國產(chǎn)機器人突破的關(guān)鍵：減速器 - 全文

導(dǎo)讀：減速器是機器人的關(guān)鍵零部件，成本占到整臺機器人生產(chǎn)成本的三分之一。中國對機器人減速器研究較晚，技術(shù)不成熟，目前嚴重依賴進口，減速器是制約我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，攻克減速器技術(shù)是國內(nèi)機器人企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的必然選擇。

機器人減速器分類

機器人減速器，按結(jié)構(gòu)不同可以分為五類：

諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器。在精度、扭矩、剛度、傳送效率等衡量減速器的各個性能指標上，它們各有不同。其中，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機器人最主流的精密減速器。

RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的趨勢。世界75%的精密減速器市場被日本的HarmonicaDrive和Nabtesco占領(lǐng)，其中Nabtesco生產(chǎn)RV減速器，約占60%的份額，HamonicaDrive生產(chǎn)諧波減速器，約占15%的份額。

機器人減速器市場規(guī)模

中國正在服役的機器人已占全球總量的9%左右，2015年中國市場工業(yè)機器人達7500臺，同比增長36.6%，整體而言，機器人市場需求只增不降。在多種因素的引誘下，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度將再次提速，步入歷史上的第二個繁榮發(fā)展期，或?qū)⒈鹊谝淮卫顺边€將巨烈。

隨著我國工業(yè)機器人應(yīng)用市場的快速發(fā)展，工業(yè)機器人用減速器市場需求規(guī)模也隨之增長。一般情況下，一臺工業(yè)機器人需要的減速器個數(shù)為4-6臺。2015年我國工業(yè)機器人減速器市場規(guī)模約為11.5億元，隨著未來工業(yè)機器人的發(fā)展，中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測到2020年我國工業(yè)機器人減速器市場規(guī)模將超過40億元，未來五年復(fù)合增長率約為30%。

全球范圍內(nèi)機器人將會越來越普及，預(yù)計到2020年，服務(wù)機器人年銷售收入有望超過300億元人民幣。工業(yè)機器人再加上日益走入人們生活中的服務(wù)機器人，對于減速機行業(yè)來說，未來的前景十分看好。

國產(chǎn)機器人用減速器現(xiàn)狀

目前中國機器人的處境依然很嚴峻，其中最典型的是在機器人核心技術(shù)上缺乏整體的突破。核心零部件主要分成三部分，機器人減速器、交直流伺服電機和控制器。從成本上來說，目前全球機器人產(chǎn)業(yè)的成本構(gòu)成，35%左右是減速器，20%左右是伺服電機，15%左右是控制系統(tǒng)，機械加工本體可能只占15%左右，其他的部分主要就是應(yīng)用?？梢钥闯?，減速器是制約機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，而減速器的核心技術(shù)，幾乎壟斷在兩家日本企業(yè)納博特斯克（Nabtesco）和哈默納科（Harmonicdrive）手上，我國所有的機器人企業(yè)都在給日本企業(yè)打工。

關(guān)鍵部件進口比例較高，導(dǎo)致現(xiàn)在國內(nèi)制造機器人成本較高。特別是減速機，國內(nèi)企業(yè)購買減速機的價格是國外企業(yè)的價格的將近5倍。這樣國產(chǎn)機器人難以形成價格優(yōu)勢，只有年產(chǎn)量上500-1000臺，才有一定的規(guī)模效應(yīng)。因此，中國如果想要形成機器人產(chǎn)業(yè)化， 擺脫國外機器人企業(yè)的掣肘，在機器人領(lǐng)域贏得自主，必須要將減速器國產(chǎn)化加速提上日程。

RV減速器在國際上僅有極少數(shù)國家能生產(chǎn)，最近幾年，雖然國內(nèi)也有量產(chǎn)的RV減速器，產(chǎn)品性能指標短期內(nèi)能達到要求，但由于質(zhì)量控制和工藝的問題，很容易磨損報廢，所以鮮有國產(chǎn)機器人企業(yè)選用，中國市場的減速器普遍還依賴進口。

其實在“十二五”時期，國家“863”計劃將其列入重點攻克的技術(shù)瓶頸。國內(nèi)頂尖大學和科研機構(gòu)幾年攻關(guān)也只有論文，沒有實物。近兩年隨著工業(yè)機器人的發(fā)展有部分企業(yè)開始投資研發(fā)國產(chǎn)RV減速機，目前大多數(shù)處在技術(shù)研發(fā)和攻關(guān)階段。

RV減速器的技術(shù)難點在于該部件需要保證傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，并保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計上使用了過定位結(jié)構(gòu)，這使得零件加工精度要求極高，加工十分困難，機器人其規(guī)模化生產(chǎn)的重要制約則在于加工設(shè)備和加工工藝。

國產(chǎn)RV減速器在額定扭矩和傳動效率等方面與國外產(chǎn)品差距較小，但在扭轉(zhuǎn)剛度、傳動精度等穩(wěn)定性和精度指標方面差距還比較明顯，由于材料和工藝水平差距，耐疲勞強度方面差距也比較明顯。

預(yù)計國產(chǎn)減速器在未來一段時間主要發(fā)展方向在于技術(shù)突破和完善，市場方面，首先進入中低端工業(yè)機器人市場，在2016 年后逐漸進入汽車生產(chǎn)線焊接機器人等高端產(chǎn)品。減速器的國產(chǎn)化會大幅降低國產(chǎn)工業(yè)機器人成本。

目前國產(chǎn)RV減速機在材料，工藝，配合，精度，耐磨性，材料，熱處理，軸承等方面還需要改進。

諧波減速機是機器人實現(xiàn)運動功能的核心部件，是輕型工業(yè)機器人和機械臂可靠、精確運行不可或缺的部件，它可以使機器人的伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降低到機器人各部位需要的速度，在提高機械本體剛性的同時可輸出更大的扭矩。諧波傳動的構(gòu)成：僅三個基本零部件， 波發(fā)生器，由外周嵌有薄壁滾珠軸承的橢圓形凸輪組成。軸承內(nèi)圈固定在凸輪上，外圈通過滾珠實現(xiàn)彈性變形。通常安裝在輸入軸上。 柔輪，具有薄壁結(jié)構(gòu)的金屬彈性體部件。開口部外周加工有齒輪。通常安裝在輸出軸上。剛輪剛體環(huán)狀部件。內(nèi)周加工有齒輪，比柔輪多兩個輪齒。通常固定在外殼上。

國產(chǎn)諧波減速機與國外減速機在技術(shù)等方面已經(jīng)幾乎沒多大差距，甚至在某些方面超過國外諧波減速機性能。

國產(chǎn)RV減速器突破之路

目前全球能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)不算多，全球絕大多數(shù)市場份額都被日本企業(yè)占據(jù)，在工業(yè)用機器人關(guān)節(jié)上的精密減速器上，納Nabtesco（納博特斯克）產(chǎn)品的全球市場占有率達60%，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速器市場占有率高達90%。Harmonica（哈默納科）的諧波減速器約占15%，還有住友重工（SUMITOMO）。

諧波減速器結(jié)構(gòu)相對簡單，僅有三個基本零部件，加上哈默納科的專利早已到期，國產(chǎn)諧波減器機跟國外相比差距不算大。國產(chǎn)廠商如無錫綠的、東莞本潤等公司的諧波減速器已經(jīng)在國產(chǎn)機器人上面有廣泛應(yīng)用。

RV減速機核心難點在于基礎(chǔ)工業(yè)和工藝。RV減速機是純機械的精密部件，材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。我國在這幾個方面長期落后，并非單靠某個企業(yè)所能解決。要將200多個零部件組合在一起，精度要求苛刻，零部件之間的公差匹配需要多年經(jīng)驗積累。

技術(shù)是沒有捷徑可走的，日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設(shè)計到1986年RV減速器研究獲得實質(zhì)性突破，花了6-7年時間；而國內(nèi)率先拿出結(jié)果的南通振康和恒豐泰花費時間也為6-8年。

可喜的是中國企業(yè)布局RV減速器若干年后，終于取得一些突破。國產(chǎn)RV減速器主要由南通振康、秦川機床、武漢精華、浙江恒豐泰和浙江雙環(huán)傳動提供。

南通振康RV減速器產(chǎn)量已經(jīng)突破萬臺，秦川機床RV減速器生產(chǎn)線已經(jīng)打通，產(chǎn)量正在逐步上升。秦川機床的RV減速器是國家進口替代項目，秦川機床9萬套工業(yè)機器人關(guān)節(jié)減速器技術(shù)改造項目、工業(yè)機器人關(guān)節(jié)減速器生產(chǎn)線兩項合計投資3.14億元。

兩點建議：

1．創(chuàng)新協(xié)同合作模式

RV減速器研發(fā)難度大，我國在這許多方面長期落后，并非單靠某個企業(yè)所能解決。面對目前艱難局面，如何創(chuàng)新協(xié)同合作模式，調(diào)動產(chǎn)學研各方面積極性，加快相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，特別加快和完善在熱處理工藝、加工制造工藝、裝配工藝等方面技術(shù)，進一步提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性、一致性是當前急需解決的課題。

2．技術(shù)突破需要耐心

我國對機器人用減速器的研究相比國外較晚，技術(shù)不成熟，與國外先進技術(shù)存在較大差距，形成了精密減速器不能自給自足的局面，機器人減速器的關(guān)鍵技術(shù)突破顯得更加迫切，但技術(shù)突破考驗企業(yè)耐心，因為減速器的產(chǎn)業(yè)化是一個高投入、慢回報、重資產(chǎn)的過程，需要一個超精密機械加工的企業(yè)才能實現(xiàn)。而且進軍該領(lǐng)域也存在較大風險，從設(shè)計與制造涉及到材料及熱處理技術(shù)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及零件微處理技術(shù)、精密制造及裝配技術(shù)、檢測技術(shù)等等，這些技術(shù)需要長時間經(jīng)驗摸索和積累，不可忽視和跳越，一旦不成功便可能前功盡棄。

小結(jié)：國產(chǎn)機器人減速器攻關(guān)多年盡管還不盡人意，但我們要堅定信心不動搖，不斷找到制約技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵突破口，希望經(jīng)過幾年的摸索和積累，出現(xiàn)媲美國外巨頭的減速器，提高國產(chǎn)機器人競爭力。