国产机器人突破之路 减速器是关键

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减速器是机器人的关键零部件,成本占到整台机器人生产成本的三分之一。中国对机器人减速器研究较晚,技术不成熟,目前严重依赖进口,减速器是制约我国机器人产业发展的关键因素,攻克减速器技术是国内机器人企业产业化的必然选择。

机器人减速器分类

机器人减速器,按结构不同可以分为五类:谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。在精度、扭矩、刚度、传送效率等衡量减速器的各个性能指标上,它们各有不同。其中,RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。

RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。世界75%的精密减速器市场被日本的Harmonica Drive和Nabtesco占领,其中Nabtesco生产RV减速器,约占60%的份额,Hamonica Drive生产谐波减速器,约占15%的份额。

机器人减速器市场规模

中国正在服役的机器人已占全球总量的9%左右,2015年中国市场工业机器人达7500台,同比增长36.6%,整体而言,机器人市场需求只增不降。在多种因素的引诱下,工业机器人产业的发展速度将再次提速,步入历史上的第二个繁荣发展期,或将比第一次浪潮还将巨烈。

随着我国工业机器人应用市场的快速发展,工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。一般情况下,一台工业机器人需要的减速器个数为4-6台。2015年我国工业机器人减速器市场规模约为11.5亿元,随着未来工业机器人的发展,中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。

全球范围内机器人将会越来越普及,预计到2020年,服务机器人年销售收入有望超过300亿元人民币。工业机器人再加上日益走入人们生活中的服务机器人,对于减速机行业来说,未来的前景十分看好。

国产机器人用减速器现状

目前中国机器人的处境依然很严峻,其中最典型的是在机器人核心技术上缺乏整体的突破。核心零部件主要分成三部分,机器人减速器、交直流伺服电机和控制器。从成本上来说,目前全球机器人产业的成本构成,35%左右是减速器,20%左右是伺服电机,15%左右是控制系统,机械加工本体可能只占15%左右,其他的部分主要就是应用。可以看出,减速器是制约机器人产业发展的关键因素,而减速器的核心技术,几乎垄断在两家日本企业纳博特斯克(Nabtesco)和哈默纳科(Harmonicdrive)手上,我国所有的机器人企业都在给日本企业打工。

关键部件进口比例较高,导致现在国内制造机器人成本较高。特别是减速机,国内企业购买减速机的价格是国外企业的价格的将近5倍。这样国产机器人难以形成价格优势,只有年产量上500-1000台,才有一定的规模效应。因此,中国如果想要形成机器人产业化, 摆脱国外机器人企业的掣肘,在机器人领域赢得自主,必须要将减速器国产化加速提上日程。

RV减速器在国际上仅有极少数国家能生产,最近几年,虽然国内也有量产的RV减速器,产品性能指标短期内能达到要求,但由于质量控制和工艺的问题,很容易磨损报废,所以鲜有国产机器人企业选用,中国市场的减速器普遍还依赖进口。

其实在“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攻关阶段。

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减速器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。

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