機電技術應用行業發展動態機電技術應用行業發展動態主要內容國外機電一體化電機發展動向世界機電產品發展現狀和趨勢光機電一體化技術與產品發展前景分析機器人與自動化產業概述2005世界機器人調查數控系統伺服電機控制技術發展動向五軸高速加工中心的發展動向機電一體化研究現狀及發展應用前景主要內容國外機電一體化電機發展動向國外機電一體化電機發展動向

近二十年來，科學技術突飛猛進。隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論發展，電機調速技術得到迅速發展，使得電機的應用不再局限于工業應用而且在商業及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復合材料的出現，更給電機設計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應用領域，同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。

國外機電一體化電機發展動向近二十年來，科學技交流變頻調速系統及變頻電機

二十年來，電力電子技術發生了革命性的進展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產供應；IR以及Fairchild等著名半導體公司生產的IPM模塊更為交流調速技術的白色家電（指冰箱、洗衣機和空調器等）以及汽車等領域的應用提供了可能。控制方面也從模擬控制發展到數字控制，從單片機發展到數字信號處理器（DSP）和高級專用集成電路，控制部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器體積日益減小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。例如0.75kW通用變頻器的過去的10年間，體積減小到原來的1/10，成本下降了大約40~50%，中小型電機變頻調速系統已經發展成熟。據美國《控制工程》報道在1996~2000年間美國用于工廠自動化方面的電動機和傳動裝置的總費用約45億美元，其中采用變頻器控制三相異步電動機的約占52.8%，且呈逐年上升趨勢。交流變頻調速系統及變頻電機

二十年來，電力電子技術發無刷電機

近年來，轉子采用永磁結構、主電路采用功率器件的無刷直流電機得到了很大的發展，其功率覆蓋等級較大。小功率無刷直流電機主要應用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設復印機和家用電器中，它正在迅速取代傳統的直流電機和異步電機；90年代以來，在高精度的數控設備中相當多的采用了永磁同步無刷電機（交流伺服電機）以取代寬調速的直流伺服電機，特別是在機器人和機械手的驅動中，無刷直流電機的應用相當多。目前全世界機器人的擁有量已經超過100萬臺，且每年以大于20%的速度增長，這已經成為無刷直流電機的主要應用領域。近年來，采用交流無刷電機代替異步電機作為機床的主軸直接驅動也已成為新的研究和應用熱點。大功率無刷直流電機（一般采用晶閘管作為功率器件，習慣上稱為無換向器電機）在低速、環境惡劣和有一定調速性能要求的場合有著廣泛的應用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動抽水蓄能等。

目前國外交流伺服電機已經部分形成系列，如德國Lens公司，而寶鋼引進的軋機流水線電氣傳動基本采用了無換向器電機實現；日本在電動車的應用中也主要采用了無刷直流電機作為驅動電機，并取得了較好的應用效果。無刷電機

近年來，轉子采用永磁結構、主電路采用功世界機電產品發展現狀和趨勢

世界機電產品貿易呈現區域化相對集中

從目前世界機電產品進出口貿易流向來看，絕大多數機電產品跨國流動貿易額，是在北美、歐洲和亞洲各國業已形成的區域貿易集團內部或跨區域貿易集團之間進行的。從經濟全球化的角度來看，機電產品貿易在一定程度上顯現了在地域分布上的相對集中。目前歐洲、北美、亞洲及大洋洲各國機電產品出口占世界機電產品出口貿易額的94％；上述地區機電產品進口占世界機電產品貿易額的85％。由于世界機電產品發展主要依托歐洲、北美、亞洲機電產品貿易規模的擴大，因此，上述三個地區機電產品貿易增長速度，反映了整個世界機電產品貿易發展的全貌。世界機電產品發展現狀和趨勢世界機電產品貿易呈現區域化相對集高新技術機電產品貿易比重、增幅明顯近10年來，以信息技術為代表的高新技術產業迅猛發展，不僅加快了發達國家的產業結構調整步伐，而且也為一些發展中國家擺脫單純依靠勞動力成本低廉優勢、大力發展高新技術機電產品貿易提供了機遇。世界范圍的產業結構調整促成了全球機電產品產銷格局發生新的變化。美國、日本在高新技術機電產品出口年均增長速度和占全部機電產品出口的比重發展最快，美國為28％、44％，日本則為32％、39％。高新技術機電產品貿易比重、增幅明顯機電產品產業內貿易方式趨強二戰以來，國際貿易變化最顯著的特征就是產業內貿易迅速增長，即不同國家同類產品之間的貿易量大大增加。其原因是跨國公司為主體的機電產品生產全球化，加快了全球機電工業結構的優化調整，改變了許多國家傳統的“進口初級產品—出口制成品”的貿易模式，出現了眾多同一產業既出口又進口的產業內貿易。它不僅使發達國家之間的貿易大大增加，同時也使得發展中國家與發達國家之間及發展中國家相互之間貿易不斷增加。跨國公司內部貿易的蓬勃發展，使得越來越多機電產品的中間產品成為世界貿易的主流。據美國《財富》雜志預測，到2010年和2030年光電子信息技術裝備及產品、新生和再生能源技術裝備及產品、海洋開發技術裝備及產品、空間技術裝備及產品、環保技術裝備及產品等五大類高科技機電產品將占世界機電產品出口額的20％和40％。隨著現代科學技術的發展，許多新型機電產品相繼被開發并陸續投入國際市場，它帶動了世界機電產品市場上需求長線看好。機電產品產業內貿易方式趨強世界機電產品貿易的沖突和摩擦加劇作為推進全球貿易自由化的多邊貿易組織——WTO，雖然具備了比較完善的規則和約束各成員的貿易法規，作為其成員提供了參與國際競爭的共同標準，但是經濟全球化的負面影響在把各國經濟緊密聯系在一起的同時，并未消除各國間的利益沖突，它使得各國的國家層面上和區域層面上的經濟競爭日趨激烈。一是各國廣泛使用技術性貿易壁壘(TechnicalBarrierToTrade簡稱TBT)，以保護人類健康和消費者安全為理由，對進口的機電產品設立了更為嚴格的技術性能標準和機電產品的品質標準，技術性貿易壁壘成為繼關稅壁壘、非關稅壁壘（行政措施)之后的新型貿易壁壘。

世界機電產品貿易的沖突和摩擦加劇

二是加大對機電產品反傾銷行動的力度，造成大量機電產品反傾銷的使用率明顯增加；三是發達國家對發展中國家設置綠色貿易壁壘，以潔凈技術和潔凈產品能維護生態環境為由，制定相關的以環境保護為目的的貿易懲罰措施，如環境附加稅，以限制低質廉價機電產品打進世界市場。四是發達國家迫于石油價格波動，匯率變化及國內勞工組織壓力，把機電產品貿易同勞工標準、社會福利等非貿易壁壘相掛鉤，針對發展中國家機電產品出口設置新的障礙。

二是加大對機電產品反傾銷行動的力度，造成大量機發展中國家機電產品出口繼續增長雖然中國機電產品出口中的70％是通過加工貿易實現的，它的勞動密集型加工程度大，增值率低，但是中國作為全球最大的發展中國家，充分利用充足的熟練勞動力資源和多元化的產業制造能力，已在全球機電產品出口中占有重要一席。

21世紀中國機電產品出口仍將保持增長態勢，并逐步提高機電產品出口比重。與中國情況相近的許多東南亞、南亞、拉美新興市場經濟國家，近10年來也一直保持著機電產品出口穩定增長的態勢。泰國、馬來西亞、印度、巴西、墨西哥在世界機械與運輸設備出口國家的位次排序中，逐年前移，墨西哥甚至排在15強的第9位。可以預見除了上述國家在21世紀會繼續保持機電產品出口強勢以外，前東歐市場經濟轉軌的國家及俄羅斯也會在完成向市場經濟過渡階段后，發揮各自制造工業基礎雄厚的優勢，躋身世界機電產品出口大國的行列。發展中國家機電產品出口繼續增長擴大機電產品出口的戰略措施

目前我國擴大機電產品出口面臨的主要制約因素有以下幾方面：一是市場多元化戰略實施受到遲滯，原因是世界機電產品市場除了發達國家市場相對穩定規范外，絕大多數發展中國家機電產品市場都尚待開發，發展空間和市場潛力挖掘都有待時日。二是高新技術機電產品占整個機電產品出口比重偏低。由于缺乏含有自主知識產權的民族名牌機電產品，使得中國大陸機電工業生產規模居世界第6位的能力，沒有能充分發揮出口潛力，機電產品出口落后于韓國、新加坡、臺灣、香港、墨西哥，世界排名僅在第15位。三是發達國家及部分發展中國家頻繁發起反傾銷、反補貼訴訟，發達國家在噪聲污染、電磁污染、節能性、安全性、兼容性等方面設置技術性貿易壁壘，將給我國擴大機電產品出口帶來新一輪阻力。擴大機電產品出口的戰略措施

目前，我國高新技術產品出口已呈現高速增長的態勢，但高新技術產品出口還存在著結構性的矛盾。主要體現在（1）在產品結構方面，我國在中低端產品供大于求、生產能力過剩的同時，高端核心產品主要依賴進口。（2）高新技術產品出口市場集中在美日歐等發達國家，約占八成；（3）國有企業和民營企業高新技術產品出口所占比重依然較低。這三個方面尤以產品結構性的矛盾尤為突出。

為了改變目前我國高新技術產品出口結構不合理的現象，國家有關部門大力支持和鼓勵具有自主知識產權的高新技術產品出口，具體的政策措施主要包括以下幾個方面：首先是資金支持政策，這是政策重點。其次，為高新技術產品出口企業營造良好的出口環境方面。

目前，我國高新技術產品出口已呈現高速增長的態勢，但高光機電一體化技術與產品發展前景分析

近年來光機電一體化(OPTOMechatronics)技術與產業日益成為我國國民經濟中的熱點話題，舉國上下都將光機電一體化技術與產業作為競相發展的對象，進而以此構筑拉動國民經濟的新增長點。

1光機電一體化技術與產品的特色光機電一體化技術是在現代光學技術與機電一體化技術基礎上發展起來的又一門新興交叉學科，是綜合集成當前光學、機械學、電子學、信息處理與控制等領域中最新技術的一種群體技術。簡單來說，光機電一體化技術的先進作用是在機械電子產品中加入了現代光學技術，進而將光電子技術、光電檢測技術、視覺傳感技術與機電控制技術、微機技術的各自優勢結合起來，形成綜合化優勢，開發出前所未有的高新技術產品。國內外目前開發出的光機電一體化產品的主要特色是具有智能化測控乃至視覺控制功能。光機電一體化技術與產品發展前景分析近年來光機電一體1.1將光學技術與各種信息處理技術相結合光學技術在光機電一體化產品中直接而又最重要的角色就是對各種信息進行光電檢測與控制從而實現智能化控制。目前應用較多的有激光傳感檢測技術，其應用分類情況如圖。1.1將光學技術與各種信息處理技術相結合

另一類廣泛應用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD是電荷耦合器件(Chargecoupledevice)的簡稱，是一種微型圖像傳感器既，具有光電轉換功能，又具有信號電荷的存儲、轉移和讀出功能。它能把一幅空間域分布的圖像變換為一列按時間域離散分布的電信號，并具有靈敏度高、光譜響應寬、動態范圍大、象元尺寸小、幾何精度高、抗振動和潮濕及低成本的特點。由于CCD圖像傳感器以時間積分方式工作，光積分時間可在很寬范圍內調節，所以輸出信號易與計算機相連接，進行數字化處理。近幾年來，隨著MOS集成電路制造工藝的飛速發展，CCD技術也得以迅速發展。實際上，CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉換器現已被廣泛應用于攝像、圖像采集、掃描儀和工業測控等領域。另一類廣泛應用的光電傳感器是CCD傳感器，CCD

此外還可以應用光纖技術進行探測傳感、信號傳輸，從而出現了各種各樣的光纖傳感器，已經在油氣井測試、板壩結構縫監測、橋梁狀態監測、管道泄漏監測、表面粗糙度檢測、纖維增強塑料基復合材料(FRP)殘余應力測定、空間溫度場測量、電力測量等行業得到了不同程度的應用，例如在電力系統中采用光纖電流傳感器和光纖電壓傳感器則可以大大提高電力系統運行與監控的自動化程度和各項指標。1.2將光學技術與各種科學儀器和裝置相結合

X線顯微鏡、光電平印裝置、光化學氣相沉積(CVD)裝置、三維顯示等都是光學技術結合后在原有基礎上產生的升級換代產品。此外還可以應用光纖技術進行探測傳感、信號傳輸，從而出1.3將光學技術與微機電系統(MEMS)相結合微光機電系統是(MOMES)是在微機電系統的基礎上，把光電子器件、微電子器件和微機械結構或裝置以微加工技術集成在一起，使系統結構進一步小型化，進而導致新一代器件和裝置的誕生。隨著人們對MOMES興趣的增長和對MOMES的有效投入，使得MOMES突現出針對多數應用極具吸引力的內在特性，適用于光通信、數字圖像獲取、顯示和處理、IT外圍設備、環保、自動化、生物醫療裝備、工業維護等各種應用領域。以光通信領域為例，隨著DWDM技術和寬帶光放大器的發展，光網絡容量正以“爆炸性”的速度擴大，相應要求互補功能和元器件的發展，基于移動微鏡的光開關和光交叉(OXC)技術既體現了機械光開關方案的全部優點，同時解決了功耗問題，縮短了開關時間，并且消除了移動光纖式開關端口數目擴容的限制；除此之外，MOMES也用作DWDM通信中的可調諧光源和可調諧濾波器，并可用作光調制器和光衰減器。另一大類MOMES是屬于圖像處理的相關產品，例如應用于信息的顯示、打印和處理，許多器件也都是基于靜電、熱、電磁驅動器驅動的微鏡移動機制。1.3將光學技術與微機電系統(MEMS)相結合1.4將光學技術與各種加工技術相結合在這一點上人們首先想到的是較大功率或大功率激光加工技術，其實這些技術在機電一體化大發展時期都已較為成熟。如今應該重點提及的是光學加工技術在微光機電機械系統和光纖通訊中的應用。用于MOMES最基本的微機械制造技術中的一種重要微加工技術是LIGA制造技術，LIGA是LithographicGalvanForming和Abforming三個詞的簡寫，是X-光射線深度光刻、電鑄和塑鑄三種工藝的組合，是利用X-射線的深穿透能力制作出高度(深度)和寬度比大的精細結構。1.4將光學技術與各種加工技術相結合機電技術發展動向課件2光機電一體化技術的發展熱點目前國際上光機電一體化產業不斷進行產業結構調整，使各行各業不斷融合和協調發展。基于機電一體化技術、微電子伺服控制技術、激光技術、計算機控制技術的現有技術基礎，結合目前的市場需求以及上述這些技術的發展趨勢，真正光機電一體化技術的發展熱點應該體現在以下幾個方面。2.1視覺機器人視覺機器人將視覺技術與機器人技術相結合，使機器人具有與周圍環境交互的能力，是智能機器人最重要的發展方向之一，在視覺抓取、動態跟蹤、自動裝配、遠程技術、移動機器人、危險作業環境、空間站對接等領域都獲得了廣泛的應用。一方面，應用領域的不同及視覺機器人本身的復雜化需要人們建立相應的體系結構，以便于整個系統的設計與實現；另一方面，隨著電子器件和計算能力的迅速發展，視覺機器人變得越來越復雜，對其設計與實現也提出了更高的要求。從通用的體系結構上來講，其靜態結構應以視覺伺服體系結構為基本框架，動態結構則應使用集散體系結構，通過層次遞歸的方式組織各控制單元，使得各部分相對自治，整體又具有很強的擴展性；利用消息處理和分派機制來完成控制單元之間的協調。2光機電一體化技術的發展熱點2.2智能化數控系統和智能制造系統

21世紀機械制造業的特色將是信息化、智能化、網絡化、集成化和不斷創新的綠色制造，而生物技術、納米技術、微機電系統將成為機械制造業的重要發展方向。因此運用現代信息技術、數字技術和現代管理技術改造傳統制造業，成為實現制造業跨越式發展的重要途徑。長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。智能化數控技術就是要在CAD/CAM和CNC之間形成反饋控制環節，目前正沿著幾個分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。2.2智能化數控系統和智能制造系統

智能制造系統(Intelligentmanufacturingsystem)是一種智能化的制造系統，是由智能機器人和人類專家組合而成的人機一體化的智能系統，它將智能技術融合進制造系統的各個環節，通過模擬人類的智能活動，取代人類專家的部分智能活動，使系統具有智能特征。智能制造系統的關鍵技術應包括以下內容：◆智能設計將專家系統引入設計領域，將人們從繁重的勞動中解脫出來，目前在CAD/CAPP/CAM領域中應用專家系統已取得了一定進展，但仍未發揮出其全部能力。◆智能診斷◆自適應功能◆智能管理系統智能制造系統(Intelligentmanufac2.3生物醫學電子設備生物醫學電子學是一門由生物、醫學、電子學和工程學等多學科交叉的邊緣學科，它一方面將電子學用于生物醫學領域，使這些領域的研究方式更加精確和科學；另一方面，由于通過漫長的進化，生物體本身實際上就是一個十分優良和精細的復雜系統，它形成的生物信息處理的優異特性將會給電子學以重要的啟示，使電子信息科學發生革命性的變化。除了生物醫學傳感器、神經電極、植入式電子系統、生物芯片、分子和生物分子電子學、仿生系統之外，最能體現光機電一體化技術色彩的當屬監護技術監護系統。一般由傳感器、信號處理、識別、分析、診斷部分、顯示記錄和報警裝置以及治療系統等組成。及時為醫生提供患者的各種重要生理信息，為醫生正確掌握病情變化、進行正確診斷、制定醫療系統方案提供基本依據。隨時監測各重要生理參數的變化、病情趨勢、預報險情，以避免病情惡化和減少死亡率，起到部分代替醫務人員臨床監護工作的作用；為醫學臨床研究積累豐富的數據。2.3生物醫學電子設備2.4汽車電子汽車電子化被認為是汽車技術發展進程中的一次革命，汽車電子化的程度被看作是衡量現代汽車水平的重要標志，是用來開發新車型、改進汽車性能的最重要技術措施。汽車制造商認為增加汽車電子設備的數量、促進汽車電子化是奪取未來汽車市場重要而有效的手段。按照對汽車行駛性能作用的影響劃分，可以把汽車電子產品歸納為兩類：一類是與車上機械系統進行配合使用的汽車電子控制裝置，即所謂“機電結合”的汽車電子裝置。包括發動機、底盤、車身電子控制，例如電子燃油噴射系統、制動防抱死控制、防滑控制、牽引力控制、電子控制懸架、電子控制自動變速器、電子動力轉向等；另一類是在汽車環境下能夠獨立使用的車載汽車電子裝置，它和汽車本身的性能并無直接關系，包括汽車信息系統(行車電腦)、導航系統、汽車音響及電視娛樂系統、車載通信系統、上網設備等。2.4汽車電子3我國光機電一體化技術與產品發展中的關鍵問題當前我國已進入大規模發展光機電一體化技術的階段，如北京市政府在2002年已將光機電一體化技術列為重點發展的四大產業之一，集中在通州區茨渠鎮建立北京光機電一體化產業基地，“十五”期間規劃投入資金200億元，希望到2010年建成世界一流的光機電一體化產業基地，形成250億元的生產規模。但也應該清醒地看到我國目前在這方面的工作尚屬處于“散、小、低”的狀態，即布局散、規模小、技術含量低。我國的光機電一體化技術要趕上世界先進水平，首先要重視基礎研究，在了解國際發展水平的同時結合我國國情探索有中國特色的研究開發模式。3我國光機電一體化技術與產品發展中的關鍵問題

為了加快我國光機電一體化產業的發展步伐，逐步形成有自主知識產權的產品體系和高效率的生產能力，需要特別注意以下一些關鍵問題的工作：(1)智能化光電傳感器在光機電一體化產品中各種傳感器的性能直接影響到產品的智能化程度與性能水平。當前我國在激光檢測技術、紅外檢測技術、生物醫學傳感器等方面都已能有一定產品，但在視覺傳感技術方面還較落后，如各種CCD傳感器還主要依賴國外產品，缺乏自主產權，也缺乏智能化、數字化產品。(2)圖像實時處理與識別技術這是在視覺機器人、自動檢測儀器、醫療設備中的首要問題。如在智能焊接機器人的研發工作中需要解決對焊縫視覺信息的實時處理與抗焊接電弧干擾問題，在各種無損檢測包括地下、水下、工業管道檢測中的圖像處理、缺陷診斷問題；又如在X線成像、XCT、光學CT、磁共振成像等生物醫學圖像成像技術中，當前急需研究開發的關鍵技術是三維圖像的重建處理和分析、圖像的匹配與融合，以及圖像信息的壓縮技術等。為了加快我國光機電一體化產業的發展步伐，逐步形(3)機電控制組件的模塊化智能化一體化這是發展光機電一體化產品與產業的重要基礎。實踐經驗表明，只有在充分應用高精度、高性能的機電控制組件工業化產品的“高起點”上，才能迅速開發出有自己特色的光機電一體化新產品，才能保證新產品的質量與批量生產能力。如在智能機器人的組成中大量采用了伺服電機與控制器模塊、工業計算機控制模塊、數字開關電源模塊以及機械傳動模塊等先進的工業化產品。但是，當前這些模塊大都依賴進口，不但價格昂貴而且在進一步智能化、一體化開發方面受到了控制，因而迫切需要今后在這方面形成自己的專門化開發與生產能力，使得我國的光機電一體化產品也像家電、汽車一樣逐步完成國產化自主發展的過程。(3)機電控制組件的模塊化智能化一體化(4)人工智能控制技術這是發展光機電一體化的核心技術。當前各種智能控制理論與控制技術正在蓬勃發展，但在實用性上還需加大開發研究力度，如模糊控制算法、擬人控制技術都具有較好的實用前景，特別是北京航空航天大學張明康教授提出的擬人控制技術具有新穎性與我國自己的特色，如能發展成實用的算法或智能化控制模塊對推動光機電一體化產品的智能化水平有巨大意義。另外從實用的角度，也希望能加強開發模塊化的智能控制單元，這些單元根據不同被控對象已高度集成了微處理器、I/O電路、網絡接口及相應控制軟件，這樣不但能便利智能化光機電一體化新產品的開發生產，并能降低其成本提高質量穩定性與可靠性。(4)人工智能控制技術機器人與自動化產業概述

機器人與自動化產業是光儀電產業的重要組成部分，主要應用于智能控制，涉及機器人和自動化生產線成套裝備。一、機器人

1、工業機器人

工業機器人由操作機（機械本體）、控制器、伺服驅動系統和傳感裝置構成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的光儀電一體化自動化生產設備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產。

（1）操作機：通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用，機器人操作機已實現了優化設計。

（2）控制器：控制器的性能進一步提高，已由過去控制標準的6軸機器人發展到現在能夠控制21軸甚至27軸，并且實現了軟件伺服和全數字控制。機器人與自動化產業概述機器人與自動化產業是光儀電產（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統中已得到成功應用，并實現了焊縫自動跟蹤和自動化生產線上物體的自動定位以及精密裝配作業等，大大提高了機器人的作業性能和對環境的適應性。

（4）并聯機構：采用并聯機構，利用機器人技術，實現高精度測量及加工，這是機器人技術向數控技術的拓展，為將來實現機器人和數控技術一體化奠定了基礎。

（5）網絡通信：機器人控制器已實現了與Canbus、Profibus總線及一些網絡的連接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專用設備向標準化設備發展。

另外由于微電子技術的快速發展和大規模集成電路的應用，使機器人系統的可靠性有了很大的提高。機器人系統的可靠性已達到5萬小時，幾乎可以滿足任何場合的需求。（3）傳感裝置：激光傳感器、視覺傳感器和力傳感器在機器人系統2、特種機器人

非制造業領域機器人與制造業的相比，其主要特點是工作環境的非結構化和不確定性，因而對機器人的要求更高，需要機器人具有行走功能，對外感知能力以及局部的自主規劃能力等，是機器人技術的一個重要發展方向。

（1）水下機器人：水下機器人已用于海洋石油開采、海底勘察、救撈作業、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護以及大壩檢查等方面，形成了有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。

（2）空間機器人：空間機器人是特種機器人的重要研究領域。（3）地下機器人：地下機器人主要包括采掘機器人和地下管道檢修機器人兩大類，主要研究內容為：機械結構、行走系統、傳感器及定位系統、控制系統、通信及遙控技術。2、特種機器人

（4）醫用機器人：醫用機器人主要研究內容包括：醫療外科手術的規劃與仿真、機器人輔助外科手術、最小損傷外科、臨場感外科手術等。

（5）軍用機器人：目前，國外軍用機器人發展十分迅速，類型已達上百種，功用更是多種多樣，有偵察、保障、排雷、防化、進攻、防御型等等。具體有機器人地雷、機器人坦克、智能槍、智能火炮、排雷（彈）機器人、防核生化機器人、偵察機器人、智能飛機、智能導彈、機器人潛水器等。

可以預見，21世紀各種先進的機器人系統將會進入人類生活的各個領域，成為人類良好的助手和親密伙伴。（4）醫用機器人：醫用機器人主要研究內容包括：醫療外科手術的3、智能機器人

目前國際上在機器人的智能化和多樣化方面，主要研究內容集中在以下幾點：

（1）虛擬機器人技術：基于多傳感器、多媒體和虛擬現實以及臨場感技術，實現機器人的虛擬遙控操作和人機交互。

（2）多智能體控制技術：對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規劃、群體行為控制等方面進行研究。

（3）微型和微小機器人技術：這是機器人研究的一個新的領域和重點發展方向，微小型機器人技術的研究主要集中在系統結構、運動方式、控制方法、傳感技術、通信技術以及行走技術等方面。3、智能機器人（4）軟機器人技術：主要用于醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統機器人結構材料多為金屬或硬性材料，軟機器人技術要求其結構、控制方式和所用傳感系統在機器人意外地與環境或人碰撞時是安全的，機器人對人是友好的。

（5）仿人和仿生技術：這是機器人技術發展的最高境界，未來的機器人必須具有一定情感、社交頭腦等等特點，這也是各國科學家努力的目標，目前僅在某些方面進行一些基礎研究。（4）軟機器人技術：主要用于醫療、護理、休閑和娛樂場合。傳統二、自動化生產線成套裝備自動化成套裝備是指以機器人為核心，以信息技術和網絡技術為媒介，將所有設備連接到一起而形成的大型自動化生產線。它是先進制造裝備的典型代表，是發展先進制造技術實現生產線的數字化、網絡化和智能化的重要手段，目前已成為國內外極受重視的高新技術應用領域。

在發達國家中，機器人自動化生產線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流及未來自動化生產線成套設備的發展方向。國外汽車行業、電子和電器行業、物流與倉儲行業等已大量使用機器人自動化生產線，保證了其產品的質量和生產的高效，典型的有大型轎車殼體沖壓自動化系統技術和成套裝備、大型機器人車體焊裝自動化系統技術和成套裝備、電子和電器等的機器人柔性自動化裝配及檢測成套技術和裝備、機器人整車及發動機裝配自動化系統技術和成套裝備、AGV物流與倉儲自動化成套技術及裝備等，這些機器人設備的使用大大推動了這些行業的快速發展，提升了高新制造技術的先進性。二、自動化生產線成套裝備

自動化生產線成套裝備需要研究的技術主要有：

①利用CAX及仿真系統等多種高新技術和設計手段，快速設計和開發機器人大型自動化生產線，并進行數字化驗證。

②自動化生產線“數字化制造”技術。國外已經推出可進入實用的“數字化工廠”商品化軟件，建立產品制造工藝過程信息化平臺，再與本企業的資源管理信息化平臺和車身產品設計信息平臺結合，構成支持本企業產品完整制造過程生命周期的信息化平臺。

③利用傳感器和網絡技術，實現大型生產線的在線檢測和監控，確保產品質量，并且實現產品的主動質量控制。利用自動化生產線模塊化及可重構技術，實現生產線的快速調整及重構。④生產線快速整定技術。建立完整的制造過程信息技術，發展機器人等自動化設備的離線編程技術、生產線上的機電設備實現網絡控制管理技術、關鍵工位在線100%產品檢測技術、先進的生產線現場安裝精度測試技術。自動化生產線成套裝備需要研究的技術主要有：

發達國家廣泛應用機器人自動化生產線，已形成了巨大產業，年市場容量約為1000億美元[4]。國際上著名公司ABB、COMAS、KUKA、BOSCH、NDC、SWISSLOG、村田等都是機器人自動化生產線及物流與倉儲自動化設備的集成供應商。

全球過程自動化產品市場銷售額預計2006年將超過700億美元。從2001年到2006年年平均增長率將達到4.6%。主要應用于玻璃、陶瓷、鋼鐵和有色金屬工業、軋鋼和鋁板材工業、化學、食品和制藥業、石化工業、紙漿和造紙業、環保、礦山、石油和天然氣工業等。其中礦山工業為70億美元、原材料工業90億美元、過程工業360億美元、電站110億美元、環保工業70億美元。就全球而言，北美占27.2%、西歐占26%、亞非（不包括日本）占21.1%、日本占12.3%、東歐占4.7%、南美占4.9%，其它地區占3.7%。發達國家廣泛應用機器人自動化生產線，已形成了巨大產業

我國近幾年機器人自動化生產線已經不斷出現，并給用戶帶來顯著效益。目前國內已建立了多條弧焊機器人生產線、裝配機器人生產線、噴涂生產線和焊裝生產線。隨著我國工業企業自動化水平的不斷提高，機器人自動化線的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產線的主要方式。我國機器人自動化生產線裝備的市場剛剛起步，而國內裝備制造業正處于由傳統裝備向先進制造裝備轉型的時期，這就給機器人自動化生產線研究開發者帶來巨大商機。據預測，目前我國僅汽車行業、電子和家電行業、煙草行業、新能源電池行業等，年需求自動化線就達300多條，產值約為60多億元人民幣。據初步測算，“十一五”期間，僅汽車制造業的需求市場容量將達到800多億元人民幣我國近幾年機器人自動化生產線已經不斷出現，并給用戶帶2005世界機器人調查

一、2004年全球工業機器人區域狀況經過2001-2002這兩年全球市場對工業機器人需求的回落后，2003年開始出現了回升，同比增長19%。2004年仍然保持上升勢頭，同比增長17%。2003-2004年增長的原因得益于所有亞洲市場需求的強勁增長，以及歐洲、美洲市場的增長。2005世界機器人調查一、2004年全球工業機器人區域狀況1、亞洲

2004年，亞洲國家（包括澳大利亞和新西蘭）由于汽車工業和電子、電器工業投資的強勁增長，提供亞洲國家的工業機器人為52000余套，比2003年增加29%。

日本工業機器人的銷售量經過2001-2002年兩年的下降后，2003年市場出現轉機，大幅上漲了25%。2004年工業機器人在日本的安裝數量繼續上漲，達到37100套，較2003年增加17%。就行業分析，2004年日本汽車工業和電子、電器工業的工業機器人安裝數量激增，分別比上年增長42%和64%。

2004年韓國工業機器人的安裝數量也增長了17%，主要原因在于汽車工業對機器人的投資增加。亞洲市場其他國家，包括中國、印度、印尼、馬來群島、菲律賓共和國、新加坡、泰國和臺灣地區，工業機器人安裝數量平均增長125%，但這些市場規模相對較小。1、亞洲2、北美在北美（美國、加拿大、墨西哥），2004年工業機器人的安裝數量較上年增加6%，達到13400套，創出了工業機器人的最高銷售紀錄。北美工業機器人的銷售量在2000年達到頂峰13000套后，2001-2002年間下滑到不到10000套。到了2003年，銷售額開始出現恢復性上漲，較2002年增加28%，達到12700套。2004，北美成為全球工業機器人第二大市場，落后于日本，領先于德國。汽車零部件制造商和其他工業成為北美地區工業機器人安裝數量增加的貢獻者，而汽車制造商卻并未增加對工業機器人的投資。2、北美3、歐洲在歐洲，2000年工業機器人安裝量增長18%，為30600套，2001年繼續增長3%，為31600套。在2002年時，市場出現了下滑，下跌15%，為26700套。2003年開始市場開始恢復，小幅增長4%，為27800套。2004年繼續小幅增長5%，達到29300套。歐洲汽車工業總體上來說，是使用工業機器人最大用戶，2004年比上年增長5%。汽車業中的汽車零部件供應商的工業機器人安裝量增長23%，終端汽車制造商卻下降6%。其他工業中，化學工業工業機器人安裝量增長72%，機械工業增長22%，食品工業增長24%。在歐洲，食品工業機器人的安裝數量比美國和亞洲來得多。歐洲食品工業機器人占3%的份額，而美國和亞洲則低于1%。3、歐洲二、全球工業機器人發展趨勢及展望1、歐洲和北美迅速趕超日本

20世紀90年代早期，歐洲和北美多功能工業機器人的安裝量僅為日本工業機器人（所有類型）的25%和7%。根據日本更精確的統計報告，2001-2002年間，在歐洲安裝的多功能工業機器人的數量超過了日本。但到了2003年，日本市場再一次超過了歐洲。

目前運行的工業機器中，歐洲和北美的工業機器人數量也在不斷增長，歐洲運行的工業機器人數量從1994年占日本的34%上升至2004年的78%。北美則從13%上升至34%。二、全球工業機器人發展趨勢及展望2、全球運行的工業機器人數量統計從20世紀60年代末至2004年底，全球累計銷售的工業機器人數量為1500000套。目前很多老的工業機器人已經無法工作了。現在運行的工業機器人的實際數量要小于這個數字。UNECE和IFR估計，至2004年底，全球運行的工業機器人數量在最小值848000套至最大值1120000套之間。

最大值是基于工業機器人12年的工作年限得出的，UNECE/IFR研究表明工業機器人的實際使用年限可能達到15年，達到1120000套。與2003年相比，2004年運行工業機器人最小值為848000套比2003年增加6%。日本工業機器人的數據幾乎占到全球的一半，主要是因為日本工業機器人的統計口徑是所有型號的工業機器人。其市場份額也在迅速縮小。2、全球運行的工業機器人數量統計表1：2003-2004多功能工業機器人的安裝和運行數量及2008年的預測年度安裝數量年底運行數量國家200320042008200320042008美洲12,95713,67416,800115,384125,235159,900阿根廷3317

172189

巴西231208

2,1442,352

智利

5

5

北美（美加墨）12,69313,44416,500112,390121,937155,700-加拿大1,235440

4,0774,517

-墨西哥172877

1,2602,137

北美其它地區

678752

表1：2003-2004多功能工業機器人的安裝和運行數量及2中國1,4513,493

3,6037,096

印度57369

250619

印尼4474

47121

伊朗336106

404510

Japan31,58837,08645,900348,734356,483390,500馬來西亞191250

1,2021,452

菲律賓2065

2893

韓國(所有類型工業機器人)4,6605,457

47,84551,302

新加坡48244

5,2735,443

臺灣地區1,4543,680

8,73011,881

泰國156757

2571,014

亞洲其它地區578

2,7123,009

澳洲/新西蘭569652

3,6364,170

亞洲/澳洲40,57952,31170,400422,721443,193532,900中國1,4513,493

3,6037,096

印度5736歐洲27,83229,29633,700262,025278,906348,100奧地利365545

3,6023,907

比利時715536

9,0538,749

捷克498163

1,4451,533

丹麥288296

2,0782,342

愛沙尼亞11

12

芬蘭387288

3,4073,599

法國3,1173,0093,40026,13728,13335,900德國13,08113,40114,900112,393120,544151,100希臘193

6063

匈牙利3577

216285

愛爾蘭，冰島1023

1437

以色列547

94141

意大利5,1985,6796,20050,04353,24465,900立陶宛

1

1

挪威4861

684724

波蘭6075

584643

葡萄牙135211

1,3671,488

歐洲27,83229,29633,700262,025278羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

斯洛伐克139

494483

斯洛文尼亞3115

494391

西班牙2,0312,826

19,84721,893

瑞典386833

6,9597,341

瑞士240310

3,4793,539

土耳其5124

172196

烏克蘭16

17

英國1,1117851,00014,01514,17614,000歐洲其它地區

377418

非洲10887100343430800南非10887

343430

小計（除日本、韓國）45,22852,82568,400403,894439,979651,200總計（包括日本、韓國）81,47695,368121,000800,473847,7641,041,700羅馬尼亞918

927

俄羅斯924

5,0005,000

3、到2008年預測1）全球工業機器人的安裝數量將強勁增長

2004年，汽車工業末端制造商對工業機器人的需求下降，而汽車零部件工業對工業機器人的需求增長。最近幾年，汽車制造商很難在象西歐、美國、加拿大和日本等傳統的市場上增加汽車的銷量。無論是新的車型或者是特別的折扣價格都無法根本改變市場的需求。在最近兩年，新車型策略導致了新工廠的增加以及老工廠的重組，這使得2004年汽車零部件工業商大量投資工業機器人，而且這種形勢延續到了2005年。

預計到2008年，全球工業機器人的安裝數量將強勁增長。雖然西歐、北美和日本汽車工業末端制造商對工業機器人的需求下降，但汽車零部件工業對工業機器人的需求旺盛。總體上，全球工業機器人市場需求仍在增長。在一些通用工業尤其是包裝工業、食品工業、橡膠和塑料工業以及機械工業，對工業機器人的需求快速增長。而機器人技術的發展，如新的控制系統、安全系統、傳感器技術以及機器人視覺技術的應用，也將提升市場對機器人的需求。全球工業機器人市場銷量將從2004年的95400套增長至2008年的121000套，年均復合增長6.1%。3、到2008年預測（1）日本銷量將持續恢復上漲

2004至2008年間，日本工業機器人年度銷量將從37100套增加到45900套。2005年，由于汽車工業（包括汽車零部件業）需求強勁增長，工業機器人的銷量保持連續上漲勢頭。預計2006至2008年間，替換性的投資以及新的應用的增加，將確保工業機器人銷量持續增長。（2）北美市場強勁增長

2005年，北美汽車工業帶動了該地區工業機器人市場的增長。尤其是日本汽車制造商為了與他們的美國競爭對手爭奪市場，不斷擴大其在美國的市場容量，增加汽車銷售量。在墨西哥，汽車制造商和汽車零部件制造商持續投入巨資建廠。2004年至2008年間，工業機器人在北美的銷量將從13400套增加到16500套，年度復合增長5.3%。（1）日本銷量將持續恢復上漲（3）歐洲市場緩慢增長歐洲工業機器人市場銷售量將從2004年的29300套增長到2008年的33700套，年度復合增長3.6%。在西歐，汽車工業對機器人投資下降，而在東歐國家，投資將超過平均增長率。2005年至2006年，汽車零部件業的投資需求繼續將增長。2004年，所有新安裝的工業機器人中，60%來自汽車制造業包括汽車零部件業。2）全球運行的工業機器人數量將持續增長據UNECE/IFR的季度統計，2005年上半年，全球工業機器人進口定單比2004年同期增長13%。北美進口定單激增36%，歐洲增長7%，亞洲地區下跌1%左右，其它地區下跌49%。

預計2008，北美地區運行的多功能工業機器人將達到156000套。歐洲為348000套，其中，德國為151000套，意大利為66000套，法國36000套，英國14000套。（3）歐洲市場緩慢增長數控系統伺服電機控制技術發展動向

現代電機控制理論發展使機床數控伺服系統實現交流化、數字化、智能化機床數控系統中，常用的伺服電機和控制系統有:(一)開環控制系統采用步進電機作為驅動器件，無須位置和速度檢測器件，也沒有反饋電路，控制電路簡單，價格低廉。步進電機和普通電機的區別主要就在于它的脈沖控制，正是這個特點，步進電機可以和現代的數字控制技術相結合。不過步進電機在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統的閉環控制的直流伺服電動機。在精度不是需要特別高的場合就可以使用步進電機，步進電機可以發揮其結構簡單、可靠性高和成本低的特點。數控系統伺服電機控制技術發展動向現代電機控制理論發展使(二)半閉環和閉環位置控制系統采用直流伺服電機或交流伺服電機作為驅動部件，可以采用內裝于電機內的脈沖編碼器，無刷旋轉變壓器或測速發電機作為位置/速度檢測器件來構成半閉環位置控制系統，也可以采用直接安裝在工作臺的光柵或感應同步器作為位置檢測器件，來構成高精度的全閉環位置控制系統。70年代，美國GATTYS公司發明了機床用直流力矩伺服電機，從此各國數控機床開始大量采用直流伺服電機驅動。開環系統逐漸由閉環系統取代。以直流伺服電機作為驅動器件的直流伺服系統，控制電路比較簡單，價格較低。其主要缺點是直流伺服電機內部有機械換向裝置，碳刷易磨損，維修工作量大，運行時易起火花，給電機的轉速和功率的提高帶來較大的困難。交流異步電機雖然價格便宜、結構簡單，但早期由于控制性能差，所以很長時間沒有在數控系統上得到應用。隨著電力電子技術和現代電機控制理論的發展，1971年，德國西門子的Blaschke發明了交流異步機的矢量控制法;1980年，德國人Leonhard為首的研究小組在應用微處理器的矢量控制的研究中取得進展，使矢量控制實用化。從70年代末，數控機床逐漸采用異步電機為主軸驅動電機。

(二)半閉環和閉環位置控制系統

永磁無刷直流電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，逐漸應用在數控系統的進給驅動裝置上。交流伺服系統采用交流伺服電機作為驅動器件，可以和直流伺服電機一樣構成高精度、高性能的半閉環或全閉環控制系統，由于交流伺服電機內是無刷結構，幾乎不需維修，體積相對較小，有利于轉速和功率的提高。目前交流伺服系統已在很大范圍內取代了直流伺服系統。在當代數控系統中，伺服技術取得的突破可以歸結為:交流伺服取代直流伺服、數字控制取代模擬控制、或者把它稱為軟件控制取代硬件控制。這兩種突破的結果產生了交流數字驅動系統，應用在數控機床的伺服進給和主軸裝置上。由于電力電子技術及控制理論、微處理器等微電子技術的快速發展，軟件運算及處理能力的提高，采用高速微處理器和專用數字信號處理器(DSP-DigitalSignalProcessor)的全數字化交流伺服系統出現后，使系統的計算速度大大提高，采樣時間大大減少。原來的硬件伺服控制變為軟件伺服控制，一些現代控制理論中的先進算法得到實現，進而大大地提高了伺服系統的性能。永磁無刷直流電機具有良好的伺服性能。從80年代開始，

傳感器檢測技術的發展也極大地提高了交流電動機調速系統的動態響應性能和定位精度。普遍采用的霍爾傳感器具有小于1μs的響應時間。交流電動機調速系統一般選用無刷旋轉變壓器、混合型的光電編碼器和絕對值編碼器作為位置、速度傳感器。隨著它們的轉速、分辨率的不斷提高，系統的動態響應、調速范圍以及低速性能也相應提高。傳統的具有A、B(兩相信號的編碼器，由于它不能兼顧分辨率和高速度，且信號線太多，從而影響了高精度、高速度的伺服系統的實現。而新型的編碼器則克服了上述缺點，如日本FANUC公司生產的脈沖編碼器(絕對型)，由于它將來自正余弦信號的角度轉化成數字量，使它具有4000r/min的高速以及高達1000000p/r或65536p/r的分辨率。另外，伺服電動機本身也在向高速方向發展，與上述高速編碼器配合實現了60m/min甚至100m/min的快速進給和1g的加速度。而在電動機磁路設計上也作了改進，使電動機旋轉更加平滑，再配合高速數字伺服軟件，可使電動機即使在小于1μm轉動時也顯得平滑而無爬行。傳感器檢測技術的發展也極大地提高了交流電動機調速系統(三)機床大功率電主軸的高速化、一體化當前，世界數控技術及其裝備發展趨勢之一是高速、高效、高精度。從80年代開始，由于數控機床的主軸、進給系統等功能部件的突破，數控機床的主軸轉速和進給速度都大幅度提高，以及制造技術的全面進步，使金屬切削加工進入了高速切削的新階段。90年代以來，歐、美、日各國爭相開發應用新一代高速數控機床，加快機床高速化發展步伐。高速電主軸單元轉數在30000r/min(有的高達1×105r/min)以上;工作臺的移動速度(進給速度):在分辨率為1μm時,在100m/min(有的到200m/min)以上,在分辨率為0.1μs時，在24m/min以上。為了實現高速、高精加工，與之配套的功能部件如大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機驅動進給部件以及高性能控制系統得到了快速的發展，應用領域進一步擴大。(三)機床大功率電主軸的高速化、一體化

超高速加工是繼數控技術之后，使制造技術產生第二次革命性飛躍的一項高新技術。超高速機床是實現超高速加工的物質基礎，而高速主軸單元則是超高速機床的“核心”部件，它的性能直接決定了機床的超高速加工性能。最佳適合高速運轉的主軸形式是將主軸電機的定子、轉子直接裝入主軸組件的內部，形成電主軸，實現機床主軸系統的一體化、“零傳動”。電主軸具有結構緊湊、重量輕、慣性小、動態特性好等優點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應用。電主軸的工作轉速極高，這對其結構設計、制造和控制提出了非常嚴格的要求，并帶來了一系列技術難題，如主軸的散熱、動平衡、支承、潤滑及其控制等。在應用中，必須妥善解決這些技術難題，才能確保電主軸高速運轉和精密加工的可靠性。超高速加工是繼數控技術之后，使制造技術產生第二次革命

電主軸一體化所融合的技術包括:1.高速電機技術

電主軸是電動機與主軸融合在一起的產物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一臺高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡;2.高速軸承技術

電主軸通常采用復合陶瓷滾動軸承，耐磨耐熱，壽命是傳統軸承的幾倍;有時也采用電磁懸浮軸承或靜壓軸承，內外圈不接觸，理論上壽命無限;3.油霧潤滑

電主軸的潤滑一般采用定時定量油氣潤滑;也可以采用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用;太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發熱。

電主軸一體化所融合的技術包括:4.冷卻裝置

為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。5.內置脈沖編碼器

為了實現自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內置一脈沖編碼器，以實現準確的相角控制以及與進給的配合。主軸系統所用的位置編碼器分辨率也已達到360000p/r。6.高頻變頻裝置

要實現電主軸每分鐘幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千Hz。4.冷卻裝置

主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經歷了從普通三相異步電動機傳動到直流主軸傳動，而隨著微處理器技術和大功率晶體管技術的進展，現在又進入了交流主軸伺服系統的時代，目前已很少見到在數控機床上有使用直流主軸伺服系統了。

當代電主軸所使用的電機，不僅有異步交流感應電機，還有永磁同步電機，后者在相同功率下，外形尺寸較小，且轉子為永久磁鐵不發熱。

高速主軸單元技術在一些工業發達國家已經發展到較高水平，并被廣泛應用于高速機床行業，已經產生了巨大的經濟效益。主軸傳動用電動機和進給傳動一樣，經歷了從普通三相異步(四)以直線電動機直接驅動的直線伺服進給技術已趨成熟高速高精加工機床的進給驅動，主要有傳統的“旋轉伺服電機+精密高速滾珠絲杠”和新型的“直線電機直接驅動”兩種類型。滾珠絲杠由於工藝成熟，應用廣泛，不僅精度能達到較高(ISO34081級)，而且實現高速化的成本也相對較低，所以迄今仍為許多高速加工機床所采用。當前使用滾珠絲杠驅動的高速加工機床最大移動速度90m/min，加速度1.5g。但滾珠絲杠畢竟是機械傳動，從伺服電機到移動部件間有一系列機械元件，勢必存在彈性變形、摩擦和反向間隙，相應造成運動滯后和其它非線性誤差，目前滾珠絲杠副的移動速度和加速度已提高較多，再進一步提高的余地有限。自1993年，在機床進給上開始應用直線電機直接驅動，它是高速高精加工機床特別是其中的大型機床更理想的驅動方式。目前使用直線電機的高速高精加工機床最大快移速度已達208m/min，加速度2g(Mazak的HMCF3-660L加工中心的水平)，并且還有發展余地。

(四)以直線電動機直接驅動的直線伺服進給技術已趨成熟

與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅動的優點是:1.高剛度直線電機直接和負載連接，沒有間隙，有更高的動態剛度。2.更寬的速度范圍現代電機技術，很容易實現寬調速，速度變化范圍可達,1:10000以上。例如，美國科爾摩根公司DDL永磁直線電機高速大于5m/s，低速1μm/s。3.加速特性好、運動慣量小、有更高動態響應性能。4.運行平穩，位置精度高(基本上取決于位置反饋檢測元件)。5.無行程限制。6.采用模塊結構,可接長適應不同行程要求。7.采用直線電機直接驅動8.省去了一切中間機械傳動，從根本上減小了機械摩損與傳動誤差，減少維護工作。9.軌跡誤差小，高速下可獲得良好的定位精度。直線電機直接驅動的優點正好彌補滾珠絲杠傳動的不足，與滾珠絲杠傳動相比，其速度提高30倍，加速度提高10倍，最大達10g，剛度提高7倍，最高響應頻率達100Hz。

與滾珠絲杠傳動相比，直線電機直接驅動的優點是:

直線電機直接驅動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中間沒有緩沖環節和存在端部效應)外，還存在強磁場對周邊產生磁干擾，影響滾動導軌副的壽命，同時給排屑、裝配、維修帶來困難，以及發熱大、散熱條件差。需解決散熱、隔磁、足夠的推力、自鎖和移動部件輕量化等方面的問題，才能在機床上實際應用，同時成本較高也影響其推廣應用。目前這些問題都已得到不同程度的解決，采用者愈來愈多。交流直線伺服電機也有感應(異步)式和同步式兩大類，同步式(次級為永久磁鋼)由于效率高、推力密度大、可控性好等優點，盡管其對隔磁防塵要求較高和裝配較困難，現在也已成為機床用直線電機的主流。例如，美國Ingersoll銑床公司生產的HVM800高速臥式加工中心，X、Y、Z三軸都采用永磁同步直線伺服電機，最大進給速度可達76.2m/min，最大加速度1.5g。直線電機直接驅動也存在一些缺點和問題，除控制難度大(中

在高速高精加工機床領域，直線電機驅動和滾珠絲杠驅動雖然還會并存相當長一段時間，但總的趨勢是直線電機驅動所占比重會愈來愈大，將來很有可能成為此種機床進給驅動的主流。現在世界各國的知名機床制造商(比如以發展滾珠絲杠驅動聞名于世的日本Mazak公司和韓國的大宇公司)都紛紛推出直線電機驅動的機床，而德國的DMG公司，2001年便已銷售裝有直線電機的機床約1000臺。種種跡象表明，直線電機驅動在高速高精加工機床上的應用已進入加速增長期。在高速高精加工機床領域，直線電機驅動和滾珠絲杠驅動雖然還五軸高速加工中心的發展動向

近十多年來，由于刀具、驅動、控制和機床等技術的不斷進步，高速加工和高效加工，特別是高速硬銑已在模具制造業中得到了廣泛應用和推廣，傳統的電火花加工在很多場合已被高速硬銑所替代。通過高速硬銑對一次裝夾下的模具坯件進行綜合加工，不僅大大提高了模具的加工精度和表面質量，大幅度減少了加工時間，而且簡化了生產工藝流程，從而顯著縮短了模具的制造周期，降低了模具生產成本。高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業得以高效和高精度加工模具的重要前提。近年來，在驅動技術的推動下，涌現出結構創新、性能優良的眾多不同類型的高速加工中心。90年代中后期出現的三軸高速加工中心現已發展到五軸高速加工中心。在驅動方式上，已從直線運動（X/Y/Z軸）的伺服電機和滾珠絲杠驅動發展到目前的直線電機驅動，回轉運動（A和C軸）采用了直接驅動的轉矩電機，有的公司并通過直線電機和轉矩電機使加工中心發展成全采用直接驅動的五軸加工中心。顯著提高了加工中心的行程速度、動態性能和定位精度。五軸高速加工中心的發展動向近十多年來，由于刀具、驅

從高速加工中心不斷創新的過程中可以看出，充分利用當今技術領域里的最新成就，特別是利用驅動技術和控制技術的最新成果，是不斷提高加工中心高速性能、動態特性和加工精度的關鍵。電主軸

高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復雜輪廓的加工中，常常采用2～12mm較小直徑的立銑刀，而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時，要求很高的切削速度，因此，電主軸必須具有很高的轉速。目前，加工中心的主軸轉速大多在18000～42000r/min，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉速已達54000r/min。而對于模具的微細銑削（銑刀直徑一般采用0.1～2mm），則需要更高的轉速。如德國Kugler公司的五軸高精度銑床，其最高主軸轉速達160000r/min（采用空氣軸承），這樣的高轉速，當采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時，就可達到150m/min的切削速度。目前，德國Fraunhofer生產技術研究所正在開發轉速為300000r/min的空氣軸承支撐的主軸。從高速加工中心不斷創新的過程中可以看出，充分利用當今直線電機由于這種直線驅動免去了將回轉運動轉換為直線運動的傳動元件，從而可顯著提高軸的動態性能、移動速度和加工精度。采用直線電機驅動的機床可顯著提高生產率。例如在加工電火花加工用的電極時，加工時間要比采用傳統高速銑床減少50%。直線電機可以顯著提高高速機床的動態性能。由于模具大多數是三維曲面，刀具在加工曲面時，刀具軸要不斷進行制動和加速。只有通過較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下，在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進給量跟蹤給定的輪廓。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小，進給速度愈高，那么要求的軸加速度愈高。因此，機床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。直線電機轉矩電機

在高速加工中心上，回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動，已廣泛采用轉矩電機來實現。轉矩電機是一種同步電機，其轉子直接固定在所要驅動的部件上，所以沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣是直接驅動裝置。轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統的蝸輪蝸桿傳動高6倍，在擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉矩電機可達到極高的靜態和動態負載剛性，從而提高了回轉軸和擺動軸的定位精度和重復精度。

應該提及的是，直接驅動的直線軸與直接驅動的回轉軸相組合，使機床所有的運動軸具有較高的動態性能和調節特性，從而為高速度、高精度和高表面質量加工模具自由曲面提供了最佳條件。

轉矩電機控制系統

CNC控制系統是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質量。因此，對于加工模具自由曲面的高速機床，數控系統的性能具有特別重要的意義。應用于模具高速加工的現代CNC數控系統，除了具有為確保高速進給速度所必要的很短程序處理時間外，還應具有Nurbs和樣條插補功能，并能以納米的分辨率進行工作，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質量。目前，高檔的數控系統也都能與不同廠家的CAD/CAM系統進行連接，數據從CAD/CAM系統經以太網以很高的速度傳送到控制系統上。CAD/CAM集成到控制系統上，在很大程度上能使模具復雜輪廓的加工獲得良好的效果，并對縮短調整時間和編程時間做出十分重要的貢獻。控制系統機電一體化研究現狀及發展應用前景1.機電一體化的研究現狀1.1計算機數控機床1.2工業機器人1.3先進制造系統1.4汽車的機電一體化1.5智能控制系統

機電一體化研究現狀及發展應用前景1.機電一體化的研究現狀機電一體化研究現狀及發展應用前景2.機電一體化發展趨勢2.1計算機集成制造系統2.2智能制造技術2.3精益生產方式和敏捷制造技術2.4快速零件制造技術2.5面向21世紀的制造模式機電一體化研究現狀及發展應用前景2.機電一體化發展趨勢演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！機電技術應用行業發展動態機電技術應用行業發展動態主要內容國外機電一體化電機發展動向世界機電產品發展現狀和趨勢光機電一體化技術與產品發展前景分析機器人與自動化產業概述2005世界機器人調查數控系統伺服電機控制技術發展動向五軸高速加工中心的發展動向機電一體化研究現狀及發展應用前景主要內容國外機電一體化電機發展動向國外機電一體化電機發展動向

近二十年來，科學技術突飛猛進。隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論發展，電機調速技術得到迅速發展，使得電機的應用不再局限于工業應用而且在商業及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用；而隨著新材料如稀土永磁材料、磁性復合材料的出現，更給電機設計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應用領域，同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。

國外機電一體化電機發展動向近二十年來，科學技交流變頻調速系統及變頻電機

二十年來，電力電子技術發生了革命性的進展。功率元件從70年代的晶閘管（SCR），發展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產供應；IR以及Fairchild等著名半導體公司生產的IPM模塊更為交流調速技術的白色家電（指冰箱、洗衣機和空調器等）以及汽車等領域的應用提供了可能。控制方面也從模擬控制發展到數字控制，從