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2018年3月4至6日, 广州

29.09.2017 【干货】工业机器人的核心:RV减速机的前世今生

一、RV减速机的机械原理

 

  德国人劳伦兹·勃朗于1926年创造性地提出了一种少齿差行星传动机构,它是用外摆线作为齿廓曲线的,这就是最早期的针摆行星传动,由于两个啮合齿轮其中之一采用了针轮的形式,这种传动也被称做摆线针轮行星齿轮传动。

 

  RV传动一种全新的传动方式,它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的,不仅克服了一般针摆传动的缺点,而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。

  以RV-E型减速机为例

 

  输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮,按齿数比进行减速。这是第一减速部。

 

  直齿轮与曲柄轴相连接,变为第二减速部的输入。在曲柄轴的偏心部分,通过滚动轴承安装RV齿轮。另外,在外壳内侧仅比RV齿轮数多一个的针齿,以同等的齿距排列。

 

  如果固定外壳转动直齿轮,则RV齿轮由于曲柄轴的偏心运动也进行偏心运动。此时如果曲柄轴转动一周,则RV齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿。这个转动被输出到第2减速部的轴。将轴固定时,外壳侧成为输出侧。

 

  二、RV减速机对机器人的重要性

 

  机器人第一关节到第四关节全部使用RV减速机,轻载机器人第五关节和第六关节有可能使用谐波减速机。重载机器人所有关节都需要使用RV减速机。平均而言,每台机器人使用4.5台RV减速器。2013年世界机器人销量18万台,需使用减速机90万台。

 

  工业机器人的动力源一般为交流伺服电机,因为由脉冲信号驱动,其伺服电机本身就可以实现调速,为什么工业机器人还需要减速器呢?工业机器人通常执行重复的动作,以完成相同的工序;为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务,并确保工艺质量,对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。因此,提高和确保工业机器人的精度就需要采用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作用是传递更大的扭矩。当负载较大时,一味提高伺服电机的功率是很不划算的,可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩。此外,伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动,对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。

 

  精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比,机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。

 

  大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。相比于谐波减速器,RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部;行星减速器一般用在直角坐标机器人上。

 

  同时,RV减速机较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命,而且回差精度稳定,不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低,故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器,因此,该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。

 

  三、RV减速机发展编年史

 

  1、1926年 德国人劳伦兹·勃朗于创造性地提出RV减速机原理

 

  2、1931年 劳伦兹·勃朗在德国慕尼黑创建了“赛古乐”股份有限公司,最先开始了摆线减速器的制造和销售

 

  3、1939年,日本住友公司和“赛古乐”公司签定了技术合作协议,并生产销售;

 

  4、1944年,日本帝人精机成立,这个未来的RV减速机霸主,在飞机制造、纺织机械、机床等多个行业硕果累累;

 

  5、1950年-1960年,摆线磨床的出现,解决了摆线齿形的精度不高的难题,使摆线传动得到了进一步的发展。

 

  6、1956年,日本纳博克公司发售全球第一个自动门,在市场上展露头角。

 

  7、1980年左右,日本帝人精机提出RV传动理论,着手应用于机器人行业。

 

  8、1986年,日本帝人精机RV减速机正式大规模生产,取得成功;

 

  9、2003年,帝人精机和纳博克合并组成Nabtesco(纳博特斯克)公司,并取得快速发展,现在已成为RV减速机行业的领头羊,占据了60%以上的市场,特别在中/重负荷机器人上,其RV减速机市场占有率高达90%。

 

  四、中国RV减速机行业发展现状

 

  从2015到2017年,RV减速机今年预计能达到6W台,谐波减速机达到7-8W台。预计到2018年一定会有更大的增长,据中国机器人网了解:国产减速机市场量并没有某些激进媒体报道的那么大,也不如某些消极的媒体所说,国产减速机与国外产品相比没有竞争力。通过几年的发展和努力,到明年,国产和进口的RV和谐波减速机在中国市场上应该可以各占50%左右。

 

  在市场反馈上面,振康的减速机已经累计投放市场四年,没有出现任何重大的性能问题,在产品的一致性方面达到甚至超过进口产品;在寿命方面,目前市场上的产品最长使用无故障时间接近四年,并且仍处在良好的运行状态;在价格方面差距逐渐缩小,进口减速机比振康减速机价格高20%~30%,振康减速机比其它国产减速机品牌高约20%。

 

  现在日本纳博特斯克也在新建工厂,运用新技术来扩大产能。南通振康也在今年下半年着手建立减速机加工的无人化车间。就工艺和技术方面,国内外都已经很成熟了,但是在装配这一部分还实现不了。包括日本目前所有减速机的装配还是要依靠人工,这一块难度非常大,也是目前所有减速机厂商希望攻克的一个难关。

 

  据中国机器人网统计,2013年进口RV减速机价格至少在1万以上,振康售价是5千,经过四年市场的变化,现在日本减速机价格在6千左右,当然这不是市场价格的最终结果。减速机的性价比只有高到一定程度才能真正大批量服务于工业,最终才能服务于民众。南通振康技术部部长顾京君表示:他们今后的目标是在5千的价格基础上还能打个对折,这样进口减速机才能退出市场,甚至国产减速机才能出口。

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