機器人所有核心零部件中,減速機最為關(guān)鍵 淺談RV減速機的前世今生

當(dāng)我們在無限憧憬機器人時代的時候，你可曾知道，機器人最關(guān)鍵的機械結(jié)構(gòu)之一RV減速機，到今天，中國仍然不具備設(shè)計和制造能力。“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(xué)和科研機構(gòu)幾年攻關(guān)也只有論文，沒有實物。

機器人所有核心零部件中，減速機最為關(guān)鍵。

機器人成本結(jié)構(gòu)大致如下：本體22%、伺服系統(tǒng)25%、減速器38%、控制系統(tǒng)10%以及其他5%。簡單拆分國內(nèi)6軸工業(yè)機器人成本(總成本25萬元)，可以看出減速器和伺服電機兩項成本接近13萬元，主要以進口為主。

就綜合各方資料，為大家講述下RV減速機。

RV減速機的機械原理

德國人勞倫茲·勃朗于1926年創(chuàng)造性地提出了一種少齒差行星傳動機構(gòu)，它是用外擺線作為齒廓曲線的，這就是最早期的針擺行星傳動，由于兩個嚙合齒輪其中之一采用了針輪的形式，這種傳動也被稱做擺線針輪行星齒輪傳動。

RV傳動一種全新的傳動方式，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且因為具有體積小、重量輕、傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點。

以RV-E型減速機為例

第1減速部…正齒輪減速機構(gòu)

輸入軸的旋轉(zhuǎn)從輸入齒輪傳遞到直齒輪，按齒數(shù)比進行減速。這是第一減速部。

第2減速部…差動齒輪減速機構(gòu)

直齒輪與曲柄軸相連接，變?yōu)榈诙p速部的輸入。在曲柄軸的偏心部分，通過滾動軸承安裝RV齒輪。另外，在外殼內(nèi)側(cè)僅比RV齒輪數(shù)多一個的針齒，以同等的齒距排列。

如果固定外殼轉(zhuǎn)動直齒輪，則RV齒輪由于曲柄軸的偏心運動也進行偏心運動。此時如果曲柄軸轉(zhuǎn)動一周，則RV齒輪就會沿與曲柄軸相反的方向轉(zhuǎn)動一個齒。這個轉(zhuǎn)動被輸出到第2減速部的軸。將軸固定時，外殼側(cè)成為輸出側(cè)。

RV減速機對機器人的重要性

機器人第一關(guān)節(jié)到第四關(guān)節(jié)全部使用RV減速機，輕載機器人第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)有可能使用諧波減速機。重載機器人所有關(guān)節(jié)都需要使用RV減速機。平均而言，每臺機器人使用4.5臺RV減速器。2013年世界機器人銷量18萬臺，需使用減速機90萬臺。

工業(yè)機器人的動力源一般為交流伺服電機，因為由脈沖信號驅(qū)動，其伺服電機本身就可以實現(xiàn)調(diào)速，為什么工業(yè)機器人還需要減速器呢?工業(yè)機器人通常執(zhí)行重復(fù)的動作，以完成相同的工序;為保證工業(yè)機器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務(wù)，并確保工藝質(zhì)量，對工業(yè)機器人的定位精度和重復(fù)定位精度要求很高。

因此，提高和確保工業(yè)機器人的精度就需要采用RV減速器或諧波減速器。精密減速器在工業(yè)機器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當(dāng)負載較大時，一味提高伺服電機的功率是很不劃算的，可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過減速器來提高輸出扭矩。此外，伺服電機在低頻運轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動，對于長時間和周期性工作的工業(yè)機器人這都不利于確保其精確、可靠地運行。

精密減速器的存在使伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機器人各部位需要的速度，提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。與通用減速器相比，機器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點。

大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。相比于諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。因此在關(guān)節(jié)型機器人中，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置;而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部;行星減速器一般用在直角坐標機器人上。

同時，RV減速機比機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。

RV減速機發(fā)展編年史

▌1926年 德國人勞倫茲·勃朗于創(chuàng)造性地提出RV減速機原理。

▌1931年 勞倫茲·勃朗在德國慕尼黑創(chuàng)建了“賽古樂”股份有限公司，最先開始了擺線減速器 的制造和銷售。

▌1939年，日本住友公司和“賽古樂”公司簽定了技術(shù)合作協(xié)議，并生產(chǎn)銷售。

▌1944年，日本帝人精機成立，這個未來的RV減速機霸主，在飛機制造、紡織機械、機床等多個行業(yè)碩果累累。

▌1950年-1960年，擺線磨床的出現(xiàn)，解決了擺線齒形的精度不高的難題，使擺線傳動得到了進一步的發(fā)展。

▌1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個自動門，在市場上展露頭角。

▌1980年左右，日本帝人精機提出RV傳動理論，著手應(yīng)用于機器人行業(yè)。

▌1986年，日本帝人精機RV減速機正式大規(guī)模生產(chǎn)，取得成功。

▌2003年，帝人精機和納博克合并組成Nabtesco(納博特斯克)公司，并取得快速發(fā)展，現(xiàn)在已成為RV減速機行業(yè)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了60%以上的市場，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速機市場占有率高達90%。

中國RV減速機行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在RV減速機方面，我國從二十世紀五十年代起開始研究行星齒輪傳動裝置，六十年代從國外引進，盡管在理論和仿制方面取得了一些成果，但與日本的同類最新產(chǎn)品相比，我們研制的擺線針輪減速器從整體性能、使用壽命、傳動精度、承載能力到新產(chǎn)品的進一步開發(fā)升級都存在著相當(dāng)多的不足之處。

一臺精密減速器ABB、Kuka、安川等國際巨頭采購價為3萬元~5萬元，賣給我國企業(yè)約7萬元，普通企業(yè)約12萬元，我國企業(yè)采購精密減速機的成本比國際巨頭貴一倍還多。

據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所(GRII)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)有353家機器人企業(yè)，其中研究減速器的只占到13家，研究RV減速器的只有5家。

2010年，南通振康焊接機電有限公司研制開發(fā)的可用于高端工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(機器人)傳動核心部件RV減速裝置以及系列交流伺服電機，投入批量生產(chǎn)，更獲得市場廣泛認可。2013年產(chǎn)量200多臺。

2014年7月20日，武漢市精華減速機制造有限公司總經(jīng)理余運清透露，自主研發(fā)的一種精密減速機剛獲得檢驗通過，有望替代進口，降低工業(yè)機器人國產(chǎn)化成本。

2014年7月，秦川發(fā)展發(fā)布公告稱，計劃投資1.94億元進行9萬套(一期)工業(yè)機器人關(guān)節(jié)減速器技術(shù)改造項目建設(shè)。此舉將國產(chǎn)機器人RV減速器的研發(fā)制造推進了人們的視野。

在上市公司中還有巨輪股份跟新松機器人都在進行RV減速器的研究，但目前尚未取得實質(zhì)性的結(jié)果。

在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級和我國人口老齡化進程日益加快的情況下，機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迎來一個需求快速發(fā)展的階段。2013年中國市場共銷售工業(yè)機器人近3.7萬臺，約占全球銷量的1/5，總銷量超過了日本，位居全球第一。預(yù)計中國有望在2016年成為全球最大的機器人市場，保有量將超過15萬臺。Nabtesco都計劃投資近50億日元在中國新建工廠，自2016年起投產(chǎn)制造工業(yè)機器人用的核心零部件-RV減速機，計劃每年產(chǎn)量10萬臺，2020年達20萬臺。這么大的市場需求，目前看與中國企業(yè)幾乎無緣，我們期待著中國企業(yè)能夠早日突破技術(shù)瓶頸，贏得市場。