帶你了解工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)：精密減速機(jī)

　　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?

　　比如這個(gè)

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　　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。

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　　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)

　　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。

　　6軸機(jī)器人的關(guān)節(jié)

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　　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。

　　拆解開觀看內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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　　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。

　　Nabtesco：Hollow center Gear

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　　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。

　　諧波減速器拆解開觀看內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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　　諧波行星減速器Harmonic Planetary Gears

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　　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。”