▲ 关 注 我 们 ，让 物 流 更 简 单！来源 | 机器人在线编辑 | Naomi关键字：智能制造，机器人全文约4702字，2图3视频，阅读需要15分钟
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？
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。工业机器人减速机在全球范围内，机器人行业应用的精密减速机可分为RV减速机、谐波减速机和SPINEA 减速机，三者的市场销售数量占比约为 40%、40%、20%。其中，RV减速机和谐波减速机是工业机器人最主流的精密减速器。近日，上银科技成为全球第三家量产且符合国际标准的厂商，其历时五年研发，并于去年开始量产的“谐波减速机”，逐步开始对外销售给日本及韩国等厂商。谐波减速机、伺服马达及控制器三大关键零组件占工业机器人整机成本60％至70％。以往工业机器人核心技术掌控在瑞士ABB、日本发那科、安川电机及德国库卡四大厂商手中，此次上银开发谐波减速器后，打破以往都向日本及德国采购的局面。垄断的打破和核心技术的掌握将有助于国产工业用机器人大幅降低成本。下面我们简单介绍一下两款主流减速机“谐波减速机和RV减速机”，让您对于“工业机器人之心”有一个更加深入的了解。谐波减速机英文：harmonic gear drive 定义：主要由波发生器、柔性齿轮、柔性轴承、刚性齿轮四个基本构件组成，谐波传动减速器，是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。 应用学科：机械工程（一级学科）；传动（二级学科）；齿轮传动（三级学科）谐波齿轮传动减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。谐波齿轮传动（简称谐波传动）。谐波齿轮减速机在航空、航天、能源、航海、造船、仿生机械、常用军械、机床、仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用，特别是在高动态性能的伺服系统中，采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。它传递的功率从几十瓦到几十千瓦，但大功率的谐波齿轮传动多用于短期工作场。作为典型的高精密制造业，谐波减速器的性能在很大程度上取决于生产设备的质量，设备的前期投入很大，瑞士的生产设备精度最高，可达1微米以内，但售价在千万元以上。一般来说，增设一条中等精度的中端产线，投入也要上千万元。如果企业的订单没有保障，这种线引入后还是有很大风险的。谐波减速机结构1、带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮），它相当于行星系中的中心轮；2、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮），它相当于行星齿轮；3、波发生器H，它相当于行星架。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。工作时，固定钢轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。波发生器H是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮1的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器H相反方向的缓慢旋转。谐波减速机的优点1、减速比高单级同轴可获得1/30～1/320的高减速比。结构、构造简单，却能实现高减速比装置。2、齿隙小Harmonic Drive®不同于与普通的齿轮啮合，齿隙极小，该特长对于控制器领域而言是不可或缺的要素。3、精度高多齿同时啮合，并且有两个180度对称的齿轮啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，使位置精度和旋转精度达到极高的水准。4、零部件少、安装简便三个基本零部件实现高减速比，而且它们都在同轴上，所以套件安装简便，造型简捷。5、体积小、重量轻与以往的齿轮装置相比，体积为1/3，重量为1/2，却能获得相同的转矩容量和减速比，实现小型轻量化。6、转矩容量高柔轮材料使用疲劳强度大的特殊钢。与普通的传动装置不同，同时啮合的齿数占总齿数的约30%，而且是面接触，因此使得每个齿轮所承受的压力变小，可获得很高的转矩容量。7、效率高轮齿啮合部位滑动甚小，减少了摩擦产生的动力损失，因此在获得高减速比的同时，得以维持高效率，并实现驱动马达的小型化。8、噪音小轮齿啮合周速低，传递运动力量平衡，因此运转安静，且振动极小。RV减速机RV减速器是旋转矢量（RotaryVector）减速器的简称，最早由日本发明，它是传统摆线针轮和行星齿轮传动装置的一个新的混合种，RV减速器的传动比较大（30-260）。在关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，谐波减速器一般放置在小臂、腕部或手部。RV减速机的原理很早就已经公开，而且未有专利保护，这和我们大家一直听到的有所出入，但是整个行业RV减速机80%市场仍由日本占据。RV减速器结构1、RV减速机的传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构；2、第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成，为一封闭差动轮系。主动的太阳轮1与输入轴相连，如果渐开线中心轮1顺时针方向旋转，它将带动三个呈120°布置的行星轮2在绕中心轮轴心公转的同时还有逆时针方向自转，三个曲柄轴3与行星轮2相固连而同速转动，两片相位差180°的摆线轮4铰接在三个曲柄轴上，并与固定的针轮相啮合，在其轴线绕针轮轴线公转的同时，还将反方向自转，即顺时针转动。输出机构(即行星架)6由装在其上的三对曲柄轴支撑轴承来推动，把摆线轮上的自转矢量以1:1的速比传递出来。RV减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等，这些工艺总装公差总分配带来的结果是产品的磨损和寿命。日本厂商与精密减速器刚才说到，号称“机器人的心脏”的精密减速器主要被日本厂商所垄断。其中代表性的公司纳博特斯克、哈默纳科和住友重工。哈默纳科的谐波减速器（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。听上去像一个大的行业品类，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。谐波齿轮减速机特别是在高动态性能的伺服系统中，更显示出其优越性。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。生产RV减速器的知名品牌是纳博特斯克（Nabtesco），约占全球市场份额的60%；哈默纳科（Harmonic Drive）则是谐波减速器的主要厂商，其谐波减速器约占15%。全世界由国际机器人制造公司如ABB、Fanuc和KUKA使用的精密减速器中，有近75%为日本公司制造。纳博特斯克与RV减速器纳博特斯克（Nabtesco）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，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纳博特斯克的专利RV减速机获益并带来成功。纳博特斯克的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。作为世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商，纳博特斯克生产高性能减速机、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。减速机质量判别作为工业机器人行业的从业者，尤其是机器人本体厂家，对于减速机的优劣一定都有正确的判断，下面我们来说几个简易判断方法，不足之处欢迎留言补充。1、传动效率：输出功率降低传动效率是减速机重要评价指标之一。要测试传动效率是需要专业设备的，客户自己比较难测出具体数据，但是做横向对比是可以的。发热就是最直观的一个对比方式，我们曾经学习过的物理告诉我们，能量是守恒的，热量散发的比较大就代表电机更多的功率被用来消除摩擦了，那输出功率自然就少了。输出功率少了，负载能力自然就弱，则会导致力度缺失，加速度自然就小，节拍自然就慢了。2、寿命：时间决定品质减速机的寿命主要取决于轴承的寿命，一般来说，轴承是最先损坏的，特别是谐波减速机。RV减速机的话，行星结构部分也是易损坏的点。提前磨损的情况一般会在数月到一年左右出现，视运行情况而定，所以那些趁着机器人需求量增大而大量出货的减速机厂家就要注意了。3、发热：要精度还是要热量减速机精度取决于齿轮的啮合程度，啮合间隙过大，减速机的精度越差，而采用微过盈的方式，精度就会提高，但是就会导致发热过大的问题。RV减速机上，采用帝人结构的发热区别还没有那么明显，而同样是谐波减速机，不同品牌的发热程度就差很多了。别的不说，谐波里面，HD是唯一一家既可以精度高又可以发热少的厂家。4、精度：考量减速机的重要指标这里包括了两种，一种角传动精度，这是减速机手册里都会做出标识，这影响的是机器人的绝对定位精度；另一种是重复定位精度，这是减速机手册里没有，这影响的是机器人的重复定位精度。角传动精度一般减速机厂家都有专业的设备，但是客户自己也可以设计一些简易的方法去测。重复定位精度也一样。5、漏油：真假漏油如何分辨？不管什么减速机，这是必定要面对的问题。而漏油的原因是比较复杂，涉及到油封品牌、油封装配、轴的加工工艺、使用方法等等。而且漏油还分真漏油和假漏油。所谓假漏油，是指在运行之后不久出现漏油，漏油量不多，而且短时间后就不再出现。这种一般是内部的压力释放，压力释放了就没事了。而真漏油出现的时间点就不定了，可能是一开始就漏了，这时很可能是产品品质或装配品质问题；也有可能是运行很长时间之后出现，这一般是油封寿命问题。使用不当除外。END.注：文章为作者独立观点，不代表Soo56立场▼智能大集（关注公众号、回复关键词“智能大集”，了解加速计划）▼延伸阅读关注公众号、回复以下“关键词”，即可获取往期热门文章最工厂： 诺基亚 | 奥克斯 | 红旗H7 | 兰博基尼 | 牧马人 | 哈弗 | 宝马热门店铺：昆船 | 兰剑 | 德马泰克 | 海鼎 | 霍尼韦尔 | 太原高科 | 井松 | 德马 | 和进 | 衣拿 | 得利捷 | 伍强 | 精星 | 耀欣 | 中鼎 | 福莱瑞达丨木牛流马丨科华点击下方”原文阅读“即可立即咨询▼有需求 找方案？点击原文阅读，立即发布需求 或库猫管家（微信：185 0073 8832）好方案，寻报道 ？发邮件至 [email protected] 或 微信：185 0073 8856▼点击原文阅读，立即免费发布需求!Copyright © 2021-2022 2024澳网门票官方网站 All Rights Reserved. 沪公网安备31012002005970 沪ICP备20024360号-1
