工业机器人是一种通用机器,配备有存储装置和末端执行器,可以执行各种运动或过程以代替人工。通常在生产中,它可以代替工人做一些单调、频繁、重复的长期作业,或者在危险恶劣的环境中作业。可以提高生产效率和产品质量,是企业补充和替代劳动力的有效解决方案。
目前工业机器人的发展特点是速度快、精度高、机体结构紧凑、自由度多、刚性提高。关键区域也需要重负载或快速响应速度。例如,汽车生产中的焊接机器人大部分负载为150-300Kg,而电子领域的装配机器人则需要对装配线上的配件进行快速响应。
减速机是机械传动领域中连接动力源和执行器的中间装置。通常它是利用电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮与输出轴上的大齿轮啮合,达到减速和传递更大扭矩的目的。目前成熟、标准化的减速机有:圆柱齿轮减速机、涡轮减速机、行星减速机、行星齿轮减速机、RV减速机、摆线针轮减速机和谐波减速机。 1980、1990年代以来,在航空航天、机器人、医疗器械等新兴产业的发展需要下,需要结构简单紧凑、传动功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速机。其中,RV减速机是和谐的。减速机是精密减速机中两种重要的减速机。
RV(Rot-Vector)减速机
RV减速机是在摆线针轮传动的基础上发展起来的,具有二级减速和中心盘支撑结构。自1986年投放市场以来,以其传动比大、传动效率高、运动精度高、背隙小、振动小、刚性高、可靠性高等优点,一直是机器人的“御用”减速机。
谐波减速机
谐波减速器由谐波发生器、柔度理论和刚轮三部分组成,其工作原理是谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形,依靠柔轮和刚轮的啮合来传递动力并实现减速的目的;根据波发生器的不同,有凸轮、滚子和偏心盘。谐波减速器传动比大、外形小、零件数量少、传动效率高。单机传动比可达50-4000,传动效率高达92%-96%。
行星减速机
顾名思义,行星减速机就是三个行星齿轮围绕一个太阳轮旋转的减速机。行星减速机体积小、重量轻、承载能力高、使用寿命长、运行平稳、噪音低。具有单独功率分流和多齿啮合的特点;它是一种应用广泛的工业产品,其性能可与其他军用级行星减速机产品相媲美,但具有工业级产品的价格,应用于广泛的工业场合。
精密减速机在工业机器人上的作用
工业机器人的动力源一般为交流伺服电机。由于采用脉冲信号驱动,伺服电机本身可以实现调速。为什么工业机器人需要减速?工业机器人通常会执行重复的动作来完成相同的过程;为了保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工艺任务,保证工艺质量,工业机器人的定位精度和重复定位精度都很高。
因此,提高和保证工业机器人的精度需要使用RV减速器或谐波减速器。精密减速器在工业机器人中的另一个作用是传递更大的扭矩。负载较大时,一味加大伺服电机的功率是不划算的,在合适的转速范围内可以通过减速机提高输出扭矩。此外,伺服电机在低频运行下容易发热和低频振动,不利于保证长时间、周期性工作的工业机器人准确可靠运行。
精密减速机的存在,使伺服电机以合适的速度运行,并准确地将速度降低到工业机器人各部分所需的速度,提高了机械本体的刚性,输出更大的扭矩。与一般减速机相比,机器人关节减速机要求具有传动链短、体积小、功率大、重量轻、易于控制等特点。关节型机器人中广泛使用的减速器主要有两种:RV减速器和谐波减速器。
与谐波减速器相比,RV减速器具有更高的刚度和旋转精度。因此,在多关节机器人中,RV减速器一般放置在底座、手臂、肩部等重载位置;将谐波减速器放在前臂、手腕或手上;行星减速器一般用在笛卡尔机器人上。
减速机市场现状
目前机器人领域使用的减速器主要有两种,一种是RV减速器,另一种是谐波减速器。在多关节机器人中,由于RV减速器具有较高的刚性和旋转精度,因此RV减速器一般放置在机座、手臂、肩部等重载位置,而谐波减速器放置在前臂上。 . 、手腕或手。在高精度机器人减速机方面,日本具有绝对领先优势。目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和Harmonic Drive(业内俗称RV减速机、谐波减速机)垄断,包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速机由上述两家公司提供。其中,Harmonic Drive在工业机器人关节领域占有15%的市场份额。
据业内人士介绍,国际四大巨头精密减速机的进货价在3万元到5万元之间,卖给国内关系好的客户7万元左右,普通客户12万元左右,国内企业采购精密减速机的成本是国际巨头的两倍多,可见利润差距有多大。
2013年全球工业关节机器人减速机出货量为73万台,同比增长6%。目前,全球精密减速机市场基本被日本纳博茨克和德国口琴驱动所垄断。据上海机电公告,日本纳博特斯克2012年销售收入约为30亿,全球市场份额稳定在60%。
值得一提的是,日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究取得实质性突破,历时6-7年;南通振康、恒丰泰也用6-8年;可见,技术没有捷径可走。也就是说,目前国产RV减速机的发展水平在日本还停留在1980年代后期。
据一位不愿透露姓名的业内人士透露,ABB、发那科、安川、KUKA等国际主流机器人厂商均提供上述两家日本公司的减速机,并且与两家公司的合作非常严格。条件是在使用这两家公司的产品时,不能再使用其他公司的产品,否则合作关系将终止。
南通振康去年的年产量为200多台,产品已被国外ABB、KUKA、FANUC和国内Eft、Estun等多家机器人厂商试用。其中,Eft经过试用采购了数百个RV减速器产品。
核心部件一直制约着这款中国机器人的快速发展,因此尽快实现加速器国产化非常重要。