工业机器人的关节(精密减速机)到底是什么结构呢
现今工业机器人的先进程度让人叹为观止，尤其是那些灵动的5轴6轴机器人，具有如此多的关节，还能够做到运动和指令的精确传输，各部位紧密配合完成复杂的工作，让人不禁好奇它们的传动系统到底是怎样的，关节到底是什么结构的呢？
比如这个
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日本安川机器人挥刀削豌豆
说起关节，主要是指工业机器人最重要的基础部件，也是运动的核心部件：精密减速机。这是一种精密的动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，增加转矩。
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你造么，全球工业机器人的关节用到的精密减速机几乎都是日本造的：日本人说跪，全球机器人没几个能站着。。。
目前全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速器生产企业不算多，全球绝大多数市场份额都被日本企业占据，在工业用机器人关节上的精密减速器上，纳Nabtesco(纳博特斯克)产品的全球市场占有率达60%，特别在中/重负荷机器人上，其RV减速器市场占有率高达90%。Harmonica（哈默纳科）的谐波减速器约占15%，还有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。
下面我们就来看看这几家知名机器人减速器企业
1.Nabtesco纳博特斯克
Nabtesco(纳博特斯克)是2003年9月成立的，看似一个00后公司。实际上它是由帝人精机(TeijinSeiki，1944年成立)和纳博克(Nabco，1956年生产了日本第一个自动门)这两家日本公司强强合并组成。作为运动控制系统和零部件的生产商，这两家公司都在其特定的业务领域，掌握了高端核心技术，控制了很高的市场份额，所以Nabtesco甫一成立，就位居同行业在日本乃至全世界的首位，世界上大多数机器人制造商均从Nabtesco的专利RV减速机获益并带来成功。
作为世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商，Nabtesco生产高性能减速机、中空轴减速机，以及单轴伺服执行器和控制器。其生产的精密设备具有高扭矩、高刚性和高耐过载冲击荷载能力的同时，兼有高精密和非常低的回程间隙，被广泛应用于卫星、雷达天线、工业机器人、半导体和焊接技术等工业自动化领域。
Nabtesco有几个小视频能很直观形象地其产品展示在各种工业机器人上的应用。其中一个6轴机器人的跟大家分享。
6轴机器人的关节
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视频内容1944年帝人精机成立伊始，在飞机制造业开展业务，1947年进军纺织机械制造领域，1955年开始制造飞行器零部件，1959年扩展至机床制造业。Nabtesco的RV减速器，前身正是帝人精机的主流产品，70年代开始作为挖掘设备驱动马达的核心部件使用。80年代早期，应世界主要机器人制造商要求，帝人精机改进了RV减速器，使之更加精准可靠，符合机器人制造行业的严格要求。取得了精密摆线针轮RV减速机专利后，于1986年开始批量生产，从此开始为现代工业机器人的关节应用进行配套。
拆解开观看内部结构
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线路能很方便得从减速机中空的部分穿过。这样的设计不仅转矩更大，压缩比更高，接近零侧隙，而且还加载了一组更大的提供更大动量，并免去外部支撑设备的内角支撑轴。这样一来，就进一步节省了成本，简化了最终用户的设计工作。
Nabtesco：HollowcenterGear
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视频内容2.Harmonica哈默纳科
日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)是整体运动控制的领军企业，其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。阿波罗月球车的电驱动车轮里的波动齿轮就是用哈默纳科的产品哦~~
为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，HDSI产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。
谐波传动减速器（harmonicgeardrive）是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合，从头传递运动和动力的齿轮传动系统。谐波传动减速器是由美国人ClarenceWaltonMusser(1909~1998-06-08)在1957年获得发明专利（美国专利号2906143），除此之外，这位曾在美国国防部工作15年的长寿发明家一生有250项重大发明，例如军用无后座力步枪，飞机弹射器，水下爆炸试验仪器等等。
听上去象大一个行业品类，其实harmonicdrive是HarmonicDriveSystemsInc.的商标。1960年美国USM公司首次将谐波传动减速器成功投入运用，后来长谷川齿轮株式会社(HasegawaGearWorks,Ltd.)获得了USM的生产许可。1970年10月，长谷川与USM各出资50%，在东京都成立了HarmonicDriveSystemsInc.，汉译哈默纳科。
哈默纳科是整体运动控制的领军企业，其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。
2006年1月1日哈默纳科和上面介绍的Nabtesco的美国子公司在马萨诸塞州成立了合资公司HarmonicDriveL.L.C.。
为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机(HarmonicPlanetary)。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。
谐波减速器拆解开观看内部结构
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谐波行星减速器HarmonicPlanetaryGears
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视频内容3.SUMITOMO住友
日本住友SUMITOMO是拥有400多年历史的世界500强之一的住友集团旗下的建设机械厂家，在世界范围享有盛誉。住友产品在1967年凭借自身技术开发研制了第一台液压挖掘机之后，目前世界各地到处活跃着住友液压挖掘机的身影。住友重机械工业株式会社SumitomoDriveTechnologies住友重机械在日本便开始了电动机和减速机的自行制造生产。
住友减速机包含各种型号减速机，如住友大型斜齿轮减速箱，住友行星齿轮减速机，住友斜齿轮减速机，住友蜗轮蜗杆减速机等。减速比大，效率高：一级传动减速比为9~87，双级传动减速比为121～5133，多级混合可达数万，且针齿啮合系套式滚动摩擦，啮合表面无相对滑动，故一级减速效率达94%。
1995年10月，由住友重机械工业株式会社和住友商事株式会社共同出资在中国天津成立住友重机械减速机(中国)有限公司，并在2001年成立上海分公司作为其产品在中国的销售总部，同时在上海的松江设有维修中心。
反观国内，我国对工业机器人用精密减速器的研究相比国外较晚，技术不成熟，与国外先进技术存在较大差距，形成了精密减速器不能自给自足的局面，严重依赖进口。这严重制约了我国工业机器人的发展，特别是在我国工业机器人逐渐产业化时期，工业机器人精密减速器的关键技术突破显得更加迫切。国务院印发的《中国制造2025》提出，“突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。”
来源：机器人前沿
工业机器人常见减速机类型有哪些现状是什么我国为何发展缓慢
减速机是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。
减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或其它高速运转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。
在工业机器人中，减速机三大重要构件之一，成本可占到机器人总成本的三分之一。由于工业机器人对减速机的要求很高，在选择精密减速机是要从扭转刚度、启动转矩、传动精度、传动误差、传动效率等方面来选择，目前能满足工业机器人减速机要求的只有精密谐波减速机、精密行星减速机、精密RV减速机三种。
RV减速机
RV减速机是在摆线针轮传动基础上发展起来的，具有二级减速和中心圆盘支承结构。自1986年投入市场以来，因其传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等优点是机器人的“御用”减速机。
谐波减速机
谐波减速机由三部分组成：谐波发生器、柔性论和刚轮，其工作原理是由谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形，靠柔轮与刚轮啮合来传递动力，并达到减速的目的;按照波发生器的不同有凸轮式、滚轮式和偏心盘式。
行星减速机
行星顾名思义行星减速机就是有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转的减速机。行星减速机体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低。具有功率分流、多齿啮合独用的特性;是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其它军品级行星减速机产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。
中国减速机发展情况
2017年我国冒出了上百家减速器企业，但是如今已经进入优胜劣汰。
行星减速器使用不普及，可以忽略，主要是RV减速器和谐波减速器。
RV减速器方面，RV减速器最大的提供商是帝人（就是纳博特斯克），帝人占据RV减速器的7成全球市场，并且在重型传动机械上面，其几乎已经达到垄断。所以我们可以说，这是一家日本精工方面的冠军企业。而在RV减速器上面，基本上国内的减速器主力企业没有能够挑战帝人的企业。南通振康在技术上做得比较严谨，业界口碑不错，只是2002年成立的公司如今深耕时间尚短，如今出货2万台左右。而秦川机床如今减速器行业已经有了一定的业务占比，属于科研院所持续输出成果。另外我们注意到上海机电和日本帝人（就是纳博特斯克）的合作也逐渐在国内量产化RV减速器。
谐波减速器方面，做大的是哈默纳科（HD谐波减速器），这是家日本企业，也算是这种谐波器的早期发明者，阿波罗登月的时候就已经用上了。但是国内市场如今苏州绿的谐波异军突起，国内占比在一半左右。所以这方面国产有优势。但绿的国际上上销量占比不高，大约是其总营收的10%左右的业务量，而日本另一家企业新宝则占据了全球第二的位置。
RV减速器和谐波减速器的区别
RV减速机一般情况下用于负载大的工业机器人，谐波减速机主要用于负载小的工业机器人。纳博特斯克、村田是RV减速机的代表，谐波减速机基本上被日本哈默纳科谐波减速机垄断。
谐波减速器是谐波传动装置的一种，谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括：刚轮、柔轮和波发生器三者，三者缺一不可。
其中，刚轮的齿数略大于柔轮的齿数。波发生器的长度比未变形的柔轮内圆直径大：当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮轮齿插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态。
由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。当波发生器连续转动时：迫使柔轮不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。
RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。
RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
中国减速机发展缓慢原因
原因一：工业机器人是一台整合机械，但国内大多数减速器提供商是单一部件，缺乏综合性工业机器人企业。这样，即使你的减速器是好的，别的部件出问题也会背锅。
原因二：国内工业机器人工作强度和工作环境甚至工作温度对于工业机器人的精度有影响。国内普遍误解工业机器人是打不死的小强，但实际上，他们也是需要检修停机。
原因三：本身国内减速器的产品质量参差不齐，造成了对国产减速器的一些刻板印象。有时候，一颗老鼠屎坏一锅粥。
原因四：工艺积累不够，技术人员流动性比较大。这些精工类属于实践和时间积累的领域，我们看到了一些企业正在沉下来做研发，但相对于日本那些企业，他们太过年轻。
工业机器人的定义是什么
工业机器人的定义是什么工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
工业机器人是一种通过重复编程和自动控制，能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统，它结合制造主机或生产线，可以组成单机或多机自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。
工业机器人的四个基本特征工业机器人技术和产业迅速发展，在生产中应用日益广泛，已成为现代制造生产中重要的高度自动化装备。自20世纪60年代初第一代机器人在美国问世以来，工业机器人的研制和应用有了飞速的发展，但工业机器人最显着的特点归纳有以下几个。
1、可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统（FMS）中的一个重要组成部分。
2、拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。
3、通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。
4、机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但是归纳起来是机械学和微电子学的结合——机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都和微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展和水平。
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