小小的一个器件，为何让机器人很不“淡定”

　　导读：减速器是机器人的关键零部件，成本占到整台机器人生产成本的三分之一。中国对机器人减速器研究较晚，技术不成熟，目前严重依赖进口，减速器是制约我国机器人产业发展的关键因素，攻克减速器技术是国内机器人企业产业化的必然选择。

　　机器人减速器分类

　　机器人减速器，按结构不同可以分为五类：

　　谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。在精度、扭矩、刚度、传送效率等衡量减速器的各个性能指标上，它们各有不同。其中，RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。

　　RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。世界75%的精密减速器市场被日本的HarmonicaDrive和Nabtesco占领，其中Nabtesco生产RV减速器，约占60%的份额，HamonicaDrive生产谐波减速器，约占15%的份额。

　　机器人减速器市场规模

　　中国正在服役的机器人已占全球总量的9%左右，2015年中国市场工业机器人达7500台，同比增长36.6%，整体而言，机器人市场需求只增不降。在多种因素的引诱下，工业机器人产业的发展速度将再次提速，步入历史上的第二个繁荣发展期，或将比第一次浪潮还将巨烈。

　　随着我国工业机器人应用市场的快速发展，工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。一般情况下，一台工业机器人需要的减速器个数为4-6台。2015年我国工业机器人减速器市场规模约为11.5亿元，随着未来工业机器人的发展，中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元，未来五年复合增长率约为30%。

　　全球范围内机器人将会越来越普及，预计到2020年，服务机器人年销售收入有望超过300亿元人民币。工业机器人再加上日益走入人们生活中的服务机器人，对于减速机行业来说，未来的前景十分看好。

　　国产机器人用减速器现状

　　目前中国机器人的处境依然很严峻，其中最典型的是在机器人核心技术上缺乏整体的突破。核心零部件主要分成三部分，机器人减速器、交直流伺服电机和控制器。从成本上来说，目前全球机器人产业的成本构成，35%左右是减速器，20%左右是伺服电机，15%左右是控制系统，机械加工本体可能只占15%左右，其他的部分主要就是应用。可以看出，减速器是制约机器人产业发展的关键因素，而减速器的核心技术，几乎垄断在两家日本企业纳博特斯克(Nabtesco)和哈默纳科(Harmonicdrive)手上，我国所有的机器人企业都在给日本企业打工。

　　关键部件进口比例较高，导致现在国内制造机器人成本较高。特别是减速机，国内企业购买减速机的价格是国外企业的价格的将近5倍。这样国产机器人难以形成价格优势，只有年产量上500-1000台，才有一定的规模效应。因此，中国如果想要形成机器人产业化， 摆脱国外机器人企业的掣肘，在机器人领域赢得自主，必须要将减速器国产化加速提上日程。

　　RV减速器在国际上仅有极少数国家能生产，最近几年，虽然国内也有量产的RV减速器，产品性能指标短期内能达到要求，但由于质量控制和工艺的问题，很容易磨损报废，所以鲜有国产机器人企业选用，中国市场的减速器普遍还依赖进口。

　　其实在“十二五”时期，国家“863”计划将其列入重点攻克的技术瓶颈。国内顶尖大学和科研机构几年攻关也只有论文，没有实物。近两年随着工业机器人的发展有部分企业开始投资研发国产RV减速机，目前大多数处在技术研发和攻关阶段。

　　RV减速器的技术难点在于该部件需要保证传递很大的扭矩，承受很大的过载冲击，并保证预期的工作寿命，因而在设计上使用了过定位结构，这使得零件加工精度要求极高，加工十分困难，机器人其规模化生产的重要制约则在于加工设备和加工工艺。

　　国产RV减速器在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小，但在扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显，由于材料和工艺水平差距，耐疲劳强度方面差距也比较明显。

　　预计国产减速器在未来一段时间主要发展方向在于技术突破和完善，市场方面，首先进入中低端工业机器人市场，在2016 年后逐渐进入汽车生产线焊接机器人等高端产品。减速器的国产化会大幅降低国产工业机器人成本。

　　目前国产RV减速机在材料，工艺，配合，精度，耐磨性，材料，热处理，轴承等方面还需要改进。

　　谐波减速机是机器人实现运动功能的核心部件，是轻型工业机器人和机械臂可靠、精确运行不可或缺的部件，它可以使机器人的伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降低到机器人各部位需要的速度，在提高机械本体刚性的同时可输出更大的扭矩。

　　谐波传动的构成：仅三个基本零部件， 波发生器，由外周嵌有薄壁滚珠轴承的椭圆形凸轮组成。轴承内圈固定在凸轮上，外圈通过滚珠实现弹性变形。通常安装在输入轴上。 柔轮，具有薄壁结构的金属弹性体部件。开口部外周加工有齿轮。通常安装在输出轴上。刚轮刚体环状部件。内周加工有齿轮，比柔轮多两个轮齿。通常固定在外壳上。

　　国产谐波减速机与国外减速机在技术等方面已经几乎没多大差距，甚至在某些方面超过国外谐波减速机性能。

　　国产RV减速器突破之路

　　目前全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速器生产企业不算多，全球绝大多数市场份额都被日本企业占据，在工业用机器人关节上的精密减速器上，纳Nabtesco(纳博特斯克)产品的全球市场占有率达60%，特别在中/重负荷机器人上，其RV减速器市场占有率高达90%。Harmonica(哈默纳科)的谐波减速器约占15%，还有住友重工(SUMITOMO)。

　　谐波减速器结构相对简单，仅有三个基本零部件，加上哈默纳科的专利早已到期，国产谐波减器机跟国外相比差距不算大。国产厂商如无锡绿的、东莞本润等公司的谐波减速器已经在国产机器人上面有广泛应用。

　　RV减速机核心难点在于基础工业和工艺。RV减速机是纯机械的精密部件，材料、热处理工艺和高精度加工机床缺一不可。我国在这几个方面长期落后，并非单靠某个企业所能解决。要将200多个零部件组合在一起，精度要求苛刻，零部件之间的公差匹配需要多年经验积累。

　　技术是没有捷径可走的，日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破，花了6-7年时间;而国内率先拿出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年。

　　可喜的是中国企业布局RV减速器若干年后，终于取得一些突破。国产RV减速器主要由南通振康、秦川机床、武汉精华、浙江恒丰泰和浙江双环传动提供。

　　南通振康RV减速器产量已经突破万台，秦川机床RV减速器生产线已经打通，产量正在逐步上升。秦川机床的RV减速器是国家进口替代项目，秦川机床9万套工业机器人关节减速器技术改造项目、工业机器人关节减速器生产线两项合计投资3.14亿元。

　　两点建议：

　　1.创新协同合作模式

　　RV减速器研发难度大，我国在这许多方面长期落后，并非单靠某个企业所能解决。面对目前艰难局面，如何创新协同合作模式，调动产学研各方面积极性，加快相关技术的研发，特别加快和完善在热处理工艺、加工制造工艺、装配工艺等方面技术，进一步提升产品的稳定性、一致性是当前急需解决的课题。

　　2.技术突破需要耐心

　　我国对机器人用减速器的研究相比国外较晚，技术不成熟，与国外先进技术存在较大差距，形成了精密减速器不能自给自足的局面，机器人减速器的关键技术突破显得更加迫切，但技术突破考验企业耐心，因为减速器的产业化是一个高投入、慢回报、重资产的过程，需要一个超精密机械加工的企业才能实现。而且进军该领域也存在较大风险，从设计与制造涉及到材料及热处理技术、结构优化及零件微处理技术、精密制造及装配技术、检测技术等等，这些技术需要长时间经验摸索和积累，不可忽视和跳越，一旦不成功便可能前功尽弃。

　　小结：国产机器人减速器攻关多年尽管还不尽人意，但我们要坚定信心不动摇，不断找到制约技术研发的关键突破口，希望经过几年的摸索和积累，出现媲美国外巨头的减速器，提高国产机器人竞争力。