工业机器人是工业自动化生产的基础设施，伺服控制系统是机器人的重要组成部分。

　　工业机器人要实现智能数字化的生产制造任务，关键核心在于驱动其学习和行动的大脑：伺服控制系统。伺服控制系统是工业机器人实现工业自动化的重要组成部分，是自动化制造过程中实现精确定位、精准运动的必要机构。

　　在结构组成方面，工业机器人的伺服控制系统由伺服驱动控制器、伺服电机、减速机、反馈装置（编码器和传感器）四大部分构成。此基础上再深入进化，比如要进化到数字化智能制造，则还需与云AI（人工智能云）结合，通过建构大数据的神经元网络化模型实现工业机器人的自学习进化能力。

　　尽管使用工业机器人不仅仅在于代替人力，它或许能在未来拥有强大的制造能力，但对于机器人制造商和机器人用户而言，选择合适的伺服控制系统始终是一项艰难的任务。在工业机器人的总制造成本中，伺服控制系统的成本就高达70%之多（含减速机），而其本体及相关附件仅占30%不到，由此可见，伺服控制系统是实现机器人本体控制和驱动机构控制的重要部分。

　　一般来说，工业机器人的伺服控制系统包括信息信号装置（如PLC工控或处理器或云AI）和传感器、伺服控制器、伺服电机和执行机构（减速机、执行手臂、操作器等）。通常情况下，机器人伺服控制系统是指应用于多轴运动控制的精密伺服系统。

　　一个多轴运动控制系统是由高阶运动控制器与低阶伺服驱动器所组成，运动控制器负责运动控制命令译码、各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓控制等等，其主要作用在于降低整体系统运动控制的路径误差;伺服驱动器负责伺服电机的位置控制，其主要作用在于降低伺服轴的追随误差。

　　伺服驱动器发出驱动控制信号的源头来自上层处理器（目标发生装置，也可以是PLC）或半闭式和全闭式的传感系统。伺服电机可以是异步电机也可以是同步电机，具体视使用场景的功率而定；机械部件即为执行机构（减速机亦在其中），即在电机的驱动下作出人类所需要的执行动作，如动作的速度、位置精度、以及力度等等与减速机和伺服控制的算法关系密切。

　　简单地说，伺服控制驱动器是利用各种电机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得各种运动的执行机构，它具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在机器人中应用广泛。

　　工业机器人的伺服控制系统与一般机床的进给系统有本质上差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度、位置以及力矩，如果在伺服控制器上增加边缘计算能力，则还会具有一定的检测和学习能力。伺服控制系统是数控装置和生产机台的联系环节，是数字化智能制造系统的重要组成，它具有以下特点：

　　首先要求伺服电机具有快速响应性。电机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电机的机电时间常数的大小来说明伺服电机快速响应的性能。

　　其次，伺服电机的起动转矩惯量比要大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电机的起动转矩大，转动惯量小。

　　最后，伺服电机要具有控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。

　　当然，为了配合机器人的体形，伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短。还要经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受数倍过载。

　　随着工业机器人的应用越来越多，用户对伺服控制驱动技术的要求也越来越高。总的来说，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面：

　　集成化：伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件如IGBT和DSP集成电路以及一些边缘计算芯片等，这些器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中，构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化显著地缩小了整个控制系统的体积。

　　智能和网络化：伺服控制系统的智能化，未来将趋向云端大数据计算的发展，表现在以下几个方面:系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由处理器来实现（远程在线编程）;它们具有故障自诊断与分析功能，参数自整定和自学习的功能；实现更可靠、更稳固的安全生产预监测体系和信息安全防护机制，这是传统工业自动化无法达成的任务。

　　联机云端的大数据处理中心，可以给予带自整定功能的伺服单元进行云端仿真试运行（数字孕生技术），自动与人类或周边机器人实现其最优化的协作，使得数字化智能工厂的产线生产更安全。

　　简易化和节能：这里所说的“简”不是简单而是精简，即根据企业用户情况，将用户使用的伺服功能予以强化，使之专而精，而将不使用的一些功能予以精简，从而降低了伺服系统成本，为客户创造更多的收益。比如，伺服系统因无须象传统液压机电系统一样处于全时的全功率运行，一是根据具体的驱动指令要求、输出确定数值的力矩动作；二是在没有驱动指令时则没有驱动电流输出；这样就可以大大节省电力能耗的消耗。通常，使用伺服系统的数字化设备相对传统的液压驱动设备，可节能30%-70%。国产伺服控制系统的市场现状（以下数据和部分结论源自高工机器人研究所）

　　工业机器人用伺服系统作为机器人重要的核心零部件之一，随着机器人市场前景看好，机器人用伺服系统将在交流伺服市场规模比重中逐渐上升。GGII预计，至2023年，机器人用伺服系统市场占比将提升至40%以上，市场规模达41.0亿元。

　　上海新时达电气股份有限公司是专业研发生产销售工业控制、传动控制、运动控制和机器人产品并服务于全球的高新技术企业，创立于1995年。

　　自创立以来，新时达始终致力于产业自动化控制产物的研发、制造和销售。基于自身在运动控制和驱动规模的研究成就，新时达确定了运动控制和产业机器人的业务成长偏向。机器人是产业自动化控制的最高端产物之一，是最具有代表性的 控制、驱动、执行一体化产物，新时达研发乐成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为机器人产物的市场迅速推广提供了技术实现平台。

　　武汉华中数控股份有限公司创立于1994年，具有自主知识产权的伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平，自主研制的5轴联动高档数控系统已有150多台在汽车、能源、航空等领域成功应用。公司研制的60多种专用数控系统，应用于纺织机械、木工机械、玻璃机械、注塑机械以及雷达、火炮等武器装备。公司红外热像仪产品已广泛应用于钢铁、能源、化工、医疗等行业。

　　埃斯顿自动化公司成立于1993年，是国内高端智能机械装备及其核心控制和功能部件制造业领军企业之一。

　　产品包括金属成型机床数控系统、电液伺服系统、交流伺服系统和工业机器人等，伺服系统收入占总收入的40%左右，售后服务方面具备一定的优势，同时产品功能比较丰富。

　　深圳市雷赛智能控制股份有限公司是智能装备运动控制领域的知名品牌和行业领军企业。2021年入选深圳市年度“专精特新”企业。

　　雷赛专注于运动控制技术的创新研发，依托“智能装备运动控制与应用技术工程实验室”等多个政府支持的重点研发平台，积极开展运动控制产品的各种行业研究与应用，聚焦伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、运动控制卡、运动控制器等系列产品的研发，逐步打破国外垄断，填补了多项国内行业空白。 （闲话咸说）