国内外工业机器人减速器现状分析.docx

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国内外工业机器人减速器现状分析

国内外工业机器人减速器现状分析

一、减速器简介

1.减速器种类

a）RV（Rot-Vector）减速器

RV减速器是在摆线针轮传动基础上发展起来的，具有二级减速和中心圆盘支承结构。

自1986年投入市场以来，因其传动比大、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优点是机器人的“御用”减速器。

b）谐波减速器

谐波减速器由三部分组成：

谐波发生器、柔性论和刚轮，其工作原理是由谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形，靠柔轮与刚轮啮合来传递动力，并达到减速的目的；按照波发生器的不同有凸轮式、滚轮式和偏心盘式。

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。

单机传动比可达到50-4000，而传动效率高达92%-96%。

c）行星减速器

行星顾名思义行星减速器就是有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转的减速器。

行星减速器体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低。

具有功率分流、多齿啮合独用的特性，是一种用途广泛的工业产品，其性能可与其它军品级行星减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。

2.精密减速机的市场现状

　　目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。

在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，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。

对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的纳博斯特克Nabtesco和哈默纳科HarmonicDrive两家垄断，包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。

其中哈默纳科在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率，纳博斯特克的市场占有率高达60%。

二、国际工业机器人减速器概况

1.国外精密减速机市场发展概况

国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。

但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。

日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。

目前,减速器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。

因此，除了不断改进材料品质、提高工艺水平外，还在传动原理和传动结构上深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。

减速器与电动机的连体结构，也是大力开拓的形式，并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品。

目前，超小型的减速器的研究成果尚不明显。

在医疗、生物工程、机器人等领域中，微型发动机已基本研制成功，美国和荷兰近期研制的分子发动机的尺寸在纳米级范围，如能辅以纳米级的减速器，则应用前景远大。

国外在先进减速机的设计生产上已经十分成熟，一些知名生产商已经拥有一百余年的减速机生产经验，市场份额也十分可观。

比如西门子公司旗下FLENDER减速机是目前业内最大减速机供应商，在产品结构设计、制造方面具有很高的造诣。

国外减速机在食品、电力、建筑、矿业、水利等诸多行业都有着广泛的应用，其制造生产标准相比国内也更高，我国的硬齿面减速机标准也来源于西门子公司的生产标准。

国内减速机的发展历史也有近40年，生产厂家数目众多，形式也多样，目前，国内各类通用减速器的标准系列已达数百个，基本可满足各行业对通用减速器的需求。

但是与国外相比我国减速机水平仍然有较大差距，同国外外减速器行业存在的比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低。

工业机器人减速机生产企业主要是日本公司，纳博特斯克、哈默纳科、住友是其中的主要代表公司，现在纳博特斯克公司由帝人制机株式会社和纳博克株式会社于2003年合并组成。

纳博特斯克和哈默纳科两家公司占据工业机器人七成以上的减速机市场，纳博特斯克优势产品是RV减速机，哈默纳科的优势产品是谐波减速机。

其中日本纳博是一家从事尖端核心部件的跨国企业，主要从事静液压驱动装置、液压装置、减速装置及其部件的研发、制造。

自1985年发明至今，日本纳博的精密减速机累计已向全球销售400万台，2014年销售额达442亿日元（约合人民币30亿），营业利润达80亿日元（约合人民币6亿）。

日本纳博精密减速机扭矩大且精度高，高刚性且抗震性强，尤其产品质量保障期超长（根据不同应用领域环境从50年-100年），成为全球汽车工业机器人制造商的独家选择。

20多年来，日本纳博精密减速机全球市场占有率稳居60%，持续保持世界第一。

其次是韩国的减速机，韩国减速机一直以来用于军用，前些年在工业机器人市场很少推广，近两年开始大力在工业机器人推广，以SEJINIGB、韩中减速机等为例。

2.纳博特斯克公司简介

2003年9月，纳博特斯克公司由帝人制机株式会社和纳博克株式会社两个成功的日本的全球跨国公司合并组成，旨在最大化公司价值并实现长期增长。

帝人制机株式会社和纳博克株式会社，均与时俱进地利用其技术实力成为了相应领域的领袖企业。

作为运动控制系统和零部件的生产商，两个公司都在其特定的业务领域，控制了很高的市场份额和掌握了高端核心技术，并使其在日本乃至全世界都名列第一。

　　纳博特斯克旨在利用两大公司优势产生的技术协同作用，提升他们在现有业务领域中的地位，并扩展新的业务。

纳博特斯克自信在结合帝人制机零部技术能力和纳博克系统技术优势的基础上，使其能在世界范围内为更好地满足客户开发更多的创新型产品。

日本纳博主要从事静液压驱动装置、液压装置、减速装置及其部件的研发、制造。

日本纳博作为一家尖端的核心部件跨国企业，在全球已拥有42家子公司，在中国已进驻上海、北京等地发展船用机器、油压机器、自动门等业务。

2012年3月31日日本纳博财务年度合并销售额为140亿人民币，合并净利润10.32亿人民币。

3.哈默纳科

哈默纳科以谐波减速机（产品库求购 供应）、精密齿轮箱（产品库 求购 供应）型行星减速机、机电一体化产品等三大系列产品闻名遐迩的著名企业，已经垄断了国际市场，是目前谐波传动行业的绝对领跑者。

 哈默纳科公司的产品HarmonicDrive减速机具有轻量、小型、高精度等特点，在用户中颇具口碑，被广泛应用于对可靠性要求极高的工业机器人领域，并在半导体液晶生产设备、医疗器械、光学仪器、印刷机械等诸多行业尽显优势；在智能机器人、航空航天、天文观测等尖端科学技术方面也大显身手：

在人类最早的火星探测车“机遇”号和“勇气”号的上，分别装载了19个HarmonicDrive减速机；机器人的手腕和脚部使用HarmonicDrive减速机，模仿真人将更加灵活、逼真。

 精密运动控制是哈默纳科公司产品的核心技术，凭借“整体运动控制”的各基础要素，很好地满足了用户的各种不同需求。

目前，哈默纳科公司的产品主要包括谐波减速机、精密齿轮箱型行星减速机、机电一体化产品三大系列。

除了在世界市场享有盛誉的谐波减速机产品以外，哈默纳科公司推出并不断充实精密行星齿轮减速机产品和机电一体化产品阵容，以积极的姿态面对中国市场和用户。

仅2014年一年，哈默纳科公司就推出了诸如SHA-CG系列、CSG-2UK完全组合型、HA-800A/B/C-E系列等新产品，市场反响热烈。

自2011年1月进入中国市场以来，以领先世界的精湛技术和精益求精的品质保证，迅速获得了中国用户的广泛认可和赞誉，在中国市场上扮演着越来越重要的先驱性角色。

2013-2014年哈默纳科谐波减速器季度营业收入变化（亿日元）

3.住友重机

住友集团是一家拥有400年历史的企业，旗下拥有20家主要公司，全球500强的全球性企业集团。

住友重工是集团的核心企业之一。

住友重工创建于1888年，最初是为修理矿山机械而成立，在日本经济高速发展期开始从事生产减速器、制铁机械及各种起重机械等运输机械。

公司不仅生产减速器，同时从事制造钢铁冶金设备、起重、运输机械、化工机械等，是日本有代表性的综合机械制造厂商之一。

1995年10月，由住友重机械工业株式会社和住友商事株式会社共同出资在中国天津成立住友重机械减速机（中国）有限公司，并在2001年成立上海分公司作为其产品在中国的销售总部，同时在上海的松江设有维修中心。

住友减速机包含各种型号减速机，如住友大型斜齿轮减速箱，住友行星齿轮减速机，住友斜齿轮减速机，住友蜗轮蜗杆减速机等。

减速比大，效率高，一级传动减速比为9～87，双级传动减速比为121～5133，多级混合可达数万，且针齿啮合系套式滚动摩擦，啮合表面无相对滑动，故一级减速效率达94%。

住友重机投放在中国市场的减速器主要是中空型的C系列和类似RV的T系列，主攻方向是系统集成领域。

以及4轴、5轴的码垛机器人领域，典型客户如上海沃迪、合肥雄鹰等。

中国市场进口RV减速器的货期通常是3个月，但住友减速器的交货期相对偏长，约在3.5-4个月。

住友精密减速机在日本和德国工厂生产，随着国内的机器人产业的发展，于2015年3份正式在上海成立精密减速机生产工厂，住友减速机在大陆生产，供货周期也相应缩短。

4.SPINEA

来自斯洛伐克的Spinea公司成立于1994年，致力于高精密轴承减速机的研发，生产和销售，在全世界最大的轴承减速机生产商中排名4位。

Spinea是全球同类产品中唯一的欧洲生产商。

Spinea减速器有T系列（包括60-140的TB小型系列，170-300大型系列）、E系列、H系列以及M系列。

斯洛伐克减速器传动比高、运动精度高、高扭矩容量，高刚性，紧凑的设计，体积轻小。

广泛应用于自动化和工业机器人，在机床领域的制造，导航和摄像头设备，医疗系统和许多其它领域。

公司历史：

1994

Spinea成立

1999

国际专利的高精度齿轮开始批量生产

2000

ISO9001认证

2002

成为国际机器人联合会成员IFR

2005—2007

建设两家新的生产厂

2008

成员目前机器人

2010

加入VDMA成员

2014

开发新的twinspinG系列

成立二十周年

全球化生产、服务网络

合作品牌概览

三、国内工业机器人减速器

1.市场分析

当前，我国正处于经济结构转型时期，实现工业生产自动化成为广大企业降低成本、提高市场竞争力的重要手段；另一方面，我国人口老龄化趋势日益明显，人口结构变化将造成劳动力短缺；此外，政府对工业机器人的扶持力度正在逐步加大。

以上三股力量将共同推动国内工业机器人市场蓬勃发展，前瞻产业研究院预计，2014-2018年间，我国工业机器人将保持年均25%以上的速度增长，销量分别为4.2万台、5.3万台、6.6万台、8.2万台、10.3万台。

前瞻产业研究院《2014-2018年中国减速机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示，一般情况下，一台通用机器人需要的减速器个数为4-6套。

在此，中性地以一台通用机器人配置4.5套减速器预测，那么2016-2018年，我国工业机器人对减速器的新增需求量分别将达到29.6万套、36.9万套、46.2万套。

另外，对于已保有的工业机器人，减速器本身有额定的工作寿命，需要定期更换；而工业机器人的工作寿命一般为8-10年，期间减速器作为传动、承重部件，磨损是不可避免的，因此，我国当前保有工业机器人维修保养也需大量的减速器。

2.主要依赖进口

国产机器人目前面临的最大问题还是核心部件无法自产。

2015年约有75%的精密减速器由日本进口，主要供应商是哈默纳科、纳博特斯克和住友公司等。

控制器、伺服电机、减速机被视为机器人的三大核心零部件，占到机器人成本的70%，这也是制约中国机器人产业的主要瓶颈。

　　精密减速器一直是国际机器人巨头保持竞争优势的有力武器之一，外资巨头可以从其战略合作伙伴优先拿到批量、质优、价低的减速器。

而国产机器人企业由于需要进口采购零部件，加上进口关税和采购平均单价高，在与外资品牌的市场竞争中丧失了价格优势，利润低微。

目前国产机器人大多为非标机器人，即按照下游中小企业的特定需求做定制化的生产，而国外几大企业更多是批量化生产的标准机器人，非标机器人能够适应国内中小企业复杂多变的环境需求，但由于难以批量化生产，这种模式很难诞生出业内的巨头企业。

目前，国内还没有能够提供规模化且性能可靠的精密减速器生产企业，以安川电机ES165Kg为例，6台精密减速器的总价值约为2.08万元，占整机成本的12%；而同类型的国内产品，6台精密减速器的成本约为9.1万，占整机成本的比例为31%。

精密减速器成为制约降低国产工业机器人成本的第一因素。

中国市场机器人专用减速器竞争力10强企业排名

5.国内减速器发展

在国外减速器公司高度垄断的情况下，只有通过国家在高端制造领域的长期投入，实现部件国产化、自主化，大幅降低成本和定价，我国工业机器人规模化应用的时代才会到来。

目前，国内自主研发的第一代RV减速器可能相当于日本15年前的水平。

国内一些企业在精密减速器方面的研发正在稳步推进，浙江恒丰泰、江苏振康、北京中技克美等都先后推出了自己的机器人关节减速器，秦川发展则在1998年就研制出了RV减速器样机。

2009年，秦川发展在原有的250AII减速器基础上进行了优化设计和改进，使产品在性能、可靠性和性价比等方面更具有竞争力。

另外，上海机电则通过增资控股的方式引进国外先进精密减速器技术。

上海机电增资2000万元入股的纳博传动，增资完成后，上海机电占51%股权，日本纳博占49%股权。

而日本纳博正是全球精密减速机领域的龙头企业，球市场占有率稳居60%。

上海机电也因此次合作，取得纳博特斯克的精密减速器在中国的代理销售权。

之后，双方将逐步在上海建设研发生产基地，将在中国生产中低端的精密减速器。

a）谐波减速器相对成熟

　　相对来说，虽然涉足谐波减速器研发的企业数量上较少，但谐波减速器的国产化进程要乐观许多。

其中，苏州绿的的谐波减速器是较为成功的例子。

苏州绿的自主研发的谐波减速器自2013年正式推入市场以来，已经在埃夫特、广州数控、南京埃斯顿、配天、新松等机器人本体厂商得到应用，市场反馈器性价比较高，与进口日本产品相比具备一定的竞争优势。

目前已经有包括四大巨头在内的国际机器人企业在试用绿的谐波减速器。

b）RV减速器发展情况

6.与国外减速器产品差距

a）我国现阶段减速器的制造能力只相当于日本七八十年代的水平，国内传动存在的主要问题有:

①精度和精度保持能力差;

②承载能力差，噪声大;

③生产设备落后，产品种类少;

④企业规模小，研发人员和投入严重不足。

b）摆线针轮修形技术差距

摆线齿轮的齿形较复杂，加工工艺要求严格，其修形质量以及齿廓几何精度直接决定着摆线针轮行星传动的运动精度和使用性能。

通过摆线轮修形，可以产生摆线传动所需的啮合间隙，补偿制造和安装侧隙或误差，保证合理的径向侧隙，以利于润滑和保证装拆方便。

概括目前摆线轮修形的研究，主要围绕修形方法和修形量两个方面。

一方面，通过选择合适的修形方法，能够从总体上对修形后摆线针轮行星传动的性能提供一定的保障;另一方面，通过优化选择合理的修形量，从而最大可能地获得多齿共轭啮合。

摆线针轮传动在国外，目前已成功地解决了齿形修形、制造精度控制、工艺参数优化及设计指标预控等技术难题。

但国外将齿形修形技术列为保密核心有关其理论和试验研究鲜见报道。

我国高校和企业的科研人员对摆线针轮的齿形修形问题进行了探索和深入研究，并取得了一些成果，但与国外还有一定差距。

c）摆线针轮传动精度差距

摆线齿轮的修形精度以及制造误差是影响摆线针轮传动精度的一个重要方面。

过大的修形量将产生较大的啮合间隙，会降低其传动精度;而过小的修形量将产生不了足够的啮合间隙，会导致传动时发生干涉以至于卡死等现象。

制造误差的精确计算和识别是高品质摆线齿轮制造的重要环节。

我国的摆线齿轮减速器与国外相比，存在着运动精度低、寿命短、摆线针轮传动的静态误差较小，但动态回转误差远不能满足要求，精度保持性低等问题，其中一个重要原因就是齿形的制造误差大。

事实上，摆线针轮传动在国外发展了几十年，经过数代科研人员的不断努力和突破，目前己成功解决摆线轮修形、转臂轴承寿命过短等技术难题，从而使摆线针轮传动的精度、寿命等性能有了很大的提高，但与国外相比尚有差距。

d）质量管理体系方面差距

从日本方面来看，日本企业都有严格的质量管理体系。

从原材料、生产环节、装配环节到测试环节，每个零件都有严格的质量检查步骤;生产和装配的关键环节基本保证室内恒温，以确保产品质量的稳定性;质量检查基本实现数字化，能自动保存各个零件的检查结果，最终生成每个产品检验证书。

而我国存在着，检测能力差，质量检查不严格，生产环节不规范等不足。

5.我国发展工业机器人减速器的建议

a）加强理论技术研究，主要针对摆线论的修形技术以及高精度摆线轮的制造技术。

通过修形增加啮合刚度，减小传动误差。

在制造技术方面，重点研究能够达到最优技术指标的制造工艺和方法。

b）展开减速器动力学研究，找到国内精密减速器静态回转误差小，动态回转误差大，且精度保持性差等问题的原因及优化措施。

c）加大制造装备投入，提升加工制造能力。

精密减速器的零部件精度，直接影响着整机的精度及各方面性能，如精度保持能力、温升、噪声、承载能力等。

d）加强检测能力建设，建立工业机器人精密减速器检测中心，按照国家标准，对各类关键部件实施全面的性能检测和产品认证。

同时，通过检测结果分析，对产品设计方法及制造工艺提供改良建议，不断促进产品的技术更新和进步。

e）对国内生产企业方面的建议

①加强与国外相关企业的沟通，时刻掌握国内外先进技术的发展方向，及时制定和调整发展目标和研发内容。

②优化公司的生产管理体系，通过借鉴国外公司高效的生产模式经验，改善生产效率，如引进立体仓库来优化生产空间布局。

③推进产品质量体系建设，鼓励质量检查部门根据检测需求设计满足要求的自动化测量工具，提高产品的合格率。