减速器 国产机器人进步的“指引”

减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速机;按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥-圆柱齿引轮减速机;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。 

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。