一文看懂人形機(jī)器人成本占比最高的核心部件：減速器

在人形機(jī)器人中，減速器是機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的核心部件，通常占據(jù)整機(jī)成本的30%。減速器的主要功能是匹配原動(dòng)機(jī)（如電機(jī)）和工作機(jī)構(gòu)（如機(jī)器人的關(guān)節(jié)）之間的轉(zhuǎn)速，并有效傳遞扭矩。其結(jié)構(gòu)由多個(gè)齒輪組成，通過不同大小的齒輪嚙合來降低轉(zhuǎn)速并提高輸出扭矩。

減速器類型
減速器可根據(jù)精度劃分為一般傳動(dòng)減速器和精密減速器兩大類。其中一般傳動(dòng)減速器又可細(xì)分為通用減速器和專用減速器，而精密減速器則包括精密行星減速器、諧波減速器、RV減速器、環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿減速器等。

一、精密行星減速器
在四大類精密減速器中，行星減速器的開發(fā)歷史最為悠久。早在19世紀(jì)80年代，德國便出現(xiàn)了第一個(gè)行星齒輪傳動(dòng)裝置的專利，標(biāo)志著這一技術(shù)的起步。進(jìn)入20世紀(jì)20年代，行星齒輪傳動(dòng)裝置首次實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，開啟了廣泛應(yīng)用的時(shí)代。我國自20世紀(jì)60年代起便開始研制和應(yīng)用行星減速器，經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)的頭部企業(yè)如科峰智能、中大力德、紐氏達(dá)特等，普遍成立于21世紀(jì)初，推動(dòng)了這一領(lǐng)域的創(chuàng)新與進(jìn)步。這些企業(yè)不僅繼承了行星減速器的傳統(tǒng)優(yōu)勢，還不斷進(jìn)行技術(shù)突破，為行業(yè)發(fā)展注入新的活力。

工作原理：行星減速器基于齒輪傳動(dòng)原理，其結(jié)構(gòu)包括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈和行星架。太陽輪與電機(jī)連接，行星輪圍繞太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過行星架傳遞扭矩。結(jié)構(gòu)簡單且傳動(dòng)效率高，多安裝在伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，精確定位，其常被用于機(jī)器人中對精度要求低的部分身體旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
體積小、重量輕：精密設(shè)計(jì)與制造工藝相結(jié)合，減小了體積和重量。
高傳動(dòng)效率：對稱結(jié)構(gòu)使單級傳動(dòng)效率可達(dá)97-98%。
強(qiáng)承載能力：多個(gè)行星輪共同分擔(dān)載荷，提高承載能力。
優(yōu)良抗沖擊性：慣性平衡使運(yùn)動(dòng)更為平穩(wěn)。
結(jié)構(gòu)簡單：相比諧波、RV減速器、環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿減速器，成本較低。

劣勢：
單級減速比小，一般在3到10之間。多級減速會增加長度和重量。
需要定期維護(hù)與保養(yǎng)，包括更換潤滑油和維修傳動(dòng)部件。
精度相對不如其他類型減速器，高精度要求增加制造成本。

典型企業(yè)

二、RV減速器
全稱旋轉(zhuǎn)矢量（Rotary Vector）減速器，是一種高精密的機(jī)械傳動(dòng)裝置，最早由日本發(fā)明。它的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)高扭矩輸出和高精度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通常被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人基座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置。

RV減速器的歷史可以追溯到1926年，當(dāng)時(shí)德國的Lorenz Blanc首次提出了針擺行星傳動(dòng)的概念。此后，這一技術(shù)被住友引進(jìn)并成功應(yīng)用于擺線磨床的研發(fā)中。到了1980年，日本帝人精機(jī)進(jìn)一步提出了RV傳動(dòng)理論，并在1986年實(shí)現(xiàn)了RV減速器的正式大規(guī)模生產(chǎn)。1960年代，針擺傳動(dòng)技術(shù)被引入我國，至80年代末，我國開始對RV理論進(jìn)行研究。2010年以后，隨著雙環(huán)傳動(dòng)和中大力德等國內(nèi)廠商的介入，逐漸打破了海外品牌的市場壟斷。

盡管RV減速器在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件眾多，生產(chǎn)制造過程中面臨著較多的約束條件，這使得國產(chǎn)RV減速器的市場份額相對較低，發(fā)展速度也相對緩慢。目前，日本納博特斯克是全球最大的RV減速器生產(chǎn)商，而國產(chǎn)品牌如雙環(huán)傳動(dòng)、珠海飛馬和中大力德等，正在穩(wěn)步發(fā)展，逐步提升在市場中的競爭力。

RV減速器的進(jìn)步不僅推動(dòng)了機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，更為我國的智能制造行業(yè)注入了新的活力。

工作原理：
RV減速器通常由兩級減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中第一級是正齒輪減速機(jī)構(gòu)，第二級則為差動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)。
其工作原理結(jié)合了正齒輪變速與差動(dòng)齒輪變速兩個(gè)核心概念。通過行星輪與太陽輪之間的配合，齒輪實(shí)現(xiàn)了高效的變速功能，而RV齒輪與針輪之間的精準(zhǔn)嚙合則進(jìn)一步增強(qiáng)了減速效果。這種復(fù)合的傳動(dòng)機(jī)制不僅提升了扭矩輸出，還確保了運(yùn)動(dòng)的高精度與穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
傳動(dòng)比范圍廣泛：RV減速器能夠提供多樣化的傳動(dòng)比，靈活滿足不同應(yīng)用場景的需求，適應(yīng)性極強(qiáng)。
長壽命與高精度：得益于同時(shí)嚙合的齒輪數(shù)量較多，RV減速器展現(xiàn)出卓越的剛性和耐超載能力，確保其傳動(dòng)精度在長時(shí)間使用中保持穩(wěn)定，延長了設(shè)備的整體使用壽命。
高效傳動(dòng)與平穩(wěn)運(yùn)行：憑借其結(jié)構(gòu)的對稱性和精密設(shè)計(jì)，RV減速器不僅具有較高的傳動(dòng)效率，還能有效控制振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的運(yùn)行效果。

劣勢：
體積較大：為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的扭矩傳遞能力，RV減速器的齒輪數(shù)量和附屬部件（如軸承、潤滑系統(tǒng)和密封件）較多，這使得其整體體積相對較大。
制造成本較高：RV減速器的生產(chǎn)過程復(fù)雜，需依賴高精度的加工工藝及特殊制造設(shè)備。這不僅增加了生產(chǎn)和裝配的復(fù)雜性，延長了制造周期，還導(dǎo)致了整體制造成本的上升。

典型企業(yè)

三、諧波減速器
諧波減速器是一種卓越的高精度機(jī)械傳動(dòng)裝置，依靠特殊的波形發(fā)生器、撓性花鍵（柔輪）和剛性花鍵（剛輪）三大核心部件，巧妙實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的高效傳遞。其體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡潔而緊湊，因而在高減速比、零齒隙、高扭矩密度、準(zhǔn)確性與可靠性方面表現(xiàn)優(yōu)異。正因如此，諧波減速器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人小臂、腕部及手部等對體積和靈活度要求極高的領(lǐng)域。

諧波傳動(dòng)的歷史可以追溯到1955年，由美國發(fā)明家C.W. Musser首次提出。1964年，日本引入了這一先進(jìn)的諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)，并于1970年正式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。1961年，諧波傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入中國，經(jīng)過不懈努力，1962年我國成功研制出第一臺諧波減速器。2003年，以綠的諧波為首的國產(chǎn)企業(yè)開始著手研發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

目前，全球諧波減速器市場呈現(xiàn)高度集中狀態(tài)，主要由日本的哈默納科占據(jù)主導(dǎo)地位，而綠的諧波則是國內(nèi)代表性企業(yè)之一。這些企業(yè)憑借持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和市場拓展，為推動(dòng)諧波減速器的發(fā)展和應(yīng)用貢獻(xiàn)了重要力量。

工作原理：
諧波減速器的工作原理十分獨(dú)特而高效。其核心部件之一——波形發(fā)生器，呈橢圓形，與電機(jī)軸緊密連接。通過其精巧的橢圓形輪轂和特制的薄壁軸承，波形發(fā)生器能夠產(chǎn)生可控的彈性變形波。這些變形波隨后被傳遞到柔輪，促使柔輪與剛輪之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)相互作用，從而實(shí)現(xiàn)減速并有效增加輸出扭矩。在這個(gè)過程中，剛輪的齒數(shù)設(shè)計(jì)上略大于柔輪的齒數(shù)，這一少齒差的嚙合設(shè)計(jì)使得諧波減速器在保持小體積和輕重量的同時(shí)，依然能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的傳動(dòng)比。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
速比大：緊湊設(shè)計(jì)、高減速比和高傳動(dòng)精度。
負(fù)載能力：適合輕負(fù)載、高精密應(yīng)用。

劣勢：
承載力弱：相對于RV減速器，其承載能力和使用壽命較低。
成本較高：成本較高但低于RV減速器。

典型企業(yè)

四、環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿減速器
微型環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿減速器采用蝸桿與環(huán)面蝸輪的配合，實(shí)現(xiàn)減速和扭矩放大的功能。蝸桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪，形成高減速比和高扭矩輸出。采用環(huán)面包絡(luò)的設(shè)計(jì)，使得蝸桿與渦輪間形成多齒嚙合的狀態(tài)，極大的提高其承載力和壽命。

環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的歷史可以追溯到19世紀(jì)末的德國和法國。那時(shí)，蝸桿傳動(dòng)主要依賴于擬圓線和槽槽的結(jié)構(gòu)，受到加工技術(shù)和制造精度的限制，導(dǎo)致傳動(dòng)效率較低，應(yīng)用范圍十分有限。隨著機(jī)械加工技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步和材料的不斷改進(jìn)，進(jìn)入20世紀(jì)下半葉，包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)逐漸嶄露頭角，成為一種主要的傳動(dòng)形式。

到了1960年代，德國著名企業(yè)法格成功研發(fā)出全封閉式包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)，推動(dòng)了這一技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。伴隨著21世紀(jì)機(jī)器人的蓬勃發(fā)展，環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)技術(shù)迎來了新的機(jī)遇。陶氏智能科技脫穎而出，成功攻克了微型環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿的加工技術(shù)，成為全球唯一一家能夠制造微型環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿減速器的廠家。其產(chǎn)品的最小尺寸甚至能夠達(dá)到指關(guān)節(jié)的大小，充分滿足現(xiàn)代高精度和小型化的需求，推動(dòng)了機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展進(jìn)程。

工作原理：
微型環(huán)面包絡(luò)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的工作原理主要依賴于蝸桿與蝸輪之間的特殊嚙合機(jī)制。蝸桿的螺旋形狀與環(huán)面蝸輪的凹槽形成獨(dú)特的接觸面，蝸桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，形成包絡(luò)效應(yīng)，有效減少摩擦和磨損，提升傳動(dòng)效率。由于蝸桿的螺距設(shè)計(jì)較小，蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對較慢，實(shí)現(xiàn)減速增扭，適合高扭矩和低速的應(yīng)用場景。同時(shí)，微型化設(shè)計(jì)使其能夠在極小空間內(nèi)工作，非常適合機(jī)器人、精密儀器和自動(dòng)化設(shè)備等現(xiàn)代高科技產(chǎn)品，從而為小型化和高精度應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
體積小、重量輕：特別適合于空間受限的機(jī)器人部件，如手指和小型關(guān)節(jié)。
高扭矩密度：在小體積內(nèi)提供較大的輸出扭矩，適合高負(fù)荷應(yīng)用。
簡單制造：相對較少的部件使得制造和組裝過程更為簡單。
成本低：相較于RV和諧波，成本大幅下降。
精度高：其精度可與RV、諧波減速器相近。
噪音低：其噪音分貝≤50dB，比其他類型減速器噪音低很多。
壽命長：采用環(huán)面包絡(luò)設(shè)計(jì)，相較于傳統(tǒng)蝸輪蝸桿的單齒嚙合設(shè)計(jì)，壽命高出3-5倍。

劣勢：
效率相對較低：由于蝸桿和蝸輪之間的滑動(dòng)接觸，可能導(dǎo)致能量損耗。
90°輸出：天然形成直角輸出狀態(tài)，在某些場景中是天然優(yōu)勢；在需要0°輸出場景中，需要額外轉(zhuǎn)向。

典型企業(yè)

審核編輯 黃宇