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工業(yè)機器人核心零部件的集成不是一般意義上的搭配或者簡單組合，而是從零部件級到系統(tǒng)級、自底向上的層層融合與擴展。集成可分為六個層次——第一層次：零部件內在品質提高，各自具備更高性能和通用性;第二層次：零部件彼此最佳適配，達到最好的配合性能;第三層次：零部件機電一體化耦合，彼此融為一體，性能優(yōu)化;第四層次：集成優(yōu)化和再工業(yè)設計，達到機械、電氣、控制和能效方面的協(xié)調;第五層次：系統(tǒng)擴展和創(chuàng)新設計，采用突破性技術、融合更多技術元素、形成更多特色方案;第六層次：大數(shù)據(jù)和預測性健康管理。目前國內還處在第一層次，唯有實現(xiàn)了這樣的多層次集成，才能有效支撐工業(yè)機器人的發(fā)展并符合未來智慧工廠的需要。

先進伺服系統(tǒng)的要求

智慧工廠成為未來制造業(yè)轉型升級的大方向。機器人用伺服系統(tǒng)作為自動化裝備的核心，要能夠全面滿足智慧工廠建設的需要。除滿足一定的運行性能，穩(wěn)定可靠、價格合理，還需要進行全面的產(chǎn)品生命周期管理，進行一定程度的功能集成，具備工業(yè)以太網(wǎng)通信功能，具備高級別的能效管理，集成物理、功能、信息安全功能，其系統(tǒng)搭建需使用高水平的平臺軟件以滿足架構性能和可移植性，其軟硬件設計也須符合國際標準和規(guī)范。

機器人用先進伺服系統(tǒng)首要的是滿足當今主流工業(yè)機器人的主要性能指標，通常包括負荷范圍、運動范圍、精度(重復定位精度、重復軌跡精度)、速度(最大單軸速度、位置穩(wěn)定時間)、穩(wěn)定性(位置跟隨誤差、振動抑制)、功能安全等等。

為保證在未來持續(xù)為機器人系統(tǒng)提供有效的支持，機器人用伺服系統(tǒng)還需符合工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢，如綠色化、可人機協(xié)作、高能效等等。

關鍵技術的表現(xiàn)

工業(yè)機器人的工作表現(xiàn)受伺服系統(tǒng)影響極大，因而交流伺服系統(tǒng)的關鍵性能指標永遠都是先進性比較的首要因素。在下面這些指標中，不同的應用有著不同的考核重點，如位置分辨率，精度(速度、位置)，系統(tǒng)穩(wěn)定性，動態(tài)響應(速度，力矩)，調速范圍，轉矩脈動，過載能力，控制環(huán)帶寬，負載慣量適應性，電機參數(shù)適用性等。國外先進伺服系統(tǒng)已經(jīng)能夠很好地適應絕大多數(shù)應用的需求，其研發(fā)資源集中在個別高端應用及整體性能提升方面，處于精雕細刻階段。國內廠家的產(chǎn)品很多基本要求尚未達到，還需努力追趕，任重道遠。

概括地說，先進伺服系統(tǒng)的關鍵技主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

功能 功能性的變化是產(chǎn)品實現(xiàn)差異化的重要方式。隨著核心處理芯片和軟件能力的提高，現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)普遍在人機工程、安全性、智能性等方面增加特色。和通常需要很多參數(shù)設定的傳統(tǒng)多功能、通用化產(chǎn)品相比，最大限度地簡化操作，用智能化軟件提高易用性，追求簡潔的外觀和簡潔的操作界面，成為一種潮流。在接口功能方面，常規(guī)的脈沖串和模擬量接口將逐步消失，代之以數(shù)字化串行網(wǎng)絡接口，RS485/Modbus已經(jīng)淡出，CAN總線成為中低端標準接口，其他各種現(xiàn)場總線將逐漸為高性能工業(yè)以太網(wǎng)取代。對各種第三方編碼器的支持也是必須的;驅動器內置的保護功能將更加完善，對內部電氣應力和熱應力的測量也不再僅僅用于關鍵時刻的保護，而更多用于預測性維護、診斷和功能安全用途，以最大限度減少停機時間，提高生產(chǎn)率。針對非機器人應用，如包裝機械、機床等，不少歐、美、日系的控制器/驅動器早已集成了各種運動控制功能，如電子凸輪、電子齒輪、多段速度設定、指令平滑、同步跟蹤、插補運動、自測零位、瞬態(tài)轉速觀測等，并在其他種類的功能上各具特色，百花齊放。而國內廠商的產(chǎn)品尚未形成各自的特色優(yōu)勢。

安全 安全集成驅動已經(jīng)成為國外先進伺服系統(tǒng)的標準配置，區(qū)別只是集成了多少個安全功能，以及是否可選。關于安全驅動的例子可以在西門子、倍福、Lenze、包米樂等許多歐洲公司產(chǎn)品上見到，最近日本公司的個別產(chǎn)品也開始提供基本的安全功能比如安全轉矩截止(STO)。對大多數(shù)國內廠商來說，安全似乎還沒有提上日程。就安全技術領域而言，驅動的安全性已經(jīng)從機械安全和電氣安全的階段，走向功能安全和網(wǎng)絡安全。在安全上率先發(fā)力的公司將贏得理念和市場的領先。

能效 對機器人用伺服系統(tǒng)來說，能效已經(jīng)是必須不斷得到提高的關鍵指標。其中電機本體的高效化早已被大家所熟識，但一系列研究表明，采用高效部件(電機、新型器件等)及提高控制性能固然重要，但系統(tǒng)級能效優(yōu)化更加重要。

相對于在驅動器內置或外部加裝制動電阻進行制動能量消耗，采用有源前端技術對制動能量進行回收是節(jié)能的重要途徑。工業(yè)機器人一般擁有4個到8個驅動軸，而且他們有著不同的加減速運動規(guī)律，共直流母線是一種很好的節(jié)能方案。我們可以把處于減速制動狀態(tài)的電機的再生能量通過母線傳遞給其他處于加速狀態(tài)的電機，從而減少了對電網(wǎng)功率的吸收。并聯(lián)型驅動在歐洲廠家產(chǎn)品上經(jīng)常見到，而日本廠家多為單軸型驅動，只有安川和發(fā)那科等公司為機床和機器人應用開發(fā)了并聯(lián)型驅動。對國內廠商，迄今為止，只在極少的產(chǎn)品上看到了清晰的并聯(lián)結構和系統(tǒng)能效管理的理念，如北京清能德創(chuàng)的A8系列伺服驅動器擁有系統(tǒng)能效管理技術，可進行網(wǎng)絡能效管理，實現(xiàn)不同的節(jié)能模式。

網(wǎng)絡 工業(yè)以太網(wǎng)技術、無線網(wǎng)絡技術在提升機器人用交流伺服系統(tǒng)的高性能方面起到了舉足輕重的作用。低速串行網(wǎng)絡如RS485和Modbus適用于離線參數(shù)配置和軟件編程。中速現(xiàn)場總線(1~16Mbit/s)如CAN、Profibus-DP可以用于多軸實時控制的指令給定。只有高速實時工業(yè)以太網(wǎng)(100/1000Mbit/s)能夠完成高速高精度的多軸、同步、實時控制，比如日趨流行的Ether CAT/SercosIII/Power Link等。德國公司Beckhoff推出的EtherCAT近年來發(fā)展勢頭迅猛，成為大多數(shù)高性能驅動系統(tǒng)首選的網(wǎng)絡標準。國際品牌驅動器普遍采用了高速工業(yè)以太網(wǎng)，同時支持多種現(xiàn)場總線，典型公司如Emerson CT、Lenze等。國內廠商在該領域的研究普遍不足，僅僅個別廠家推出商品化的產(chǎn)品，通過了Ether CAT一致性測試國際認證。

智能 軟件工程和控制理論最新的發(fā)展成果，尤其是智能控制技術，越來越多地應用于機器人中，而機器人用現(xiàn)代高性能交流伺服系統(tǒng)，也同時吸收這些技術，使伺服系統(tǒng)越來越多的具備如自學習、自適應、自協(xié)調、自診斷、自校正等人工智能特性。其中對電流環(huán)采取的各種優(yōu)化控制策略對保障穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)響應的平衡至關重要;自動增益調整、在線慣量辨識、在線電機參數(shù)辨識功能有助于減小現(xiàn)場調試難度、增強伺服系統(tǒng)對環(huán)境和電機參數(shù)時變的適應性;自動振動抑制和軟件陷波濾波器的設置可減弱甚至消除整個機械傳動鏈的諧振和抖動，提供靜音、平滑、高精度的運行效果;故障自診斷和可預測性維護特性可有效減少維護成本，提高系統(tǒng)可用性。對運動控制功能的集成將伺服驅動器提升到所謂的智能伺服控制器的層次，可簡化運動控制系統(tǒng)設計，提升控制性能。

集成 機器人用伺服系統(tǒng)的集成表現(xiàn)在以下兩個方面。

硬件橫向集成：驅控硬件一體化、電機驅動一體化;一體化要求廠商具備整合電機本體和驅動控制的資源和能力，對大多數(shù)單純的電機廠或驅動器廠來說是一種挑戰(zhàn)。

信息縱向集成：利用傳感器和大數(shù)據(jù)分析技術，將減速機、電機、編碼器數(shù)據(jù)和驅動器的數(shù)據(jù)向上傳遞到控制器，甚至是云端。

綠色 綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念深刻影響著整個制造業(yè)，對機器人用伺服系統(tǒng)來說，對客戶的整個產(chǎn)品生命周期成本進行優(yōu)化同樣是必要的。在生產(chǎn)制造過程中遵循國家和地區(qū)的環(huán)保指令已經(jīng)成為國際品牌產(chǎn)品的強制要求。綠色化還包括減小伺服系統(tǒng)對電網(wǎng)和周邊電磁環(huán)境的影響，采用能量回饋技術的有源前端將大幅度提高節(jié)能特性，功率因數(shù)校正技術將減少對電網(wǎng)的諧波污染，良好的EMI特性在某些敏感場合是必須的，如醫(yī)療健康領域。