帶你了解工業(yè)機器人的關(guān)節：精密減速機

　　現今工業(yè)機器人的先進(jìn)程度讓人嘆為觀(guān)止，尤其是那些靈動(dòng)的5軸6軸機器人，具有如此多的關(guān)節，還能夠做到運動(dòng)和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動(dòng)系統到底是怎樣的，關(guān)節到底是什么結構的呢?

　　比如這個(gè)

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　　日本安川機器人揮刀削豌豆

　　說(shuō)起關(guān)節，主要是指工業(yè)機器人最重要的基礎部件，也是運動(dòng)的核心部件：精密減速機。這是一種精密的動(dòng)力傳達機構，其利用齒輪的速度轉換器，將電機的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，增加轉矩。

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　　你造么，全球工業(yè)機器人的關(guān)節用到的精密減速機幾乎都是日本造的：日本人說(shuō)跪，全球機器人沒(méi)幾個(gè)能站著(zhù)。。。

　　目前全球能夠提供規?；倚阅芸煽康木軠p速器生產(chǎn)企業(yè)不算多，全球絕大多數市場(chǎng)份額都被日本企業(yè)占據，在工業(yè)用機器人關(guān)節上的精密減速器上，納Nabtesco(納博特斯克)產(chǎn)品的全球市場(chǎng)占有率達60%，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速器市場(chǎng)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，未查到比例)。

　　下面我們就來(lái)看看這幾家知名機器人減速器企業(yè)

　　1. Nabtesco納博特斯克

　　Nabtesco(納博特斯克)是2003年9月成立的，看似一個(gè)00后公司。實(shí)際上它是由帝人精機(Teijin Seiki，1944年成立)和納博克(Nabco，1956年生產(chǎn)了日本第一個(gè)自動(dòng)門(mén))這兩家日本公司強強合并組成。作為運動(dòng)控制系統和零部件的生產(chǎn)商，這兩家公司都在其特定的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，掌握了高端核心技術(shù)，控制了很高的市場(chǎng)份額，所以Nabtesco甫一成立，就位居同行業(yè)在日本乃至全世界的首位，世界上大多數機器人制造商均從Nabtesco的專(zhuān)利RV減速機獲益并帶來(lái)成功。

　　作為世界上最大的精密擺線(xiàn)針輪減速機制造商，Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機、中空軸減速機，以及單軸伺服執行器和控制器。其生產(chǎn)的精密設備具有高扭矩、高剛性和高耐過(guò)載沖擊荷載能力的同時(shí)，兼有高精密和非常低的回程間隙，被廣泛應用于衛星、雷達天線(xiàn)、工業(yè)機器人、半導體和焊接技術(shù)等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。

　　Nabtesco有幾個(gè)小視頻能很直觀(guān)形象地其產(chǎn)品展示在各種工業(yè)機器人上的應用。其中一個(gè)6軸機器人的跟大家分享。

　　6軸機器人的關(guān)節

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　　1944年帝人精機成立伊始，在飛機制造業(yè)開(kāi)展業(yè)務(wù)，1947年進(jìn)軍紡織機械制造領(lǐng)域，1955年開(kāi)始制造飛行器零部件，1959年擴展至機床制造業(yè)。Nabtesco的RV減速器，前身正是帝人精機的主流產(chǎn)品，70年代開(kāi)始作為挖掘設備驅動(dòng)馬達的核心部件使用。80年代早期，應世界主要機器人制造商要求，帝人精機改進(jìn)了RV減速器，使之更加精準可靠，符合機器人制造行業(yè)的嚴格要求。取得了精密擺線(xiàn)針輪RV減速機專(zhuān)利后，于1986年開(kāi)始批量生產(chǎn)，從此開(kāi)始為現代工業(yè)機器人的關(guān)節應用進(jìn)行配套。

　　拆解開(kāi)觀(guān)看內部結構

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　　線(xiàn)路能很方便得從減速機中空的部分穿過(guò)。這樣的設計不僅轉矩更大，壓縮比更高，接近零側隙，而且還加載了一組更大的提供更大動(dòng)量，并免去外部支撐設備的內角支撐軸。這樣一來(lái)，就進(jìn)一步節省了成本，簡(jiǎn)化了最終用戶(hù)的設計工作。

　　Nabtesco：Hollow center Gear

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　　2. Harmonica哈默納科

　　日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡(jiǎn)稱(chēng)HDSI)是整體運動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機，具有輕量小型、無(wú)齒輪間隙、高轉矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應用于工業(yè)機器人、仿人機器人、半導體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設備、光學(xué)儀器、精密機床等各種尖端領(lǐng)域。阿波羅月球車(chē)的電驅動(dòng)車(chē)輪里的波動(dòng)齒輪就是用哈默納科的產(chǎn)品哦~~

　　為了涵蓋諧波減速機所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機Harmonic Planetary。獨特的內齒圈形變工藝，可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙，已達到精密級的傳動(dòng)誤差。

　　諧波傳動(dòng)減速器(harmonic gear drive)是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統。諧波傳動(dòng)減速器是由美國人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年獲得發(fā)明專(zhuān)利(美國專(zhuān)利號2906143)，除此之外，這位曾在美國國防部工作15年的長(cháng)壽發(fā)明家一生有250項重大發(fā)明，例如軍用無(wú)后座力步槍?zhuān)w機彈射器，水下爆炸試驗儀器等等。

　　聽(tīng)上去象大一個(gè)行業(yè)品類(lèi)，其實(shí)harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標。1960年美國USM公司首次將諧波傳動(dòng)減速器成功投入運用，后來(lái)長(cháng)谷川齒輪株式會(huì )社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)獲得了USM的生產(chǎn)許可。1970年10月，長(cháng)谷川與USM各出資50%，在東京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.，漢譯哈默納科。

　　哈默納科是整體運動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的HarmonicDrive組合型諧波減速機，具有輕量小型、無(wú)齒輪間隙、高轉矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應用于工業(yè)機器人、仿人機器人、半導體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設備、光學(xué)儀器、精密機床等各種尖端領(lǐng)域。

　　2006年1月1日哈默納科和上面介紹的Nabtesco的美國子公司在馬薩諸塞州成立了合資公司Harmonic Drive L.L.C.。

　　為了涵蓋諧波減速機所不能做到的低減速比領(lǐng)域，產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(Harmonic Planetary)。獨特的內齒圈形變工藝，可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙，已達到精密級的傳動(dòng)誤差。

　　諧波減速器拆解開(kāi)觀(guān)看內部結構

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　　諧波行星減速器Harmonic Planetary Gears

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　　3. SUMITOMO住友

　　日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強之一的住友集團旗下的建設機械廠(chǎng)家，在世界范圍享有盛譽(yù)。住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù) 開(kāi)發(fā)研制了第一臺液壓挖掘機之后，目前世界各地到處活躍著(zhù)住友液壓挖掘機的身影。住友重機械工業(yè)株式會(huì )社 Sumitomo Drive Technologies住友重機械在日本便開(kāi)始了電動(dòng)機和減速機的自行制造生產(chǎn)。

　　住友減速機包含各種型號減速機，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機，住友斜齒輪減速機，住友蝸輪蝸桿減速機等。減速比大，效率高：一級傳動(dòng)減速 比為9~87，雙級傳動(dòng)減速比為121～5133，多級混合可達數萬(wàn)，且針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無(wú)相對滑動(dòng)，故一級減速效率達94%。

　　1995年10月，由住友重機械工業(yè)株式會(huì )社和住友商事株式會(huì )社共同出資在中國天津成立住友重機械減速機(中國)有限公司，并在2001年成立上海分公司作為其產(chǎn)品在中國的銷(xiāo)售總部，同時(shí)在上海的松江設有維修中心。

　　反觀(guān)國內，我國對工業(yè)機器人用精密減速器的研究相比國外較晚，技術(shù)不成熟，與國外先進(jìn)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，嚴重依賴(lài)進(jìn)口。這嚴重制約了我國工業(yè)機器人的發(fā)展，特別是在我國工業(yè)機器人逐漸產(chǎn)業(yè)化時(shí)期，工業(yè)機器人精密減速器的關(guān)鍵技術(shù)突破顯得更加迫切。國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》提出，“突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統集成設計制造等技術(shù)瓶頸。”