全球工业机器人关节用精密减速机几乎都是日本造

日本过去：欲征服世界，必先征服亚洲；欲征服亚洲，必先征服中国！

     中国现在：欲人类命运共同体，必先亚洲命运共同体；欲亚洲命运共同体，必先中日命运共同体！

现今工业机器人的先进程度让人叹为观止，尤其是那些灵动的5轴6轴机器人，具有如此多的关节，还能够做到运动和指令的精确传输，各部位紧密配合完成复杂的工作，让人不禁好奇它们的传动系统到底是怎样的，关节到底是什么结构的呢？

比如这个

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日本安川机器人挥刀削豌豆

说起关节，主要是指工业机器人最重要的基础部件，也是运动的核心部件：精密减速机。这是一种精密的动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，增加转矩。

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你造么，全球工业机器人的关节用到的精密减速机几乎都是日本造的：日本人说跪，全球机器人没几个能站着。。。

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，未查到比例)。

01

作为传统的制造强国，德国、意大利、日本等国家的减速机产品在材料、设计水平、质量控制、精度、功率密度、可靠性和使用寿命等方面处于行业领先地位。

减速器在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。

在航空航天、机器人和医疗器械等发展的推动下，结构简单紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器需求加大，其中RV减速器和谐波减速器更是精密减速器中重要的两种减速器。

精密减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。

▲Nabtesco减速机

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多，绝大多数市场份额都被日本企业占据：Nabtesco的RV减速器约占60%，Harmonica的谐波减速器约占15%，还有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在机器人领域的应用比例，是压倒性的。

▲拆解精密减速机的内部结构

Nabtesco(纳博特斯克)是由帝人精机和纳博克(1956年生产了日本第一个自动门)这两家日本公司强强合并组成。作为运动控制系统和零部件的生产商，这两家公司都在其特定的业务领域，掌握了高端核心技术，控制着很大的市场份额。

作为世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商，Nabtesco生产高性能减速机、中空轴减速机，以及单轴伺服执行器和控制器。

其生产的精密设备具有高扭矩、高刚性和高耐过载冲击荷载能力的同时，兼有高精密和非常低的回程间隙，被广泛应用于卫星、雷达天线、工业机器人、半导体和焊接技术等工业自动化领域。

▲工业机器人各关节应用精密减速机

日本Harmonic Drive Systems Inc.(简称HDSI)是整体运动控制的领军企业，其生产的Harmonic Drive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。

▲谐波减速器内部结构

为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，HDSI产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。

▲ Harmonic Planetary Gears谐波行星减速器

谐波传动减速器是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合，从头传递运动和动力的齿轮传动系统。

▲ Harmonic Planetary Gears谐波行星减速器

日本住友SUMITOMO是拥有400多年历史的世界500强之一的住友集团旗下的建设机械厂家，住友产品在1967年凭借自身技术，开发研制了第一台液压挖掘机之后，目前世界各地到处活跃着住友液压挖掘机的身影。

▲住友减速机

住友减速机包含各种型号减速机，如住友大型斜齿轮减速箱，住友行星齿轮减速机，住友斜齿轮减速机，住友蜗轮蜗杆减速机等。减速比大，效率高，针齿啮合系套式滚动摩擦，啮合表面无相对滑动，一级减速效率可达94%。

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02

作为精密机械工业的一个巅峰之作，减速机的技术门槛非常之高，RV减速机里面完全是由高精度的元件，齿轮相互啮合，对材料科学，精密加工装备，加工精度，装配技术，高精度检测技术提出了极高的要求。

国内企业研发多是通过反向工程获得数据，完全知其然而不知其所以然。所以尽管国内有部分企业在技术水平上取得了重大突破，但国产减速器在精度的保持性、精度寿命和产品寿命上都存在研发难点，各项难点导致国产减速器的一致性较差，产品之间可复制性低。

另一方面，加工制造减速机零部件的设备都非常昂贵，比如美盖勒平面磨床，单价折合人民币就接近千万元。在没有足够的产量支撑下，设备摊销成本高得吓人。

国产精密减速机成本比国外竞争对手高，性能却比对手差，销量当然不好，也不可能实现规模效应，实现盈利。而没有盈利，没有批量就没有足够的资源进行技术改进探索研发，也没有办法形成质量控制，更没有办法改进技术和性能。

目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。

对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断（业界俗称RV减速机和谐波减速机），包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。

据行业内部人士透露，ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机，并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件，即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品，否则将解除合作关系。

核心零部件一直限制着中国机器人的快速发展，如果我们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。

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下面我们就来看看这几家知名机器人减速器企业

1. Nabtesco纳博特斯克

Nabtesco(纳博特斯克)是2003年9月成立的，看似一个00后公司。实际上它是由帝人精机(Teijin Seiki，1944年成立)和纳博克(Nabco，1956年生产了日本第一个自动门)这两家日本公司强强合并组成。作为运动控制系统和零部件的生产商，这两家公司都在其特定的业务领域，掌握了高端核心技术，控制了很高的市场份额，所以Nabtesco甫一成立，就位居同行业在日本乃至全世界的首位，世界上大多数机器人制造商均从Nabtesco的专利RV减速机获益并带来成功。

作为世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商，Nabtesco生产高性能减速机、中空轴减速机，以及单轴伺服执行器和控制器。其生产的精密设备具有高扭矩、高刚性和高耐过载冲击荷载能力的同时，兼有高精密和非常低的回程间隙，被广泛应用于卫星、雷达天线、工业机器人、半导体和焊接技术等工业自动化领域。

Nabtesco有几个小视频能很直观形象地其产品展示在各种工业机器人上的应用。其中一个6轴机器人的跟大家分享。

6轴机器人的关节

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1944年帝人精机成立伊始，在飞机制造业开展业务，1947年进军纺织机械制造领域，1955年开始制造飞行器零部件，1959年扩展至机床制造业。Nabtesco的RV减速器，前身正是帝人精机的主流产品，70年代开始作为挖掘设备驱动马达的核心部件使用。80年代早期，应世界主要机器人制造商要求，帝人精机改进了RV减速器，使之更加精准可靠，符合机器人制造行业的严格要求。取得了精密摆线针轮RV减速机专利后，于1986年开始批量生产，从此开始为现代工业机器人的关节应用进行配套。拆解开观看内部结构

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线路能很方便得从减速机中空的部分穿过。这样的设计不仅转矩更大，压缩比更高，接近零侧隙，而且还加载了一组更大的提供更大动量，并免去外部支撑设备的内角支撑轴。这样一来，就进一步节省了成本，简化了最终用户的设计工作。

Nabtesco：Hollow center Gear

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2. Harmonica哈默纳科

日本Harmonic Drive Systems Inc.(简称HDSI)是整体运动控制的领军企业，其生产的Harmonic Drive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。阿波罗月球车的电驱动车轮里的波动齿轮就是用哈默纳科的产品哦~~

为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，HDSI产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。

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谐波传动减速器（harmonic gear drive）是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合，从头传递运动和动力的齿轮传动系统。谐波传动减速器是由美国人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年获得发明专利（美国专利号2906143），除此之外，这位曾在美国国防部工作15年的长寿发明家一生有250项重大发明，例如军用无后座力步枪，飞机弹射器，水下爆炸试验仪器等等。

听上去象大一个行业品类，其实harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商标。1960年美国USM公司首次将谐波传动减速器成功投入运用，后来长谷川齿轮株式会社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)获得了USM的生产许可。1970年10月，长谷川与USM各出资50%，在东京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.，汉译哈默纳科。

哈默纳科是整体运动控制的领军企业，其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。

2006年1月1日哈默纳科和上面介绍的Nabtesco的美国子公司在马萨诸塞州成立了合资公司Harmonic Drive L.L.C.。

为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机(Harmonic Planetary)。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。

谐波减速器拆解开观看内部结构

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谐波行星减速器Harmonic Planetary Gears

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3. SUMITOMO住友

日本住友SUMITOMO是拥有400多年历史的世界500强之一的住友集团旗下的建设机械厂家，在世界范围享有盛誉。住友产品在1967年凭借自身技术 开发研制了第一台液压挖掘机之后，目前世界各地到处活跃着住友液压挖掘机的身影。住友重机械工业株式会社 Sumitomo Drive Technologies住友重机械在日本便开始了电动机和减速机的自行制造生产。

住友减速机包含各种型号减速机，如住友大型斜齿轮减速箱，住友行星齿轮减速机，住友斜齿轮减速机，住友蜗轮蜗杆减速机等。减速比大，效率高：一级传动减速 比为9~87，双级传动减速比为121～5133，多级混合可达数万，且针齿啮合系套式滚动摩擦，啮合表面无相对滑动，故一级减速效率达94%。

1995年10月，由住友重机械工业株式会社和住友商事株式会社共同出资在中国天津成立住友重机械减速机(中国)有限公司，并在2001年成立上海分公司作为其产品在中国的销售总部，同时在上海的松江设有维修中心。

反观国内，我国对工业机器人用精密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，严重依赖进口。这严重制约了我国工业机器人的发展，特别是在我国工业机器人逐渐产业化时期，工业机器人精密减速器的关键技术突破显得更加迫切。国务院印发的《中国制造2025》提出，“突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。”

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