機器人用微電機的技術與市場發(fā)展前景

李煌榮

(廈門達真電機有限公司，福建廈門361100)

0 引 言

微電機應用領域十分廣泛，機器人是以電機為核心的機電一體化產(chǎn)品，是微電機應用的新型領域。機器人是當代技術革命的重要標志之一，是繼汽車、計算機之后的第三個支撐經(jīng)濟發(fā)展的新型產(chǎn)業(yè)。據(jù)國際機器人協(xié)會預測，全球機器人需求量年增長30%，其市場前景十分看好。一般一臺機器人中有10臺左右微電機。

據(jù)報道預測，全球2012年機器人需求量約1.5億臺，也就是說其配套微電機需求量15億左右。機器人有軍用、工業(yè)用、民用幾大類。按照聯(lián)合國的報道，今后家用服務型機器人將獲得空前的進展。服務型機器人將大量進入家庭，從而大大減輕人類的體力勞動。隨著我國不斷提升工業(yè)生產(chǎn)過程自動化水平及部分地區(qū)出現(xiàn)用工缺口等問題，以機器人為代表的智能裝配產(chǎn)業(yè)將迎來大好發(fā)展機遇。機器人和自動化產(chǎn)業(yè)將成為未來高端制造業(yè)發(fā)展的主流方向，并將在我國產(chǎn)業(yè)轉型和結構調整中發(fā)揮重要作用?？梢哉雇?，與其配套的微電機市場前景十分誘人。

1 微電機在機器人領域中的應用

機器人通常由機械傳動系統(tǒng)、計算機控制和伺服驅動系統(tǒng)等幾個主要部分組成。其中伺服驅動系統(tǒng)中應用許多類型微電機。開發(fā)各種用于機器人中的各種微電機是微電機行業(yè)義不容辭的責任。

1.1 機器人用微電機的基本要求

由于機器人要求控制精度高、工作環(huán)境復雜、結構緊湊，因此對微電機提出較高技術要求。

①轉矩慣量比要大，機電時間常數(shù)要小，以滿足系統(tǒng)快速反應的要求;

②調速范圍寬，低轉速運行平穩(wěn)，零速附近可控，力矩波動要小，以滿足各種運動速度和精確定位的要求;

③功率體積比和功率重量比要大，以滿足有限安裝空間，即要求微電機盡量做到小型化和輕量化;

④過載能力大，耐熱性能好，在惡劣環(huán)境條件能長期工作，即具有良好耐環(huán)境性和高可靠性。

1.2 機器人用微電機的主要類型

步進電動機、直線電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機、大力矩低轉速電動機以及HD電動機(小型大轉矩電動機)及超聲波電動機、形狀記憶合金電動機等作驅動伺服功能用電機。而作為機器人中的位置、速度、傳感器用電機有自整角機、旋轉變壓器、測速發(fā)電機、感應同步機、感應移相器等精密信號電機。

其中步進電動機主要用于肩臂旋轉步進驅動;直流伺服電動機用于伸縮、擺動、升降、旋轉、彎曲、開閉等運動部位;交流伺服電動機的應用場合與直流伺服電動機相同。不過，交流伺服電動機過載能力強、可靠性好、功率大;低速電動機主要用于系統(tǒng)精度要求高的機器人，不采用減速齒輪作傳動機構，而是采用大力矩的低速電機，配上高分辨率的光電編碼器和測速發(fā)電機，實現(xiàn)直接驅動，HD電動機可直接與負載聯(lián)結，故可應用在定位精度高的機器人中。而超聲波電動機和形狀記憶合金電動機屬于非電磁原理電動機，可用在特殊環(huán)境下的機器人中，如醫(yī)療手術機器人的核磁共振及內(nèi)窺鏡設備中。

2 機器人及其所用微電機的市場前景

未來世界，機器人遍布各個領域，隨處可見。據(jù)聯(lián)合國調查報告指出:家用機器人數(shù)量將迅速增長，不用10年時間，每家都有機器人，除了裝備用和工業(yè)用機器人外，服務型機器人將進入千家萬戶。十年前，我們還對每戶家庭是否能夠擁有個人電腦而心存疑慮，現(xiàn)在家家戶戶基本上都擁有個人電腦。目前機器人已應用到各種領域，如民用中，有保姆機器人、娛樂機器人、玩具機器人、吸塵機器人、導游機器人、牧羊機器人，磚墻機器人等;在工業(yè)中，已有多種工業(yè)機器人，用途包括電弧焊接、點焊接、機械裝配、搬運和噴漆設備、注塑設備、研磨加工設備等;軍用機器人已參與各種危險性試驗和作戰(zhàn)智能活動。

機器人應用領域十分廣泛，應用前景十分樂觀，需求量逐年增多，其配套微電機也增長迅速。隨著工業(yè)自動化、辦公自動化、武器裝備現(xiàn)代化發(fā)展和需要，以及人們生活現(xiàn)代化水平提升，機器人將越來越成為許多領域中不可缺少的新寵兒。據(jù)有關資料報道和推算，2012年全球機器人市場需求量約1.5億臺，其需求量年增長為30%-40%，即2015年機器人需求量大約為3億臺，其配套微電機需求量達30億臺左右，其市場空間巨大，值得各個廠商高度關注，抓住機遇，加快發(fā)展我國機器人用的各種微電機。

3 抓住機遇，加快發(fā)展

隨著我國新型工業(yè)化進程加快，以機械手和機器人為代表的新型智能裝備產(chǎn)業(yè)迎來了千載難逢的歷史機遇。不久將來，機器人和自動化產(chǎn)業(yè)將在我國快速發(fā)展并成為高端制造業(yè)發(fā)展的主流方向。同時，隨著社會發(fā)展，全球進入信息化時代，科學技術水平提高，各種服務型機器人將進入每個家庭，特殊環(huán)境使用的機器人將進入軍營和戰(zhàn)場上。機器人五花八門，機器人產(chǎn)業(yè)進入新的歷史發(fā)展機遇。由于中國市場巨大，許多國際機器人企業(yè)也已大舉進入我國。目前已進入國內(nèi)市場的主要品牌有ABB、發(fā)那科、安川等企業(yè)。ABB公司在上海成立了機器人全球研發(fā)中心;發(fā)那科公司與上海電氣公司合資成立了上海發(fā)那科機器人有限公司;安川(上海)有限公司于2012年在江蘇常州設立機器人生產(chǎn)基地。

中國民族機器人企業(yè)，必須抓住機遇，加快發(fā)展我國自主品牌機器人，盡快進入國內(nèi)和國際市場。微電機行業(yè)也應在人力、財力、物力等方面加大投入，從開發(fā)單個電機產(chǎn)品逐步轉向開發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)品，即機電一體化產(chǎn)品。要發(fā)揮民族工業(yè)和整合行業(yè)優(yōu)勢資源，迅速形成合力，加快開發(fā)和批量生產(chǎn)機器人用各種微電機，以滿足市場需要。中國勞動力成本正變得過高，制造業(yè)應用機器人是大勢所趨。中國最大的制造商之一富士康公司已經(jīng)宣布，計劃用三年時間安裝100萬臺機器人代替工人正在從事的工作。面臨機器人巨大商機，微電機行業(yè)要抓住歷史發(fā)展機遇，加快發(fā)展我國微電機民族產(chǎn)業(yè)，為我國產(chǎn)業(yè)轉型升級做出新貢獻。

［1］ 中國工控網(wǎng).國內(nèi)制造業(yè)現(xiàn)狀:機器人應用是大勢所趨［EB/OL］.［2012-08-07］.http://www.gongkong.com/company/news/2012080715585500001.htm.

［2］ 張思明.微特電機在機器人中的應用發(fā)展［C］//第六屆中國小電機技術研討會論文集.上海，2001:28-33.

［3］ 袁海林.機器人用微電機市場前景［C］//第十屆中國小電機技術研討會論文集.上海，2005:106-108.

［4］ 海老原大樹.電動機技術實用手冊［M］.北京:科學出版社，2006.