機器人所有核心零部件中，減速機最為關鍵。工業(yè)機器人成本結(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%。簡單拆分國內(nèi)6軸工業(yè)機器人成本(總成本25萬元)，可以看出減速器和伺服電機兩項成本接近13萬元，主要以進口為主。3 N+ j' s7 u8 g, ?
' ~ T' }8 u3 o2 }. K* S德國人勞倫茲·勃朗于1926年創(chuàng)造性地提出了一種少齒差行星傳動機構(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，由于兩個嚙合齒輪其中之一采用了針輪的形式，這種傳動也被稱做擺線針輪行星齒輪傳動。RV傳動一種全新的傳動方式，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且因為具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點。
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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)比進行減速。這是第一減速部。3 _! H3 l" h% C1 Z
第2減速部…差動齒輪減速機構(gòu)
. K# U5 z' W7 F 直齒輪與曲柄軸相連接，變?yōu)榈诙p速部的輸入。在曲柄軸的偏心部分，通過滾動軸承安裝RV齒輪。另外，在外殼內(nèi)側(cè)僅比RV齒輪數(shù)多一個的針齒，以同等的齒距排列。7 u4 O; w$ Y. v0 i7 k3 p3 ]; d
如果固定外殼轉(zhuǎn)動直齒輪，則RV齒輪由于曲柄軸的偏心運動也進行偏心運動。此時如果曲柄軸轉(zhuǎn)動一周，則RV齒輪就會沿與曲柄軸相反的方向轉(zhuǎn)動一個齒。這個轉(zhuǎn)動被輸出到第2減速部的軸。將軸固定時，外殼側(cè)成為輸出側(cè)。* Y# M/ m8 ~, \4 \/ n* k
機器人第一關節(jié)到第四關節(jié)全部使用RV減速機，輕載機器人第五關節(jié)和第六關節(jié)有可能使用諧波減速機。重載機器人所有關節(jié)都需要使用RV減速機。平均而言，每臺機器人使用4.5臺RV減速器。2013年世界機器人銷量18萬臺，需使用減速機90萬臺。 d/ q/ j, v, z1 ]
工業(yè)機器人的動力源一般為交流伺服電機，因為由脈沖信號驅(qū)動，其伺服電機本身就可以實現(xiàn)調(diào)速，為什么工業(yè)機器人還需要減速器呢？工業(yè)機器人通常執(zhí)行重復的動作，以完成相同的工序；為保證工業(yè)機器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務，并確保工藝質(zhì)量，對工業(yè)機器人的定位精度和重復定位精度要求很高。因此，提高和確保工業(yè)機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)機器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當負載較大時，一味提高伺服電機的功率是很不劃算的，可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過減速器來提高輸出扭矩。此外，伺服電機在低頻運轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動，對于長時間和周期性工作的工業(yè)機器人這都不利于確保其精確、可靠地運行。 精密減速器的存在使伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機器人各部位需要的速度，提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。與通用減速器相比，機器人關節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點。4 H7 K$ \) o! r* y
大量應用在關節(jié)型機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。因此在關節(jié)型機器人中，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置；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機器人上。8 i/ j- I+ k# S
同時，RV減速機較機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。" W( L" l6 Z: M1 E
RV減速機編年史：5 H9 @% v5 b( N+ x+ d$ [0 X
1、1926年德國人勞倫茲·勃朗于創(chuàng)造性地提出RV減速機原理9 L# l/ D) V3 M7 i$ B
2、1931年勞倫茲·勃朗在德國慕尼黑創(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
F5 b9 B* U- M9 I 3、1939年，日本住友公司和“賽古樂”公司簽定了技術合作協(xié)議，并生產(chǎn)銷售；
7 s- f. [! J2 p( v 4、1944年，日本帝人精機成立，這個未來的RV減速機霸主，在飛機制造、紡織機械、機床等多個行業(yè)碩果累累；
" Z9 K1 j5 \9 V' ?6 o/ H+ } 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，使擺線傳動得到了進一步的發(fā)展。
- m# m6 Q6 C; A1 y, s$ X 6、1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個自動門，在市場上展露頭角。
( Z' [4 {$ E( t! B5 l 7、1980年左右，日本帝人精機提出RV傳動理論，著手應用于機器人行業(yè)。
* M7 d1 o+ @3 |. T 8、1986年，日本帝人精機RV減速機正式大規(guī)模生產(chǎn)，取得成功；( B( |4 ?; C+ J
9、2003年，帝人精機和納博克合并組成Nabtesco(納博特斯克)公司，并取得快速發(fā)展，現(xiàn)在已成為RV減速機行業(yè)的領頭羊，占據(jù)了60%以上的市場，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速機市場占有率高達90%。8 {7 o% A7 v- }9 k2 }2 O* | }
0 l8 o( s# Q. E) N" g7 F* f0 q在RV減速機方面，我國從二十世紀五十年代起開始研究行星齒輪傳動裝置，六十年代從國外引進，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、傳動精度、承載能力到新產(chǎn)品的進一步開發(fā)升級都存在著相當多的不足之處。
' u% g) Y# o1 e# }* E( g3 H; U- C一臺精密減速器ABB、Kuka、安川等國際巨頭采購價為3萬元~5萬元，賣給我國企業(yè)約7萬元，普通企業(yè)約12萬元，我國企業(yè)采購精密減速機的成本比國際巨頭貴一倍還多。
% m* I9 C# C) ?2 f4 g. j 據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所(GRII)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)有353家機器人企業(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，南通振康焊接機電有限公司研制開發(fā)的可用于高端工業(yè)應用領域(機器人)傳動核心部件RV減速裝置以及系列交流伺服電機，投入批量生產(chǎn)，更獲得市場廣泛認可。2013年產(chǎn)量200多臺。 2014年7月20日，武漢市精華減速機制造有限公司總經(jīng)理余運清透露，自主研發(fā)的一種精密減速機剛獲得檢驗通過，有望替代進口，降低工業(yè)機器人國產(chǎn)化成本。6 `' H- A" n4 D* R& w! t3 Z6 U# j
2014年7月，秦川發(fā)展發(fā)布公告稱，計劃投資1.94億元進行9萬套(一期)工業(yè)機器人關節(jié)減速器技術改造項目建設。此舉將國產(chǎn)機器人RV減速器的研發(fā)制造推進了人們的視野。* s) I, }& ? F+ Y! t
在上市公司中還有巨輪股份跟新松機器人都在進行RV減速器的研究，但目前尚未取得實質(zhì)性的結(jié)果。 在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和我國人口老齡化進程日益加快的情況下，機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來一個需求快速發(fā)展的階段。2013年中國市場共銷售工業(yè)機器人近3.7萬臺，約占全球銷量的1/5，總銷量超過了日本，位居全球第一。預計中國有望在2016年成為全球最大的機器人市場，保有量將超過15萬臺。Nabtesco都計劃投資近50億日元在中國新建工廠，自2016年起投產(chǎn)制造工業(yè)機器人用的核心零部件-RV減速機，計劃每年產(chǎn)量10萬臺，2020年達20萬臺。 這么大的市場需求，目前看與中國企業(yè)幾乎無緣，我們期待著中國企業(yè)能夠早日突破技術瓶頸，贏得市場。5 D( p1 B' t. C6 J4 S$ g
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發(fā)表于 2016-9-4 14:06:22
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