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深度剖析工業機器人用精密減速器技術

2018-7-2 來源：-- 作者（zhě）：--

工業機器人是一種裝備（bèi）有記憶裝置和末端執行（háng）裝置的、能夠完成各種移動（dòng）或（huò）工（gōng）藝來代替人類勞（láo）動（dòng）的通用機器。通常在生產中能代替工人做某些單調、頻繁和重複的長時（shí）間作業，或是危險、惡劣環（huán）境下的（de）作業。它（tā）能（néng）夠提升生產的效率和產品的質量，是（shì）企業補充和替代勞動力（lì）的（de）有效方案。

目前工業機器人發展特點是高速、精確（què）、機身（shēn）機構緊湊、多自由度和提高剛性，重點領域（yù）還要求重載或響應速度快。例（lì）如汽車整車生產的電焊機器（qì）人負載大（dà）部分在150-300Kg間（jiān），而電子領域的裝配機器人則需要快速的響應流水線上的配件。

減（jiǎn）速器在機械傳動領域是連接動力源和執行機構之（zhī）間的中間裝置，通（tōng）常它把電動機、內燃（rán）機等高速運轉（zhuǎn）的動力通過輸入軸（zhóu）上的小齒輪齧（niè）合輸出軸上的大（dà）齒輪來達到減速的目的（de），並傳（chuán）遞更（gèng）大的轉矩。目前成熟並標準化的減速器有：圓柱齒輪減速器、渦輪減（jiǎn）速器、行星（xīng）減速器、行星齒輪減速器（qì）、RV減速器、擺線針輪減（jiǎn）速器和諧（xié）波減速器。80-90年代以來，在（zài）新興產（chǎn）業（yè）如航（háng）空航天、機器（qì）人和（hé）醫療器械等發展（zhǎn）的需求下，需要（yào）結構簡單緊湊、傳遞功率大（dà）、噪聲低、傳動平穩的（de）高性能（néng）精密減速器（qì），其中（zhōng）RV減速器和（hé）諧波減速器是精密減速器中重要的兩種（zhǒng）減速器。

六（liù）軸工（gōng）業機器人（rén）中精密減速器位（wèi）置分（fèn）布

__RV（Rot-Vector）減速器__

RV減速器是在擺線針輪傳動基礎（chǔ）上發展起來的，具有二級減速和中心圓盤支承結構。自1986年投入市場以來，因其傳動比大（dà）、傳（chuán）動效率高、運動精度高（gāo）、回（huí）差小、低振動、剛性大和高可靠性等優點是機器人的“禦（yù）用”減速器。

Nabotesco(帝人（rén）)RV係列減速器結（jié）構圖

N abotesco(帝人)RV係列減速器

__諧波減速（sù）器__

諧波減速器由三部分（fèn）組成：諧波發生器、柔性論和剛輪（lún），其工作原（yuán）理是由諧波發生器使柔輪產生可控的彈性變形，靠柔輪與剛輪齧合來傳遞動力，並達到減速的目的；按照波（bō）發生（shēng）器的不同有凸輪（lún）式、滾輪式和偏心盤式。諧波減速器傳動比大、外形輪廓（kuò）小、零件（jiàn）數目少且傳動效率高。單機傳動（dòng）比可（kě）達到50-4000，而傳動效率高達92%-96%。

HarmonicaDrive產（chǎn）品結構示意（yì）圖

HarmonicaDriveCSF-LW係列（liè）產品

三種常見的諧波減速器類型

諧波傳動齧合示意圖

普（pǔ）通齒（chǐ）輪傳（chuán）動齧合示意圖

__行星減速器__

行星顧名思義行星減速器就是有三個行星輪圍繞一個太陽輪旋轉的減速器。行星減速器體積（jī）小、重量輕，承（chéng）載能力高，使用壽（shòu）命長、運轉平穩，噪聲低。具有（yǒu）功率分流（liú）、多齒齧合獨用的特性；是一種用途廣（guǎng）泛的工業產品，其性能可（kě）與其它軍品級行星減速器產品相媲美，卻有著工業級產品的（de）價格，被應（yīng）用於廣泛的工業場合。

__精密減速器（qì）在工業機器人上（shàng）的作用__

工業機器人的動力源一般為交流伺服電機，因為由脈衝信號驅（qū）動，其（qí）伺（sì）服電機（jī）本身就可（kě）以實現調速，為什麽工業機器人還需要減速器（qì）呢？工業（yè）機器人（rén）通常執行重複的動作，以完成相同的工序；為保證（zhèng）工業（yè）機器人（rén）在生產中（zhōng）能夠可靠地完成工序任務，並確保工藝質量，對工業機器人的定位精度和重複定（dìng）位精度（dù）要求很高。因（yīn）此，提高和確保（bǎo）工（gōng）業機器（qì）人的精度（dù）就需要采用RV減（jiǎn）速器或（huò）諧波減速器。精密減速器在工業機器人中（zhōng）的另一作用是傳遞更大（dà）的扭矩（jǔ）。當負載較大（dà）時，一味提高伺服電機的功率是很不劃算的，可以（yǐ）在適宜的速度範圍內通過減速器來提高輸出扭矩。此外，伺服電機在低頻運轉下容（róng）易（yì）發熱和出現（xiàn）低（dī）頻振動，對於長時間和周期性工作的工業機器人（rén）這都不利於確（què）保其精確、可靠地運行。

精（jīng）密減速器的存在（zài）使伺服電機在一個合適的速度下運轉，並精確地將轉速降到工業機器人各部位需要的速（sù）度，提高機械體剛性（xìng）的（de）同時輸出更（gèng）大的力矩。與（yǔ）通用減速器相比，機器人關節減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易於控製等特點。大量應用在關節型機器人上的減速器主要有兩（liǎng）類：RV減速器和諧波（bō）減速器。

相比於諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回（huí）轉精度。因此在關節型（xíng）機器人中（zhōng），一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重（chóng）負載的位置（zhì）；而將諧波減速器放置（zhì）在小臂、腕部或手部；行星減（jiǎn）速器一（yī）般用在直角坐標機器人上。

__減速機的（de）市場現狀__

目前（qián）應用（yòng）於機器人領域的減速機主要有兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關節型機器人中，由於RV減速器具有更高的（de）剛度和（hé）回轉精度，一般將（jiāng）RV減速器（qì）放置在機座、大臂、肩（jiān）部等重負載的位（wèi）置，而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。對於高精度機器人減速器，日（rì）本具備絕對領先優勢，目前全球機器人行業75%的精密減速機被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩家（jiā）壟斷（業界俗稱RV減速機（jī）和諧波減速機），包括abb、fanuc、kuka等國際主流機器人廠商的減速器均由上述兩家公（gōng）司提供。其中HarmonicDrive在工業機（jī）器人關節領域擁（yōng）有15%的市場占有率。

據行業人士介紹，一台精密減速器四大（dà）國際巨頭采購價為3萬元~5萬（wàn）元，賣給國內關係好的客戶約7萬元，關係一般的普（pǔ）通客戶約12萬元，內資企業采購精密減速機的成本比國際（jì）巨頭（tóu）貴一倍還多，可見其間的利潤差別有（yǒu）多大。

2013年全球工業關節類機器人減速器（qì）的出貨量為73萬台，同比增長6%。目前全（quán）球精（jīng）密減速器市場基本上被日本的納博特斯（sī）克和德國的Harmonicadrive所壟斷。據上海機電的公告，日本的納博特斯克2012年（nián）銷售收入約30億、全球市場份額穩居60%。

值得一（yī）提的是，日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設計到1986年RV減速器（qì）研究獲得實質性突破，花了6-7年時間；而國內（nèi）率先出結果的南通振康和恒豐泰花費時間也為6-8年；可以看出，技術是沒有捷徑可走的。換句（jù）話說，國內（nèi）RV減速器現在的（de）發展水平還停留（liú）在日本八十年代後期。

據行業內不具名人士（shì）透露，ABB、發那（nà）科、安川、庫（kù）卡（kǎ）等國際主流（liú）機器人整機廠（chǎng）商均由（yóu）以（yǐ）上兩家日本公司提供減（jiǎn）速機，並且與兩家公司（sī）有著非常苛刻的合作條件，即在使用這（zhè）兩家公司（sī）產品時不能再使用別家的產品，否則將解除合作關係。

南通振康去年的年產量是200多台，產品已被多家機器人廠商試用（yòng），包括國外的ABB、KUKA、發那科（kē）以及國內的埃夫特、埃斯頓等企業等。其中，埃夫特已經通過試用後購買了幾（jǐ）百台RV減速器（qì）產品。

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