工业机器人

减速器市场的冷暖可谓是工业机器人市场的晴雨表。回顾过去三年，减速器厂商经历了2017年“供不应求”的黄金时代，2018年“供过于求”的白银时代，2019年“求生存”的青铜时代。传统中带着“高精尖”的外衣光环，过去一直吸引着众多企业和资本跃跃欲试。

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近年全球工业机器人市场平均增长率约为15%，2016年全球工业机器人市场规模达132亿美元。10月19日，国家统计局公布的9月规模以上工业增速为6.6%，比8月份加快0.6个百分点；环比看，9月份规模以上工业增加值比上月增长了0.56%。而这主要原因就是工业机器人的迅猛发展，为其提供了明显的带动作用。

如今，有关方面围绕工业升级出台了很多举措，企业借助“机器代人”提高了生产效率，逐渐认可了通过机器人进行产业升级，工业机器人市场将持续增长。其中，中国是工业机器人增长最迅速的市场，近五年平均增长率达28%。

受访专家指出，今年的工业增速存在明显的季末回升现象，9月PPI的回升，以及由此而来的工业企业利润的大幅增长是工业反弹的主要原因。外贸复苏带来的规模以上工业企业出口交货的增长，也为工业反弹提供了基础。

互联网是机器人走向更加智能化的必经之路。“互联网+”是一种思维，对于机器人而言，可以称为工业互联网，是人与机器人、机器人与机器人、机器人与设备之间实现交互的桥梁。只有实现互联，机器人的数据才能实现交互，交互之后才能实现智能化。

7月份的规模以上工业增加值（下称工业）增速出现了回落。

国家统计局8月14日公布的数据显示，7月份的这一数据同比增长了6.4%（扣除价格因素），这是今年除1-2月份以外的最低值，比6月份回落1.2个百分点。

其背后是季节性因素、政策因素及需求因素的共同作用——今年7月份全国平均气温及高温天数双双创下1961年以来的新高，洪涝灾害比较严重，停产检修企业增多；环保督察、去产能带来的停产限产，出口交货值、工业投资的增速回落也影响了7月的工业表现。

工业的新旧动能转换任重道远，但其切换速度在加快。7月当月机器人同比增速超过了90%，新能源汽车也同比增长了48.6%。

酷暑高温下，中国工业增速与发电量走势再次出现了背离。随着补库存的渐近尾声、房地产市场的调整，财政货币政策的趋紧，多位受访对象认为，未来一段时间工业增速有可能逐渐趋稳，在6.5%上下窄幅波动。

工业增速回落1.2个百分点

在中国社科院工业经济研究所市场与投资研究室副主任江飞涛看来，7月份工业增速的明显回落主要受季节性因素与环保限产等因素的影响。

我国已成为工业机器人最大的销量国，数据显示，2016年中国市场工业机器人消费总量达8.9万台，比2015年增长26.6%。

今年国内工业机器人产业延续良好发展的态势，前瞻数据库整理数据显示，2017年5月我国工业机器人产量10057套，同比增长47.3%，1-5月累计产量44360套，累计增长50.4%。

以下为2016年6月至2017年5月我国工业机器人产量统计：

工信部正在制定行业准入条件，提高准入门槛，严控工业机器人高端产业低端化和低端产品产能过剩风险。高调宣布投资200亿元建设机器人产业园，地方政府大力支持，500亩工业用地很快到位。可一年多过去了，除了一家没有核心技术的低端机器人组装厂，原先规划的减速机、伺服电机等高端配套企业踪影全无……

发生在中部某省一个普通县城的真实案例，折射出我国工业机器人产业发展的一个侧面。日前，工业和信息化部副部长辛国斌表示：“机器人领域高端产业低端化和低端产品产能过剩的风险，已经引起了有关部门高度重视。”

40余个产业园、800多家企业抢蛋糕

“2010年，武汉美的月产空调50万台，员工1万多人；如今，月产55万台，员工3000人。”美的集团武汉制冷设备公司工程部设备经理刘趁伟说，工业机器人的大规模使用、生产流程信息化改造，让人均效率每年提升20%。

机器人大量使用，是近年来制造业企业转型升级的突出特点。统计显示，自2013年成为世界最大工业机器人市场后，我国工业机器人使用量大幅攀升。2014年全国销售工业机器人超5.7万台，增长54%；2015年销量增至6.8万台；2016年机器人安装量更是高达8.5万台，超过全球新增工业机器人数量的30%。

自德国提出工业4.0之后，中国也提出了“中国制造2025”规划，随着中国自动化步伐的加快，未来中国将成为超级机器人大国，工业机器人需求量大大增长。然而在工业机器人高增长刺激下，其控制系统和自动化主要产品伺服电机发展之路必将发生改变，伺服电机作为工业机器人的动力系统以及机器人运动的“心脏”，未来出路在哪里？

《2015-2019年全球工业机器人伺服电机行业报告》显示，2013年开始，中国成为世界最大的工业机器人市场，2014年销量飙升到全球伺服电机销量的55%。预计到2019年，中国市场对伺服电机的需求将达到182000台。

工业机器人的快速增长已经在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。按ResearchandMarkets的测算，90%的工业机器人使用伺服电机，同时，每个工业机器人装配的伺服电机都是平均量，那么2014年中国所增加的对伺服电机的需求在231000台。而这个数字在2019年将有望达到737000台。

目前，在中国工业机器人市场，85%的伺服电机是外资品牌，而本土企业，大多数仍处于研制试验阶段，几乎没有工业化的工业机器人伺服电机。

工业机器人与伺服电机的共存关系

说起对工业机器人的性能要求，无非就是“快、准、狠”三字。其实这也就是对机器人关节伺服电机的要求，今天我们就来拆解一下这三字背后的含义。

其中“快”、“准”的意思大家都非常好了解，就是要求伺服电机的响应速度要快，控制精度要高。而“狠”字又怎么解呢?其实大家仔细想想，伺服电机除了又快又准外，我们对它的余下要求就是过载能力强，即“狠”了。

为什么伺服电机要求过载能力强?

由于伺服电机在机器人上主要用于驱动关节的运动，因此它需要进行频繁正反转短时运行。而在这种频繁正反转，而且又带着一定惯量的负载，还要求控制速度非常快的情况下，对伺服电机的过载能力(过载扭矩、过载电流)要求是非常高的。

Te=Tload+J*dω/dt+Kn

由上述公式可知，实际伺服电机在带载启动时，除了加载的扭矩Tload和摩擦系数Kn外，还会因为负载惯量J和角加速度dω/dt的影响导致启动扭矩变大。特别是电机加速得越快，dω/dt越大，J不变，Te就越大，伺服电机的扭矩过载能力就必须越强。

如何测量伺服电机过载能力?

机器人的传动和布局设计从理论上讲应该是比较成熟的领域，如果有样机，拆开一看就可以知道大部分的结构。但是在结构优化设计经验、装配规范的标准化、零配件的按需定制以及供应链优化等方面国内厂商还需要很长时间的积累。

本文以KUKA为例，分协作机器人iiwa和传统机器人KR两个大系列。

协作机器人iiwa

当前主流的协作机器人都采用“模块化”思想的关节设计，采用直驱电机+谐波减速器的方式，每个关节的内部结构基本一致，只是大小不太一样，例如iiwa的每个轴基本都是下图这样：

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