盡管機器人或自動(dòng)化設備所需多軸運動(dòng)控制應用，無(wú)論在技術(shù)或產(chǎn)品市場(chǎng)可能已經(jīng)相當成熟，但仍舊有重要趨勢會(huì )影響其未來(lái)的成長(cháng)，包括供應制造商的整合后發(fā)表的新一代產(chǎn)品，或是擴展現有產(chǎn)品的組合等。盡管某些關(guān)鍵領(lǐng)域遇到了阻力，但基本面非常強勁，雖然2019年全球產(chǎn)業(yè)的變化造成市場(chǎng)規模呈現小幅下降（-3.8%），相信接下來(lái)運動(dòng)控制產(chǎn)品仍會(huì )持續增長(cháng)，預計在2023年將會(huì )超過(guò)150億美元。
目前全球運動(dòng)控制產(chǎn)業(yè)的一個(gè)概況。根據統計，全球運動(dòng)控制市場(chǎng)規模將從2018年的128億美元到2023年時(shí)增長(cháng)至150億美元以上。盡管2019年下降了4%，但預計到2023年，市場(chǎng)將以3.3%的復合年成長(cháng)率增加。在區域的部分，2019年美洲地區占整體市場(chǎng)的20%，亞太地區占46%，歐洲、中東和非洲地區共占34%。
而應用別方面，通用運動(dòng)控制（GMC）產(chǎn)品市場(chǎng)大約占了2018年總市場(chǎng)的2/3，而CNC占1/3。由于未來(lái)5年機床的整體性能預測較差（2018年占CNC運動(dòng)產(chǎn)品銷(xiāo)售的85%以上），與CNC產(chǎn)品相關(guān)的市場(chǎng)比例，預估到2023年將略有下降（相對于GMC產(chǎn)品），約占總收入的30%。金屬切削機床是迄今為止最大的單一類(lèi)別市場(chǎng)，其次是包括半導體、電子機械、包裝機械和工業(yè)機器人等。
機器人用運動(dòng)控制產(chǎn)品市場(chǎng)預計在2023年將會(huì )超過(guò)150億美元。
伺服馬達技術(shù)趨于多元化應用
針對整合驅動(dòng)器和多軸伺服驅動(dòng)器不可或缺的伺服馬達，盡管在2018年市場(chǎng)相對較小，但接下來(lái)將會(huì )呈現高于平均水平的增長(cháng)，預計復合年成長(cháng)率分別為12.0%和7.2%;（亦即遠高于整個(gè)市場(chǎng)預測的3.3%的平均復合年成長(cháng)率）。
如果從應用與技術(shù)趨勢來(lái)看運動(dòng)控制不可或缺的重要零組件之一的伺服馬達，可以發(fā)現其發(fā)展態(tài)勢在各領(lǐng)域都有不同的發(fā)展方向。
一、多軸伺服驅動(dòng)器：朝向更節省空間的技術(shù)發(fā)展，有助于減少控制機構中運動(dòng)控制部份所需的面積。
二、內建高整合驅動(dòng)器的伺服馬達：受益于模塊化的概念，將會(huì )出現更多分散產(chǎn)品的趨勢。
三、分布式伺服驅動(dòng)器：提供更靈活的分布式解決方案，可以與任何種類(lèi)的線(xiàn)性，轉矩或伺服馬達配對。
四、采用單電纜技術(shù)的伺服馬達：同樣以節省成本和空間的技術(shù)為目標，期望能大幅度減少設備中的配線(xiàn)。
五、具有先進(jìn)安全功能的伺服驅動(dòng)器：安全法規愈來(lái)愈嚴苛，新產(chǎn)品比傳統標準伺服驅動(dòng)器有更大的成長(cháng)空間，預計市場(chǎng)將會(huì )快速的提升2倍以上。
伺服馬達將發(fā)展出更容易使用的產(chǎn)品方案
在面對勞動(dòng)力短缺和人工成本不斷的上升，工廠(chǎng)對自動(dòng)化投資的意愿，不僅僅只是提高而已，更是呈現大幅度增加。這樣的背景下，也帶動(dòng)了自動(dòng)化生產(chǎn)應用的機器人，而其他領(lǐng)域應用機器人市場(chǎng)規模也正呈現快速的成長(cháng)，例如非制造業(yè)中酒店、旅館的無(wú)人服務(wù)規劃，食品服務(wù)業(yè)人員的補充以及安全和清潔。
整個(gè)機器人的動(dòng)作機構，可以說(shuō)由伺服馬達和傳感器組成，機器人的市場(chǎng)成長(cháng)率幾乎與伺服馬達的成長(cháng)率成正比，因此機器人在推動(dòng)伺服馬達市場(chǎng)擴展中，扮演著(zhù)重要相當重要角色。
在如此龐大的市場(chǎng)中，伺服馬達制造商正朝向開(kāi)發(fā)更容易使用的產(chǎn)品，包括具有自動(dòng)調整功能，可輕松進(jìn)行復雜的控制調整；振動(dòng)抑制技術(shù)可在短時(shí)間內定位，同時(shí)降低設備振動(dòng)；安全控制技術(shù)可確保工作安全；網(wǎng)絡(luò )功能可提高生產(chǎn)效率等，是接下來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。
各技術(shù)突破發(fā)展更精進(jìn)
振動(dòng)控制
在自動(dòng)調整中，幾乎所有的伺服馬達制造商都有自家的技術(shù)基礎，因此可以快速降低設備所產(chǎn)生的共振問(wèn)題。有些的振動(dòng)抑制技術(shù)采用低頻抑制算法，該算法不僅可以抑制主機所造成的殘留振動(dòng)，而且還可以抑制機器人臂尖的振動(dòng)，從而可以進(jìn)行更高精度的調整。
高速運動(dòng)
對于高速的要求，目前市場(chǎng)上已有制造商提供超過(guò)6700萬(wàn)脈沖／轉的高端產(chǎn)品，其中更可以發(fā)現有些伺服馬達已經(jīng)具有3.5 kHz的速度頻率，和26位旋轉編碼器，透過(guò)這樣的高速伺服馬達產(chǎn)品，可以協(xié)助機器人開(kāi)發(fā)工程師開(kāi)發(fā)，大幅減少設定時(shí)間來(lái)達到提高工作效率，以及增加設備和系統的生產(chǎn)能力。
雙自由度控制系統
在伺服馬達控制中，有增強指令反應特性的前饋（Feed Forward；FF）功能，和增強干擾抑制特性的反饋（Feed Back；FB）控制，不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，FF控制和FB控制完全分開(kāi)，因此使用了雙自由度控制系統（2 DOF control system）的伺服馬達。
將兩個(gè)控制組件完全分開(kāi)的架構下，可以達到更高速度和更高精度的電機控制。例如可以抑制電子組件封裝設備中，組件取放臂尖的振動(dòng)，更可進(jìn)一步的實(shí)現高速作動(dòng)節奏。而應用在金屬加工機可以減少摩擦和粘性的影響，并實(shí)現平滑切割表面的高精度加工等。
另有制造商開(kāi)發(fā)出內建放大器來(lái)驅動(dòng)多達三軸的伺服馬達，而這樣的概念產(chǎn)品已經(jīng)越來(lái)越受機器人工程師的歡迎。此外，也可以透過(guò)放大器的診斷功能進(jìn)行伺服馬達的故障預測，通過(guò)測量伺服馬達的運行時(shí)間并預測故障，可以防止因為突然運轉停止而造成的設備故障，以及生產(chǎn)中斷。
易于使用已成為伺服馬達的研發(fā)重點(diǎn)
作為小型化的一部分，已經(jīng)可以利用單一連接器來(lái)連接電源和訊號，達到減小連接器的空間，并且縮減機構的尺寸。
因此在小型化和輕量化的目標下，直接提供伺服驅動(dòng)器所需扭矩的直接驅動(dòng)（Direct Drive；DD）馬達也開(kāi)始成為市場(chǎng)的關(guān)心焦點(diǎn)。利用直接驅動(dòng)縮開(kāi)發(fā)伺服馬達的概念是利用磁體和線(xiàn)圈的設計來(lái)實(shí)現薄型化，以及提高扭矩密度的能力，并且對編碼器進(jìn)行改良以簡(jiǎn)化機構整體，并且規劃得更為緊湊，達到輕薄且結構簡(jiǎn)單的目的，同時(shí)，還減少故障的發(fā)生，達到降低成本和節省電力的優(yōu)勢。利用兩軸來(lái)完成得直接驅動(dòng)馬達，在馬達的中央部分安置兩個(gè)獨立的旋轉軸，可以同時(shí)執行不同的作動(dòng)，這對于機器人的搬運非常有效，如果能再使用雙軸放大器的話(huà)，控制面板可以設計的精簡(jiǎn)一些。
應用在運動(dòng)控制中，線(xiàn)性伺服馬達的發(fā)展趨勢一直是被關(guān)注的重點(diǎn)，與旋轉伺服馬達和滾珠絲杠的組合相比，線(xiàn)性伺服馬達的推力要大上許多，并且可以在短行程運動(dòng)中重復加減速時(shí)發(fā)揮作用，這樣的架構非常適用于需要快速移動(dòng)的小型設備。在線(xiàn)性伺服馬達中，具有高行程往復式線(xiàn)性致動(dòng)器，通常用于半導體測試的設備中，目前有部分制造商正積極地開(kāi)發(fā)能夠進(jìn)行Z軸控制的產(chǎn)品。
運動(dòng)控制用伺服馬達內建網(wǎng)絡(luò )通訊功能
面對工業(yè)4.0的潮流與IoT的發(fā)展趨勢，伺服馬達中控制器和伺服放大器之間的網(wǎng)絡(luò )兼容性也開(kāi)始被討論，這是因為隨著(zhù)IoT、AI和可視化的需求，讓網(wǎng)絡(luò )連接的重要性越來(lái)越高，基于以太網(wǎng)技術(shù)的通訊技術(shù)已成產(chǎn)業(yè)的主流，因此可以看到越來(lái)越多的產(chǎn)品實(shí)現了1Gbps的通訊能力，此外還有特別令人感興趣的TSN技術(shù)，TSN技術(shù)可擴展以太網(wǎng)并無(wú)縫整合到工業(yè)網(wǎng)絡(luò )和IT網(wǎng)絡(luò )之中。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現可以與CC-Link IE TSN兼容的伺服馬達。而其他網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，包括MECHATROLINK等已開(kāi)始支持TSN，并且越來(lái)越多的人認為網(wǎng)絡(luò )將很快成為運動(dòng)控制用伺服馬達開(kāi)發(fā)的主流。
另外，編碼器網(wǎng)絡(luò )標準也已經(jīng)被發(fā)表討論，雖然同一制造商的伺服馬達和伺服放大器之間的相互連接通訊并沒(méi)有什么問(wèn)題，但是隨著(zhù)不同制造商的伺服馬達和放大器之間的連接不斷增加，對開(kāi)放式編碼器網(wǎng)絡(luò )的需求正在不斷增長(cháng)。在編碼器信息傳遞將會(huì )成為伺服馬達生命線(xiàn)的態(tài)勢下，相信這方面的技術(shù)將會(huì )被積極討論，也會(huì )提出更多的新概念架構。
