国产机器人不行，都是减速机惹的祸 机器人减速机怎么安装

国产机器人不行，都是减速机惹的祸

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导语：

近年来，我国工业机器人产业发展势头强劲，技术水平不断提升。据CRIA与IFR统计，2019年中国自主品牌工业机器人销售近4．5万台，在国内市场占有率提升到了32.2%，销售同比增长16.2%。外资品牌工业机器人在中国销售同比下降10.98%，但外资品牌瑞士ABB、德国库卡、日本安川电机、日本发那科“四大家族”企业依旧占据国内市场的近68%。国内外工业机器人的主要差距在哪里呢？不少人把矛头指向了工业机器人的核心部件—减速机。

一、减速机是什么？

减速机顾名思义降低运动速度，增加扭矩，提高精度的机械装置。其目的是提高机器的运行精度、延长其使用寿命、保障其运行过程中的稳定性与可靠性。减速机是装备制造业中一种极为重要的基础件，广泛应用于工业机器人、数控机床等机械设备上。减速机就好比汽车上的变速箱，只不过其控制速度和精度比变速箱高得多。减速机作为技术壁垒最高的工业机器人关键零部件，按结构不同可以分为五类：谐波齿轮减速机、RV（旋转矢量）减速机、摆线针轮减速机、精密行星齿轮减速机和滤波齿轮减速机。

图1六轴机器人减速机位置

这五种减速机中RV减速机和谐波齿轮减速机是工业机器人最主流的精密减速机，并且在机器人大臂关节处（六轴机器人A2、A3轴负载较重的大臂及底座A1位置）一般应用RV减速机，而在机器人前端小臂关节处多应用谐波减速机，如图1所示，简单介绍一下两种减速机工作原理。

谐波齿轮减速机

谐波减速机是依靠齿轮的弹性变形运动来达到减速的目的，由波发生器、柔轮和刚轮组成，依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，并靠柔轮与刚轮啮合来传递运动和动力，如图2所示。谐波减速机的技术难点主要体现在柔轮寿命和加工精度上。

图2谐波齿轮减速机原理/学位论文作者：李伟勇

RV减速机

RV减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。典型的RV减速机如图3所示，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，而且具有体积小、质量轻、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减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等，这些工艺总装公差总分配带来的结果是产品的磨损和寿命。

图3RV减速机爆炸结构图/百度百科

二、国产减速机：行路之难

市场占有率低

目前，世界75%的精密减速机市场被日本的Harmonica公司和Nabtesco公司所占领，其中Nabtesco的RV减速机约占60%的市场份额，Harmonica的谐波减速机约占15%。RV减速机国产化研发始于上世纪90年代，开始主要是工艺、寿命和精度等瓶颈制约了RV减速机制造商的成长。但随着中国制造业能力水平的提升及国内机器人市场爆发式增长，许多国内减速机厂家脱颖而出。尤其是在高精度RV减速机和谐波减速机产品研制方面，国内已经有一些可替代产品。

传动精度和可靠性有待优化提升

减速机的传动精度跟空程和背隙有关，背隙也叫回程间隙是指齿轮与齿轮之间的间隙。一般回程间隙越低，减速机的传动精度越高且减速机价格也越贵、其传动效率和精度也就越高。减速机的精度单位为弧分，轴转一圈为360度，一度=60弧分=3600弧秒，间隙的单位是弧分arcmin，一般称低于3分（3‘）的称为高精度型，15分（15’）以上为低精度型。

根据相关资料国内外减速机的主要性能参数如表1所示。在基本相同的转速和功率下，Nabtesco的RV减速机和国产RV减速机的输出扭矩范围基本相当，说明在传动扭矩上国内已经可以与国外相媲美。而国产的RV减速机包括谐波减速机在内的齿轮寿命、传动精度等方面距离国外还有较大差距。比如国内的谐波减速机齿轮寿命目前能够做到1.5万小时，而同规格的国外的齿轮寿命能做到5万小时。但好在国内的产品经过几年的发展，减速机齿轮的寿命已经从9000小时提高到1.5万小时，发展势头可喜。

表1国内外减速机的主要性能参数对比/根据文献整理

有资料显示国产减速机在运行一段时间后会有精度不能保持的问题，其实所有的机器人都有此类问题，国内外的差距主要在于减速机材料耐磨性不同导致寿命不同的结果，再者减速机的齿轮精度相比国外同类产品其加工精度不同。所以扩大减速机材料研制和数控加工设备研究将有助于我们解决精度问题。

国产减速机的破壁之路

国内知名减速机产品厂家研发的RV减速机和谐波减速机产品及发展情况如图4和表2所示。因此，机器人减速机核心零部件国内企业已经研制出来，尽管在技术和质量方面与国外尚有差距，但总体上每一类核心零部件都已形成3～5家种子企业，配套产业集群效应正在逐渐发力，未来可期。与此同时，在减速机控制系统和相关软件算法方面国内企业现在已经开始发力。2017年国内厂商实现了高性能控制系统的自主研发。通过算法实现拖动示教、碰撞检测、柔顺控制等功能，还赋予了工业机器人高精、高速、稳定、协作的性能，而这些性能都离不开减速机的功劳。

图4国产品牌的RV减速机和谐波减速机

表2中国工业机器人减速机研发进展

三、研发难点及未来突破方向

国内厂商在减速机设计制造领域奋起直追，经过一定时间的积累，目前取得了很大的进步，如图5。减速机结构紧凑要实现满足多项关键功能的集成，同时实现结构紧凑，高扭矩、高精度、高传动效率、低背隙等关键指标。研发的难点主要是在于减速机的传动精度、齿轮结构加工工艺及精度、零部件寿命等方面。

国产减速机近年需要突破的方向，大致可以分为三个大方面：

（1）重点研究减速机动力学理论、回转误差建模，分析产生传动误差的原因和优化措施。

（2）重点研究能够达到最优技术指标的材料制造工艺及组件加工工艺，提高工件的使用寿命和加工精度，加大制造装备投入，提升加工制造能力。

（3）加强零部件检测能力建设，建立工业机器人精密减速机检测中心，制定相关行业标准，对各类关键部件实施全面的性能检测和产品认证。

图5博览会上的国产工业机器人/新华社作者：沙达提

结语：

减速机是工业机器人的核心部件，掌握高寿命、高精度减速机制造技术是国产工业机器人未来能否进入高端市场的关键。目前国内减速机企业已经奋起追赶并取得了不菲成绩，相信近几年是国产减速机的快速发展时期。未来国产机器人市场占有率会大幅提升并形成庞大产业链，高端减速机行业必将成为国民经济的重要组成部分。

参考文献：

[1]工业机器人发展现状及分析[J].电器工业,2020,233（4）:22-30.

[2]何卫东,单丽君.RV减速器研究现状与展望[J].大连交通大学学报,2016,37（5）:13-18.

[3]黄兴,何文杰,符远翔.工业机器人精密减速器综述[J].机床与液压,2015,43（13）:1-6.

[4]汪杰.2019中国工业机器人市场现状及发展展望[J].智慧工厂,2019,（12）:30-31.

[5]王宁.国产工业机器人的今天与明天[J].中国设备工程,2018,400（15）:8-10.

[6]郝宏海,王常策,黄幼松.一种谐波减速器传动精度测试仪设计[J].仪表技术与传感器,2019,443（12）:49-51.

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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。