▲ 關 注 我 們 ，讓 物 流 更 簡 單！來源 | 機器人在線編輯 | Naomi關鍵字：智能制造，機器人全文約4702字，2圖3視頻，閱讀需要15分鐘
現(xiàn)今工業(yè)機器人的先進程度讓人嘆為觀止，尤其是那些靈動的5軸6軸機器人，具有如此多的關節(jié)，還能夠做到運動和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動系統(tǒng)到底是怎樣的，關節(jié)到底是什么結構的呢？
說起關節(jié)，主要是指工業(yè)機器人最重要的基礎部件，也是運動的核心部件：精密減速機。這是一種精密的動力傳達機構，其利用齒輪的速度轉換器，將電機的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù)，并得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，增加轉矩。工業(yè)機器人減速機在全球范圍內，機器人行業(yè)應用的精密減速機可分為RV減速機、諧波減速機和SPINEA 減速機，三者的市場銷售數(shù)量占比約為 40%、40%、20%。其中，RV減速機和諧波減速機是工業(yè)機器人最主流的精密減速器。近日，上銀科技成為全球第三家量產(chǎn)且符合國際標準的廠商，其歷時五年研發(fā)，并于去年開始量產(chǎn)的“諧波減速機”，逐步開始對外銷售給日本及韓國等廠商。諧波減速機、伺服馬達及控制器三大關鍵零組件占工業(yè)機器人整機成本60％至70％。以往工業(yè)機器人核心技術掌控在瑞士ABB、日本發(fā)那科、安川電機及德國庫卡四大廠商手中，此次上銀開發(fā)諧波減速器后，打破以往都向日本及德國采購的局面。壟斷的打破和核心技術的掌握將有助于國產(chǎn)工業(yè)用機器人大幅降低成本。下面我們簡單介紹一下兩款主流減速機“諧波減速機和RV減速機”，讓您對于“工業(yè)機器人之心”有一個更加深入的了解。諧波減速機英文：harmonic gear drive 定義：主要由波發(fā)生器、柔性齒輪、柔性軸承、剛性齒輪四個基本構件組成，諧波傳動減速器，是一種靠波發(fā)生器裝配上柔性軸承使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。 應用學科：機械工程（一級學科）；傳動（二級學科）；齒輪傳動（三級學科）諧波齒輪傳動減速器是利用行星齒輪傳動原理發(fā)展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動（簡稱諧波傳動）。諧波齒輪減速機在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機械、常用軍械、機床、儀表、電子設備、礦山冶金、交通運輸、起重機械、石油化工機械、紡織機械、農(nóng)業(yè)機械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應用，特別是在高動態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動更顯示出其優(yōu)越性。它傳遞的功率從幾十瓦到幾十千瓦，但大功率的諧波齒輪傳動多用于短期工作場。作為典型的高精密制造業(yè)，諧波減速器的性能在很大程度上取決于生產(chǎn)設備的質量，設備的前期投入很大，瑞士的生產(chǎn)設備精度最高，可達1微米以內，但售價在千萬元以上。一般來說，增設一條中等精度的中端產(chǎn)線，投入也要上千萬元。如果企業(yè)的訂單沒有保障，這種線引入后還是有很大風險的。諧波減速機結構1、帶有內齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當于行星系中的中心輪；2、帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪），它相當于行星齒輪；3、波發(fā)生器H，它相當于行星架。作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式。工作時，固定鋼輪，由電機帶動波發(fā)生器轉動，柔輪作為從動輪，輸出轉動，帶動負載運動。波發(fā)生器H是一個桿狀部件，其兩端裝有滾動軸承構成滾輪，與柔輪1的內壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內孔直徑略小于波發(fā)生器的總長。波發(fā)生器是使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形的構件。當波發(fā)生器裝入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變成橢圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開。周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉動時，柔輪的變形不斷改變，使柔輪與剛輪的嚙合狀態(tài)也不斷改變，由嚙入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入……，周而復始地進行，從而實現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉。諧波減速機的優(yōu)點1、減速比高單級同軸可獲得1/30～1/320的高減速比。結構、構造簡單，卻能實現(xiàn)高減速比裝置。2、齒隙小Harmonic Drive?不同于與普通的齒輪嚙合，齒隙極小，該特長對于控制器領域而言是不可或缺的要素。3、精度高多齒同時嚙合，并且有兩個180度對稱的齒輪嚙合，因此齒輪齒距誤差和累積齒距誤差對旋轉精度的影響較為平均，使位置精度和旋轉精度達到極高的水準。4、零部件少、安裝簡便三個基本零部件實現(xiàn)高減速比，而且它們都在同軸上，所以套件安裝簡便，造型簡捷。5、體積小、重量輕與以往的齒輪裝置相比，體積為1/3，重量為1/2，卻能獲得相同的轉矩容量和減速比，實現(xiàn)小型輕量化。6、轉矩容量高柔輪材料使用疲勞強度大的特殊鋼。與普通的傳動裝置不同，同時嚙合的齒數(shù)占總齒數(shù)的約30%，而且是面接觸，因此使得每個齒輪所承受的壓力變小，可獲得很高的轉矩容量。7、效率高輪齒嚙合部位滑動甚小，減少了摩擦產(chǎn)生的動力損失，因此在獲得高減速比的同時，得以維持高效率，并實現(xiàn)驅動馬達的小型化。8、噪音小輪齒嚙合周速低，傳遞運動力量平衡，因此運轉安靜，且振動極小。RV減速機RV減速器是旋轉矢量（RotaryVector）減速器的簡稱，最早由日本發(fā)明，它是傳統(tǒng)擺線針輪和行星齒輪傳動裝置的一個新的混合種，RV減速器的傳動比較大（30-260）。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，諧波減速器一般放置在小臂、腕部或手部。RV減速機的原理很早就已經(jīng)公開，而且未有專利保護，這和我們大家一直聽到的有所出入，但是整個行業(yè)RV減速機80%市場仍由日本占據(jù)。RV減速器結構1、RV減速機的傳動裝置是由第一級漸開線圓柱齒輪行星減速機構；2、第二級擺線針輪行星減速機構兩部分組成，為一封閉差動輪系。主動的太陽輪1與輸入軸相連，如果漸開線中心輪1順時針方向旋轉，它將帶動三個呈120°布置的行星輪2在繞中心輪軸心公轉的同時還有逆時針方向自轉，三個曲柄軸3與行星輪2相固連而同速轉動，兩片相位差180°的擺線輪4鉸接在三個曲柄軸上，并與固定的針輪相嚙合，在其軸線繞針輪軸線公轉的同時，還將反方向自轉，即順時針轉動。輸出機構(即行星架)6由裝在其上的三對曲柄軸支撐軸承來推動，把擺線輪上的自轉矢量以1:1的速比傳遞出來。RV減速器制造核心難點在各項工藝的密切配合，包括：齒面熱處理、加工精度、零件對稱性、成組技術、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結果是產(chǎn)品的磨損和壽命。日本廠商與精密減速器剛才說到，號稱“機器人的心臟”的精密減速器主要被日本廠商所壟斷。其中代表性的公司納博特斯克、哈默納科和住友重工。哈默納科的諧波減速器（harmonic gear drive）是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運動和動力的齒輪傳動系統(tǒng)。聽上去像一個大的行業(yè)品類，其實harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標。1960年美國USM公司首次將諧波傳動減速器成功投入運用，后來長谷川齒輪株式會社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)獲得了USM的生產(chǎn)許可。1970年10月，長谷川與USM各出資50%，在東京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.，漢譯哈默納科。哈默納科是整體運動控制的領軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉矩容量等特點，被廣泛應用于工業(yè)機器人、仿人機器人、半導體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設備、光學儀器、精密機床等各種尖端領域。諧波齒輪減速機特別是在高動態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，更顯示出其優(yōu)越性。阿波羅月球車的電驅動車輪里的波動齒輪就是用哈默納科的產(chǎn)品。生產(chǎn)RV減速器的知名品牌是納博特斯克（Nabtesco），約占全球市場份額的60%；哈默納科（Harmonic Drive）則是諧波減速器的主要廠商，其諧波減速器約占15%。全世界由國際機器人制造公司如ABB、Fanuc和KUKA使用的精密減速器中，有近75%為日本公司制造。納博特斯克與RV減速器納博特斯克（Nabtesco）是2003年9月成立的，看似一個00后公司。實際上它是由帝人精機（Teijin Seiki，1944年成立）和納博克（Nabco，1956年生產(chǎn)了日本第一個自動門）這兩家日本公司強強合并組成。作為運動控制系統(tǒng)和零部件的生產(chǎn)商，這兩家公司都在其特定的業(yè)務領域，掌握了高端核心技術，控制了很高的市場份額，位居同行業(yè)在日本乃至全世界的首位，世界上大多數(shù)機器人制造商均從納博特斯克的專利RV減速機獲益并帶來成功。納博特斯克的RV減速器，前身正是帝人精機的主流產(chǎn)品，70年代開始作為挖掘設備驅動馬達的核心部件使用。80年代早期，應世界主要機器人制造商要求，帝人精機改進了RV減速器，使之更加精準可靠，符合機器人制造行業(yè)的嚴格要求。取得了精密擺線針輪RV減速機專利后，于1986年開始批量生產(chǎn)，從此開始為現(xiàn)代工業(yè)機器人的關節(jié)應用進行配套。作為世界上最大的精密擺線針輪減速機制造商，納博特斯克生產(chǎn)高性能減速機、中空軸減速機，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。其生產(chǎn)的精密設備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時，兼有高精密和非常低的回程間隙。減速機質量判別作為工業(yè)機器人行業(yè)的從業(yè)者，尤其是機器人本體廠家，對于減速機的優(yōu)劣一定都有正確的判斷，下面我們來說幾個簡易判斷方法，不足之處歡迎留言補充。1、傳動效率：輸出功率降低傳動效率是減速機重要評價指標之一。要測試傳動效率是需要專業(yè)設備的，客戶自己比較難測出具體數(shù)據(jù)，但是做橫向對比是可以的。發(fā)熱就是最直觀的一個對比方式，我們曾經(jīng)學習過的物理告訴我們，能量是守恒的，熱量散發(fā)的比較大就代表電機更多的功率被用來消除摩擦了，那輸出功率自然就少了。輸出功率少了，負載能力自然就弱，則會導致力度缺失，加速度自然就小，節(jié)拍自然就慢了。2、壽命：時間決定品質減速機的壽命主要取決于軸承的壽命，一般來說，軸承是最先損壞的，特別是諧波減速機。RV減速機的話，行星結構部分也是易損壞的點。提前磨損的情況一般會在數(shù)月到一年左右出現(xiàn)，視運行情況而定，所以那些趁著機器人需求量增大而大量出貨的減速機廠家就要注意了。3、發(fā)熱：要精度還是要熱量減速機精度取決于齒輪的嚙合程度，嚙合間隙過大，減速機的精度越差，而采用微過盈的方式，精度就會提高，但是就會導致發(fā)熱過大的問題。RV減速機上，采用帝人結構的發(fā)熱區(qū)別還沒有那么明顯，而同樣是諧波減速機，不同品牌的發(fā)熱程度就差很多了。別的不說，諧波里面，HD是唯一一家既可以精度高又可以發(fā)熱少的廠家。4、精度：考量減速機的重要指標這里包括了兩種，一種角傳動精度，這是減速機手冊里都會做出標識，這影響的是機器人的絕對定位精度；另一種是重復定位精度，這是減速機手冊里沒有，這影響的是機器人的重復定位精度。角傳動精度一般減速機廠家都有專業(yè)的設備，但是客戶自己也可以設計一些簡易的方法去測。重復定位精度也一樣。5、漏油：真假漏油如何分辨？不管什么減速機，這是必定要面對的問題。而漏油的原因是比較復雜，涉及到油封品牌、油封裝配、軸的加工工藝、使用方法等等。而且漏油還分真漏油和假漏油。所謂假漏油，是指在運行之后不久出現(xiàn)漏油，漏油量不多，而且短時間后就不再出現(xiàn)。這種一般是內部的壓力釋放，壓力釋放了就沒事了。而真漏油出現(xiàn)的時間點就不定了，可能是一開始就漏了，這時很可能是產(chǎn)品品質或裝配品質問題；也有可能是運行很長時間之后出現(xiàn)，這一般是油封壽命問題。使用不當除外。END.注：文章為作者獨立觀點，不代表Soo56立場▼智能大集（關注公眾號、回復關鍵詞“智能大集”，了解加速計劃）▼延伸閱讀關注公眾號、回復以下“關鍵詞”，即可獲取往期熱門文章最工廠： 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