人形機(jī)器人三大類減速器詳解

減速器是連接電機(jī)和負(fù)載的中間裝置，用于降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，提高輸出扭矩，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)機(jī)器轉(zhuǎn)動角度。

通常而言，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)每分鐘，而輸出扭矩較小，無法滿足大部分負(fù)載端低轉(zhuǎn)速大負(fù)載的工作需求，在電機(jī)輸出功率恒定的情況下，降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速可以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

三大類減速器詳解 ? ? ? ? ?

精密減速器能夠?qū)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/1472/" target="_blank">機(jī)械傳動實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，主要用于機(jī)器人、新能源設(shè)備、高端機(jī)床、電子設(shè)備、印刷機(jī)械等高端制造領(lǐng)域。其中機(jī)器人主要應(yīng)用的精密減速器包括諧波減速器、RV 減速器、精密行星減速器，由于其產(chǎn)品技術(shù)的不同，在應(yīng)用場景和性能表現(xiàn)上各具特點(diǎn)。

精密行星減速器主要由行星齒輪、行星架和太陽輪構(gòu)成。每臺精密行星減速器都會有多個行星輪，具有高剛性、高精度(單級可做到 1'以內(nèi))、高傳動效率(單級在 97%~98%)、較高扭矩/體積比、終身免維護(hù)等特點(diǎn)。因此，行星減速器大多數(shù)安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。在機(jī)器人領(lǐng)域，精密行星減速器是移動機(jī)器人核心零部件，主要與伺服電機(jī)、控制器共同組成移動機(jī)器人的驅(qū)動單元。

諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪和剛輪組成。其工作原理通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式，具有單級傳動比大、體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動精度高并能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作的優(yōu)點(diǎn)。且與一般減速器比較，在輸出力矩相同時，諧波減速器的體積可減少 2/3，重量可減輕 1/2。因此諧波減速器被廣泛運(yùn)用于3C、半導(dǎo)體、食品、注塑、模具、醫(yī)療等需要較高傳動精度的場景。在機(jī)器人領(lǐng)域，諧波減速器主要應(yīng)用于小臂、腕部、手部等部件。

RV 減速器由一個行星齒輪減速機(jī)的前級和一個擺線針輪減速機(jī)的后級組成。RV 減速器的優(yōu)點(diǎn)是傳動比范圍大、精度較為穩(wěn)定、抗疲勞強(qiáng)度較高，并具有更高的剛性和扭矩承載能力，但是由于其重量重、外形尺寸較大的特性，也使其無法向輕便、靈活的輕負(fù)載領(lǐng)域發(fā)展。因此 RV減速機(jī)主要用于汽車、運(yùn)輸、港口碼頭等需要重負(fù)載的場景。在機(jī)器人領(lǐng)域一般應(yīng)用于多關(guān)節(jié)機(jī)器人中機(jī)座、大臂、肩部等位置。

總結(jié)而言，三種精密行星減速器按照不同性能指標(biāo)排序如下： ? 按照傳動比(減速性能)排序，三種減速器由大到小分別為RV 減速器>諧波減速器>精密行星減速器(單級)；

按照傳動精度，三種減速器由高到低排序?yàn)榫苄行菧p速器>諧波減速器>RV 減速器；

按傳動效率，三種減速器由高到低排序?yàn)榫苄行菧p速器>RV 減速器>諧波減速器。

特斯拉人形機(jī)器人減速機(jī)方案 ? ? ? ? ?

特斯拉人形機(jī)器人進(jìn)展迅速，在兩年不到的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了快速迭代，完成了開發(fā)平臺建造、Optimus產(chǎn)品亮相以及電機(jī)扭矩控制、環(huán)境探測與記憶、雙手復(fù)雜任務(wù)等能力的實(shí)現(xiàn)。馬斯克預(yù)計Optimus將大規(guī)模量產(chǎn)至“百萬”量級，預(yù)計其單臺成本或?qū)⒌陀?萬美元。

精密減速器是機(jī)器人轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的核心零部件，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化加速為精密減速器打開增量空間，從具體應(yīng)用關(guān)節(jié)來看，Optimus旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)如肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等小型化、低載荷的部位很可能使用諧波減速器。Optimus線性關(guān)節(jié)如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等大型化、高載荷的很可能使用RV減速器。Optimus靈巧手使用的是行星減速器。

特斯拉發(fā)布的最新的人形機(jī)器人預(yù)計共52個自由度，身體28個運(yùn)動關(guān)節(jié)的方案可分為旋轉(zhuǎn)和線性2大類執(zhí)行器，每類包括3種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和 3種線性執(zhí)行器。?

特斯拉 Optimus 減速機(jī)可能應(yīng)用的方案：包括上身+手部的20臺減速器會使用諧波減速器；下肢及腰部8個減速器使用負(fù)載能力較強(qiáng)的RV減速器；關(guān)節(jié)部位將采用6個行星減速器。其中，上半身包含8個伺服電機(jī)+減速器關(guān)節(jié)，2個線性推桿電機(jī)+減速器關(guān)節(jié)；下半身包含6個線性推桿電機(jī)+減速器關(guān)節(jié)；雙手包含12個空心杯電機(jī)+減速器關(guān)節(jié)。

目前人形機(jī)器人還處在研究階段，預(yù)計2025年有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2030年-2035年銷售規(guī)模有較為明顯的增長。從未來應(yīng)用來看，諧波減速機(jī)是人形機(jī)器用量最大的減速機(jī)，保守估計至2035年，人形機(jī)器人市場諧波減速機(jī)的市場規(guī)模將達(dá)到百億人民幣市場空間。

國內(nèi)減速器主要玩家 ? ? ? ? ?

　　01 綠的諧波

　　產(chǎn)品包括諧波減速器、機(jī)電一體化執(zhí)行器及精密零部件。公司首創(chuàng)機(jī)床專用的高精度、高剛性減速器與高功率密度直驅(qū)電機(jī)集成的一體化數(shù)控轉(zhuǎn)臺，已積累了一大批工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等高端裝備行業(yè)的優(yōu)質(zhì)龍頭客戶，并成功躋身國際主流市場。目前為國內(nèi)諧波減速器龍頭，全球僅次于哈默納科。 2020年公司諧波減速器營收為2.04億元，2021-2022年穩(wěn)定維持在4.16億元左右，2022年公司諧波減速器的銷量接近26萬臺，其營業(yè)收入中諧波減速器業(yè)務(wù)占絕大部分，占比為93.4%。

　　02 雙環(huán)傳動

　　主營業(yè)務(wù)為機(jī)械傳動齒輪及相關(guān)零部件的研發(fā)，聚焦精密傳動事業(yè)40多年。2020年成立全資子公司環(huán)動科技，專門從事機(jī)器人關(guān)節(jié)高精密減速器、高精密液壓零部件的研制及產(chǎn)業(yè)化，為客戶提供覆蓋3-1000KG負(fù)載機(jī)器人所需的高精密減速器整體方案，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、多足機(jī)器人、工業(yè)自動化等高端制造領(lǐng)域。 根據(jù)公開數(shù)據(jù)，環(huán)動科技2022年市占率約為15%，位居國內(nèi)RV減速器市場前列，僅次于日本巨頭納博特斯克（占國內(nèi)51%的市場份額）。

　　03 科峰智能

　　公司已形成了 45-235 全系列斜齒行星減速器、16-1720 全系列直齒行星減速器、微型行星減速器、智能減速器等產(chǎn)品系列。根據(jù) QYResearch統(tǒng)計數(shù)據(jù)，公司2022年行星減速器銷售金額在全球市場排第五，在中國市排第二，在國產(chǎn)品牌中排第一。公司行星減速器已在高端機(jī)床、頂管機(jī)、半導(dǎo)體、醫(yī)藥裝備、包裝機(jī)械等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進(jìn)口替代。 科峰智能招股說明書顯示，在營業(yè)收入方面，公司精密行星減速器2022年?duì)I業(yè)收入為29，540.52萬元，占總營業(yè)收入77.70%。2020年、2021年和2022年，科峰智能精密行星減速器的產(chǎn)能分別為16.59萬臺、25.22萬臺和35.78萬臺，產(chǎn)能利用率分別為97.05%、92.80%和66.42%。

　　04 中大力德

　　精密減速器頭部企業(yè)，一體化戰(zhàn)略推進(jìn)產(chǎn)品升級，主要產(chǎn)品包括精密減速器、傳動行星減速器、各類小型及微型減速電機(jī)等。自2006年8月設(shè)立以來，公司一直從事減速器、減速電機(jī)的生產(chǎn)和銷售，相繼推出微型無刷直流減速電機(jī)、精密行星減速器、滾筒電機(jī)、RV 減速器等新產(chǎn)品。

　　順應(yīng)行業(yè)小型化、集成化、一體化的發(fā)展趨勢，公司結(jié)合國內(nèi)市場客戶的個性化需求不斷升級減速電機(jī)集成與檢測技術(shù)、精密傳動與控制技術(shù)，致力于整合核心零部件系統(tǒng)，國繞工業(yè)自動化和工業(yè)機(jī)器人，形成了減速器+電機(jī)+驅(qū)動一體化的產(chǎn)品架構(gòu)，推出“精密行星減速器+伺服電機(jī)+動”一體機(jī)、“RV 減速器+伺服電機(jī)+驅(qū)動”一體機(jī)、“諧波減速器+伺服電機(jī)+驅(qū)動一體機(jī)等模組化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級。

　　05 兆威機(jī)電

　　主營業(yè)務(wù)是微型傳動系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。微型傳動系統(tǒng)與人形機(jī)器人領(lǐng)域聯(lián)系緊密，公司相關(guān)產(chǎn)品為行星減速器、空心杯電機(jī)等。從技術(shù)優(yōu)勢來看，可提供尺寸范圍大（外徑3.4mm-38mm）的一系列行星減速器，行星齒輪組級數(shù)在1-5級，有望在空心杯電機(jī)中得到應(yīng)用，并可直接提供外徑6mm的空心杯減速電機(jī)。

　　06 昊志機(jī)電

　　公司自2014年研發(fā)諧波減速器，目前已經(jīng)形成了 6大系列、9種規(guī)格、6 大減速比的雙波、三波產(chǎn)品系列，公司生產(chǎn)的諧波減速器已經(jīng)達(dá)到較高的精度及壽命標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)批量銷售。

　　憑借在機(jī)器人領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累，以及通過與瑞士 Infanor 集團(tuán)研發(fā)人員的交流、學(xué)習(xí)和合作，公司先后攻克了智能機(jī)器人用“高性能諧波減速器”、“高精度編碼器”、“一體化關(guān)節(jié)模組”、“六維力傳感器”、“控制系統(tǒng)”等一系列核心功能部件技術(shù)，打破了智能機(jī)器人核心功能部件依賴進(jìn)口的局面，實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人核心功能部件的全國產(chǎn)化。同時公司正在研制 RV 減速器，有望成為業(yè)績新增長點(diǎn)。

　　3月，公司擬設(shè)立全資子公司“廣州市昊志機(jī)器人有限公司”，承接公司機(jī)器人事業(yè)部業(yè)務(wù)，負(fù)責(zé)機(jī)器人核心功能部件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等。注冊資本為 人民幣6000萬元，公司持有其100%股權(quán)。

　　07 卓藍(lán)自動化

　　產(chǎn)品包括高精密行星減速機(jī)、機(jī)器人專用諧波減速機(jī)、電動滾筒、中空旋轉(zhuǎn)平臺等。2021年，卓藍(lán)自動化在東莞望牛墩鎮(zhèn)投資卓藍(lán)精密傳動制造項(xiàng)目，主要從事精密行星減速機(jī)，諧波減速機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)。該項(xiàng)目計劃總投資3.5億元，用地26.43畝，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后預(yù)計行星減速機(jī)年產(chǎn)量50萬臺，諧波減速機(jī)10萬臺的生產(chǎn)能力。

　　審核編輯：黃飛