機(jī)器人所有核心零部件中，減速機(jī)最為關(guān)鍵。工業(yè)機(jī)器人成本結(jié)構(gòu)大致如下：本體22%、伺服系統(tǒng)25%、減速器38%、控制系統(tǒng)10%以及其他5%。簡(jiǎn)單拆分國(guó)內(nèi)6軸工業(yè)機(jī)器人成本(總成本25萬(wàn)元)，可以看出減速器和伺服電機(jī)兩項(xiàng)成本接近13萬(wàn)元，主要以進(jìn)口為主。
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德國(guó)人勞倫茲·勃朗于1926年創(chuàng)造性地提出了一種少齒差行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是用外擺線作為齒廓曲線的，這就是最早期的針擺行星傳動(dòng)，由于兩個(gè)嚙合齒輪其中之一采用了針輪的形式，這種傳動(dòng)也被稱做擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。RV傳動(dòng)一種全新的傳動(dòng)方式，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，不僅克服了一般針擺傳動(dòng)的缺點(diǎn)，而且因?yàn)榫哂畜w積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、壽命長(zhǎng)、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。
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輸入軸的旋轉(zhuǎn)從輸入齒輪傳遞到直齒輪，按齒數(shù)比進(jìn)行減速。這是第一減速部。0 z/ n( n' V) s3 m' s- Y' W# W
第2減速部…差動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)+ {- v' r: V2 E0 w' T: U
直齒輪與曲柄軸相連接，變?yōu)榈诙䴗p速部的輸入。在曲柄軸的偏心部分，通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝RV齒輪。另外，在外殼內(nèi)側(cè)僅比RV齒輪數(shù)多一個(gè)的針齒，以同等的齒距排列。9 i. w: W8 r0 R
如果固定外殼轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪，則RV齒輪由于曲柄軸的偏心運(yùn)動(dòng)也進(jìn)行偏心運(yùn)動(dòng)。此時(shí)如果曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則RV齒輪就會(huì)沿與曲柄軸相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)被輸出到第2減速部的軸。將軸固定時(shí)，外殼側(cè)成為輸出側(cè)。8 _# h2 J8 O8 A1 d k1 n
機(jī)器人第一關(guān)節(jié)到第四關(guān)節(jié)全部使用RV減速機(jī)，輕載機(jī)器人第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)有可能使用諧波減速機(jī)。重載機(jī)器人所有關(guān)節(jié)都需要使用RV減速機(jī)。平均而言，每臺(tái)機(jī)器人使用4.5臺(tái)RV減速器。2013年世界機(jī)器人銷量18萬(wàn)臺(tái)，需使用減速機(jī)90萬(wàn)臺(tái)。
6 b- l6 D4 e8 S5 R 工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源一般為交流伺服電機(jī)，因?yàn)橛擅}沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其伺服電機(jī)本身就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，為什么工業(yè)機(jī)器人還需要減速器呢？工業(yè)機(jī)器人通常執(zhí)行重復(fù)的動(dòng)作，以完成相同的工序；為保證工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務(wù)，并確保工藝質(zhì)量，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定位精度和重復(fù)定位精度要求很高。因此，提高和確保工業(yè)機(jī)器人的精度就需要采用RV減速器或諧波減速器。精密減速器在工業(yè)機(jī)器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，一味提高伺服電機(jī)的功率是很不劃算的，可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過(guò)減速器來(lái)提高輸出扭矩。此外，伺服電機(jī)在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動(dòng)，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間和周期性工作的工業(yè)機(jī)器人這都不利于確保其精確、可靠地運(yùn)行。 精密減速器的存在使伺服電機(jī)在一個(gè)合適的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機(jī)器人各部位需要的速度，提高機(jī)械體剛性的同時(shí)輸出更大的力矩。與通用減速器相比，機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。
2 d" j6 V* N3 M3 S$ O3 O 大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。相比于諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。因此在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中，一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置；而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部；行星減速器一般用在直角坐標(biāo)機(jī)器人上。
6 O" j2 ]8 C+ N; x: I1 K; P 同時(shí)，RV減速機(jī)較機(jī)器人中常用的諧波傳動(dòng)具有高得多的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故世界上許多國(guó)家高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢(shì)。
8 J( ?6 `' l; ~& z; vRV減速機(jī)編年史：
2 _1 k+ L. s1 k0 }2 Z1 C1、1926年德國(guó)人勞倫茲·勃朗于創(chuàng)造性地提出RV減速機(jī)原理3 R7 Q) ^6 R$ L0 l6 j2 k
2、1931年勞倫茲·勃朗在德國(guó)慕尼黑創(chuàng)建了“賽古樂”股份有限公司，最先開始了擺線減速器的制造和銷售
0 U$ r9 k. c, f U, o" ] 3、1939年，日本住友公司和“賽古樂”公司簽定了技術(shù)合作協(xié)議，并生產(chǎn)銷售；* x/ G9 q* A2 f8 c3 v0 M
4、1944年，日本帝人精機(jī)成立，這個(gè)未來(lái)的RV減速機(jī)霸主，在飛機(jī)制造、紡織機(jī)械、機(jī)床等多個(gè)行業(yè)碩果累累；
* O$ E, K0 y+ o' y 5、1950年-1960年，擺線磨床的出現(xiàn)，解決了擺線齒形的精度不高的難題，使擺線傳動(dòng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。5 g E3 }! [! a; a" E: ^# s
6、1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個(gè)自動(dòng)門，在市場(chǎng)上展露頭角。' t9 x7 F2 S }/ s2 {) \* R* M. X
7、1980年左右，日本帝人精機(jī)提出RV傳動(dòng)理論，著手應(yīng)用于機(jī)器人行業(yè)。4 ?: _+ L7 F* u. M* `
8、1986年，日本帝人精機(jī)RV減速機(jī)正式大規(guī)模生產(chǎn)，取得成功；) t8 `$ P& T5 [2 N
9、2003年，帝人精機(jī)和納博克合并組成Nabtesco(納博特斯克)公司，并取得快速發(fā)展，現(xiàn)在已成為RV減速機(jī)行業(yè)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了60%以上的市場(chǎng)，特別在中/重負(fù)荷機(jī)器人上，其RV減速機(jī)市場(chǎng)占有率高達(dá)90%。9 e, e. @# Q% d. p" S$ T$ b, M
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在RV減速機(jī)方面，我國(guó)從二十世紀(jì)五十年代起開始研究行星齒輪傳動(dòng)裝置，六十年代從國(guó)外引進(jìn)，盡管在理論和仿制方面取得了一些成果，但與日本的同類最新產(chǎn)品相比，我們研制的擺線針輪減速器從整體性能、使用壽命、傳動(dòng)精度、承載能力到新產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)升級(jí)都存在著相當(dāng)多的不足之處。! e2 c. ^* [; T% P, ~5 E3 t, ]% ]
一臺(tái)精密減速器ABB、Kuka、安川等國(guó)際巨頭采購(gòu)價(jià)為3萬(wàn)元~5萬(wàn)元，賣給我國(guó)企業(yè)約7萬(wàn)元，普通企業(yè)約12萬(wàn)元，我國(guó)企業(yè)采購(gòu)精密減速機(jī)的成本比國(guó)際巨頭貴一倍還多。* m& q0 X) m5 ?" Y1 W% ?/ `
據(jù)高工機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所(GRII)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有353家機(jī)器人企業(yè)，其中研究減速器的只占到13家，研究RV減速器的只有5家。 2010年，南通振康焊接機(jī)電有限公司研制開發(fā)的可用于高端工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(機(jī)器人)傳動(dòng)核心部件RV減速裝置以及系列交流伺服電機(jī)，投入批量生產(chǎn)，更獲得市場(chǎng)廣泛認(rèn)可。2013年產(chǎn)量200多臺(tái)。 2014年7月20日，武漢市精華減速機(jī)制造有限公司總經(jīng)理余運(yùn)清透露，自主研發(fā)的一種精密減速機(jī)剛獲得檢驗(yàn)通過(guò)，有望替代進(jìn)口，降低工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化成本。9 r$ T8 f- t, k8 S9 F9 o
2014年7月，秦川發(fā)展發(fā)布公告稱，計(jì)劃投資1.94億元進(jìn)行9萬(wàn)套(一期)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器技術(shù)改造項(xiàng)目建設(shè)。此舉將國(guó)產(chǎn)機(jī)器人RV減速器的研發(fā)制造推進(jìn)了人們的視野。7 u! ]; S: Y$ |1 M" i! c# }) A4 F3 d
在上市公司中還有巨輪股份跟新松機(jī)器人都在進(jìn)行RV減速器的研究，但目前尚未取得實(shí)質(zhì)性的結(jié)果。 在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和我國(guó)人口老齡化進(jìn)程日益加快的情況下，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來(lái)一個(gè)需求快速發(fā)展的階段。2013年中國(guó)市場(chǎng)共銷售工業(yè)機(jī)器人近3.7萬(wàn)臺(tái)，約占全球銷量的1/5，總銷量超過(guò)了日本，位居全球第一。預(yù)計(jì)中國(guó)有望在2016年成為全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)，保有量將超過(guò)15萬(wàn)臺(tái)。Nabtesco都計(jì)劃投資近50億日元在中國(guó)新建工廠，自2016年起投產(chǎn)制造工業(yè)機(jī)器人用的核心零部件-RV減速機(jī)，計(jì)劃每年產(chǎn)量10萬(wàn)臺(tái)，2020年達(dá)20萬(wàn)臺(tái)。 這么大的市場(chǎng)需求，目前看與中國(guó)企業(yè)幾乎無(wú)緣，我們期待著中國(guó)企業(yè)能夠早日突破技術(shù)瓶頸，贏得市場(chǎng)。
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發(fā)表于 2016-9-4 14:06:22
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