机器人用一体化伺服电机及驱动控制系统

20231102

制造业

开发精密永磁交流伺服电机及其驱动控制系统，实现一体化结构，基于DSP架构的伺服驱动控制器，开放底层驱动软件接口，用户自动实行深度定制，支持目前的主流通信协议及复杂的工业组态，采用CAN总线通讯；性能与国外同功率主流产品相当。采用一体化的创新设计，将伺服驱动器、控制器、高精度编码器高度集成，体积缩小到同功率产品的1/4，全部装入伺服电机壳体尾部，基本不增加原电机体积，结构简洁、可靠性好、超静音、抗干扰，解决了散热问题，去掉了多余线缆，传输路径短，信号质量好，在运行速度、动态响应、位置精度方面，提高了伺服系统在机器人的实用性；可满足军工标准。制造新的样机在机器人关节应用， 突破的核心关键技术在于：1. 一体化结构：将自主研发的伺服驱动器、控制器、高精度编码器高度集成，体积缩小到同功率产品的1/4，全部装入伺服电机壳体尾部，实现一体化，结构简洁实用。2. 自主开发了高精度编码器，编码器的小型化也是伺服电机小型化的核心技术，高精度绝对值编码器精度达到13000 PPR，适合大部分机器人上应用， 3. 去掉了多余线缆，传输路径短，信号质量好，可靠性好；4. 伺服电机转子惯量小，在运行速度、动态响应、位置精度方面优越。5. 基于DSP架构，采用CAN总线通讯等。 刘泉：主持相关10多项。专利40余项，成果转化5项。 20022004年在清华大学机械系参加国家“十五”科技攻关项目“数控机床用直线电机伺服系统开发”，擅长电磁设计、热分析、结构设计等。 2006-2007年完成北京教委面上项目“直线伺服系统的研究”。 2008-2010年完成北京科委重大项目“直驱伺服驱动系统试验平台”490万元。 2013-2014年完成市教委成果转化项目，光伏玻璃码垛机器人。30万元。 2015-2016年完成朝阳区协调机器人项目。20万元。 2017年参加北京科委重点项目 “仓储货物智能拣选机器人”（280万元）。 20182019年完成了“机器人伺服电机及驱动控制关键部件开发”。15万元。 2020-2021年主持完成企业项目，170万元。 2022年企业大棚自动采摘机器人项目。 周永良，合作技术总监，高工，伺服驱动控制器与编码器设计专家，研发了“工业机器人伺服关节模块”产品。专利：一种模块化伺服电机2017213215725。 王义龙，副教授，华北电力大学 “电机与电器”专业博士毕业，电机设计专长。 王茂，讲师，日本福井大学海归博士，机器人控制与视觉方向。 董伟杰，高工，控制学博士，在北京和利时公司工作过，湖北省科技进步二等奖。

项目资金需求500万元，承接方应该是正规的伺服电机应用企业（军工航天或民用），或伺服电机制造商、驱动控制系统制造商，或机电（自动化控制）研究院所，最好位于北京市，有专用的车间厂房400平米以上，电源（含三相）能够为总功率50千瓦以上设备供电，带上下水和必要的供暖设施。 希望合作接收公司转化能力较强，有工程师技术员现场配合，熟知机器人或自动化生产线行业，或者熟知机电产品设备开发。 合作方无不良诚信记录，经营理念良好，公司经营正常，无负债无抵押，在先进制造行业或者机器人领域有较好积累，明显增长的业绩，能够足够资金持续投入，对机器人行业有良好规划。 本项目的部分伺服电机性能指标 电机型号 SI06001 SI06002 SI06003 SH3005 SH3008 额定输出功率(KW) 0.2 0.4 0.75 1 1.5 额定转矩(NM) 0.64 1.3 2.4 4.77 5.89 瞬时最大转矩（NM） 1.91 3.8 7.1 14.3 18.5 额定电流（A） 1.6 2.6 4.0 5.7 6.5 瞬时最大电流（A） 6.9 11 17.0 24 28 额定转速（r/min） 3000 3

仅限国内转让

转化预期效益： 成果预期应用范围和市场应用前景：成果产品性能特点符合多自由度工业机器人、仿人机器人、服务机器人等关节驱动应用，促进机器人核心驱动部件国产化。 机器人的应用在未来国际竞争中具有重要战略价值，世界主要国家都出台政策，鼓励发展机器人产业，我国制定了机器人产业“十四五”发展规划，将机器人列为大力推动突破发展的重点领域。沈阳新松机器人自动化公司，南京埃斯顿自动化工业机器人产品，深圳市华盛控科技公司的产品，等等。 预期经济社会效益等情况：一般每台机器人用到3~6套伺服电机及驱动控制系统。另外，生产线自动化领域对伺服系统需求量也很大，包括其它行业，伺服系统用途很广。 1、伺服电机及驱动控制器 年销售量4000（台套） 平均单价0.8万元 合计产值3200（万元/年） 2、编码器 年销售量4000（台套） 平均单价0.3万元 合计产值 1200（万元/年） 3、一体化伺服关节 年销售量4000（台套） 平均单价0.5万元 合计产值2000（万元/年） 年度合计 6400（万元/年） 本项目代替进口产品，打破国外技术壁垒和高价位，实现机器人核心驱动部件的国产化，社会意义很大。

北京市科技成果转化平台建设（高校院所技术转移能力建设）

北京市昌平区人民政府

本科技成果校企合作双方已经开发了前三代产品，有销售1000余套，已经用于高铁自动检票闸门和工业生产线领域，目前产品处于推广试用阶段，性能特点符合机器人关节驱动应用特征，适合在机器人应用上还没有应用。 本项目技术水平处于国际先进，国内领先，国内还没有一体化的国产成熟产品，但是，非一体化的伺服产品有不少公司在开发和销售。例如华中数控在控制器、伺服驱动器和电机领域有较强技术优势。上海新时达研发成功基于以太网总线技术的高性能嵌入式运动控制器和伺服系统等。汇川技术具有伺服电机生产能力，基于EtherCAT总线的IMC100机器人控制器和IS620N总线型绝对值的机器人专用伺服系统。广州数控主营业务包括数控系统、伺服驱动、伺服电机的研发生产，具有系列化的全自主开发；固高科技也主研机器人控制器，等等。目前国内外的伺服电机与驱动器、控制器各部件连接线缆多，而且线缆长，存在信号接插件可靠性差、总体体积大、使用不方便等问题。可见，伺服电机与驱动控制系统一体化、简约化，是一个重要发展方向。我们一体化技术，是把伺服驱动控制器与电机高度集成，缩小驱动控制器的体积和减少连接电缆，达到结构简洁，线缆很短，提高了系统的动态响应和精度，也方便了安装调试更换，对于提升机器人的可靠性、智能化、小型化具有重要意义。国内外目前研究很少，国内市场未见成熟产品。