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工业机器人常用精密减速器技术分析
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摘要：工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动或工艺来代替人类劳动的通用机器。通常在生产中能代替工人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业。它能够提升生产的效率和产品的质量，是企业补充和替代劳动力的有效方案。
工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动或工艺来代替人类劳动的通用机器。通常在生产中能代替工人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业。它能够提升生产的效率和产品的质量，是企业补充和替代劳动力的有效方案。
目前工业机器人发展特点是高速、精确、机身机构紧凑、多自由度和提高刚性，重点领域还要求重载或响应速度快。例如汽车整车生产的电焊机器人负载大部分在150-300Kg间，而电子领域的装配机器人则需要快速的响应流水线上的配件。
减速器在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。目前成熟并标准化的减速器有：圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、RV减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器。80-90年代以来，在新兴产业如航空航天、机器人和医疗器械等发展的需求下，需要结构简单紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器，其中RV减速器和谐波减速器是精密减速器中重要的两种减速器。
精密减速器应用领域
六轴工业机器人中精密减速器位置分布
RV（Rot-Vector）减速器
RV减速器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”减速器。
Nabotesco(帝人)RV系列减速器结构图
Nabotesco(帝人)RV系列减速器
谐波减速器
谐波减速器由三部分组成：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。谐波减速器传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。单机传动比可达到50-4000，而传动效率高达92%-96%。
HarmonicaDrive产品结构示意图
HarmonicaDriveCSF-LW系列产品
三种常见的谐波减速器类型
谐波传动啮合示意图
普通齿轮传动啮合示意图
行星减速器
行星顾名思义行星减速器就是有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转的减速器。行星减速器体积小、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器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。
精密减速器在工业机器人上的作用
工业机器人的动力源一般为交流伺服电机，因为由脉冲信号驱动，其伺服电机本身就可以实现调速，为什么工业机器人还需要减速器呢？工业机器人通常执行重复的动作，以完成相同的工序；为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保工艺质量，对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。因此，提高和确保工业机器人的精度就需要采用RV减速器或谐波减速器。精密减速器在工业机器人中的另一作用是传递更大的扭矩。当负载较大时，一味提高伺服电机的功率是很不划算的，可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩。此外，伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。
精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比，机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。
相比于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部；行星减速器一般用在直角坐标机器人上。
减速机的市场现状
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断（业界俗称RV减速机和谐波减速机），包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。其中HarmonicDrive在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率。
据行业人士介绍，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3万元~5万元，卖给国内关系好的客户约7万元，关系一般的普通客户约12万元，内资企业采购精密减速机的成本比国际巨头贵一倍还多，可见其间的利润差别有多大。
2013年全球工业关节类机器人减速器的出货量为73万台，同比增长6%。目前全球精密减速器市场基本上被日本的纳博特斯克和德国的Harmonicadrive所垄断。据上海机电的公告，日本的纳博特斯克2012年销售收入约30亿、全球市场份额稳居60%。
值得一提的是，日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破，花了6-7年时间；而国内率先出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年；可以看出，技术是没有捷径可走的。换句话说，国内RV减速器现在的发展水平还停留在日本八十年代后期。
据行业内不具名人士透露，ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机，并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件，即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品，否则将解除合作关系。
南通振康去年的年产量是200多台，产品已被多家机器人厂商试用，包括国外的ABB、KUKA、发那科以及国内的埃夫特、埃斯顿等企业等。其中，埃夫特已经通过试用后购买了几百台RV减速器产品。
核心零部件一直限制这中国机器人的快速发展，因此早日实现加速器的国产化至关重要。&
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或者去其它地方逛逛：减速器的结构有几种？_百度知道
减速器的结构有几种？
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减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。 其主要类型：齿轮减速器；蜗杆减速器；齿轮—蜗杆减速器；行星齿轮减速器。 　　一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。减速机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，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器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。
采纳率：75%
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减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。 其主要类型：齿轮减速器；蜗杆减速器；齿轮—蜗杆减速器；行星齿轮减速器。 　　一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。
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广东精密行星减速机生产厂家
广东精密行星减速机生产厂家多不多？
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除去国外，国内的行星减速机也有很多，性能、参数、规格、基本上是针对各个行业的，精密行星减速机品牌更多；参考巴普曼
精密行星减速机材质：分为减速机、金属减速机电压范围：3V-24V功率范围：0.5W-50W减速比范围：5-1500扭矩范围：1gf-cm到50kgf-cm；直径范围：3.4mm-38mm输出转速：5-2000rpm驱动电机：交流电机、步进电机、直流电机、无刷电机、有刷电机；精密行星减速机直径规格：3.4mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、32mm、38mm精密行星减速机用途：智能家居、智能厨卫、通讯天线调节系统、汽车驱动器、精密医疗器械、仪表仪器、机器人、电子产品等领域；
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我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。国产机器人不用国产RV减速器的原因居然在这……
导语：在机器人行业，小白都知道这样一个事实，全球工业机器人用的精密减速器基本为日本所垄断，最近几年，虽然国内也有量产的RV减速器，但却鲜有国产机器人企业选用，目前中国市场的减速器普遍依赖进口。
在机器人行业，小白都知道这样一个事实，全球工业机器人用的精密减速器基本为日本所垄断，最近几年，虽然国内也有量产的，但却鲜有国产机器人企业选用，目前中国市场的减速器普遍依赖进口。
这是为什么呢？是技术上仍无法取代国外产品，还是成本太高国产机器人企业难以接受？或者是两者兼而有之？让我们来听听工程师们是怎么说的。
__技术：能用，但机械寿命不会长__
在中国试图自主制造的高级设备中，都存在类似的问题，在性能指标上短期内能达到要求，但由于质量控制和工艺的问题，很容易磨损报废。
RV减速机，作为一种小体积，大传动比，零背隙，超高传动/体积比的减速机，是精密机械工业的一个巅峰之作，减速机里面完全是由高精度的元件，齿轮相互啮合，对材料科学，精密加工装备，加工精度，装配技术，高精度检测技术提出了极高的要求。
我们现在所能做的只是从购买产品里面拆开分解分析，进行反向工程，完全知其然而不知其所以然。给大家举个例子吧，18世纪的时候，欧洲的玻璃器及光学用途玻璃领先于世界，因为它的玻璃纯净介质均匀，确保光不会在介质疏密不均情况下发生折射，影响光学性能。其他国家的工匠将一直想要了解清楚缘由，但是一直也没有破解其奥秘所在，后来直到20世纪这个方法才被完全公开，也就是在玻璃在热融状态进行长时间加热不停的搅拌，并且搅拌的速度角度和方法也各有讲究，但是，不知道这一点，凭摸索就是以前很难与突破的。
有这样一个真实的故事：日本知名的摩托车制造企业铃木摩托车，在中国有一个合资制造厂叫江门大长江铃木摩托车制造有限公司，这家公司，在中国肇庆分厂建厂之初曾经碰到一个怪事。他们的一个250cc，59马力的摩托车发动机在中国组装的产品硬是只有55个马力，那丢失的4个马力不知道到哪里去了？材料是一样的，真的生产工艺方法也是一样的，后来大概花了足足一年的时间进行TQM落实整改，才慢慢的把那4个马力差异找回来，这里牵涉到严格的工艺规范和质量控制工程，就是工业技术半点来不得马虎的地方。
网友王哲曾经试用过国产的知名某品牌的RV减速机，他表示确实能用，但是其噪声和发热量明显高于进口品牌纳博特斯克的减速机，搞机械的都知道，发生噪声和发热都意味着其中的一些齿轮啮合不良，有超额摩擦磨损，有内部应力，机械不是在一种正常的工况下进行工作，这样的机械寿命不会很长。后来他们几番改进，降低了不少，但还是达不到Nab的水平，不同于电气产品，机械元件的失效和损坏不是立竿见影的，而是一个有时间的过程，哪怕现在能用。谁也不能保证，3个月半年一年之后，是不是会因为磨损报废，那时候进行对成千上万的产品召回或者维修的成本就大得吓人了，所以确实不敢用。
__成本：没有足够产量支撑，设备摊销成本高得吓人__
业界有这样一个笑话：
财经记者采访某刚刚上市的减速机制造企业的老总：
“请问您融资了几个亿，打算用来干什么呢”
“先把拖欠供应商欠款，拖欠工资奖金啥的给发了，然后还一下买美盖勒的贷款”
“那剩下的呢？”
老板抬起头，吐了一口烟
“剩下的啊，慢慢还……”
这当然是个笑话，但其实不光是美盖勒的磨床。生产减速机的所有设备，所有管理人员都要参在一个非常小的批量上进行设备摊销，成本下不来。加工减速机的设备有多昂贵呢？以上面笑话中的美盖勒平面磨床为例，内孔端面外圆一道磨 ，精度0.5μ重复定位0.3μ ，据说加工达到1μ，有砂轮库。折合人民币价值就接近千万元了。
据了解，国产减速机不便宜，并不是指其绝对的价格，而是在达到同样的效果的基础上，国产减速机并不便宜。
网友钱德勒对比了一个国外机器人165kg和某一个国内机器人165kg型号用的减速机的价格。
国外机器人减速机采购价是2.1万，占总成本的13%，国内机器人减速机采购成本是9.2万，占总成本的31%（两个品牌均不指名）。差价这么大，原因在于Nab本身就有差价地供货，当然，这也跟国产机器人的需求量没什么议价能力有关。这时候，国产机器人厂商都希望有国产减速机能替代进口产品，以2.1W作为参考报价，但实际上，国产减速机虽然能造出来，但价格也要8.2W。
钱德勒还讲到他亲身经历过的一个例子：机器人后三轴的谐波减速器，“报价分别来自于国外的某宝和国内的某品牌，就拿第六轴的来说，两者相差的价格还不到1K，就算我后面可以跟国产减速机品牌进一步议价，按六个减速机来计算，节约的成本也只有6K左右，这个成本优势，在一台20W左右的机器人上，还不够买十送一。”
当然，这也很难把责任全部都归结于减速机厂商。国产机器人每年就那么几千台，RV减速机的用量乘以三，数量也很有限。分摊到每一个减速机厂，都是数量有限却需要不合理的高投入。没人买单的研发，一般的企业确实难以支撑得下去。
__减速机的市场现状__
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于具有更高的刚度和回转精度，一般将放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断（业界俗称RV减速机和谐波减速机），包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。其中HarmonicDrive在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率。
据行业人士介绍，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3万元~5万元，卖给国内关系好的客户约7万元，关系一般的普通客户约12万元，内资企业采购精密减速机的成本比国际巨头贵一倍还多，可见其间的利润差别有多大。
全球绝大多数市场份额都被日本企业占据：Nabtesco的约占60%，Harmonica的谐波减速器约占15%。
值得一提的是，日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年研究获得实质性突破，花了6-7年时间；而国内率先出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年；可以看出，技术是没有捷径可走的。换句话说，国内现在的发展水平还停留在日本八十年代后期。
据行业内不具名人士透露，ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机，并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件，即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品，否则将解除合作关系。
南通振康去年的年产量是200多台，产品已被多家机器人厂商试用，包括国外的ABB、KUKA、发那科以及国内的埃夫特、埃斯顿等企业等。其中，埃夫特已经通过试用后购买了几百台产品。
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