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2018-2019年中国机器人减速机发展:RV减速机,谐波减速机分析


RV 传动把少齿差摆线针轮减速传动和类行星传动合二为一,形成了一种具有两级减速的新型传动。基于以上原理,通过多根偏心轴把两种减速机构连接,构成了 RV 减速器。世界上极少有类似 RV 减速器的结构,把两种完全不同的减速机构紧密巧妙地合二为一。两种减速机构中,任何一种精度不足或者降低都会影响另一种减速机构的正常运行,所以 RV 减速器的原理结构就决定了其天生就要求极高的零部件精度,从而保证两种减速机构都能长久可靠运行。
RV减速机国内外发展现状

2018-2019年中国机器人减速机发展:RV减速机,谐波减速机分析
rv减速机
RV 减速器是由德国发明,但是未见批量生产及应用。目前国外 RV 减速器生产企业主要有日本纳博特斯克、日本住友和斯洛伐克 SPINEA。其中,日本纳博特斯克通过十年研发,近三十年市场应用,其产品性能非常稳定可靠,市场占有率超过 80%,世界机器人四大家族基本全部采用该公司产品。日本住友早期研制的 RV 减速器都采用单偏心轴机构,转矩和抗冲击能力不及日本纳博特斯克产品, 所以迟迟未能扩大应用范围。近几年,日本住友也开始推出与日本纳博特斯克结构几乎一致的产品,采用至少两根以上偏心轴连接两级减速机构,大大提高了产品转矩和抗冲击能力。斯洛伐克 SPINEA 的减速器产品由于不具备类行星减速传动,所以是否归属于 RV 减速器产品系列是存在争议的。该产品是结合了高精度摆线齿轮和径向-轴向轴承在一个单元内的新型传动结构。由于该减速器没有类行星结构,所以噪音极低。同时又采用高精度双十字滑块结构,使得减速器的输出精度极高。所以斯洛伐克 SPINEA 减速器产品更多地用于医疗及摄像等高端领域。该减速器也有不足的地方:一是和早期的日本住友减速器一样采用单偏心轴结构, 并且摆线传动的滚针较细,导致减速器的转矩和抗冲击能力不及日本纳博特斯克产品;二是该减速器结构需要极高的加工精度,导致量产困难,产品成本偏高, 售价昂贵。
随着国产机器人市场的兴起,国内诸多企业开始立志于攻克 RV 减速器技术。
目前国内 RV 减速器生产企业主要有南通振康、陕西秦川、浙江双环和宁波中大。这四家公司的产品结构与日本纳博特斯克的基本一致,同时都进行了一些创新改造。由于起步较晚,国内 RV 减速器生产厂家的品牌认可度都远不及日本产品, 生产规模也不及日本纳博特斯克的十分之一。但由于采用了最新的高精度生产设备,国内某些 RV 减速器生产企业的产品性能已经能达到日本水平,能够满足于工业机器人等高端领域的需求。
产品特点
RV 减速器产品是当今世界上同等体积下,刚度和精度协同达到最高的产品。除了高刚度和高精度外,RV 减速器还具备极强的抗冲击能力、较小的噪音和较高的疲劳寿命。其优异的综合性能是其它任何减速器无法取代的,所以在中大型负载机器人上几乎全部采用 RV 减速器产品。
未来发展趋势
未来 RV 减速器的发展主要有两个方向:性能订制化和生产精益化。
除工业机器人外,RV 减速器未来还会大量应用于其它自动化领域。这就对RV 减速器提出了诸多的性能要求,例如半封闭结构、全封闭结构、质量轻量化和噪音低量化。日本纳博特斯克已经在 RV 结构的基础上逐步推出了封闭式结构的RD 系类减速器产品和质量轻量化的 N 系列减速器产品。国内南通振康近年推出了噪音低量化的新型 RV 减速器产品。
随着全球智能制造的高速发展,对 RV 减速器产品的需求越来越大。国内外现有 RV 减速器的年产量已经不能满足全球市场需求。严控生产成本并且快速高效生产出合格的 RV 减速器产品成为未来主要发展方向,即大批量生产出更具性价比优势的 RV 减速器产品。目前,日本纳博特斯克的年产能已经超过 50 万台, 正在向年产 100 万台进军。国内率先实现 RV 减速器量产的南通振康,2018 年的产能不足 5 万台。国内所有 RV 减速器制造商产能累计也不超过 10 万台,急需加快实现精益化生产。
概念及范畴
减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用。它把电动机、内燃机或其他高速运转的动力通过减速器的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到降低转速,增加转矩的目的。减速器种类及型号繁多,按照控制精度划分,减速器可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动减速器控制精度低,可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长,更加可靠稳定,应用于机器人、数控机床等高端领域。精密减速器种类较多,包括 RV 减速器、谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器、滤波齿轮减速器等,目前工业机器人领域适用较多的精密减速器是 RV 减速器和谐波减速器。
根据 GB/T 30819-2014《机器人用谐波齿轮减速器》定义,谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波,通过与刚轮的相互作用,实现运动和动力传递的传动装置。其输入和输出转向相反,即:波发生器输入,刚轮固定,柔轮输出;或柔轮固定,钢轮输出。谐波减速器的精度等级根据其传动误差和空程来衡量:传动误差≤30 弧秒的减速器属于高精密级减速器;30 弧秒<传动误差≤1 弧分的减速器属于精密级减速器;1 弧分<传动误差≤3 弧分的减速器属于普通级减速器。

2018-2019年中国机器人减速机发展:RV减速机,谐波减速机分析
谐波减速机
一、国外发展现状
市场规模:近年来,全球工业机器人行业保持快速发展。据 IFR 统计,2017 年,全球工业机器人销量达到 38.1 万台,同比增长 29.5%;销售额达到 154 亿美元。受此带动,作为工业机器人的核心零部件,精密减速器市场迎来高速发展, 市场规模接近 50 亿美元。
产品供给:精密减速器市场总体呈现供不应求的局面,纳博特斯克、哈默纳
科等主要厂商普遍存在产能受限、交货周期拉长的情况,2017 年纳博特斯克的供货期为 4.5 个月左右,哈默纳科供货期在 6 个月以上。为满足市场需求,纳博特斯克、哈默纳科等国际巨头纷纷扩大生产。
竞争格局:全球精密减速器行业为寡头垄断格局,市场主要被两大日系企业纳博特斯克(RV 减速器供应商)和哈默纳科(谐波减速器供应商)垄断,其中纳博特斯克占据约 60%的市场份额,哈默纳科占据约 15%的市场份额。
市场特点:(1)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数量很少,日系企业掌握精密减速器行业的话语权。(2)受工业机器人市场快速增长影响,精密减速器企业纷纷扩大产能,并逐渐将工厂设在机器人主要应用市场国。
二、国内发展现状
市场规模:中国作为全球最大的工业机器人市场,精密减速器市场规模迅速扩大。根据 IFR、电子工程世界网、方正证券研究所推算,2017 年,中国精密减速器市场规模为 37.3 亿元,同比增长 33.4%。
产品供给:基于靠近市场、靠近客户的有利优势,国内精密减速器生产企业供货周期较短,首次订单交货期在 3 个月左右,二次及后期订单交货期在 2 个月左右,客户响应速度较快。
竞争格局:国内谐波减速器企业崛起较快,如苏州绿的、北京谐波传动所、中技克美等,尤其以绿的谐波进展最为迅速,下游客户近千家,包含新松机器人、埃夫特和新时达等国内著名机器人生产商。2017 年苏州绿的谐波减速器的生产能力达到 20 万台,在国内机器人谐波减速器市场的渗透率超过 80%。
市场特点:(1)外资厂商占据绝对垄断地位,市场份额超过 70%;(2)外资厂商对国内企业采取差别化定价策略,国内企业采购的精密减速器价格要高于国外企业 20%以上,且供货期较长;(3)随着技术逐渐成熟,以绿的谐波为首的国产谐波减速器企业快速崛起,正逐步实现进口替代。
9.3 产品特点
目前,工业机器人领域适用较多的 RV 减速器和谐波减速器各具特点,适用于不同场景,相辅相成。在多关节机器人中,一般将 RV 减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。
图表 20:各类减速器优缺点对比

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各类减速机优势对比
一般来说,工业机器人的每个关节都需要配备一台减速器。一台六轴工业机器人需要搭配 6 台减速器,负载 10KG 以下机器人以谐波减速器为主,10-20KG 的机器人小臂、手腕关节可以采用谐波减速器,其他位置主要需要使用 RV 减速器(3-5 个),而 20KG 以上的则基本上使用 RV 减速器。SCARA 机器人包含 4 个谐波减速器,而 DELTA 机器人的电机安装在固定基座上,需 1 个谐波减速器。
未来发展趋势
一、多重因素推进精密减速器国产替代加速进行
目前,我国已将突破机器人关键核心技术作为科技发展的重要战略,国内一些厂商攻克了精密减速器的部分难题,如南通振康成功开发了 300Kg 以下机器人使用的 RV 减速器,并拥有近 300 家机器人制造商客户;绿的谐波生产的谐波减速器在性能上已经可以与国外产品相媲美,并形成了年产 20 万台的生产能力。未来,随着国内企业生产的精密减速器产品在性能上与国外企业逐渐接近,但在价格、交货周期、现场服务能力、售后响应速度方面的优势不断突出,国产替代将加速推进。
二、机器人产品结构调整推动谐波占比快速提升
随着工业机器人在汽车制造领域的应用日益饱和,3C 等领域将成为工业机器人的重要应用方向,推动其向小型化方向发展。此外,随着研发水平提升、工艺设计创新以及新材料的投入使用,工业机器人向小型化、轻型化、柔性化发展变为可能,近年来协作机器人的快速发展就是很好的佐证。而在小型机器人领域, 由于谐波减速器的传动效率高、传动精度高、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动、成本低等优势,将推动谐波减速器的使用数量快速提高,在精密减速器中的占比大幅提升。
三、精密减速器应用领域持续拓展
随着技术的日益成熟,精密减速器越来越体现出高精度、高钢性、高负载、传动效率高、高速比、高寿命、低惯性、低振动、低噪音、低温升、外观美、结构轻小、安装方便等诸多优点,其应用领域将从工业机器人领域快速拓展到数控机床、航空航天、医疗器械、卫浴陶瓷、新能源等多个领域,展示出其广阔的发展前景。如在数控机床领域,加装精密减速器后,可以减轻数控机床伺服马达负荷、降低机械故障率、提高精密度,进而增加机械寿命。
四、机电一体化成为零部件企业未来的发力方向
对于机器人系统集成企业来讲,其需要采购除精密减速器、伺服系统、控制器等核心零部件外的上百个零部件,迫切需要市场上出现对某些零部件进行模块化集成的模组,降低采购种类,减少安装环节、提高集成效率,即机电一体化成为行业发展的重要趋势。在这种趋势下,国内外领跑企业纷纷开发一体化模块, 如国际谐波减速器巨头日本哈默纳科提出了“整体运动控制”,将谐波减速器与电机、传感器等组合,提供高附加值模块化产品;科尔摩根发布 RGM 机器人关节模组,探索提供机器人关节解决方案。
五、服务能力和响应速度成为企业的重要竞争力
随着机器人行业多年的快速发展,机器人产品的成熟与供需逐渐趋向平衡,
要求精密减速器企业加强技术服务和响应速度等方面的能力建设。一方面,机器人厂商在为下游客户提供系统解决方案时,越来越需要上游核心零部件厂商的技术支持,需要精密减速器企业发挥技术、产品、服务等整体优势,加快响应速度, 提升将行业空间转化为订单的能力;另一方面,随着机器人的应用场景越来越多, 不同场景的个性化需求随之增加,如何通过及时的技术服务能力取得客户信任, 并随后通过快速的产品设计、制造、供货满足客户需求,是精密减速器企业核心竞争力的重要体现。
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estun折弯机器人
文章转载自:《2018年中国机器人产业白皮书》

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