全球工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)用精密減速機(jī)幾乎都是日本造

日本過去：欲征服世界，必先征服亞洲；欲征服亞洲，必先征服中國！

     中國現(xiàn)在：欲人類命運(yùn)共同體，必先亞洲命運(yùn)共同體；欲亞洲命運(yùn)共同體，必先中日命運(yùn)共同體！

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)。

01

作為傳統(tǒng)的制造強(qiáng)國，德國、意大利、日本等國家的減速機(jī)產(chǎn)品在材料、設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量控制、精度、功率密度、可靠性和使用壽命等方面處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。

在航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的推動(dòng)下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器需求加大，其中RV減速器和諧波減速器更是精密減速器中重要的兩種減速器。

精密減速機(jī)，是一種動(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。

▲Nabtesco減速機(jī)

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)不多，絕大多數(shù)市場(chǎng)份額都被日本企業(yè)占據(jù)：Nabtesco的RV減速器約占60%，Harmonica的諧波減速器約占15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用比例，是壓倒性的。

▲拆解精密減速機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機(jī)和納博克(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)，控制著很大的市場(chǎng)份額。

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。

▲工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)應(yīng)用精密減速機(jī)

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。

▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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。

▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器

諧波傳動(dòng)減速器是一種靠波發(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)。

▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器

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，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。

▲住友減速機(jī)

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，針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，一級(jí)減速效率可達(dá)94%。

《產(chǎn)業(yè)就是脊梁》

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02

作為精密機(jī)械工業(yè)的一個(gè)巔峰之作，減速機(jī)的技術(shù)門檻非常之高，RV減速機(jī)里面完全是由高精度的元件，齒輪相互嚙合，對(duì)材料科學(xué)，精密加工裝備，加工精度，裝配技術(shù)，高精度檢測(cè)技術(shù)提出了極高的要求。

國內(nèi)企業(yè)研發(fā)多是通過反向工程獲得數(shù)據(jù)，完全知其然而不知其所以然。所以盡管國內(nèi)有部分企業(yè)在技術(shù)水平上取得了重大突破，但國產(chǎn)減速器在精度的保持性、精度壽命和產(chǎn)品壽命上都存在研發(fā)難點(diǎn)，各項(xiàng)難點(diǎn)導(dǎo)致國產(chǎn)減速器的一致性較差，產(chǎn)品之間可復(fù)制性低。

另一方面，加工制造減速機(jī)零部件的設(shè)備都非常昂貴，比如美蓋勒平面磨床，單價(jià)折合人民幣就接近千萬元。在沒有足夠的產(chǎn)量支撐下，設(shè)備攤銷成本高得嚇人。

國產(chǎn)精密減速機(jī)成本比國外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手高，性能卻比對(duì)手差，銷量當(dāng)然不好，也不可能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)盈利。而沒有盈利，沒有批量就沒有足夠的資源進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)探索研發(fā)，也沒有辦法形成質(zhì)量控制，更沒有辦法改進(jìn)技術(shù)和性能。

目前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的減速機(jī)主要有兩種，一種是RV減速器，另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中，由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度，一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置，而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。

對(duì)于高精度機(jī)器人減速器，日本具備絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，目前全球機(jī)器人行業(yè)75%的精密減速機(jī)被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩家壟斷（業(yè)界俗稱RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)），包括ABB、FANUC、KUKA等國際主流機(jī)器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

據(jù)行業(yè)內(nèi)部人士透露，ABB、發(fā)那科、安川、庫卡等國際主流機(jī)器人整機(jī)廠商均由以上兩家日本公司提供減速機(jī)，并且與兩家公司有著非常苛刻的合作條件，即在使用這兩家公司產(chǎn)品時(shí)不能再使用別家的產(chǎn)品，否則將解除合作關(guān)系。

核心零部件一直限制著中國機(jī)器人的快速發(fā)展，如果我們想要形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化， 擺脫國外機(jī)器人企業(yè)的掣肘，在機(jī)器人領(lǐng)域贏得自主，必須要將減速器國產(chǎn)化加速提上日程。

《商社就是天網(wǎng)》

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下面我們就來看看這幾家知名機(jī)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(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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2. Harmonica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。

《財(cái)團(tuán)就是力量》

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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)減速器是由美國人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年獲得發(fā)明專利（美國專利號(hào)2906143），除此之外，這位曾在美國國防部工作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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3. SUMITOMO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)社共同出資在中國天津成立住友重機(jī)械減速機(jī)(中國)有限公司，并在2001年成立上海分公司作為其產(chǎn)品在中國的銷售總部，同時(shí)在上海的松江設(shè)有維修中心。

反觀國內(nèi)，我國對(duì)工業(yè)機(jī)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(yán)重依賴進(jìn)口。這嚴(yán)重制約了我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，特別是在我國工業(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。國務(wù)院印發(fā)的《中國制造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。”

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