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        泰興減速機

        國產機器人突破之路:減速器是關鍵

        發布時間:2017-04-03 22:02:00 點擊:

          泰興減速機:減速器機器人的關鍵零部件,成本占到整臺機器人生產成本的三分之一。中國對機器人減速器研究較晚,技術不成熟,目前嚴重依賴進口,減速器是制約我國機器人產業發展的關鍵因素,攻克減速器技術是國內機器人企業產業化的必然選擇。

          機器人減速器分類

            機器人減速器,按結構不同可以分為五類:諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器。在精度、扭矩、剛度、傳送效率等衡量減速器的各個性能指標上,它們各有不同。其中,RV減速器和諧波減速器是工業機器人最主流的精密減速器。

            RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的趨勢。世界75%的精密減速器市場被日本的Harmonica Drive和Nabtesco占領,其中Nabtesco生產RV減速器,約占60%的份額,Hamonica Drive生產諧波減速器,約占15%的份額。

            機器人減速器市場規模

            中國正在服役的機器人已占全球總量的9%左右,2015年中國市場工業機器人達7500臺,同比增長36.6%,整體而言,機器人市場需求只增不降。在多種因素的引誘下,工業機器人產業的發展速度將再次提速,步入歷史上的第二個繁榮發展期,或將比第一次浪潮還將巨烈。

            隨著我國工業機器人應用市場的快速發展,工業機器人用減速器市場需求規模也隨之增長。一般情況下,一臺工業機器人需要的減速器個數為4-6臺。2015年我國工業機器人減速器市場規模約為11.5億元,隨著未來工業機器人的發展,中投顧問產業研究中心預測到2020年我國工業機器人減速器市場規模將超過40億元,未來五年復合增長率約為30%。


            全球范圍內機器人將會越來越普及,預計到2020年,服務機器人年銷售收入有望超過300億元人民幣。工業機器人再加上日益走入人們生活中的服務機器人,對于減速機行業來說,未來的前景十分看好。

            國產機器人用減速器現狀

            目前中國機器人的處境依然很嚴峻,其中最典型的是在機器人核心技術上缺乏整體的突破。核心零部件主要分成三部分,機器人減速器、交直流伺服電機和控制器。從成本上來說,目前全球機器人產業的成本構成,35%左右是減速器,20%左右是伺服電機,15%左右是控制系統,機械加工本體可能只占15%左右,其他的部分主要就是應用??梢钥闯?,減速器是制約機器人產業發展的關鍵因素,而減速器的核心技術,幾乎壟斷在兩家日本企業納博特斯克(Nabtesco)和哈默納科(Harmonicdrive)手上,我國所有的機器人企業都在給日本企業打工。

            關鍵部件進口比例較高,導致現在國內制造機器人成本較高。特別是減速機,國內企業購買減速機的價格是國外企業的價格的將近5倍。這樣國產機器人難以形成價格優勢,只有年產量上500-1000臺,才有一定的規模效應。因此,中國如果想要形成機器人產業化, 擺脫國外機器人企業的掣肘,在機器人領域贏得自主,必須要將減速器國產化加速提上日程。

            RV減速器在國際上僅有極少數國家能生產,最近幾年,雖然國內也有量產的RV減速器,產品性能指標短期內能達到要求,但由于質量控制和工藝的問題,很容易磨損報廢,所以鮮有國產機器人企業選用,中國市場的減速器普遍還依賴進口。

            其實在“十二五”時期,國家“863”計劃將其列入重點攻克的技術瓶頸。國內頂尖大學和科研機構幾年攻關也只有論文,沒有實物。近兩年隨著工業機器人的發展有部分企業開始投資研發國產RV減速機,目前大多數處在技術研發和攻關階段。

            RV減速器的技術難點在于該部件需要保證傳遞很大的扭矩,承受很大的過載沖擊,并保證預期的工作壽命,因而在設計上使用了過定位結構,這使得零件加工精度要求極高,加工十分困難,機器人其規?;a的重要制約則在于加工設備和加工工藝。

            國產RV減速器在額定扭矩和傳動效率等方面與國外產品差距較小,但在扭轉剛度、傳動精度等穩定性和精度指標方面差距還比較明顯,由于材料和工藝水平差距,耐疲勞強度方面差距也比較明顯。

          預計國產減速器在未來一段時間主要發展方向在于技術突破和完善,市場方面,首先進入中低端工業機器人市場,在2016 年后逐漸進入汽車生產線焊接機器人等高端產品。減速器的國產化會大幅降低國產工業機器人成本。

          目前國產RV減速機在材料,工藝,配合,精度,耐磨性,材料,熱處理,軸承等方面還需要改進。

            諧波減速機是機器人實現運動功能的核心部件,是輕型工業機器人和機械臂可靠、精確運行不可或缺的部件,它可以使機器人的伺服電機在一個合適的速度下運轉,并精確地將轉速降低到機器人各部位需要的速度,在提高機械本體剛性的同時可輸出更大的扭矩。諧波傳動的構成:僅三個基本零部件, 波發生器,由外周嵌有薄壁滾珠軸承的橢圓形凸輪組成。軸承內圈固定在凸輪上,外圈通過滾珠實現彈性變形。通常安裝在輸入軸上。 柔輪,具有薄壁結構的金屬彈性體部件。開口部外周加工有齒輪。通常安裝在輸出軸上。剛輪剛體環狀部件。內周加工有齒輪,比柔輪多兩個輪齒。通常固定在外殼上。

            國產諧波減速機與國外減速機在技術等方面已經幾乎沒多大差距,甚至在某些方面超過國外諧波減速機性能。

            國產RV減速器突破之路

            目前全球能夠提供規?;倚阅芸煽康木軠p速器生產企業不算多,全球絕大多數市場份額都被日本企業占據,在工業用機器人關節上的精密減速器上,納Nabtesco(納博特斯克)產品的全球市場占有率達60%,特別在中/重負荷機器人上,其RV減速器市場占有率高達90%。Harmonica(哈默納科)的諧波減速器約占15%,還有住友重工(SUMITOMO)。

            諧波減速器結構相對簡單,僅有三個基本零部件,加上哈默納科的專利早已到期,國產諧波減器機跟國外相比差距不算大。國產廠商如無錫綠的、東莞本潤等公司的諧波減速器已經在國產機器人上面有廣泛應用。

            RV減速機核心難點在于基礎工業和工藝。RV減速機是純機械的精密部件,材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。我國在這幾個方面長期落后,并非單靠某個企業所能解決。要將200多個零部件組合在一起,精度要求苛刻,零部件之間的公差匹配需要多年經驗積累。

            技術是沒有捷徑可走的,日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設計到1986年RV減速器研究獲得實質性突破,花了6-7年時間;而國內率先拿出結果的南通振康和恒豐泰花費時間也為6-8年。

            可喜的是中國企業布局RV減速器若干年后,終于取得一些突破。國產RV減速器主要由南通振康、秦川機床、武漢精華、浙江恒豐泰和浙江雙環傳動提供。

            南通振康RV減速器產量已經突破萬臺,秦川機床RV減速器生產線已經打通,產量正在逐步上升。秦川機床的RV減速器是國家進口替代項目,秦川機床9萬套工業機器人關節減速器技術改造項目、工業機器人關節減速器生產線兩項合計投資3.14億元。

            兩點建議:

            1.創新協同合作模式

            RV減速器研發難度大,我國在這許多方面長期落后,并非單靠某個企業所能解決。面對目前艱難局面,如何創新協同合作模式,調動產學研各方面積極性,加快相關技術的研發,特別加快和完善在熱處理工藝、加工制造工藝、裝配工藝等方面技術,進一步提升產品的穩定性、一致性是當前急需解決的課題。

            2.技術突破需要耐心

            我國對機器人用減速器的研究相比國外較晚,技術不成熟,與國外先進技術存在較大差距,形成了精密減速器不能自給自足的局面,機器人減速器的關鍵技術突破顯得更加迫切,但技術突破考驗企業耐心,因為減速器的產業化是一個高投入、慢回報、重資產的過程,需要一個超精密機械加工的企業才能實現。而且進軍該領域也存在較大風險,從設計與制造涉及到材料及熱處理技術、結構優化及零件微處理技術、精密制造及裝配技術、檢測技術等等,這些技術需要長時間經驗摸索和積累,不可忽視和跳越,一旦不成功便可能前功盡棄。

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