工业机器人关键零部件主要是减速器、控制系统和伺服系统。当前工业机器人技术的核心和难点主要集中在上游零部件市场,成本和利润也都集中在这一领域。整体来看,工业机器人的总成本中,核心零部件的比例接近70%。
精密减速器使伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。由于工业机器人需要重复、可靠地完成大量工序任务,对其定位精度和重复定位精度要求很高,因此需要专门的减速器以保证精度。
根据新思界产业研究中心发布的《
2017-2021年中国精密减速器行业市场深度调研与发展趋势预测研究报告》显示,工业机器人用精密减速机主要分为5类,包括滤波齿轮减速机、摆线针轮减速机、RV减速机、谐波减速机、精密行星减速器,不同类型的精密减速机在传动效率、减速比方面各不相同。衡量精密减速机的主要指标包括:扭转刚度、传动精度、启动转矩、空程、背隙、传动误差、传动效率等。
目前,大量应用于多关节机器人的减速器主要有RV减速器和谐波减速器。相比于谐波减速器,RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。
RV减速器在摆线针轮行星传动的基础上发展而来,结构主要分渐开线圆柱齿轮传动和摆线针轮行星传动,包括转臂曲柄、摆线轮、针齿壳,特点在于承受大负载的同时保证高精度。RV减速齿轮需要具有耐磨性和高刚性,对于材料成型过程提出了较高要求,尤其是材料化学元素控制、表面热处理方面。RV减速器的减速比较高,具备无侧隙、微进给的特点,需要特殊部件加工和精密装配技术。
谐波减速器基于行星齿轮传动发展起来,由波发生器、柔轮、刚轮和轴承组成。当波发生器转一圈,柔轮移动N个齿轮位,产生了所谓的错齿运动,从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。谐波减速器是通过柔轮的弹性变形来实现传动,其优势是传动比大、零部件数目少;其缺点是弹性变形回差大,这就不可避免地会影响机器人的动态特性抗冲击能力等。
新思界
行业研究员表示,目前,国产减速器还存在两方面的问题:产品系列不健全和一致性问题。减速器的技术壁垒在核心零部件中是最高的。由于技术难题,精密减速器技术一直被日本企业掌控。RV减速器的主要厂家是日本纳博、住友和斯洛伐克的SPINEA;谐波减速器方面,生产厂家主要是日本的哈默纳科和新宝。尽管目前国产工业机器人减速器研发困难较大,但是整体产品的质量在逐步提高,在一些核心指标上已经达到国际水平。预计今后几年,在工业机器人市场发展带动及原有减速器更新需求带动下,精密减速器市场需求不断攀升。