中国自主工业机器人“心脏”达“国际领先”水平
2018-5-18 来源：- 作者：-
5月16日，格力 “新时代？让世界爱上中国造——格力2018再启航”梦想盛典于珠海举行。除了丰富的晚会节目，格力还在盛典上对外宣布了一批最新获鉴定的 “国际领先”技术，其中由格力自主研发的 “工业机器人用高性能伺服电机及驱动器” 经专家组一致认定，达到“国际先进”水平，其中伺服电机功率密度、过载能力等性能指标达到“国际领先”水平。
“格力自主研发的工业机器人用高性能伺服电机及驱动器的项目成果是我国制造业具有国际核心竞争力的体现，对提升我国整体智能制造水平非常有利。真正的核心科技是买不来的，想要掌握核心科技，必须要通过自主研发，因此格力自主研发的伺服电机系统价值很高，意义深远。”东南大学教授程明于科技成果鉴定会上表示。
挑战瓶颈锻造工业机器人“强心脏”
随着现代工业技术的不断升级和发展，“智能制造”已成为全球制造业变革的重要方向和竞相争夺的制高点，而我国推出的《中国制造2025》战略旨在通过智能制造实现国内工业的更大突破。工业机器人是智能制造业最具代表性的装备，也是我国发展智能制造的重要支撑之一。
伺服系统作为工业机器人控制系统中的执行元件，是机器人三大核心零部件之一，可谓整个工业机器人的“心脏”。然而，国产伺服系统在市场上比重较低，在技术与性能上与国外品牌有较大的差距，是我国机器人产业需要突破的关键短板之一。《中国制造2025》中总体部署了机器人伺服电机的目标：到2020年，性能、精度、可靠性达到国外同类产品水平。
据了解，国产伺服系统存在产品体积大、运行精度低、响应速度慢、用户体验差等问题。这主要是由于高性能伺服系统主要有三大技术瓶颈：伺服电机关键零部件缺少自主研发，结构小型化受限，电机功率密度较低；伺服电机关键设计及工艺技术缺乏深入研究，电机齿槽转矩等关键性能难以提升；伺服系统关键算法存在差距，响应速度慢、运行精度低。
针对上述技术瓶颈，格力从功率密度、齿槽转矩、电流环设计等三方面入手，自主研发出工业机器人用高性能伺服电机及驱动器。
功率密度、过载能力达“国际领先”水平
小型化是工业机器人未来发展的趋势之一。同等“工作能力”下，小型机器人具有占地面积少，外形小巧美观，移动运输简便等优势。随着工业机器人的小型化，伺服电机小型化、轻量化也成为一种趋势。
传统的伺服电机均采用通用制动器，结构固化，电机小型化受限。为此，格力自主研发制动器，创新性地使整个伺服系统发挥整体协同设计作用，使电机结构更加紧凑。此外，传统伺服电机定子为铆扣铁芯结构，铁损较高，格力打破传统设计与制造工艺，研发出一种新型低铁损铁芯结构及冲压工艺，可有效地降低电机铁损，进而提升功率密度。随着电机功率密度提升以及结构小型化，电机温升超标成为了主要的瓶颈，格力通过对电机内部传热路径进行系统设计，可有效控制各部分温升在合理范围。
格力独创伺服电机高功率密度设计技术，有效缩短电机轴向长度，解决了伺服电机功率密度低，体积过大，导致机器人重量偏大的问题，最大程度促进机器人的小型化及轻量化。由于机器人需要不断地快速变换速度和位置，因此需要伺服电机有较快的运行速度及较高的瞬时加速承载能力。格力伺服电机运行区间范围宽，体现在最大运行速度高，瞬时过载能力强。应用格力伺服系统的机器人在同等条件下，自重比更大，运行速度更快，生产效率高，可靠性更好。
采用以上技术的格力伺服电机产品经上海电器设备检测所有限公司检验，对电机长度、功率密度等关键技术指标进行测试，主要性能指标优于国际同类产品水平。其中伺服电机功率密度、过载能力等性能指标达到“国际领先水平”，极大地提高我国机器人的市场竞争力。
两大核心科技让伺服系统“快、准、稳”
“快”、“准”、“稳”是伺服系统性能的主要考量指标，即响应速度、运行精度及稳定性。格力还研发出低齿槽转矩设计及工艺保障技术、伺服系统高性能电流环优化设计技术两大核心科技，提高伺服系统输出平稳性、运行精度和响应速度。
为了保障机器人在不同工作场所都能胜任，要求伺服系统既要满足高过载能力，即电机输出转矩足够高，又要确保运行精度，即影响运行精度的电机齿槽转矩要低。因此传统伺服电机输出转矩和齿槽转矩这对与生俱来的矛盾成为了最大瓶颈，格力伺服项目组通过特殊的低齿槽转矩设计及工艺保障技术，在保证高输出转矩的同时大幅降低齿槽转矩，成功解决了伺服电机的“历史性”矛盾。
针对传统伺服系统动态响应速度慢，电流控制速度与精度无法兼顾的问题，格力通过伺服系统高性能电流环优化设计技术，使整个系统可以兼顾电流控制的速度和精度。应用以上技术，伺服系统电流环路带宽大幅提升，完全满足高性能工业机器人对伺服系统性能的要求。
自主研发助力中国“智”造
大力发展智能制造，是加快制造强国建设步伐，加速推动经济发展由数量和规模扩张向质量和效益提升转变的重要途径。2016年12月7日，国家工信部正式公布《中国智能制造“十三五”规划》，确定了中国制造业智能化转型的重要五年两大时间节点和十个重要任务，为智能制造行业注入“强心剂”。
作为智能制造的重要抓手，工业机器人是推动智能制造相关产业发展的重要支撑手段，随着机器人产业的兴起，作为机器人核心零部件之一的伺服电机在我国未来前景广阔，成为许多企业竞相布局的热门领域。
根据高工产研出具的《2017-2022年中国工业机器人报告》，到2020年，预计6轴以上工业机器人年产5万台，按此需求量计算，则需要伺服系统达到每年30万套。若将其它类型机器人全部进行统计，则数目更加庞大。
伺服电机广阔的市场前景和巨大的市场需求，对我国伺服电机的产品质量和技术水平提出了更高的要求。此次格力完全自主研发的工业机器人用高性能伺服电机被鉴定为“国际领先”，无疑是中国智能制造一次里程碑式的事件，成功解决了我国高端机器人用伺服系统依赖国外进口的局面，打破国外品牌在高性能伺服系统产品上的技术垄断，表明格力已能自主生产出国际先进水准的工业机器人核心零部件，也预示着‘中国造’正逐步掌握智能制造相关领域的核心科技。
格力在伺服电机领域取得的突破，源于其多年来在电机领域的不懈技术深耕，也得益于格力近年发展多元化发展战略，持续加大智能装备领域自主研发力度。
格力的电机系统技术研发有15年历程，研发电机类型包括：空调用风扇电机及压缩机电机、商用螺杆压缩机用电机、离心压缩机用高速大功率永磁电机及变频器、磁悬浮轴承及其控制器、新能源汽车主驱电机及驱动器、标准工业电机、智能装备用伺服电机及驱动器，格力电机系统产品总年产量达1.18亿台/年，总年产值超过150亿元/年。
基于在制造领域多年技术积累，格力于2013年1月成立格力智能装备有限公司，开启了自主研发、制造智能装备的新跑道。截止目前，格力智能装备的业务横跨“数控机床、机器人、工厂自动化、热交换器设备、新能源设备、注塑钣金设备、物流仓储设备、检测设备、精密传动部件、工业信息化”十大产品业务板块，超百种规格产品。据格力电器2017年年报显示，格力智能装备2017年营收规模同比增长1220.27%，实现了“火箭式”跃升。
“在国际经济局势愈加纷繁，中国制造业亟需转型升级的当下，格力坚信只有始终坚持自主创新，掌握核心科技，才能把握全球制造业智能化的大潮，顺利走向即将到来的大数据时代，真正做到 ‘让世界爱上中国造’。”格力电器董事长董明珠接受记者采访时表示。
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