近年來(lái)，我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，技術(shù)水平不斷提升。據CRIA與IFR統計，2019年中國自主品牌工業(yè)機器人銷(xiāo)售近4．5萬(wàn)臺，在國內市場(chǎng)占有率提升到了32.2%，銷(xiāo)售同比增長(cháng)16.2%。外資品牌工業(yè)機器人在中國銷(xiāo)售同比下降10.98%，但外資品牌瑞士ABB、德國庫卡、日本安川電機、日本發(fā)那科“四大家族”企業(yè)依舊占據國內市場(chǎng)的近68%。國內外工業(yè)機器人的主要差距在哪里呢？不少人把矛頭指向了工業(yè)機器人的核心部件—減速機。

　　減速機顧名思義降低運動(dòng)速度，增加扭矩，提高精度的機械裝置。其目的是提高機器的運行精度、延長(cháng)其使用壽命、保障其運行過(guò)程中的穩定性與可靠性。減速機是裝備制造業(yè)中一種極為重要的基礎件，廣泛應用于工業(yè)機器人、數控機床等機械設備上。減速機就好比汽車(chē)上的變速箱，只不過(guò)其控制速度和精度比變速箱高得多。減速機作為技術(shù)壁壘的工業(yè)機器人關(guān)鍵零部件，按結構不同可以分為五類(lèi)：諧波齒輪減速機、RV（旋轉矢量）減速機、擺線(xiàn)針輪減速機、精密行星齒輪減速機和濾波齒輪減速機。

　　這五種減速機中RV減速機和諧波齒輪減速機是工業(yè)機器人主流的精密減速機，并且在機器人大臂關(guān)節處（六軸機器人A2、A3軸負載較重的大臂及底座A1位置）一般應用RV減速機，而在機器人前端小臂關(guān)節處多應用諧波減速機，如圖1所示，簡(jiǎn)單介紹一下兩種減速機工作原理。

　　諧波減速機是依靠齒輪的彈性變形運動(dòng)來(lái)達到減速的目的，由波發(fā)生器、柔輪和剛輪組成，依靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，并靠柔輪與剛輪嚙合來(lái)傳遞運動(dòng)和動(dòng)力，如圖2所示。諧波減速機的技術(shù)難點(diǎn)主要體現在柔輪壽命和加工精度上。

　　RV減速機由一個(gè)行星齒輪減速機的前級和一個(gè)擺線(xiàn)針輪減速機的后級組成。典型的RV減速機如圖3所示，它是在傳統針擺行星傳動(dòng)的基礎上發(fā)展出來(lái)的，不僅克服了一般針擺傳動(dòng)的缺點(diǎn)，而且具有體積小、質(zhì)量輕、傳動(dòng)比范圍大、壽命長(cháng)、精度保持穩定、效率高、傳動(dòng)平穩等一系列優(yōu)點(diǎn)。RV減速器制造核心難點(diǎn)在各項工藝的密切配合，包括：齒面熱處理、加工精度、零件對稱(chēng)性、成組技術(shù)、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來(lái)的結果是產(chǎn)品的磨損和壽命。

　　目前，世界75%的精密減速機市場(chǎng)被日本的Harmonica和Nabtesco所占領(lǐng)，其中Nabtesco的RV減速機約占60%的市場(chǎng)份額，Harmonica的諧波減速機約占15%。RV減速機國產(chǎn)化研發(fā)始于上世紀90年代，開(kāi)始主要是工藝、壽命和精度等瓶頸制約了RV減速機制造商的成長(cháng)。但隨著(zhù)中國制造業(yè)能力水平的提升及國內機器人市場(chǎng)爆發(fā)式增長(cháng)，許多國內減速機廠(chǎng)家脫穎而出。尤其是在高精度RV減速機和諧波減速機產(chǎn)品研制方面，國內已經(jīng)有一些可替代產(chǎn)品。

　　減速機的傳動(dòng)精度跟空程和背隙有關(guān)，背隙也叫回程間隙是指齒輪與齒輪之間的間隙。一般回程間隙越低，減速機的傳動(dòng)精度越高且減速機價(jià)格也越貴、其傳動(dòng)效率和精度也就越高。減速機的精度單位為弧分，軸轉一圈為360度，一度=60弧分=3600弧秒，間隙的單位是弧分arcmin，一般稱(chēng)低于3分（3）的稱(chēng)為高精度型，15分（15）以上為低精度型。

　　根據相關(guān)資料國內外減速機的主要性能參數如表1所示。在基本相同的轉速和功率下，Nabtesco的RV減速機和國產(chǎn)RV減速機的輸出扭矩范圍基本相當，說(shuō)明在傳動(dòng)扭矩上國內已經(jīng)可以與國外相媲美。而國產(chǎn)的RV減速機包括諧波減速機在內的齒輪壽命、傳動(dòng)精度等方面距離國外還有較大差距。比如國內的諧波減速機齒輪壽命目前能夠做到1.5萬(wàn)小時(shí)，而同規格的國外的齒輪壽命能做到5萬(wàn)小時(shí)。但好在國內的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，減速機齒輪的壽命已經(jīng)從9000小時(shí)提高到1.5萬(wàn)小時(shí)，發(fā)展勢頭可喜。

　　有資料顯示國產(chǎn)減速機在運行一段時(shí)間后會(huì )有精度不能保持的問(wèn)題，其實(shí)所有的機器人都有此類(lèi)問(wèn)題，國內外的差距主要在于減速機材料耐磨性不同導致壽命不同的結果，再者減速機的齒輪精度相比國外同類(lèi)產(chǎn)品其加工精度不同。所以擴大減速機材料研制和數控加工設備研究將有助于我們解決精度問(wèn)題。

　　國內知名減速機產(chǎn)品廠(chǎng)家研發(fā)的RV減速機和諧波減速機產(chǎn)品及發(fā)展情況如圖4和表2所示。因此，機器人減速機核心零部件國內企業(yè)已經(jīng)研制出來(lái)，盡管在技術(shù)和質(zhì)量方面與國外尚有差距，但總體上每一類(lèi)核心零部件都已形成3～5家種子企業(yè)，配套產(chǎn)業(yè)集群效應正在逐漸發(fā)力，未來(lái)可期。與此同時(shí)，在減速機控制系統和相關(guān)軟件算法方面國內企業(yè)現在已經(jīng)開(kāi)始發(fā)力。2017年國內廠(chǎng)商實(shí)現了高性能控制系統的自主研發(fā)。通過(guò)算法實(shí)現拖動(dòng)示教、碰撞檢測、柔順控制等功能，還賦予了工業(yè)機器人高精、高速、穩定、協(xié)作的性能，而這些性能都離不開(kāi)減速機的功勞。

　　國內廠(chǎng)商在減速機設計制造領(lǐng)域奮起直追，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的積累，目前取得了很大的進(jìn)步，如圖5。減速機結構緊湊要實(shí)現滿(mǎn)足多項關(guān)鍵功能的集成，同時(shí)實(shí)現結構緊湊，高扭矩、高精度、高傳動(dòng)效率、低背隙等關(guān)鍵指標。研發(fā)的難點(diǎn)主要是在于減速機的傳動(dòng)精度、齒輪結構加工工藝及精度、零部件壽命等方面。

　?。?）重點(diǎn)研究減速機動(dòng)力學(xué)理論、回轉誤差建模，分析產(chǎn)生傳動(dòng)誤差的原因和優(yōu)化措施。

　?。?）重點(diǎn)研究能夠達到技術(shù)指標的材料制造工藝及組件加工工藝，提高工件的使用壽命和加工精度，加大制造裝備投入，提升加工制造能力。

　?。?）加強零部件檢測能力建設，建立工業(yè)機器人精密減速機檢測中心，制定相關(guān)行業(yè)標準，對各類(lèi)關(guān)鍵部件實(shí)施全面的性能檢測和產(chǎn)品認證。

　　減速機是工業(yè)機器人的核心部件，掌握高壽命、高精度減速機制造技術(shù)是國產(chǎn)工業(yè)機器人未來(lái)能否進(jìn)入高端市場(chǎng)的關(guān)鍵。目前國內減速機企業(yè)已經(jīng)奮起追趕并取得了不菲成績(jì)，相信近幾年是國產(chǎn)減速機的快速發(fā)展時(shí)期。未來(lái)國產(chǎn)機器人市場(chǎng)占有率會(huì )大幅提升并形成龐大產(chǎn)業(yè)鏈，高端減速機行業(yè)必將成為國民經(jīng)濟的重要組成部分。

　　[6]郝宏海,王常策,黃幼松. 一種諧波減速器傳動(dòng)精度測試儀設計[J]. 儀表技術(shù)與傳感器, 2019, 443（12）: 49-51.
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