加入星計(jì)劃,您可以享受以下權(quán)益:

  • 創(chuàng)作內(nèi)容快速變現(xiàn)
  • 行業(yè)影響力擴(kuò)散
  • 作品版權(quán)保護(hù)
  • 300W+ 專業(yè)用戶
  • 1.5W+ 優(yōu)質(zhì)創(chuàng)作者
  • 5000+ 長期合作伙伴
立即加入
  • 正文
    • 一、伺服系統(tǒng)
    • 二、人形機(jī)器人主要伺服方案
    • 三、國內(nèi)主要伺服企業(yè)
    • 四、總結(jié)
  • 推薦器件
  • 相關(guān)推薦
  • 電子產(chǎn)業(yè)圖譜
申請(qǐng)入駐 產(chǎn)業(yè)圖譜

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分析——伺服系統(tǒng)

03/05 11:00
1.1萬
閱讀需 14 分鐘
加入交流群
掃碼加入
獲取工程師必備禮包
參與熱點(diǎn)資訊討論

話接上篇,特斯拉Optimus人形機(jī)器人擁有40個(gè)自由度,優(yōu)必選人形機(jī)器人walke X含有41個(gè)高性能伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié),達(dá)闥機(jī)器人Cloud Ginger 2.0采用41個(gè)柔性智能關(guān)節(jié),傅利葉通用人形機(jī)器人GR-1全身更是多達(dá)51個(gè)自由度。理論上每個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)伺服系統(tǒng),對(duì)應(yīng)是市場(chǎng)增量與減速器相當(dāng),但是各家人形的伺服方案又有很大不同。今天筆者將和大家一起學(xué)習(xí)伺服系統(tǒng)的原理,伺服行業(yè)國內(nèi)領(lǐng)先的企業(yè)的行業(yè)概況。

一、伺服系統(tǒng)

1.1、伺服定義

伺服系統(tǒng)是使系統(tǒng)終端執(zhí)行結(jié)構(gòu)根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)包括位移、轉(zhuǎn)速和力矩等多維度動(dòng)作的設(shè)備總稱,主要包括伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)兩部分。伺服驅(qū)動(dòng)器接受上位機(jī)發(fā)送的信號(hào),然后轉(zhuǎn)換為功率信號(hào),即能夠控制電機(jī)的電流,驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作,編碼器作為核心傳感器將電機(jī)實(shí)時(shí)位置傳送回驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器及時(shí)修正信號(hào)指令,確保電機(jī)位置、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速滿足預(yù)定要求。

圖|伺服系統(tǒng)工作原理示意圖

來源:偉創(chuàng)電氣招股書

1.2、分類

伺服系統(tǒng)產(chǎn)品種類豐富,按照功率大小可以分為小型伺服、中型伺服、大型伺服;按照末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類可以分為電氣伺服、液壓伺服、氣動(dòng)伺服。目前應(yīng)用最為廣泛的是電氣伺服系統(tǒng),電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)類型分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)

表|伺服系統(tǒng)產(chǎn)品分類、特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

來源:偉創(chuàng)電氣招股書

1.3、成本占比

伺服系統(tǒng)的基本組成部分包括電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等。從成本構(gòu)成上看,驅(qū)動(dòng)器成本占整個(gè)伺服系統(tǒng)成本的42%,電機(jī)的成本占比約35%,編碼器成本占比約為11%。而對(duì)于驅(qū)動(dòng)器來說,主要結(jié)構(gòu)包括控制芯片、電源模塊、信號(hào)采集模塊、功率放大器、過熱保護(hù)電路和控制面板等部分,控制芯片是核心,成本占比超過50%??刂菩酒男阅荜P(guān)系到伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度和控制精度。此外,電源模塊主要用于向伺服電機(jī)供電,信號(hào)采集模塊用于采集電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)信息,產(chǎn)生控制信號(hào)。從成本端看,伺服驅(qū)動(dòng)主要成本為材料費(fèi)用,其中IGBT、DSP芯片占總材料成本的50%以上。

二、人形機(jī)器人主要伺服方案

當(dāng)前各人機(jī)產(chǎn)品在關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器零部件選用細(xì)節(jié)上略有差異,主要與驅(qū)動(dòng)器方案的選擇有關(guān),而不同方案的選擇往往是應(yīng)用場(chǎng)景和制造成本之間權(quán)衡的結(jié)果。優(yōu)必選采用伺服驅(qū)動(dòng)器,達(dá)闥自主研發(fā)的一種高集成化、高性能的智能柔性關(guān)節(jié)SCA,而特斯拉采用無框力矩電機(jī)方案。

表|典型人機(jī)產(chǎn)品執(zhí)行器方案

來源:華寶證券

2.1、優(yōu)必選機(jī)器人伺服方案

伺服驅(qū)動(dòng)器是機(jī)器人的關(guān)節(jié),是開發(fā)機(jī)器人控制和運(yùn)動(dòng)能力的關(guān)鍵硬件。伺服驅(qū)動(dòng)器由電機(jī)、伺服控制器、伺服控制算法、減速器、傳感器及其他組件組成。能夠?qū)崿F(xiàn)多樣化、靈活精確的運(yùn)動(dòng),并進(jìn)行安全、平穩(wěn)、準(zhǔn)確和敏捷的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)。

優(yōu)必選設(shè)計(jì)并制造具有不同扭矩的伺服驅(qū)動(dòng)器,以便應(yīng)用于我們不同形狀及大小的服務(wù)機(jī)器人,以使其應(yīng)用于不同行業(yè)。

2.1.1、大型伺服驅(qū)動(dòng)器

大扭矩伺服驅(qū)動(dòng)器集成了高密度無框力矩電機(jī)、雙位置編碼器、行星/諧波減速器和高性能處理控制器,形成一體化,可以滿足高功率密度、大扭矩輸出的需求。目前支持最大扭矩≥200Nm。

圖|優(yōu)必選中大型伺服方案

來源:優(yōu)必選官網(wǎng)

2.1.2、中小型伺服驅(qū)動(dòng)器

電機(jī)控制算法、減速器設(shè)計(jì)和電機(jī)設(shè)計(jì)三個(gè)維度進(jìn)行深入研究,形成中小型伺服舵機(jī)開發(fā)一站式解決方案

圖|優(yōu)必選中小伺服方案

來源:優(yōu)必選官網(wǎng)

兩種伺服的應(yīng)用場(chǎng)景主要是大型人形機(jī)器人Walker、機(jī)械臂、人形機(jī)器人Alpha系列,服務(wù)機(jī)器人Cruzr,教育機(jī)器人Jimu系列,消殺機(jī)器人ADIBOT。

2.2、達(dá)闥機(jī)器人伺服方案

達(dá)闥的伺服方案為自主研發(fā),進(jìn)行了兩輪迭代升級(jí),命名為MINTASCA(Smart Compliant Actuator)智能柔性關(guān)節(jié),有SCA1.0和SCA2.0兩個(gè)系列。SCA集成新型伺服電機(jī)、底層伺服驅(qū)動(dòng)、高精度編碼器、高精度減速器于一體,體積僅為傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)的十分之一;具備高度集成、總線控制、大扭矩輸出、低成本及易使用性等特點(diǎn),是大多數(shù)機(jī)器人最核心的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)。

圖|達(dá)闥伺服方案升級(jí)歷程

來源:達(dá)闥官網(wǎng)

達(dá)闥優(yōu)化了外轉(zhuǎn)子無刷伺服電機(jī),優(yōu)化后的電機(jī)扭矩密度更高,在體積小的情況下可以輸出更大的扭矩,同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)良的散熱設(shè)計(jì)。

圖|達(dá)闥伺服方案結(jié)構(gòu)圖

來源:達(dá)闥官網(wǎng)

三、國內(nèi)主要伺服企業(yè)

3.1、匯川技術(shù)

在伺服系統(tǒng)領(lǐng)域,也涌現(xiàn)了匯川技術(shù)、埃斯頓等一批國內(nèi)領(lǐng)先廠商。根據(jù)睿工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2023 年上半年,公司通用伺服系統(tǒng)在中國市場(chǎng)份額約 24.3%,位居第一名(排名第二、三、四位的廠商及市占率分別:西門子,10.6%;安川,9.4%;臺(tái)達(dá),6.2%)。

2023 年上半年,公司研發(fā)人員合計(jì) 4922 人,研發(fā)投入 12.95 億元,研發(fā)費(fèi)用率為 10.4%。公司累計(jì)獲得 3,067 個(gè)專利及軟件著作權(quán)。通過持續(xù)的高比例研發(fā)投入,進(jìn)一步提升了電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制、工業(yè)控制軟件、新能源汽車電驅(qū)總成、數(shù)字化、工業(yè)機(jī)器人等方面的核心技術(shù)水平,鞏固了在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

3.1.1、單軸伺服系統(tǒng)

匯川單軸伺服系統(tǒng)高性能中小功率的交流伺服系統(tǒng)。系列產(chǎn)品功率范圍從50W到7.5kW,支持脈沖、Ethercat、Profinet、Canlink、Canopen、Modbus控制方式,靈活匹配各種類型的上位機(jī)。

表|匯川技術(shù)伺服產(chǎn)品

來源:匯川技術(shù)官網(wǎng)

SV680系列旗艦型伺服驅(qū)動(dòng)器融合匯川汽車級(jí)質(zhì)量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與比較完善的可靠性分析和測(cè)試方法。3.5KHz速度環(huán)帶寬,26bit安全型多圈絕對(duì)值電機(jī),7000rpm最高轉(zhuǎn)速。標(biāo)配STO與動(dòng)態(tài)制動(dòng),標(biāo)配EtherCAT總線FSoE功能,擴(kuò)展SS1/SS2/SLS/SBC/SOS/SSM/SDI功能,內(nèi)置抱閘輸出與PTC檢測(cè),CE/UL/KC/TUV認(rèn)證。

圖|匯川技術(shù)伺服產(chǎn)品

來源:匯川技術(shù)官網(wǎng)

根據(jù)MIR數(shù)據(jù),匯川2023 伺服實(shí)現(xiàn)收入 60.3億元,份額約為28%,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)提升。

3.2、禾川科技

禾川科技的主要產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)、PLC 等,覆蓋了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的控制層、驅(qū)動(dòng)層和執(zhí)行傳感層,并在近年沿產(chǎn)業(yè)鏈上下游不斷延伸,涉足上游的工控芯片、傳感器和下游的高端精密數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。其中,伺服系統(tǒng)作為公司的核心產(chǎn)品,搭載自主研發(fā)的編碼器,在定位精度、速度控制、額定轉(zhuǎn)矩等核心性能指標(biāo)上均具有較強(qiáng)競爭力,在國內(nèi)品牌廠商中保持優(yōu)勢(shì)地位,2020 年公司通用伺服系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率約為 3%,國產(chǎn)品牌中位列第二。

公司多年來不斷完善伺服產(chǎn)品布局,產(chǎn)品目前已廣泛應(yīng)用于光伏、鋰電、機(jī)器人、3C電子、包裝、紡織、物流、木工、激光等行業(yè),覆蓋客戶包括比亞迪、工業(yè)富聯(lián)、寧德時(shí)代、三通 一達(dá)、隆基股份、捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、先導(dǎo)智能、藍(lán)思科技、埃夫特、卡諾普等多家行業(yè)龍頭企業(yè)。

表|禾川科技伺服產(chǎn)品列表

來源:禾川科技公告

截至 2023年6月30日,公司共擁有研發(fā)人員548 名,占公司員工總數(shù)的27.21%;公司研發(fā)投入為6,779.01萬元,占本期營業(yè)收入的11.27%;公司在研項(xiàng)目32個(gè),累計(jì)獲得各項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)361項(xiàng),本年新增49項(xiàng)。

公司的伺服系統(tǒng)搭載自主研發(fā)的編碼器,在轉(zhuǎn)矩精度、速度波動(dòng)率、速度環(huán)帶寬、控制周期 等性能參數(shù)方面已接近國外主流品牌同類可比產(chǎn)品水準(zhǔn),并可以配合多種總線控制,擁有自調(diào)整、模型跟蹤、制振等功能,大幅提高產(chǎn)品易用性的同時(shí)可以有效抗擾動(dòng)并保持運(yùn)行穩(wěn)定。

公司已自主研發(fā)出具有較大優(yōu)勢(shì)的編碼器和工控芯片,在技術(shù)先進(jìn)性及成本優(yōu)勢(shì)上取得了較大突破。公司的磁編碼器分辨率最高可達(dá)21位,光編碼器分辨率最高可達(dá)23位,精度可 達(dá)±20角秒,采用差分串行輸出信號(hào),能夠有效防止外部干擾,即使在極為惡劣(油污、振動(dòng)、高溫等)的工作環(huán)境中也可提供可靠的速度和位置數(shù)據(jù),掌握核心技術(shù)的同時(shí)降低了公司伺服電機(jī)的制造成本。

3.3、偉創(chuàng)電氣

偉創(chuàng)電氣研制生產(chǎn)的伺服系統(tǒng)包括通用伺服系統(tǒng)和行業(yè)專機(jī),其中,通用伺服系統(tǒng)主要有 SD600 和 SD700 系列,電壓等級(jí)涵蓋 48VDC、220VAC、380VAC,功率范圍涵蓋50W至55kW;行業(yè)專機(jī)產(chǎn)品有 SD500、SD650、EHS100、VC600 系列;運(yùn)動(dòng)控制器主要有V5系列。伺服系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)床、印刷包裝、紡織機(jī)械、木工機(jī)械、機(jī)器人/機(jī)械手、電子設(shè)備等各種行業(yè)。

圖|偉創(chuàng)電氣伺服產(chǎn)品

來源:偉創(chuàng)電氣公告

SD700 伺服系統(tǒng)是在公司全新技術(shù)平臺(tái)上開發(fā)的一款高性能的伺服系統(tǒng),通過 FPGA 實(shí)現(xiàn)電流環(huán)算法,大幅提升了伺服系統(tǒng)的響應(yīng)帶寬,除了基礎(chǔ)性能的提升外,同時(shí)在易用性上突破了智能調(diào)整、魯棒控制、高低頻振動(dòng)抑制等關(guān)鍵技術(shù),支持 23/24 位絕對(duì)值編碼器,采用自主開發(fā)的5對(duì)極伺服電機(jī)。并開發(fā)出 EtherCAT、MECHATROLINK-III、MECHATROLINK-II、CANopen 總線型產(chǎn)品。 主要應(yīng)用在機(jī)床行業(yè)、印刷包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、機(jī)器人/機(jī)械手、木工機(jī)械、電子設(shè)備等。

SD600 伺服系統(tǒng)采用 DSP+FPGA 模式,選取高速數(shù)字處理芯片作為核心控制,充分保證伺服算法的運(yùn)算精度要求,應(yīng)用工業(yè)級(jí)智能功率模塊 IPM,增量 式 2500 線光電編碼器,采用先進(jìn)的全數(shù)字電機(jī)控制算法,實(shí)現(xiàn)多種算法控制。主要應(yīng)用于電子設(shè)備、紡織化纖、包裝等行業(yè)。

V5 系列運(yùn)動(dòng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的編程,支持在線調(diào)試,操作更便捷,具備電子凸輪、運(yùn)動(dòng)控制、總線控制等功能,廣泛應(yīng)用于印刷包裝,機(jī)器人/機(jī)械手、 木工機(jī)械、紙巾機(jī)械,電子設(shè)備等各類領(lǐng)域。

四、總結(jié)

按照一個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)伺服電機(jī),伺服系統(tǒng)均價(jià)1000 元計(jì)算,同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)預(yù)測(cè)的2030年全球人形機(jī)器人出貨量有望達(dá)百萬臺(tái),2030年全球人形機(jī)器人用伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)400-500億元。

國內(nèi)企業(yè)目前伺服系統(tǒng)應(yīng)用主要集中在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,未來隨著人形出貨量增長,更多的系統(tǒng)將用于人形機(jī)器人領(lǐng)域,為產(chǎn)業(yè)鏈帶來更多的市場(chǎng)增量。在人形機(jī)器人商業(yè)化加速的背景下,憑借技術(shù)上的突破、性價(jià)比等優(yōu)勢(shì),國產(chǎn)伺服系統(tǒng)等驅(qū)動(dòng)廠商有望深度參與人形機(jī)器人市場(chǎng)。

推薦器件

更多器件
器件型號(hào) 數(shù)量 器件廠商 器件描述 數(shù)據(jù)手冊(cè) ECAD模型 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí) 參考價(jià)格 更多信息
STM32H743VIT6TR 1 STMicroelectronics High-performance and DSP with DP-FPU, Arm Cortex-M7 MCU with 2MBytes of Flash memory, 1MB RAM, 480 MHz CPU, Art Accelerator, L1 cache, external memory interface, large set of peripherals

ECAD模型

下載ECAD模型
暫無數(shù)據(jù) 查看
STM32F405RGT6W 1 STMicroelectronics High-performance foundation line, Arm Cortex-M4 core with DSP and FPU, 1 Mbyte of Flash memory, 168 MHz CPU, ART Accelerator

ECAD模型

下載ECAD模型
$14.1 查看
STM32H743XIH6TR 1 STMicroelectronics High-performance and DSP with DP-FPU, Arm Cortex-M7 MCU with 2MBytes of Flash memory, 1MB RAM, 480 MHz CPU, Art Accelerator, L1 cache, external memory interface, large set of peripherals

ECAD模型

下載ECAD模型
暫無數(shù)據(jù) 查看
匯川技術(shù)

匯川技術(shù)

精進(jìn)電動(dòng)科技股份有限公司-精進(jìn)電動(dòng)是全球新能源汽車電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。公司致力于“做世界上最好的電動(dòng)系統(tǒng)”,為全球客戶開發(fā)、配套先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)核心零部件、總成和系統(tǒng),產(chǎn)品覆蓋乘用車和商用車,市場(chǎng)份額領(lǐng)先。精進(jìn)電動(dòng)是全球新能源汽車電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。公司致力于“做世界上最好的電動(dòng)系統(tǒng)”,為全球客戶開發(fā)、配套先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)核心零部件、總成和系統(tǒng),產(chǎn)品覆蓋乘用車和商用車。

精進(jìn)電動(dòng)科技股份有限公司-精進(jìn)電動(dòng)是全球新能源汽車電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。公司致力于“做世界上最好的電動(dòng)系統(tǒng)”,為全球客戶開發(fā)、配套先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)核心零部件、總成和系統(tǒng),產(chǎn)品覆蓋乘用車和商用車,市場(chǎng)份額領(lǐng)先。精進(jìn)電動(dòng)是全球新能源汽車電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。公司致力于“做世界上最好的電動(dòng)系統(tǒng)”,為全球客戶開發(fā)、配套先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)核心零部件、總成和系統(tǒng),產(chǎn)品覆蓋乘用車和商用車。收起

查看更多

相關(guān)推薦

電子產(chǎn)業(yè)圖譜

與非網(wǎng)資深行業(yè)分析師,工科背景,11年行業(yè)研究經(jīng)歷。擅長從行業(yè)供需、量價(jià)、公司財(cái)務(wù)基本面等角度分析,洞悉電子行業(yè)未來發(fā)展方向,歡迎交流。