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%,。簡單拆分國內(nèi)6軸工業(yè)機(jī)器人成本(總成本25萬元)，可以看出減速器和伺服電機(jī)兩項(xiàng)成本接近13萬元,，主要以進(jìn)口為主,。
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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(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,、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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* X! P o1 _7 }' o- C3 u/ n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,。/ x0 w, t6 i+ X
第2減速部…差動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)
" T8 A3 @2 O4 m D7 s+ z 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,。
% g8 P% v6 l3 A3 K) o: a' c: G" k 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)。1 ?- M( e0 @4 x; O) E
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18萬臺(tái)，需使用減速機(jī)90萬臺(tái),。. a( m G3 r8 q% V7 j9 u
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)通過減速器來提高輸出扭矩。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),，對于長時(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)。
. k( U( u# G8 d7 w- W2 y 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,。
/ Z3 B1 O6 m% C5 d; c8 X 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)間增長運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故世界上許多國家高精度機(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。9 d0 f% o$ r7 l! p
RV減速機(jī)編年史：5 ]3 Y* u7 d9 r+ z. D" H! E
1,、1926年德國人勞倫茲·勃朗于創(chuàng)造性地提出RV減速機(jī)原理" ~4 K* a, ~ t2 c
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
+ W2 C; f9 z6 @, o: S9 l/ p 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,；) A, m+ G' x4 P8 Q" Y {
4,、1944年，日本帝人精機(jī)成立,，這個(gè)未來的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,；
+ n: f% R3 ]- p( O1 B 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,。
$ h# v" d: F6 r# M, A. m y) w6 e; x 6,、1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個(gè)自動(dòng)門,，在市場上展露頭角,。& s) q( j. M9 c
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)。3 H A1 f9 |' a! y' q
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,；
( F4 f% H6 o# e0 c9 b 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，特別在中/重負(fù)荷機(jī)器人上,，其RV減速機(jī)市場占有率高達(dá)90%,。
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在RV減速機(jī)方面，我國從二十世紀(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,。5 r W: y% K: @: G E% h" q/ f! b
一臺(tái)精密減速器ABB、Kuka,、安川等國際巨頭采購價(jià)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(jī)的成本比國際巨頭貴一倍還多,。
2 P# q# ^: u6 ?. l5 i 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,，有望替代進(jìn)口，降低工業(yè)機(jī)器人國產(chǎn)化成本,。
' c, B1 Z: q+ C 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。
" s8 v3 ]0 Z1 U% P( _ 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)展迎來一個(gè)需求快速發(fā)展的階段。2013年中國市場共銷售工業(yè)機(jī)器人近3.7萬臺(tái),，約占全球銷量的1/5,，總銷量超過了日本，位居全球第一,。預(yù)計(jì)中國有望在2016年成為全球最大的機(jī)器人市場,，保有量將超過15萬臺(tái)。Nabtesco都計(jì)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(jī)器人用的核心零部件-RV減速機(jī),，計(jì)劃每年產(chǎn)量10萬臺(tái)，2020年達(dá)20萬臺(tái),。 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(shù)瓶頸,，贏得市場,。+ U- e4 I) e% i, V7 r0 k
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發(fā)表于 2016-9-4 14:06:22
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