帶你了解工業機器人的關節：精密減速機

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日本安川機器人揮刀削豌豆

來源：機械美學、機器人前沿

全文共 2470字，閱讀需要5分鐘

現今工業機器人的先進程度讓人嘆為觀止，尤其是那些靈動的5軸6軸機器人，具有如此多的關節，還能夠做到運動和指令的精確傳輸，各部位緊密配合完成複雜的工作，讓人不禁好奇它們的傳動系統到底是怎樣的，關節到底是什麼結構的呢？

說起關節，主要是指工業機器人最重要的基礎部件，也是運動的核心部件：精密減速機。這是一種精密的動力傳達機構，其利用齒輪的速度轉換器，將電機的迴轉數減速到所要的迴轉數，並得到較大轉矩的裝置，從而降低轉速，增加轉矩。

你造么，全球工業機器人的關節用到的精密減速機幾乎都是日本造的：日本人說跪，全球機器人沒幾個能站著。。。

目前全球能夠提供規模化且性能可靠的精密減速器生產企業不算多，全球絕大多數市場份額都被日本企業佔據，在工業用機器人關節上的精密減速器上，納Nabtesco(納博特斯克)產品的全球市場佔有率達60%，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速器市場佔有率高達90%。Harmonica（哈默納科）的諧波減速器約佔15%，還有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。

下面我們就來看看這幾家知名機器人減速器企業

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00後公司。實際上它是由帝人精機(Teijin Seiki，1944年成立)和納博克(Nabco，1956年生產了日本第一個自動門)這兩家日本公司強強合併組成。作為運動控制系統和零部件的生產商，這兩家公司都在其特定的業務領域，掌握了高端核心技術，控制了很高的市場份額，所以Nabtesco甫一成立，就位居同行業在日本乃至全世界的首位，世界上大多數機器人製造商均從Nabtesco的專利RV減速機獲益並帶來成功。

作為世界上最大的精密擺線針輪減速機製造商，Nabtesco生產高性能減速機、中空軸減速機，以及單軸伺服執行器和控制器。其生產的精密設備具有高扭矩、高剛性和高耐過載衝擊荷載能力的同時，兼有高精密和非常低的回程間隙，被廣泛應用於衛星、雷達天線、工業機器人、半導體和焊接技術等工業自動化領域。

Nabtesco有幾個小視頻能很直觀形象地其產品展示在各種工業機器人上的應用。其中一個6軸機器人的跟大家分享。

6軸機器人的關節

1944年帝人精機成立伊始，在飛機製造業開展業務，1947年進軍紡織機械製造領域，1955年開始製造飛行器零部件，1959年擴展至機床製造業。Nabtesco的RV減速器，前身正是帝人精機的主流產品，70年代開始作為挖掘設備驅動馬達的核心部件使用。80年代早期，應世界主要機器人製造商要求，帝人精機改進了RV減速器，使之更加精準可靠，符合機器人製造行業的嚴格要求。取得了精密擺線針輪RV減速機專利後，於1986年開始批量生產，從此開始為現代工業機器人的關節應用進行配套。

拆解開觀看內部結構

線路能很方便得從減速機中空的部分穿過。這樣的設計不僅轉矩更大，壓縮比更高，接近零側隙，而且還載入了一組更大的提供更大動量，並免去外部支撐設備的內角支撐軸。這樣一來，就進一步節省了成本，簡化了最終用戶的設計工作。

Nabtesco：Hollow center Gear

2. Harmonica哈默納科

日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運動控制的領軍企業，其生產的Harmonic Drive組合型諧波減速機，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉矩容量等特點，被廣泛應用於工業機器人、仿人機器人、半導體液晶生產裝置、光伏設備、光學儀器、精密機床等各種尖端領域。阿波羅月球車的電驅動車輪里的波動齒輪就是用哈默納科的產品哦~~

為了涵蓋諧波減速機所不能做到的低減速比領域，HDSI產品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機Harmonic Planetary。獨特的內齒圈形變工藝，可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙，已達到精密級的傳動誤差。

諧波傳動減速器（harmonic gear drive）是一種靠波發生器使柔性齒輪產生可控彈性變形，並與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運動和動力的齒輪傳動系統。諧波傳動減速器是由美國人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年獲得發明專利（美國專利號2906143），除此之外，這位曾在美國國防部工作15年的長壽發明家一生有250項重大發明，例如軍用無后座力步槍，飛機彈射器，水下爆炸試驗儀器等等。

聽上去象大一個行業品類，其實harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標。1960年美國USM公司首次將諧波傳動減速器成功投入運用，後來長谷川齒輪株式會社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)獲得了USM的生產許可。1970年10月，長谷川與USM各出資50%，在東京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.，漢譯哈默納科。

哈默納科是整體運動控制的領軍企業，其生產的HarmonicDrive組合型諧波減速機，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉矩容量等特點，被廣泛應用於工業機器人、仿人機器人、半導體液晶生產裝置、光伏設備、光學儀器、精密機床等各種尖端領域。

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所不能做到的低減速比領域，產品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(Harmonic Planetary)。獨特的內齒圈形變工藝，可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙，已達到精密級的傳動誤差。

諧波減速器拆解開觀看內部結構

諧波行星減速器Harmonic Planetary Gears

3. SUMITOMO住友

日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強之一的住友集團旗下的建設機械廠家，在世界範圍享有盛譽。住友產品在1967年憑藉自身技術開發研製了第一台液壓挖掘機之後，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機的身影。住友重機械工業株式會社 Sumitomo Drive Technologies住友重機械在日本便開始了電動機和減速機的自行製造生產。

住友減速機包含各種型號減速機，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機，住友斜齒輪減速機，住友蝸輪蝸桿減速機等。減速比大，效率高：一級傳動減速比為9~87，雙級傳動減速比為121～5133，多級混合可達數萬，且針齒嚙合系套式滾動摩擦，嚙合表面無相對滑動，故一級減速效率達94%。

1995年10月，由住友重機械工業株式會社和住友商事株式會社共同出資在中國天津成立住友重機械減速機(中國)有限公司，並在2001年成立上海分公司作為其產品在中國的銷售總部，同時在上海的松江設有維修中心。

反觀國內，我國對工業機器人用精密減速器的研究相比國外較晚，技術不成熟，與國外先進技術存在較大差距，形成了精密減速器不能自給自足的局面，嚴重依賴進口。這嚴重製約了我國工業機器人的發展，特別是在我國工業機器人逐漸產業化時期，工業機器人精密減速器的關鍵技術突破顯得更加迫切。國務院印發的《中國製造2025》提出，「突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、感測器與驅動器等關鍵零部件及系統集成設計製造等技術瓶頸。」

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