机器人基础知识50讲|机器人核心零部件之减速器上集（六）

之前我们在机器人的基础知识系列文章中，讲了机器人的组成与分类，从中我们也知道了，关于机器人制造的背后是一个庞大并且复杂的产业链的关系，而这个产业链其中有周边零件与核心零件工序的区别，就跟下图所展示的一样。一个完整机器人的出炉，需要的是一条完整产业链每个环节的配合，而其中核心零部件就有伺服电机、控制器、减速器三种。

减速器、伺服系统和控制器，成本分别占机器人成本的 30-50% 、20-30%和 10-20%，它们共同决定了产品的性能、质量以及价格。这些零部件成本约占机器人整机成本的70％以上，是工业机器人产业链利润最厚的一环。

今天，我们就来聊聊关于核心零部件之一的减速器

为什么说减速器是机器人的核心零部件？减速器又有哪些分类呢？

什么是减速器？

减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

为什么机器人需要减速器？

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电机呢？

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。

精密减速电机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。

精密减速电机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，机器人关节减速电机要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。

减速器的分类

按结构不同，工业机器人用精密减速器可以分为五类，谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器，RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。

RV减速器：传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等特点。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。

谐波减速器：传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高。在关节型机器人中，谐波减速器一般放置在小臂、腕部或手部。

国产RV减速器与进口RV减速器的差别

制造技术方面

RV减速器需要的技术是很高的。其核心难点在各项工艺的密切配合。

齿面热处理：这是输入条件，粗加工精度下的应力残留，在热处理的时候表面的刚度强度要一致；加工精度：热处理表面外硬内软，加工去除量不同，造成露出部分的性能的方差是关键；零件对称性：不同零件在不同角度下要一致；成组技术：如何进行相互配合；装配精度：如此高精密的装配；

以上公差总的分配带来的结果是磨损和寿命．

动力方面

仿真难点：在建模完成动力学的多体动力学仿真之后，才可能知道各阶振动的情况；非线性特征，造成差异巨大，一旦存在共振点在工作点附近，则受影响；与系统集成发生耦合，集成后的机器人的运行点（额定转速）作为激振频率，会造成部件损毁，系统运行的范围往往是连续调速，6轴机器人总有1个轴可能会再额定点20％附近，除非经过良好的设计和实施；

产品参数波动大，如此精密配合的系统，游隙／过盈配合只要偏差一点点，接触刚度／啮合刚度都会差几倍，刚度矩阵的巨大变化造成了固有频率的波动。

寿命优化和迭代方面

一个稳定的车和一个振动的车，寿命可能差很多倍，想想也知道寿命去哪里了；有些材料的事情，不经历真实环境全生命周期测试是发现不了问题的。所以，必须要有一轮出现问题，然后再迭代设计的过程。目前机器人面临的问题看似是60％价格做不出来东西，90％价格做出来30％寿命的东西，其实寿命本身就是机械行业的水平的标志。

其实，在文章的开头，我们就提到了一个关于减速器的一个重点——利润。在整个机器人的制造中，核心零部件就是影响整个机器人使用与寿命的因素。等于说抓住了核心零部件的生产，就抓住了整个机器人生产产业链的顶端收益。

这也使得很多企业会将其余的零部件的生产外包或者委托生产。这不仅能够使得自己企业的收益达到最大化，也能够带动机器人整个行业的发展。正是因为这一特性，机器人行业能够进入的门槛也相对降低，给了很多其他企业发展的机会与机遇。

这也凸显了蒲江智能制造装备产业园关于机器人零部件生产产业园的优势，蒲江智能制造装备产业园根植蒲江产业新城，擎占蒲江产业新城启动区域，尽享三大交通干道交汇便利，定位于智能制造装备，园区内四大产业分类发展。园区内能够满足机器人零部件制造的生产硬件与软件需求。

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