▲ 關(guān) 注 我 們 ，讓 物 流 更 簡 單！來源 | 機(jī)器人在線編輯 | Naomi關(guān)鍵字：智能制造，機(jī)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(jī)器人的先進(jìn)程度讓人嘆為觀止，尤其是那些靈動(dòng)的5軸6軸機(jī)器人，具有如此多的關(guān)節(jié)，還能夠做到運(yùn)動(dòng)和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復(fù)雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動(dòng)系統(tǒng)到底是怎樣的，關(guān)節(jié)到底是什么結(jié)構(gòu)的呢？
說起關(guān)節(jié)，主要是指工業(yè)機(jī)器人最重要的基礎(chǔ)部件，也是運(yùn)動(dòng)的核心部件：精密減速機(jī)。這是一種精密的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)在全球范圍內(nèi)，機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用的精密減速機(jī)可分為RV減速機(jī)、諧波減速機(jī)和SPINEA 減速機(jī)，三者的市場銷售數(shù)量占比約為 40%、40%、20%。其中，RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)是工業(yè)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的廠商，其歷時(shí)五年研發(fā)，并于去年開始量產(chǎn)的“諧波減速機(jī)”，逐步開始對外銷售給日本及韓國等廠商。諧波減速機(jī)、伺服馬達(dá)及控制器三大關(guān)鍵零組件占工業(yè)機(jī)器人整機(jī)成本60％至70％。以往工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)掌控在瑞士ABB、日本發(fā)那科、安川電機(jī)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(shù)的掌握將有助于國產(chǎn)工業(yè)用機(jī)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(jī)“諧波減速機(jī)和RV減速機(jī)”，讓您對于“工業(yè)機(jī)器人之心”有一個(gè)更加深入的了解。諧波減速機(jī)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(gè)基本構(gòu)件組成，諧波傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)。 應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；傳動(dòng)（二級(jí)學(xué)科）；齒輪傳動(dòng)（三級(jí)學(xué)科）諧波齒輪傳動(dòng)減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動(dòng)（簡稱諧波傳動(dòng)）。諧波齒輪減速機(jī)在航空、航天、能源、航海、造船、仿生機(jī)械、常用軍械、機(jī)床、儀表、電子設(shè)備、礦山冶金、交通運(yùn)輸、起重機(jī)械、石油化工機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及醫(yī)療器械等方面得到日益廣泛的應(yīng)用，特別是在高動(dòng)態(tài)性能的伺服系統(tǒng)中，采用諧波齒輪傳動(dòng)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(dòng)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(shè)備的質(zhì)量，設(shè)備的前期投入很大，瑞士的生產(chǎn)設(shè)備精度最高，可達(dá)1微米以內(nèi)，但售價(jià)在千萬元以上。一般來說，增設(shè)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(fēng)險(xiǎn)的。諧波減速機(jī)結(jié)構(gòu)1、帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛輪），它相當(dāng)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(dāng)于行星齒輪；3、波發(fā)生器H，它相當(dāng)于行星架。作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。工作時(shí)，固定鋼輪，由電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)，柔輪作為從動(dòng)輪，輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。波發(fā)生器H是一個(gè)桿狀部件，其兩端裝有滾動(dòng)軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪1的內(nèi)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(nèi)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(gòu)件。當(dāng)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(dāng)波發(fā)生器沿圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對剛輪沿波發(fā)生器H相反方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。諧波減速機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1、減速比高單級(jí)同軸可獲得1/30～1/320的高減速比。結(jié)構(gòu)、構(gòu)造簡單，卻能實(shí)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(lǐng)域而言是不可或缺的要素。3、精度高多齒同時(shí)嚙合，并且有兩個(gè)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(zhuǎn)精度的影響較為平均，使位置精度和旋轉(zhuǎn)精度達(dá)到極高的水準(zhǔn)。4、零部件少、安裝簡便三個(gè)基本零部件實(shí)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(zhuǎn)矩容量和減速比，實(shí)現(xiàn)小型輕量化。6、轉(zhuǎn)矩容量高柔輪材料使用疲勞強(qiáng)度大的特殊鋼。與普通的傳動(dòng)裝置不同，同時(shí)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(gè)齒輪所承受的壓力變小，可獲得很高的轉(zhuǎn)矩容量。7、效率高輪齒嚙合部位滑動(dòng)甚小，減少了摩擦產(chǎn)生的動(dòng)力損失，因此在獲得高減速比的同時(shí)，得以維持高效率，并實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的小型化。8、噪音小輪齒嚙合周速低，傳遞運(yùn)動(dòng)力量平衡，因此運(yùn)轉(zhuǎn)安靜，且振動(dòng)極小。RV減速機(jī)RV減速器是旋轉(zhuǎn)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(dòng)裝置的一個(gè)新的混合種，RV減速器的傳動(dòng)比較大（30-260）。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，諧波減速器一般放置在小臂、腕部或手部。RV減速機(jī)的原理很早就已經(jīng)公開，而且未有專利保護(hù)，這和我們大家一直聽到的有所出入，但是整個(gè)行業(yè)RV減速機(jī)80%市場仍由日本占據(jù)。RV減速器結(jié)構(gòu)1、RV減速機(jī)的傳動(dòng)裝置是由第一級(jí)漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)；2、第二級(jí)擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)兩部分組成，為一封閉差動(dòng)輪系。主動(dòng)的太陽輪1與輸入軸相連，如果漸開線中心輪1順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，它將帶動(dòng)三個(gè)呈120°布置的行星輪2在繞中心輪軸心公轉(zhuǎn)的同時(shí)還有逆時(shí)針方向自轉(zhuǎn)，三個(gè)曲柄軸3與行星輪2相固連而同速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩片相位差180°的擺線輪4鉸接在三個(gè)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(zhuǎn)的同時(shí)，還將反方向自轉(zhuǎn)，即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。輸出機(jī)構(gòu)(即行星架)6由裝在其上的三對曲柄軸支撐軸承來推動(dòng)，把擺線輪上的自轉(zhuǎn)矢量以1:1的速比傳遞出來。RV減速器制造核心難點(diǎn)在各項(xiàng)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(shù)、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結(jié)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(hào)稱“機(jī)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。聽上去像一個(gè)大的行業(yè)品類，其實(shí)harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標(biāo)。1960年美國USM公司首次將諧波傳動(dòng)減速器成功投入運(yùn)用，后來長谷川齒輪株式會(huì)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(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。諧波齒輪減速機(jī)特別是在高動(dòng)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(qū)動(dòng)車輪里的波動(dòng)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(jī)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(gè)00后公司。實(shí)際上它是由帝人精機(jī)（Teijin Seiki，1944年成立）和納博克（Nabco，1956年生產(chǎn)了日本第一個(gè)自動(dòng)門）這兩家日本公司強(qiáng)強(qiáng)合并組成。作為運(yùn)動(dòng)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(wù)領(lǐng)域，掌握了高端核心技術(shù)，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(jī)器人制造商均從納博特斯克的專利RV減速機(jī)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(jī)的主流產(chǎn)品，70年代開始作為挖掘設(shè)備驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的核心部件使用。80年代早期，應(yīng)世界主要機(jī)器人制造商要求，帝人精機(jī)改進(jìn)了RV減速器，使之更加精準(zhǔn)可靠，符合機(jī)器人制造行業(yè)的嚴(yán)格要求。取得了精密擺線針輪RV減速機(jī)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(jī)器人的關(guān)節(jié)應(yīng)用進(jìn)行配套。作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商，納博特斯克生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī)，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。其生產(chǎn)的精密設(shè)備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時(shí)，兼有高精密和非常低的回程間隙。減速機(jī)質(zhì)量判別作為工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的從業(yè)者，尤其是機(jī)器人本體廠家，對于減速機(jī)的優(yōu)劣一定都有正確的判斷，下面我們來說幾個(gè)簡易判斷方法，不足之處歡迎留言補(bǔ)充。1、傳動(dòng)效率：輸出功率降低傳動(dòng)效率是減速機(jī)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。要測試傳動(dòng)效率是需要專業(yè)設(shè)備的，客戶自己比較難測出具體數(shù)據(jù)，但是做橫向?qū)Ρ仁强梢缘摹?/span>發(fā)熱就是最直觀的一個(gè)對比方式，我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)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(jī)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(fù)載能力自然就弱，則會(huì)導(dǎo)致力度缺失，加速度自然就小，節(jié)拍自然就慢了。2、壽命：時(shí)間決定品質(zhì)減速機(jī)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(jī)。RV減速機(jī)的話，行星結(jié)構(gòu)部分也是易損壞的點(diǎn)。提前磨損的情況一般會(huì)在數(shù)月到一年左右出現(xiàn)，視運(yùn)行情況而定，所以那些趁著機(jī)器人需求量增大而大量出貨的減速機(jī)廠家就要注意了。3、發(fā)熱：要精度還是要熱量減速機(jī)精度取決于齒輪的嚙合程度，嚙合間隙過大，減速機(jī)的精度越差，而采用微過盈的方式，精度就會(huì)提高，但是就會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱過大的問題。RV減速機(jī)上，采用帝人結(jié)構(gòu)的發(fā)熱區(qū)別還沒有那么明顯，而同樣是諧波減速機(jī)，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(jī)的重要指標(biāo)這里包括了兩種，一種角傳動(dòng)精度，這是減速機(jī)手冊里都會(huì)做出標(biāo)識(shí)，這影響的是機(jī)器人的絕對定位精度；另一種是重復(fù)定位精度，這是減速機(jī)手冊里沒有，這影響的是機(jī)器人的重復(fù)定位精度。角傳動(dòng)精度一般減速機(jī)廠家都有專業(yè)的設(shè)備，但是客戶自己也可以設(shè)計(jì)一些簡易的方法去測。重復(fù)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(jī)，這是必定要面對的問題。而漏油的原因是比較復(fù)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(yùn)行之后不久出現(xiàn)漏油，漏油量不多，而且短時(shí)間后就不再出現(xiàn)。這種一般是內(nèi)部的壓力釋放，壓力釋放了就沒事了。而真漏油出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)就不定了，可能是一開始就漏了，這時(shí)很可能是產(chǎn)品品質(zhì)或裝配品質(zhì)問題；也有可能是運(yùn)行很長時(shí)間之后出現(xiàn)，這一般是油封壽命問題。使用不當(dāng)除外。END.注：文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表Soo56立場▼智能大集（關(guān)注公眾號(hào)、回復(fù)關(guān)鍵詞“智能大集”，了解加速計(jì)劃）▼延伸閱讀關(guān)注公眾號(hào)、回復(fù)以下“關(guān)鍵詞”，即可獲取往期熱門文章最工廠： 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