工業(yè)機(jī)器人的核心：RV減速機(jī)的前世今生
一、RV減速機(jī)的機(jī)械原理
德國人勞倫茲·勃朗于1926年創(chuàng)造性地提出了一種少齒差行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是用外擺線作為齒廓曲線的，這就是最早期的針擺行星傳動(dòng)，由于兩個(gè)嚙合齒輪其中之一采用了針輪的形式，這種傳動(dòng)也被稱做擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)。
RV傳動(dòng)一種全新的傳動(dòng)方式，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動(dòng)的缺點(diǎn)，而且因?yàn)榫哂畜w積小、重量輕、傳動(dòng)比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。
以RV-E型減速機(jī)為例
第1減速部…正齒輪減速機(jī)構(gòu)
輸入軸的旋轉(zhuǎn)從輸入齒輪傳遞到直齒輪，按齒數(shù)比進(jìn)行減速。這是第一減速部。
第2減速部…差動(dòng)齒輪減速機(jī)構(gòu)
直齒輪與曲柄軸相連接，變?yōu)榈诙p速部的輸入。在曲柄軸的偏心部分，通過滾動(dòng)軸承安裝RV齒輪。另外，在外殼內(nèi)側(cè)僅比RV齒輪數(shù)多一個(gè)的針齒，以同等的齒距排列。
如果固定外殼轉(zhuǎn)動(dòng)直齒輪，則RV齒輪由于曲柄軸的偏心運(yùn)動(dòng)也進(jìn)行偏心運(yùn)動(dòng)。此時(shí)如果曲柄軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，則RV齒輪就會(huì)沿與曲柄軸相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒。這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)被輸出到第2減速部的軸。將軸固定時(shí)，外殼側(cè)成為輸出側(cè)。
二、RV減速機(jī)對(duì)機(jī)器人的重要性
機(jī)器人第一關(guān)節(jié)到第四關(guān)節(jié)全部使用RV減速機(jī)，輕載機(jī)器人第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)有可能使用諧波減速機(jī)。重載機(jī)器人所有關(guān)節(jié)都需要使用RV減速機(jī)。平均而言，每臺(tái)機(jī)器人使用4.5臺(tái)RV減速器。2013年世界機(jī)器人銷量18萬臺(tái)，需使用減速機(jī)90萬臺(tái)。
工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源一般為交流伺服電機(jī)，因?yàn)橛擅}沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其伺服電機(jī)本身就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，為什么工業(yè)機(jī)器人還需要減速器呢？工業(yè)機(jī)器人通常執(zhí)行重復(fù)的動(dòng)作，以完成相同的工序；為保證工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務(wù)，并確保工藝質(zhì)量，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定位精度和重復(fù)定位精度要求很高。因此，提高和確保工業(yè)機(jī)器人的精度就需要采用RV減速器或諧波減速器。精密減速器在工業(yè)機(jī)器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，一味提高伺服電機(jī)的功率是很不劃算的，可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過減速器來提高輸出扭矩。此外，伺服電機(jī)在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動(dòng)，對(duì)于長時(shí)間和周期性工作的工業(yè)機(jī)器人這都不利于確保其精確、可靠地運(yùn)行。
精密減速器的存在使伺服電機(jī)在一個(gè)合適的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機(jī)器人各部位需要的速度，提高機(jī)械體剛性的同時(shí)輸出更大的力矩。與通用減速器相比，機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。
大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。相比于諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。因此在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中，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；行星減速器一般用在直角坐標(biāo)機(jī)器人上。
同時(shí)，RV減速機(jī)較機(jī)器人中常用的諧波傳動(dòng)具有高得多的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故世界上許多國家高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。
三、RV減速機(jī)發(fā)展編年史
1、1926年 德國人勞倫茲·勃朗于創(chuàng)造性地提出RV減速機(jī)原理
2、1931年 勞倫茲·勃朗在德國慕尼黑創(chuàng)建了“賽古樂”股份有限公司，最先開始了擺線減速器的制造和銷售
3、1939年，日本住友公司和“賽古樂”公司簽定了技術(shù)合作協(xié)議，并生產(chǎn)銷售；
4、1944年，日本帝人精機(jī)成立，這個(gè)未來的RV減速機(jī)霸主，在飛機(jī)制造、紡織機(jī)械、機(jī)床等多個(gè)行業(yè)碩果累累；
5、1950年-1960年，擺線磨床的出現(xiàn)，解決了擺線齒形的精度不高的難題，使擺線傳動(dòng)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。
6、1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個(gè)自動(dòng)門，在市場上展露頭角。
7、1980年左右，日本帝人精機(jī)提出RV傳動(dòng)理論，著手應(yīng)用于機(jī)器人行業(yè)。
8、1986年，日本帝人精機(jī)RV減速機(jī)正式大規(guī)模生產(chǎn)，取得成功；
9、2003年，帝人精機(jī)和納博克合并組成Nabtesco（納博特斯克）公司，并取得快速發(fā)展，現(xiàn)在已成為RV減速機(jī)行業(yè)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了60%以上的市場，特別在中/重負(fù)荷機(jī)器人上，其RV減速機(jī)市場占有率高達(dá)90%。
四、中國RV減速機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
從2015到2017年，RV減速機(jī)今年預(yù)計(jì)能達(dá)到6W臺(tái)，諧波減速機(jī)達(dá)到7-8W臺(tái)。預(yù)計(jì)到2018年一定會(huì)有更大的增長，從上圖看來，中國機(jī)器人網(wǎng)記者認(rèn)為：國產(chǎn)減速機(jī)市場量并沒有某些激進(jìn)媒體報(bào)道的那么大，也不如某些消極的媒體所說，國產(chǎn)減速機(jī)與國外產(chǎn)品相比沒有競爭力。通過幾年的發(fā)展和努力，到明年，國產(chǎn)和進(jìn)口的RV和諧波減速機(jī)在中國市場上應(yīng)該可以各占50%左右。
在市場反饋上面，振康的減速機(jī)已經(jīng)累計(jì)投放市場四年，沒有出現(xiàn)任何重大的性能問題，在產(chǎn)品的一致性方面達(dá)到甚至超過進(jìn)口產(chǎn)品；在壽命方面，目前市場上的產(chǎn)品最長使用無故障時(shí)間接近四年，并且仍處在良好的運(yùn)行狀態(tài)；在價(jià)格方面差距逐漸縮小，進(jìn)口減速機(jī)比振康減速機(jī)價(jià)格高20%~30%，振康減速機(jī)比其它國產(chǎn)減速機(jī)品牌高約20%。
現(xiàn)在日本納博特斯克也在新建工廠，運(yùn)用新技術(shù)來擴(kuò)大產(chǎn)能。南通振康也在今年下半年著手建立減速機(jī)加工的無人化車間。就工藝和技術(shù)方面，國內(nèi)外都已經(jīng)很成熟了，但是在裝配這一部分還實(shí)現(xiàn)不了。包括日本目前所有減速機(jī)的裝配還是要依靠人工，這一塊難度非常大，也是目前所有減速機(jī)廠商希望攻克的一個(gè)難關(guān)。
據(jù)中國機(jī)器人網(wǎng)了解，2013年進(jìn)口RV減速機(jī)價(jià)格至少在1萬以上，振康售價(jià)是5千，經(jīng)過四年市場的變化，現(xiàn)在日本減速機(jī)價(jià)格在6千左右，當(dāng)然這不是市場價(jià)格的最終結(jié)果。減速機(jī)的性價(jià)比只有高到一定程度才能真正大批量服務(wù)于工業(yè)，最終才能服務(wù)于民眾。南通振康技術(shù)部部長顧京君表示：他們今后的目標(biāo)是在5千的價(jià)格基礎(chǔ)上還能打個(gè)對(duì)折，這樣進(jìn)口減速機(jī)才能退出市場，甚至國產(chǎn)減速機(jī)才能出口。
參考資料：
https://www.4ann.com/member/invite.php?user=sinyet
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