諧波減速器的案例
工業(yè)機(jī)器人精密減速器的應(yīng)用及現(xiàn)狀
減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。目前成熟并標(biāo)準(zhǔn)化的減速器有：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星減速器、行星齒輪減速器、RV減速器、擺線針輪減速器和諧波減速器。80-90年代以來，在新興產(chǎn)業(yè)如航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的需求下，需要結(jié)構(gòu)簡單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器，其中RV減速器和諧波減速器是精密減速器中重要的兩種減速器。
RV（Rot-Vector）減速器
RV減速器是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有二級(jí)減速和中心圓盤支承結(jié)構(gòu)。自1986年投入市場(chǎng)以來，因其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人的“御用”減速器。
諧波減速器
諧波減速器由三部分組成：諧波發(fā)生器、柔性論和剛輪，其工作原理是由諧波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形，靠柔輪與剛輪嚙合來傳遞動(dòng)力，并達(dá)到減速的目的；按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤式。諧波減速器傳動(dòng)比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少且傳動(dòng)效率高。單機(jī)傳動(dòng)比可達(dá)到50-4000，而傳動(dòng)效率高達(dá)92%-96%。
行星減速器
行星顧名思義行星減速器就是有三個(gè)行星輪圍繞一個(gè)太陽輪旋轉(zhuǎn)的減速器。行星減速器體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性；是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品，其性能可與其它軍品級(jí)行星減速器產(chǎn)品相媲美，卻有著工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的價(jià)格，被應(yīng)用于廣泛的工業(yè)場(chǎng)合。
精密減速器在工業(yè)機(jī)器人上的作用
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？
展開 這樣講解諧波減速器，是不是特別清楚？
今天分享一下諧波減速器的原理，來自國外專家Jetpack Academy的講解，翻譯來自B站@一碗洲。
靜下心來，是不是都能聽明白了，講解的很直觀生動(dòng)。接下來，分享一下
關(guān)于諧波減速器的資料
。
什么是諧波齒輪？
諧波齒輪是一種獨(dú)特的機(jī)械齒輪系統(tǒng)，在緊湊輕便的包裝中允許很高的減速比。與傳統(tǒng)的齒輪系統(tǒng)（例如斜齒輪或行星齒輪）相比，它在相同的空間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)30倍的更高減速比。除此之外，它還具有零齒隙特性，高扭矩，準(zhǔn)確性和可靠性。因此，該齒輪系統(tǒng)可用于許多應(yīng)用，包括機(jī)器人技術(shù)、航空航天、醫(yī)療機(jī)器、銑床和制造設(shè)備等。
諧波傳動(dòng)是1957年由沃爾頓·穆塞發(fā)明的。
它是如何工作的？
諧波傳動(dòng)有三個(gè)關(guān)鍵部件，一個(gè)波形發(fā)生器，一個(gè)撓性花鍵和一個(gè)圓形花鍵。
波形發(fā)生器為橢圓形，由一個(gè)橢圓形輪轂和一個(gè)特殊的薄壁軸承組成，軸承遵循輪轂的橢圓形。這是齒輪組的輸入，它連接到電機(jī)軸上。
當(dāng)波形發(fā)生器旋轉(zhuǎn)時(shí)，它產(chǎn)生波浪運(yùn)動(dòng)。
撓性花鍵有一個(gè)圓柱形的杯狀結(jié)構(gòu)，由柔韌但抗扭的合金鋼材料制成。杯子的側(cè)面很薄，但是底部又厚又硬。
杯子的開口端是柔性的，但是封閉端是相當(dāng)剛性的，因此我們可以將它用作輸出端，并將輸出法蘭連接到其上。撓性花鍵在杯的開口端有外齒。另一方面，圓形花鍵是一個(gè)內(nèi)部有齒的剛性環(huán)。圓弧花鍵比柔輪花鍵多兩個(gè)齒，這實(shí)際上是應(yīng)諧波傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)。
因此，當(dāng)我們將波形發(fā)生器插入Flex樣條曲線時(shí)，F(xiàn)lex樣條曲線將采用波形發(fā)生器的形狀。
展開 被日本壟斷的精密減速器，到底牛在哪？
▲工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)應(yīng)用精密減速機(jī)
日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
▲Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
諧波傳動(dòng)減速器是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
▲Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù)，開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
▲住友減速機(jī)
住友減速機(jī)包含各種型號(hào)減速機(jī)，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機(jī)，住友斜齒輪減速機(jī)，住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大，效率高，針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，一級(jí)減速效率可達(dá)94%。
02
作為精密機(jī)械工業(yè)的一個(gè)巔峰之作，減速機(jī)的技術(shù)門檻非常之高，RV減速機(jī)里面完全是由高精度的元件，齒輪相互嚙合，對(duì)材料科學(xué)，精密加工裝備，加工精度，裝配技術(shù)，高精度檢測(cè)技術(shù)提出了極高的要求。
國內(nèi)企業(yè)研發(fā)多是通過反向工程獲得數(shù)據(jù)，完全知其然而不知其所以然。
展開 國產(chǎn)減速器迎快速快發(fā)展期
減速機(jī)行業(yè)在我國發(fā)展歷史已有近40年，減速機(jī)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)及國防工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。目前，減速機(jī)用量比較大的行業(yè)主要有：工業(yè)機(jī)器人、電力機(jī)械、冶金機(jī)械、環(huán)保機(jī)械、電子電器等，這些行業(yè)使用減速機(jī)產(chǎn)品的數(shù)量已占全國各行業(yè)使用減速機(jī)總數(shù)的40%~60%。
RV減速器或?qū)⑷〈?em>諧波減速器
工業(yè)機(jī)器人用減速器主要分為5類，分別是：（1）諧波齒輪減速器；（2）擺線針輪行星減速器；（3）RV減速器；（4）精密行星減速器；（5）濾波齒輪減速器。不同類型的精密減速器在傳動(dòng)效率、減速比方面各不相同。
RV減速器相比諧波傳動(dòng)具有很強(qiáng)的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定。相比之下，諧波傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度會(huì)隨著時(shí)間增長而顯著降低。因此，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(shì)。
外資品牌主導(dǎo)，國產(chǎn)品牌或逆襲
全球減速器市場(chǎng)上日本企業(yè)納斯博斯克和哈默納科形成壟斷局面；而國內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭格局尚未定型，目前減速器行業(yè)雖以外資品牌為主，但國產(chǎn)品牌伴隨我國工業(yè)機(jī)器人的崛起，也將快速發(fā)展。
我國2017年減速器需求約30萬臺(tái)。其中，國產(chǎn)主要減速器廠商（剔除上海機(jī)電，主要是上海機(jī)電為納博特斯克與國內(nèi)公司的合資子公司，且其中客戶群體包含四大家族）出貨量占據(jù)的國內(nèi)市場(chǎng)份額約為20%，近80%的市場(chǎng)份額由外資品牌占據(jù)。
由于國產(chǎn)減速器極具價(jià)格優(yōu)勢(shì)且國產(chǎn)機(jī)器人本體企業(yè)崛起，2017年，國產(chǎn)減速器在出貨量上取得了新的突破。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在RV減速器方面，出貨量排名前十的企業(yè)中，共有5家中資企業(yè)；其中南通鎮(zhèn)康表現(xiàn)最好，位列第三，排在日本企業(yè)納博特斯克和住友之后。在諧波減速器方面，出貨量排名前是的企業(yè)中，共有8家中資企業(yè)，其中蘇州綠的表現(xiàn)最好，出貨量僅次于日本巨頭哈默納克。
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被日本壟斷的精密減速器，到底厲害在哪？
作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商，Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī)，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。
其生產(chǎn)的精密設(shè)備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時(shí)，兼有高精密和非常低的回程間隙，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、雷達(dá)天線、工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體和焊接技術(shù)等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。
日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
諧波傳動(dòng)減速器是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù)，開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
▲住友減速機(jī)
住友減速機(jī)包含各種型號(hào)減速機(jī)，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機(jī)，住友斜齒輪減速機(jī)，住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大，效率高，針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，一級(jí)減速效率可達(dá)94%。
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作為世界上最大的精密擺線針輪減速機(jī)制造商，Nabtesco生產(chǎn)高性能減速機(jī)、中空軸減速機(jī)，以及單軸伺服執(zhí)行器和控制器。
其生產(chǎn)的精密設(shè)備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時(shí)，兼有高精密和非常低的回程間隙，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、雷達(dá)天線、工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體和焊接技術(shù)等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。
▲工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)應(yīng)用精密減速機(jī)
日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
諧波傳動(dòng)減速器是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合，從頭傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù)，開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
展開 核心部件發(fā)展迎來突破，國產(chǎn)機(jī)器人正在強(qiáng)勢(shì)崛起！
據(jù)最新的《2018中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，目前，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展在減速機(jī)、伺服控制、伺服電機(jī)等關(guān)鍵核心零部件領(lǐng)域取得了很大突破，國產(chǎn)控制器等核心零部件在國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人中的使用也進(jìn)一步增加，智能控制和應(yīng)用系統(tǒng)的自主研發(fā)水平持續(xù)進(jìn)步，制造工藝的自主設(shè)計(jì)能力不斷提升。
以減速器為例，今年以來國內(nèi)減速器巨頭業(yè)績普遍獲得增長，大訂單出現(xiàn)的頻率也越來越多，企業(yè)的產(chǎn)能產(chǎn)量和產(chǎn)品的認(rèn)可度有了極大提升。
今年5月，中大力德在去年?duì)I收接近5億，凈利潤達(dá)到6000萬元的基礎(chǔ)上，向伯朗特公司出售了不低于3萬個(gè)自主研發(fā)的RV減速器，公司效益增長明顯；而安徽省配天機(jī)器人技術(shù)有限公司也宣布與蘇州綠的諧波傳動(dòng)科技有限公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，前者向后者采購近萬臺(tái)諧波減速器，據(jù)了解，2017年綠的諧波的諧波減速器出貨量同比增長近100%，達(dá)到11萬臺(tái)；同時(shí)，埃夫特機(jī)器人公司也將在2018年至少采購3000臺(tái)南通振康焊接機(jī)電有限公司的RV減速器。
除了國產(chǎn)減速器的銷量有所突破外，在技術(shù)上同樣也取得了較大的進(jìn)步。據(jù)了解，目前秦川機(jī)器人生產(chǎn)的RV減速機(jī)，已形成17種規(guī)格60多種速比的產(chǎn)品系列；大族激光開發(fā)的諧波減速器已可實(shí)現(xiàn)客戶定制化生產(chǎn)，并且精度與Nebtesco等國際品牌相當(dāng)；綠的諧波減速器完成了2萬小時(shí)的精度壽命測(cè)試，超過了國際機(jī)器人精度壽命要求的6000小時(shí)。
與此同時(shí)，隨著技術(shù)和銷量的持續(xù)突破，一些國產(chǎn)減速器巨頭也加快了國際化的發(fā)展腳步。其中，埃斯頓前后4次跨國并購，形成從核心零部件到機(jī)器人整機(jī)再到高端系統(tǒng)集成領(lǐng)域的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展格局；新松耗資6.4億元收購韓國自動(dòng)化公司，進(jìn)一步擴(kuò)大了海外市場(chǎng)的競(jìng)爭實(shí)力和市場(chǎng)占有率。同時(shí)還有不少其他企業(yè)也通過并購和合作的形式，加大自己的國際化影響。
展開 這是我看過最全的工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)介紹
精密減速器
最近看了一則新聞：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要破除“卡脖子”難題，感觸挺深。隨著人工成本的提高，工業(yè)機(jī)器人替換人已成為趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的基石，但核心零部件卻制約著我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示目前國內(nèi)機(jī)器人減速器普通依賴進(jìn)口。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在中國要成氣候，必須下決心解決核心零部件的問題。
下面介紹工業(yè)機(jī)器人核心精密零部件：減速器，與通用減速器相比，機(jī)器人用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)。減速器行業(yè)，我們不得不提這行業(yè)兩巨頭是Nabtesco（帝人，也叫納博特斯克）和Hamonica Drive（哈默納科），業(yè)界俗稱（RV減速器和諧波減器）。他們幾乎壟斷了全球的機(jī)器人用減速器。這兩種減速器都是微米級(jí)的加工精度，光這一條在量產(chǎn)階段可靠性高就很難了，更別說幾千轉(zhuǎn)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還要高壽命。目前市面上的大量應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。
RV減速器：是少齒差嚙合，但相對(duì)于諧波減速器，RV減速器通常用的是擺線針輪，RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器，RV減速器的關(guān)鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速器具有更高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長，運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低，其缺點(diǎn)是重量重，外形尺寸較大。RV減速器用于轉(zhuǎn)矩大的機(jī)器人腿部腰部和肘部三個(gè)關(guān)節(jié)，負(fù)載大的工業(yè)機(jī)器人，一二三軸都是用RV減速器。
它較機(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(shì)。
展開 【行業(yè)知識(shí)】工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)，給新入行的小伙伴
減速器行業(yè)，我們不得不提這行業(yè)兩巨頭是Nabtesco（帝人，也叫納博特斯克）和Hamonica Drive（哈默納科），業(yè)界俗稱（RV減速器和諧波減器）。他們幾乎壟斷了全球的機(jī)器人用減速器。這兩種減速器都是微米級(jí)的加工精度，光這一條在量產(chǎn)階段可靠性高就很難了，更別說幾千轉(zhuǎn)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還要高壽命。
RV減速器：是少齒差嚙合，但相對(duì)于諧波減速器，RV減速器通常用的是擺線針輪，RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器，RV減速器的關(guān)鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速器具有更高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長，運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低，其缺點(diǎn)是重量重，外形尺寸較大。RV減速器用于轉(zhuǎn)矩大的機(jī)器人腿部腰部和肘部三個(gè)關(guān)節(jié)，負(fù)載大的工業(yè)機(jī)器人，一二三軸都是用RV減速器。
RV減速器分解圖
諧波減速器：用的也是少齒差嚙合，諧波里的一種關(guān)鍵齒輪是柔性的，它需要反復(fù)的高速變形，所以它比較脆弱，承載力和壽命都有限。
諧波減速器是諧波傳動(dòng)裝置的一種，諧波傳動(dòng)裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括：剛輪、柔輪、和徑向變形的波發(fā)生器三者組成。它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。所以諧波減速機(jī)主用于小型機(jī)器人，特點(diǎn)是體積小、重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高，單級(jí)傳動(dòng)比大。一般用于負(fù)載小的工業(yè)機(jī)器人或大型機(jī)器人末端幾個(gè)軸。
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目前，人形機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)的主流技術(shù)方案主要包括無框力矩電機(jī)與空心杯電機(jī)、諧波減速器與行星減速器、力傳感器與電流環(huán)控制等。本文將對(duì)這些技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比分析，并探討未來的發(fā)展趨勢(shì)。
（一）關(guān)節(jié)電機(jī)技術(shù)方案對(duì)比
無框力矩電機(jī) VS 空心杯電機(jī)
諧波減速器 VS 行星減速器
力傳感器 VS 電流環(huán)
（二）技術(shù)路線分析
總的來說，特斯拉目前追求工業(yè)級(jí)性能，適合未來工廠、家庭助手等高端場(chǎng)景，但成本較高；宇樹則平衡性能與價(jià)格，瞄準(zhǔn)教育、娛樂等中端市場(chǎng)；小米以低價(jià)推動(dòng)普及，通過生態(tài)鏈擴(kuò)展應(yīng)用（如智能家居聯(lián)動(dòng)）。隨著《人形機(jī)器人電驅(qū)動(dòng)一體化關(guān)節(jié)接口規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)2025年立項(xiàng)，電機(jī)與減速器的兼容性將提升，國產(chǎn)替代加速。而軸向磁通電機(jī)、更高精度傳感器的應(yīng)用，可能進(jìn)一步突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。
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諧波傳動(dòng)減速器是由美國人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年獲得發(fā)明專利（美國專利號(hào)2906143），除此之外，這位曾在美國國防部工作15年的長壽發(fā)明家一生有250項(xiàng)重大發(fā)明，例如軍用無后座力步q，飛機(jī)彈射器，水下爆炸試驗(yàn)儀器等等。
聽上去象大一個(gè)行業(yè)品類，其實(shí)harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商標(biāo)。1960年美國USM公司首次將諧波傳動(dòng)減速器成功投入運(yùn)用，后來長谷川齒輪株式會(huì)社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)獲得了USM的生產(chǎn)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。八了個(gè)卦：長谷川時(shí)任社長名叫谷川齒車，小編覺得這名字命中注定就該是做齒輪的。。。
哈默納科是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的HarmonicDrive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)(Harmonic Planetary)。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
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【5/17更新】機(jī)器人關(guān)節(jié)如何做到精準(zhǔn)控制的，原來內(nèi)部結(jié)構(gòu)這么復(fù)雜！
(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù)，開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
▲住友減速機(jī)
住友減速機(jī)包含各種型號(hào)減速機(jī)，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機(jī)，住友斜齒輪減速機(jī)，住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大，效率高，針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，一級(jí)減速效率可達(dá)94%。
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(簡稱HDSI)是整體運(yùn)動(dòng)控制的領(lǐng)軍企業(yè)，其生產(chǎn)的Harmonic Drive組合型諧波減速機(jī)，具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉(zhuǎn)矩容量等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、半導(dǎo)體液晶生產(chǎn)裝置、光伏設(shè)備、光學(xué)儀器、精密機(jī)床等各種尖端領(lǐng)域。
▲諧波減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了涵蓋諧波減速機(jī)所不能做到的低減速比領(lǐng)域，HDSI產(chǎn)品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機(jī)Harmonic Planetary。獨(dú)特的內(nèi)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(dá)到精密級(jí)的傳動(dòng)誤差。
日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強(qiáng)之一的住友集團(tuán)旗下的建設(shè)機(jī)械廠家，住友產(chǎn)品在1967年憑借自身技術(shù)，開發(fā)研制了第一臺(tái)液壓挖掘機(jī)之后，目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機(jī)的身影。
▲住友減速機(jī)
住友減速機(jī)包含各種型號(hào)減速機(jī)，如住友大型斜齒輪減速箱，住友行星齒輪減速機(jī)，住友斜齒輪減速機(jī)，住友蝸輪蝸桿減速機(jī)等。減速比大，效率高，針齒嚙合系套式滾動(dòng)摩擦，嚙合表面無相對(duì)滑動(dòng)，一級(jí)減速效率可達(dá)94%。
展開 中國機(jī)器人2.0時(shí)代初現(xiàn)曙光：中高端轉(zhuǎn)型聚力AI 業(yè)界正尋找技術(shù)突破點(diǎn)
獵豹移動(dòng)公司董事長傅盛在第五屆中國機(jī)器人峰會(huì)期間談到，“我們公司生產(chǎn)機(jī)械臂工業(yè)機(jī)器人，前年從市場(chǎng)購買零部件諧波減速器還好買，去年就發(fā)覺諧波減速器供不應(yīng)求，很難買。預(yù)計(jì)未來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。”
政策支持、資本迅速注入下，機(jī)器人企業(yè)在全國各地迅速生根發(fā)芽。機(jī)器人大講堂等聯(lián)合發(fā)布的《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究》（以下簡稱《研究》）顯示，截至去年底，全國機(jī)器人相關(guān)企業(yè)已達(dá)6500余家，目前國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園共有60余個(gè)。
值得注意的是，機(jī)器人及人工智能市場(chǎng)在經(jīng)歷了一段時(shí)間盲目無序的發(fā)展后，資本與創(chuàng)業(yè)者正逐漸回歸理性，市場(chǎng)趨于穩(wěn)定發(fā)展。根據(jù)《研究》，自2017年開始，機(jī)器人企業(yè)注冊(cè)數(shù)量增長率相比2016年減少15個(gè)百分點(diǎn)。
“沒有核心技術(shù)很快會(huì)（被）淹沒在潮水里”。江豐電子（300666，SZ）董事長姚力軍在峰會(huì)論壇上提醒道，“機(jī)器人在風(fēng)口上，產(chǎn)量增加是毋庸置疑的。但是這口飯不好吃，一是缺少核心技術(shù)，整個(gè)核心部件很可能都要依賴國外進(jìn)口；二是一哄而上形成惡性競(jìng)爭，導(dǎo)致毛利率越來越低?！?核心部件國產(chǎn)化加速
確實(shí)，機(jī)器人核心零部件瓶頸問題一直是國內(nèi)機(jī)器人行業(yè)繞不開的一道坎，行業(yè)技術(shù)壁壘也使得目前機(jī)器人市場(chǎng)主要份額仍然為國際“四大家族”（瑞士ABB、日本發(fā)那科、日本安川、德國庫卡）所占據(jù)。
廣發(fā)證券最新研報(bào)顯示，從成本來看，機(jī)器人技術(shù)的核心和難點(diǎn)集中在上游零部件市場(chǎng)，減速器、控制器和伺服電機(jī)占總成本的比例接近70%，一臺(tái)減速器的進(jìn)口成本大約為國外價(jià)格的3~4倍，是制約國產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展的主要瓶頸。
不過，近日多位機(jī)器人行業(yè)專家以及從業(yè)者告訴記者，目前機(jī)器人核心零部件依賴國外進(jìn)口的狀況已大有改觀。
精功科技（002006，SZ）辦公室主任蘇明東在接受《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪時(shí)表示，原先很多機(jī)器人核心技術(shù)、零部件都是靠引進(jìn)，而現(xiàn)在公司大部分核心零部件都能做到自給。
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RV減速機(jī)的輸入形式分為：孔輸入、軸輸入、延伸蝸桿軸型；
RV減速機(jī)輸出型形式分為：孔輸出、單向軸輸出、雙向軸輸出。
03
什么是諧波減速機(jī)
主要由波發(fā)生器、柔性齒輪、柔性軸承、剛性齒輪四個(gè)基本構(gòu)件組成，諧波傳動(dòng)減速器，是一種靠波發(fā)生器裝配上柔性軸承使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的齒輪傳動(dòng)。應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；傳動(dòng)（二級(jí)學(xué)科）；齒輪傳動(dòng)（三級(jí)學(xué)科）諧波齒輪傳動(dòng)減速器是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動(dòng)（簡稱諧波傳動(dòng)）。作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。
諧波減速機(jī)的基本特點(diǎn)
1．承載能力高 諧波傳動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動(dòng)形式高。
2．傳動(dòng)比大 單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可達(dá) i=70～500。
3．體積小、重量輕。
4．傳動(dòng)效率高、壽命長。
5．傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊，無噪音，運(yùn)動(dòng)精度高。
6．由于柔輪承受較大的交變載荷，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，工藝復(fù)雜。
諧波減速器在國內(nèi)于六七十年代才開始研制，已有不少廠家專門生產(chǎn)，并形成系列化。廣泛應(yīng)用于電子、航天航空、機(jī)器人等行業(yè)，由于它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在化工行業(yè)的應(yīng)用也逐漸增多。
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