新质生产力带动机械臂升级，哪些电机将迎来大机遇？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）今年的政府工作报告提出，大力推进现代化产业体系建设，加快发展新质生产力。近一段时间以来，“新质生产力”一词广受关注。在新质生产力理念的带动下，制造业在积极进行升级，人形机器人得到了飞速的发展。不过，目前人形机器人距离规模性商业落地还很远，加大机械臂使用率、渗透率和覆盖率成为当前的重点。

 
新质生产力要求机械臂进化成为智能机械臂，将会更加灵活，能够胜任更加复杂的生产任务。这给机械臂里面的核心元件——电机，提出了更高的要求。
 

机械臂里面应用到的电机

机械臂作为现代工业和服务领域中的重要工具，其运动系统中所使用的电机类型丰富多样，常见的有直流电机、步进电机和伺服电机等。
 
机械臂是一个复杂的系统，大部分机械臂的连杆以串联形式连接，且每个关节位置由一个变量定义，因此关节数量和关节灵活度决定了机械臂的性能。作为核心部位，机械臂的关节主要由传动装置、运动轴系、驱动器、传感器组成。目前，机械臂的驱动方式主要包括液压驱动、气压驱动和电气驱动。其中，电气驱动具有控制性能好、控制精度高、使用可靠、维护简单等优点，且适用于所有尺寸的机械臂，因而电气驱动式机械臂是目前使用得最多的一种机械臂。
 
在电气驱动的机械臂中，伺服电机是一种通过反馈系统进行闭环控制的电机，能够提供高性能的运动控制。这种电机类型在机械臂中常用于需要高精度、高速度和高扭矩的应用。在精密加工、医疗手术辅助等应用的机械臂中，伺服电机有着很高的市占率。
 
步进电机是一种通过一步一步地移动来实现精确位置控制的电机。机械臂中常常需要高精度的定位和控制，这时步进电机就发挥了重要作用。步进伺服电机具有精度高、转矩大、控制简单等特点，适用于组装线精密控制等机械臂。
 
在电气驱动式机械臂中，直流伺服电机具有可靠性好、反应迅速、可以得到精确的旋转角度等优点，是目前主要的驱动电机。直流伺服电机由减速器、编码器、直流电机构成。在具体工作的过程中，减速器用来改变电机方向传来的转速，以达到适合机械臂所需的转速；编码器记录电机旋转的角度速度等信息；通过对直流电机进行控制，可以使直流伺服电机按期望的转速和力矩运动到期望的转角。
 
当机械臂进化到人形机器人之后，力矩电机的应用就会非常广泛。力矩电机是一种特殊类型的电机，它以扭矩为控制方向，能够在电机低速甚至堵转时仍能提供稳定的力矩给负载。力矩电机通常用于对扭矩有特定要求的应用，如机器人关节驱动。
 

智能机械臂需要的电机

在新质生产力的要求下，机械臂下一步发展的明显趋势是智能化升级。当前，越来越多协作机器人企业开始积极投身于新形态工业机器人的探索与开发之中，除了人形机器人的研发，也将更多的功能加入机械臂中，打造更高性能的机械臂。比如，在今年的工博会上，Franka Research 3就是一款升级产品，得益于Franka AI Companion的助力，这款机械臂可以快速实现FCI、ROS、相机驱动等环境触发模型的开发，同时1kHz频率的运行控制算法使机器人即刻接收到力反馈，几乎没有延时，实现了高精度、高灵敏度的力控反馈和高效、安全的人机协作功能。
 
再比如基恩士三维机械手视觉系统CV-X480D，由于4台相机可生成无死角的图像，新开发的三维检测能在超快速度内提供更佳的检测结果。不受工件位置或朝向的影响，能实现稳定检测。
 
而要实现这些智能化功能，机械臂里面的电机也要有更好的性能支持。比如，在关节控制和视觉控制方面，步进电机是这些精准控制系统主要采用的电机。在机械臂智能化升级之后，步进电机需要能够快速响应指令，使机器人能够准确地完成各种动作。同时，步进电机还需要优化效率和稳定性，以保证复杂任务执行的可靠性。
 
另外，现在很多机械臂延伸出了机械手，机械手的关节众多且部署空间更小，对电机微型化有着更高的要求。为了实现电机的微型化，研发人员需要不断优化电机的结构设计，采用新型的材料和制造工艺，如微机电系统（MEMS）技术等，在减小电机体积的同时，确保其性能不受影响。
 

结语

数据显示，全球机械臂市场规模已突破数百亿美元大关，预计在未来几年内将以约12%的年均增长率持续扩张。目前，机械臂的智能化升级趋势明显，电机作为机械臂里面的核心元件，也需要迎合这种趋势，无论是电机本体、控制系统，还是驱动系统，都需要做相应的升级。