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我国机器人用减速机市场现状

2021年08月17日 庆阳机械设备网

我国机器人用减速机市场现状

国外精密减速机市场发展概况

国外的减速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好。日本住友重工研制的FA型高精度减速器,美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器,在传动原理和结构上与本项目类似或相近,都为目前先进的齿轮减速器。目前,减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。因此,除了不断改进材料品质、提高工艺水平外,还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新,平动齿轮传动原理的出现就是一例。减速器与电动机的连体结构,也是大力开拓的形式,并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。目前,超小型的减速器的研究成果尚不明显。在医疗、生物工程、机器人等领域中,微型发动机已基本研制成功,美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围,如能辅以纳米级的减速器,则应用前景远大。

国外在先进减速机的设计生产上已经十分成熟,一些知名生产商已经拥有一百余年的减速机生产经验,市场份额也十分可观。比如西门子公司旗下FLENDER减速机是目前业内最大减速机供应商,在产品结构设计、制造方面具有很高的造诣。国外减速机在食品、电力、建筑、矿业、水利等诸多行业都有着广泛的应用,其制造生产标准相比国内也更高,我国的硬齿面减速机标准也来源于西门子公司的生产标准。国内减速机的发展历史也有近40年,生产厂家数目众多,形式也多样,目前,国内各类通用减速器的标准系列已达数百个,基本可满足各行业对通用减速器的需求。但是与国外相比我国减速机水平仍然有较大差距,同国外外减速器行业存在的比较突出的问题是,行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低。

工业机器人减速机生产企业主要是日本公司,纳博特斯克、哈默纳科、住友是其中的主要代表公司,现在纳博特斯克公司由帝人制机株式会社和纳博克株式会社于2003 年合并组成。纳博特斯克和哈默纳科两家公司占据工业机器人七成以上的减速机市场,纳博特斯克优势产品是RV 减速机,哈默纳科的优势产品是谐波减速机。其中日本纳博是一家从事尖端核心部件的跨国企业,主要从事静液压驱动装置、液压装置、减速装置及其部件的研发、制造。自1985 年发明至今,日本纳博的精密减速机累计已向全球销售400 万台,2014年销售额达442 亿日元(约合人民币30 亿),营业利润达80 亿日元(约合人民币6 亿)。日本纳博精密减速机扭矩大且精度高,高刚性且抗震性强,尤其产品质量保障期超长(根据不同应用领域环境从50 年-100 年),成为全球汽车工业机器人制造商的独家选择。20 多年来,日本纳博精密减速机全球市场占有率稳居60%,持续保持世界第一。其次是韩国的减速机,韩国减速机一直以来用于军用,前些年在工业机器人市场很少推广,近两年开始大力在工业机器人推广,以SEJINIGB、韩中减速机等为例。

我国机器人用减速机产业发展环境分析

减速机在我国的发展已有近40年的历史,广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域。产品已从最初单一的摆线减速机,发展到现在五大类产品,即摆线减速机、无级变速器、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、电动滚筒。据初步统计,减速机用量比较大的行业主要有:电力机械、冶金机械、环保机械、电子电器、筑路机械、化工机械、食品机械、轻工机械、矿山机械、输送机械、建筑机械、建材机械、水泥机械、橡胶机械、水利机械、石油机械等,这些行业使用减速机产品的数量已占全国各行业使用减速机总数的60%~70%。

机器人产业是未来十年国内成长性最快的行业,作为国家新兴战略产业之一,机器人技术体现着国家科技的综合实力。攻克机器人核心零部件技术是国内机器人企业产业化的必然选择。

精密减速器是工业机器人可靠、精确运行不可或缺的零部件与通用减速器相比,机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类:RV 减速器和谐波减速器。精密减速器使机器人伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。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。

当前中国工业机器人用减速机技术发展现况与技术成熟度分析

1.RV减速机

RV减速机工作原理 RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型传动。 RV减速机是由渐开线圆柱齿轮行星减速机构和摆线针轮星减速机构二部分构成。 渐开线形行星齿轮与曲柄连成一体,作为摆线针轮传动部分的输入。 曲柄轴带动摆线轮作偏心运动。 曲柄轴向顺时针方向旋转1周,摆线轮将沿逆时针方向移动1个齿 RV减速机的核心部件为针齿壳、曲柄轴、摆线轮。

RV减速机在国际上仅有极少数国家能生产,“十二五”时期,国家“863”计划将其列入重点攻克的技术瓶颈。国内顶尖大学和科研机构几年攻关也只有论文,没有实物。近两年随着工业机器人的发展有部分企业开始投资研发国产RV减速机,目前大多数处在技术研发和公关阶段。

RV减速器的技术难点在于该部件需要保证传递很大的扭矩,承受很大的过载冲击,并保证预期的工作寿命,因而在设计上使用了过定位结构,这使得零件加工精度要求极高,加工十分困难,机器人其规模化生产的重要制约则在于加工设备和加工工艺。国产RV减速机在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小,但在扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显,由于材料和工艺水平差距,耐疲劳强度方面差距也比较明显。预计国产减速机在未来一段时间主要发展方向在于技术突破和完善,市场方面,首先进入中低端工业机器人市场,在2016 年以后才可能进入汽车生产线焊接机器人等高端产品,但减速机的国产化会大幅降低国产工业机器人成本。

国产RV减速机目前在材料,工艺,配合,精度,耐磨性,材料,热处理,轴承等方面需要改进。

我国机器人用减速机市场现状

图1、国产RV减速机与国外产品主要差距示意图

图2、某国产RV减速机效率情况

2.谐波减速机

谐波减速机是机器人实现运动功能的核心部件,是轻型工业机器人和机械臂可靠、精确运行不可或缺的部件,它可以使机器人的伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降低到机器人各部位需要的速度,在提高机械本体刚性的同时可输出更大的扭矩。谐波传动的构成:仅三个基本零部件, 波发生器,由外周嵌有薄壁滚珠轴承的椭圆形凸轮组成。轴承内圈固定在凸轮上,外圈通过滚珠实现弹性变形。通常安装在输入轴上。 柔轮,具有薄壁结构的金属弹性体部件。开口部外周加工有齿轮。通常安装在输出轴上。刚轮刚体环状部件。内周加工有齿轮,比柔轮多两个轮齿。通常固定在外壳上。

国产谐波减速机与国外减速机在技术等方面已经几乎没多大差距,甚至在某些方面超过国外谐波减速机性能。

我国机器人用减速机市场现状

国内主要代表企业投资减速机发展情况