProfiBus、WorldFIP、ControlNet/DeviveNet、CAN等。这些通讯协议都为多轴实时同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驱动器集成进去，从而使伺服系统达到了分布、开放、互联以及高可靠性。
4. 简易化
这里所说的“简”不是简单而是精简，是根据用户情况，将用户使用的伺服功能予以强化，使之专而精，而将不使用的一些功能予以精简，从而降低了伺服系统成本，为客户创造更多的收益，且通过精简一些元器件，减少了资源的浪费从而利于环保。这里所说的“易”是指，伺服系统的软件编程及操作是从用户角度出发开发设计，力求简单易行，使用户调试时只需简单。
正式因为很多有远识的国产厂商（如汇川技术、英威腾等）加大研发力度提升其产品的性能，进而扩大其品牌的号召力，国产伺服厂商改变进口垄断格局将指日可待。有数据显示，未来五年，我国伺服系统行业受益于产业升级的影响，仍将保持20%以上的增长速度，至2015年，我国伺服系统行业市场规模有望突破100亿元，其中，国产伺服产品的市场占有率将达到40%左右。
(审核编辑: 智汇张瑜)
