現(xiàn)今工業(yè)機(jī)器人的先進(jìn)程度讓人嘆為觀止，尤其是那些靈動(dòng)的5軸6軸機(jī)器人，具有如此多的關(guān)節(jié)，還能夠做到運(yùn)動(dòng)和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成復(fù)雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動(dòng)系統(tǒng)到底是怎樣的，關(guān)節(jié)到底是什么結(jié)構(gòu)的呢?
日本安川機(jī)器人揮刀削豌豆
說起關(guān)節(jié)，主要是指工業(yè)機(jī)器人最重要的基礎(chǔ)部件，也是運(yùn)動(dòng)的核心部件：精密減速機(jī)。這是一種精密的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。
你造么，全球工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)用到的精密減速機(jī)幾乎都是日本造的：日本人說跪，全球機(jī)器人沒幾個(gè)能站著。
目前全球能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)不算多，全球絕大多數(shù)市場(chǎng)份額都被日本企業(yè)占據(jù)，在工業(yè)用機(jī)器人關(guān)節(jié)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(dá)60%，特別在中/重負(fù)荷機(jī)器人上，其RV減速器市場(chǎng)占有率高達(dá)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)。
下面我們就來看看這幾家知名機(jī)器人減速器企業(yè)
1、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(jī)(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)這兩家日本公司強(qiáng)強(qiáng)合并組成。作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)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(shù)機(jī)器人制造商均從Nabtesco的專利RV減速機(jī)獲益并帶來成功。
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商，Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī)，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。其生產(chǎn)的精密設(shè)備具有高扭矩、高剛性和高耐過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(yīng)用于衛(wèi)星、雷達(dá)天線、工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體和焊接技術(shù)等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。
Nabtesco有幾個(gè)小視頻能很直觀形象地其產(chǎn)品展示在各種工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用。其中一個(gè)6軸機(jī)器人的跟大家分享。
1944年帝人精機(jī)成立伊始，在飛機(jī)制造業(yè)開展業(yè)務(wù)，1947年進(jìn)軍紡織機(jī)械制造領(lǐng)域，1955年開始制造飛行器零部件，1959年擴(kuò)展至機(jī)床制造業(yè)。Nabtesco的RV減速器，前身正是帝人精機(jī)的主流產(chǎn)品，70年代開始作為挖掘設(shè)備驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的核心部件使用。80年代早期，應(yīng)世界主要機(jī)器人制造商要求，帝人精機(jī)改進(jìn)了RV減速器，使之更加精準(zhǔn)可靠，符合機(jī)器人制造行業(yè)的嚴(yán)格要求。取得了精密擺線針輪RV減速機(jī)專利后，于1986年開始批量生產(chǎn)，從此開始為現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)應(yīng)用進(jìn)行配套。
線路能很方便得從減速機(jī)中空的部分穿過。這樣的設(shè)計(jì)不僅轉(zhuǎn)矩更大，壓縮比更高，接近零側(cè)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(shè)備的內(nèi)角支撐軸。這樣一來，就進(jìn)一步節(jié)省了成本，簡(jiǎn)化了最終用戶的設(shè)計(jì)工作。
2、哈默納科
日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡(jiǎn)稱HDSI)是整體運(yùn)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(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。阿波羅月球車的電驅(qū)動(dòng)車輪里的波動(dòng)齒輪就是用哈默納科的產(chǎn)品哦。
為了涵蓋諧波減速機(jī)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(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。諧波傳動(dòng)減速器是由美國(guó)人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年獲得發(fā)明專利(美國(guó)專利號(hào)2906143)，除此之外，這位曾在美國(guó)國(guó)防部工作15年的長(zhǎng)壽發(fā)明家一生有250項(xiàng)重大發(fā)明，例如軍用無后座力步槍，飛機(jī)彈射器，水下爆炸試驗(yàn)儀器等等。
聽上去象大一個(gè)行業(yè)品類，其實(shí)harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標(biāo)。1960年美國(guó)USM公司首次將諧波傳動(dòng)減速器成功投入運(yùn)用，后來長(zhǎng)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(zhǎng)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(yùn)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(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)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(guó)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(jī)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(jī)(Harmonic Planetary)。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
三、住友
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，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) 開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社 Sumitomo Drive Technologies住友重機(jī)械在日本便開始了電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的自行制造生產(chǎn)。
住友減速機(jī)包含各種型號(hào)減速機(jī)，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機(jī)，住友斜齒輪減速機(jī)，住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大，效率高：一級(jí)傳動(dòng)減速 比為9~87，雙級(jí)傳動(dòng)減速比為121～5133，多級(jí)混合可達(dá)數(shù)萬，且針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，故一級(jí)減速效率達(dá)94%。
1995年10月，由住友重機(jī)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(guó)天津成立住友重機(jī)械減速機(jī)(中國(guó))有限公司，并在2001年成立上海分公司作為其產(chǎn)品在中國(guó)的銷售總部，同時(shí)在上海的松江設(shè)有維修中心。
反觀國(guó)內(nèi)，我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人用精密減速器的研究相比國(guó)外較晚，技術(shù)不成熟，與國(guó)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(yán)重依賴進(jìn)口。這嚴(yán)重制約了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，特別是在我國(guó)工業(yè)機(jī)器人逐漸產(chǎn)業(yè)化時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人精密減速器的關(guān)鍵技術(shù)突破顯得更加迫切。國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》提出，“突破機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、傳感器與驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。”
精密減速器國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)迫在眉睫，下面一起來看看國(guó)外著名機(jī)器人減速器的領(lǐng)軍企業(yè)吧。
1、上海機(jī)電
上海機(jī)電股份有限公司是一家引領(lǐng)中國(guó)機(jī)電裝備制造企業(yè)快速發(fā)展的大型上市公司，是其母公司中國(guó)最大的裝備制造業(yè)集團(tuán)，香港上市公司———上海電氣集團(tuán)股份有限公司的重要產(chǎn)業(yè)支柱之一，承擔(dān)著機(jī)電一體化板塊的發(fā)展重任。2013年5月，上海機(jī)電以現(xiàn)金增資入股納博傳動(dòng) 51% 股權(quán)，共同合作機(jī)器人項(xiàng)目，開發(fā)精密減速機(jī)。
2、秦川發(fā)展
秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司(原名秦川機(jī)床廠) ，1965 年從上海內(nèi)遷至陜西寶雞，1995 年 8 月經(jīng)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和陜西省人民政府聯(lián)合批復(fù)，以國(guó)家 100 家現(xiàn)代企業(yè)制度試點(diǎn)企業(yè)之一的秦川機(jī)床廠為主體組建國(guó)有獨(dú)資公司———秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司，現(xiàn)為國(guó)家大一型重點(diǎn)骨干企業(yè)。公司經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)包括金屬切削機(jī)床、塑料加工機(jī)械、液壓系統(tǒng)、液壓件、汽車零部件、功能部件、精密齒輪 ( 箱) 、機(jī)床配件、數(shù)控系統(tǒng)、儀器儀表、木工機(jī)械及制品。2013 年 7 月，秦川發(fā)展計(jì)劃投資 1. 94 億元進(jìn)行 9 萬套 ( 一期) 工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器技術(shù)改造項(xiàng)目建設(shè)。二期項(xiàng)目將視一期進(jìn)展情況適時(shí)投入。
3、綠的諧波
蘇州綠的諧波傳動(dòng)科技有限公司作為一家從事精密諧波傳動(dòng)裝置的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的專業(yè)化公司，主要生產(chǎn)與研發(fā)機(jī)器人諧波齒輪減速器，具有高可靠性、高精度、大扭矩、大速比、小體積等特性，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、精密機(jī)械驅(qū)動(dòng)控制等領(lǐng)域，特別是在對(duì)減速機(jī)有高精度、低轉(zhuǎn)速、大扭矩等特殊要求的工業(yè)機(jī)器人行業(yè)盡顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)。綠的諧波是 《機(jī)器人用諧波齒輪減速器》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要起草方。綠的諧波減速器在精度、使用壽命上有很大的優(yōu)勢(shì)，這兩點(diǎn)上的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)行業(yè)中還很突出，同時(shí)在保持高精度的情況下，綠的諧波的產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)也非常明顯。另外，綠的諧波在諧波傳動(dòng)領(lǐng)域已擁有 12項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和 19 項(xiàng)國(guó)家實(shí)用新型專利。
4、南通振康
南通振康焊接電機(jī)有限公司創(chuàng)始于 1993 年，是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，20年來，振康一直專注于機(jī)器人核心部件———精密電機(jī)和精密減速器的研發(fā)和生產(chǎn)，從剛開始的印刷電機(jī)，到后來的送絲機(jī)和自動(dòng)化焊接小車，再到現(xiàn)在的 RV 減速機(jī)，南通振康的發(fā)展歷程，是專注于特種電機(jī)與精密減速機(jī)的發(fā)展歷程2010 年研制開發(fā)用于工業(yè)機(jī)器人傳動(dòng)核心部件 RV 減速裝置以及系列交流伺服電機(jī)，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)。
5、浙江恒豐泰
浙江恒豐泰以減速機(jī)、攪拌設(shè)備為主導(dǎo)產(chǎn)品，其減速器相關(guān)產(chǎn)品有LPB型帶有手動(dòng)搬車裝置減速機(jī)(國(guó)家專利產(chǎn)品) 、X系列擺線針輪減速機(jī)、LC 型兩級(jí)齒輪減速機(jī)、LPB、LSB型平行 軸 齒輪減速機(jī)、GOJ 型硬齒面減速機(jī)、LFY 型硬齒面減速機(jī)、CF 型圓錐硬齒面減速機(jī)、HR、HK、HF、HS型硬齒面減速機(jī)、M 型蝸輪減速機(jī)、FL 型旁入式錐輪減速機(jī) MB型無級(jí)變速機(jī)。恒豐泰現(xiàn)有專利 45 項(xiàng)，其中多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)，公司高新技術(shù)產(chǎn)品被列入國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品名單和國(guó)家火炬計(jì)劃。同時(shí)，承擔(dān)的國(guó)家 “十二五”863 計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目課題———工業(yè)機(jī)器人高精度高效率減速器于 2013年9月5日通過國(guó)家科技部驗(yàn)收，從而填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)的空白，打破了國(guó)外企業(yè)在該領(lǐng)域的壟斷地位。
6、北京中技克美諧波傳動(dòng)有限公司
北京中 技克美諧波傳動(dòng)有限責(zé)任公司成立于1994年12月9日，是國(guó)家科技部批準(zhǔn)的“國(guó)家諧波傳動(dòng)技術(shù)研究推廣中心” 和 “諧波傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)工業(yè)性試驗(yàn)基地”，是我國(guó)第一個(gè)專業(yè)從事諧波傳動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)的高新技術(shù)實(shí)業(yè)公司。公司產(chǎn)品主要有以下 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列: XB1 單級(jí)諧波傳動(dòng)減速器和組件、XB2 內(nèi)嚙復(fù)波諧波傳動(dòng)減速器和組件、XB3 扁平式諧波傳動(dòng)減速器和組件以及 XBF相位調(diào)節(jié)器用諧波傳動(dòng)。目前，公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于航天、航空、信息、能源、電子、儀表、石化、印刷、包裝、機(jī)器人、機(jī)械、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域。
7、北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所
北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所成立于 1983 年，具有長(zhǎng)期的關(guān)于諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)的研發(fā)及為用戶服務(wù)的豐富經(jīng)驗(yàn)，是從事諧波傳動(dòng)及特種傳動(dòng)技術(shù)的研發(fā)銷售的專業(yè)化企業(yè)。主要研發(fā)銷售標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器、諧波傳動(dòng)組件及按用戶所需設(shè)計(jì)非標(biāo)電機(jī)套裝。公司于1993 年編寫制定 “諧波傳動(dòng)減速器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”，其代號(hào)為 GB/T14118-93。從 1991 年以來為滿足印刷、包裝機(jī)械開發(fā)出相位調(diào)節(jié)器，機(jī)床走刀機(jī)構(gòu)用快、慢運(yùn)動(dòng)的減速器，力求把新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料用于小速比 ( i≥40 ～50) 諧波減速器，以滿足對(duì)機(jī)械速度的要求，同時(shí)已經(jīng)研發(fā)出速比在 i≥100 ～ 20 000 大速比，以滿足另一些機(jī)械的要求。產(chǎn)品主要系列有 XBD 短筒系列、XB1 單級(jí)系列、XB2 復(fù)波系列以及 XB3 扁平系列。
