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減速器：工業(yè)機器人不可或缺的明珠

2.1 技術分析：RV與諧波減速器占據(jù)主流地位

伺服電機由于脈動信號的驅動，本身具備調速功能，那么機器人為何需要減速器？

由于工業(yè)機器人需要重復、可靠地完成大量工序任務，對其定位精度和重復定位精度要求很高，因此需要專門的減速器以保證精度。減速器的另一作用是傳遞負載：當負載較大時，伺服電機功率有限導致輸出扭矩較小，此時需要通過減速器來提高扭矩。此外，伺服電機在低頻運轉下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動，對于長時間和周期性工作的機器人這都不利于確保其精確、可靠地運行。

精密減速器的存在使伺服電機在一個合適的速度下運轉，并精確地將轉速降到機器人各部位需要的速度，提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。與通用減速器相比，機器人關節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。

工業(yè)機器人用精密減速機主要分為5類，不同類型的精密減速機在傳動效率、減速比方面各不相同。衡量精密減速機的主要指標包括：扭轉剛度、傳動精度、啟動轉矩、空程、背隙、傳動誤差、傳動效率等。

目前，大量應用于多關節(jié)機器人的減速器主要有兩種：RV減速器和諧波減速器。相比于諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和回轉精度。因此在關節(jié)型機器人中，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置；而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部；二者之間適用的場景不同，屬于相輔相成的關系。而行星減速器一般用在直角坐標機器人上。

RV（Rotary Vector）減速器：在擺線針輪行星傳動的基礎上發(fā)展而來，結構主要分為兩級：第一級為漸開線圓柱齒輪傳動，第二級為擺線針輪行星傳動，包括轉臂曲柄、擺線輪、針齒殼，特點在于承受大負載的同時保證高精度。因此，其技術難點主要在于工藝和裝配方面：1.材料成型技術。RV減速齒輪需要具有耐磨性和高剛性，對于材料成型過程提出了較高要求，尤其是材料化學元素控制、表面熱處理方面。2.精密加工及裝配技術。RV減速器的減速比較高，具備無側隙、微進給的特點，這就需要特殊部件加工和精密裝配技術。

工作原理：1.第一減速部：伺服電機的旋轉從輸入齒輪傳遞至正齒輪，按二者的齒數(shù)比進行減速；曲軸直接與正齒輪相連，以相同的轉速旋轉。2.曲軸部：曲軸旋轉，帶動偏心部的RV齒輪進行偏心運動。3.第二減速部：另一方面，針齒數(shù)目比RV齒輪的齒數(shù)多1個；如果曲軸旋轉1圈，RV齒輪與針齒接觸的同時進行1圈的偏心運動，使得RV齒輪沿著相反方向旋轉1個齒數(shù)的距離，并通過曲軸傳遞至輸出軸，實現(xiàn)減速。而總體減速比為第一、第二減速部的減速比之積。

諧波減速器：基于行星齒輪傳動發(fā)展起來，由波發(fā)生器、柔輪、剛輪和軸承組成。其工作原理在于依靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，而柔輪比鋼輪少N個齒輪位。因此，當波發(fā)生器轉一圈，柔輪移動N個齒輪位，產(chǎn)生了所謂的錯齒運動，從而實現(xiàn)了主動波發(fā)生器與柔輪的運動傳遞。諧波減速器是通過柔輪的彈性變形來實現(xiàn)傳動，其優(yōu)勢是傳動比大、零部件數(shù)目少；其缺點是彈性變形回差大，這就不可避免地會影響機器人的動態(tài)特性抗沖擊能力等。

從國內外產(chǎn)品技術指標來看，國外產(chǎn)品信息相對完善，每種規(guī)格對應的各技術指標都有精確的數(shù)值呈現(xiàn)。而國內在這方面略顯欠缺，表明國內企業(yè)在檢測能力方面的不足，缺少嚴格的質量管理體系。目前，國產(chǎn)減速器還存在兩方面的問題：1.產(chǎn)品系列不健全。日本納博具備全系列產(chǎn)品，基本上可以應用于所有領域，其RV-N系列產(chǎn)品還處于專利保護期，而國內產(chǎn)品系列相對殘缺；2.一致性問題。國產(chǎn)減速器在實際使用環(huán)境下的性能，與實驗室性能無法完全匹配，個別產(chǎn)品存在漏油、精度降低等情況，是阻礙國產(chǎn)減速器進軍高端市場的原因之一。

從RV減速器的技術指標來看，對比納博RV-E系列和南通振康的產(chǎn)品，可以看到在同一輸出轉速和輸入功率下，二者的輸出扭矩范圍相當，說明國內產(chǎn)品在傳動效率上已經(jīng)可以與國外媲美。然而工藝水平是限制RV減速器發(fā)展的主要原因，例如非標特殊軸承是RV減速器的精密機構，其間隙需根據(jù)零部件加工尺寸動態(tài)調整。為了結構緊湊，薄壁角接觸球軸承精度要求較高，加預緊力后軸承的游隙為零。因此，今后需要在傳動精度、扭轉剛度等方面加強研究。

從諧波減速器的技術指標來看，國內的蘇州綠的和中技克美的減速比范圍與日本哈默納科水平相當，產(chǎn)品性能基本滿足要求，目前已經(jīng)大量應用于國產(chǎn)機器人。而國外產(chǎn)品在輸出扭矩、平均壽命和一致性等技術指標上依然占據(jù)優(yōu)勢。