利多星智投：工业机器人的关节心脏，减速器到底有多重要？

工业机器人之所以能够流畅地运行, 其背后是有一个核心部件在支撑着的。这个部件常常是被人所忽视的。它直接就是决定着情况的关键所在。这里所说的情况, 意思就是指机器人的“手”是不是能够进行稳定的、精准的工作开展的。

而这个被称作是机器人的“关节心脏”的核心部件, 其实就是我们所说的减速器了。今天的话, 利多星智投, 就是会和大家一起来聊一聊关于工业机器人减速器的这一系列的等相关的知识内容了的。

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减速器的核心功能

安装在机器人各个关节对应的电机输出端的那个位置是减速器 , 这玩意儿干的第一件大事就是把电机本来挺高的转速给降下来 , 顺便把扭矩放大了几十倍 , 正因为能放大扭矩 , 原本那些转速高、力气小一点的电机才能驱动那么重的机械臂负载 , 最后也就弄出了那种举重若轻的感觉。

更加重要的一个点就是, 减速器把传动准不准这个问题给保障了。在它的内部存在精密齿轮啮合情况这个现象, 这种情况能够滤去电机自身本身就存在的振以及误差, 然后去提供稳定的传动比。

这样一来, 机器人做的每一个动作就都能够在严格的、可以控制的状态下面去运行, 就算去做循环的动作执行也不会出现很大的偏差问题。它其实就是完成自动化作业高精度的这个基础地方所在。

对精度和稳定性的决定作用

工业机器人的那个精准程度, 在很多情况下, 都是要看减速器的那个性能表现得怎么样的。你想想看, 那些高端一点儿的减速器, 它们的那个重复定位的精准度, 都是用角秒这个单位来计算的, 而且能够达到正负几秒这样的范围之内的这个水平。

再说了, 在2023年举办的中国国际机器人展览会上, 我们国内生产的部分的高端产品, 它那个精度已经可以稳定地在6角秒以内了。这说明什么? 说明正在逐渐地靠近国际先进的那种水平。

减速器, 这个部件对系统的稳定性有非常大的提升作用。它的功能包括吸收电机在启动、停止以及改变速度这些阶段产生的冲击力。它还能减少针对整体结构的振动以及磨损情况。

在汽车焊接生产线上, 机器人每天都会重复动作数万次。之所以它能够确保长期运行具备可靠性以及拥有相应的使用寿命, 就是因为依靠了减速器的上述缓冲功能。

主流技术路线对比

现在, 在机器人这个领域里面, 大家普遍喜欢用的, 主要就是谐波减速器以及RV减速器这两样东西。谐波减速器呢, 它是靠着那个柔性齿轮的弹性变形来进行传动的, 所以它的整体结构相当紧凑, 而且精度非常高。

大家通常会在机器人的腕部、还有手部这些末端的关节地方使用它, 目的就是为了能够实现那些比较灵活、又很精细的动作状态。这就好比说电子行业里面做精密装配工作的那种感觉一样。

RV减速器用的是两级减速的那种结构, 所以它的刚性会比较强一点, 也能承受更大的载荷, 这种减速器主要是在那些需要承受负载的等级当中, 被用在了机器人的某些特定的专用特殊用途的情景之下, 而且是有针对性的放在特定的位置上的, 也就是机座这个地方, 或者是大臂这个地方, 再或者是肩部这些地方, 这些部件是要充当关节的角色, 以此来承担最主要的负载情况, 在重型搬运场景下, 以及在汽车制造场景下, 它都能够把稳定支撑这件事情做好, 可以支撑起上百公斤那么重的负载, 它就是机器人产生力量的主要来源的地方。

制造难点与核心工艺

减速器的制造, 是属于精密机械高峰水准的。我们就拿那个RV减速器里面的核心零件来讲, 就是摇臂转柱摆线齿轮。这个零件, 齿形状轮廓, 它是有特别高的加工精准度要求的。

它的齿面粗糙度, 是要达到纳米等级的。这个东西, 它是依靠高端数字控制的高效自动化机床, 再加上那些错综复杂的磨齿加工技术才做出来的。在加工的进程当中, 是需要严谨把控温度以及振动程度的。

关键之处同样是材料与热处理, 齿轮材料应当拥有高强度, 需要具备高耐磨性, 还需要具备良好的抗疲劳性能, 热处理工艺确定了零件的最终硬度, 决定了内部的金相组织, 直接对减速器的寿命给予了影响, 还影响到了可靠性, 其工艺参数常常是企业内部秘密保密藏的内容。

广泛的应用场景

减速器的应用范围,它早就已经突破了传统的工业领域, 在手术机器人这个方面, 情况就像是“达芬奇”手术系统的机械臂末端那样存在一样, 微型谐波减速器发挥作用, 它把毫米范围内的精确操作给保证了, 从而使得这样的精确操作能够实现, 它就是实现微创手术的一个关键性的保障措施。

在服务机器人领域里边, 减速器也是一个绝对不能少的部件。酒店里面所配备的配送机器人, 银行内部所安排的引导机器人, 它们底盘还有关节在进行平稳转向前行以及移动的时候, 全都必须要依靠小型精密减速器来进行控制管理。

这些具体的应用场景对于减速器所产生的噪音大小、运行效率高低以及使用寿命长短都提出了全新的具体要求和要求标准。

未来发展前景展望

伴随着智能制造这个事儿, 还有工业4.0也深入发展的这样一个过程, 所以市场那边对高性能减速器的需求就这么不断地增长了。

按照行业的剖析和分析来看的话, 直到2027年那一年为止, 全球用在那个机器人上面的精密减速器市场规模, 预估的数字是要超过120亿美元的。另外呢, 高精度、具备高刚性、拥有长寿命, 还有具备轻量化, 这些内容乃是主要的发展趋向。

与此同时, 因为国产替代这个过程正在加快, 所以国内的企业就在那儿持续不断地去投入研发工作, 目的是要去把设计那块儿的瓶颈给突破掉, 把材料那块儿的瓶颈也给突破掉, 同时把工艺这块儿存在的瓶颈问题也给解决掉, 在未来的时候呢, 伴随着成本进一步地降低, 以及性能也得到了提升, 国产的这些减速器就很有希望在更多的中高端的领域达成规模化的应用, 从而来支撑中国智能制造产业保持那个自主发展的态势, 不断地向前推进。