目前，國內(nèi)已有不少的精密機械制造企業(yè)能生產(chǎn)諧波減速器，國內(nèi)的市場份額已能達到40%以上，但在核心技術(shù)上（如使用壽命、精度、材料耐磨性）等方面，與德日產(chǎn)品仍有較大差距。而RV減速機的關(guān)鍵核心技術(shù)，仍基本掌握在歐美日等國家手中。國內(nèi)企業(yè)仍處于初創(chuàng)發(fā)展期，能躋身于國際競爭的企業(yè)僅有一兩家，僅占10%左右的市場份額，屬于工業(yè)機器人、智能車行業(yè)亟需的進口替代產(chǎn)品。

一、諧波減速器

諧波傳動器的由來

諧波傳動是由美國發(fā)明家C.W.Musser于1955年發(fā)明創(chuàng)造的，它是一種利用柔性工作構(gòu)件的彈性形變進行運動或動力傳遞的一種新型傳動方式，它突破了機械傳動采用剛性構(gòu)件機構(gòu)的模式，使用了一個柔性構(gòu)件來實現(xiàn)機械傳動.從而獲得了一系列其他傳動所難以達到的特殊功能。由于中間柔性構(gòu)件的變形過程基本上是一個對稱的諧波，故而得名。除前蘇聯(lián)把這種傳動稱為波形傳動柔性輪傳動外。美。英。德。日等國均稱為 "諧波傳動"。

諧波減速器的構(gòu)造

剛輪∶剛性的內(nèi)齒輪，一般情況下比柔輪多2個齒，通常固定在機殼上。

柔輪; 開口部外圈帶有的薄杯型金屬彈性部件，它隨波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動而變形，通常與輸出軸聯(lián)接。

波發(fā)生器∶由一個橢圓形凸輪和一個柔性軸承組成，通常與輸入軸聯(lián)接。柔性軸承內(nèi)圈固定在凸輪上，外圈可通過滾珠實現(xiàn)彈性形變成橢圓形。

諧波傳動的工作原理

諧波減速器是利用柔輪、剛輪和波發(fā)生器的相對運動，主要是柔輪的可控彈性變形來實現(xiàn)運動和動力傳遞。波發(fā)生器內(nèi)的橢圓形凸輪在柔輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)使柔輪產(chǎn)生變形。在波發(fā)生器的橢圓形凸輪長軸兩端處的柔輪輪齒和剛輪輪齒進入嚙合時，短軸兩端處的柔輪輪齒與剛輪輪齒脫開。對于波發(fā)生器長軸和短軸之間的齒，沿柔輪和剛輪周長的不同區(qū)段內(nèi)處于逐漸進入嚙合的半嚙合狀態(tài)，稱為嚙入;處于逐漸退出嚙合的半嚙合狀態(tài)，稱為嚙出。當波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪不斷產(chǎn)生形變，使兩輪輪齒在嚙入、嚙合、嚙出和脫開四種運動不斷改變各自原來的工作狀態(tài)，產(chǎn)生錯齒運動，實現(xiàn)主動波發(fā)生器到柔輪的運動傳遞。

國內(nèi)諧波減速器的廠家狀況

我國現(xiàn)階段諧波減速器的制造能力還只相當于日本七八十年代的水平。國內(nèi)諧波傳動產(chǎn)業(yè)主要的問題是精度和精度保持能力差，承載能力差、噪聲大，生產(chǎn)設(shè)備落后，產(chǎn)品種類少，企業(yè)規(guī)模偏小、研發(fā)人員和投入都不足。目前，國內(nèi)能生產(chǎn)制造諧波減速器的企業(yè)有：綠的、瑞迪、中技克美、北京諧波、渭河等等品牌。

國產(chǎn)諧波減速器能夠和進口產(chǎn)品正面競爭的時刻也會很快來臨，甚至比國產(chǎn)機器人還要快。“現(xiàn)在有些國外諧波減速器品牌已經(jīng)幾乎不在中國市場銷售了，在中國銷售的也處于缺貨狀態(tài)，接下來國產(chǎn)諧波減速器的入局者多了，數(shù)量和品質(zhì)提升的同時價格又能降下來，那么國外品牌的機會非常渺茫。”-國內(nèi)某知名諧波減速器企業(yè)負責人如是說。

二、RV減速器

一般來說，機器人的一到四關(guān)節(jié)全部使用RV減速機，輕載機械人第五關(guān)節(jié)和第六關(guān)節(jié)有可能使用諧波減速機。重載機械人全部關(guān)節(jié)都需要使用RV減速機。平均而言，每臺機器人要使用4.5臺RV減速器。由此可見，RV減速機對機器人來說有多重要。

RV減速器的應(yīng)用和特點

RV減速器是由擺線針輪和行星支架組成以其體積小，抗沖擊力強，扭矩大，定位精度高，振動小，減速比大等諸多優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人，機床，醫(yī)療檢測設(shè)備，衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領(lǐng)域。它較機器人中常用的諧波傳動具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動那樣隨著使用時間增長運動精度就會顯著降低，故世界上許多國家高精度機器人傳動多采用RV減速器，因此RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢。

RV減速機結(jié)構(gòu)

RV減速機，通常是2級減速機構(gòu)，傳動剛度高、傳動比大（通常為30~260）、傳動平穩(wěn)、慣量小、輸出轉(zhuǎn)矩大、體積小、抗沖擊力強等特點。結(jié)構(gòu)上，RV減速機比諧波減速機更復(fù)雜，傳動鏈較長，減速機間隙較大，傳動精度不及后者，但是結(jié)構(gòu)剛度更好、慣量更小、使用壽命更長。

RV減速機，由正齒輪（行星輪）、RV齒輪、曲柄軸、銷（針齒銷）、外殼（針輪）、輸出軸等組成。

外殼（針輪），內(nèi)側(cè)加工有針齒，外側(cè)加工有法蘭和安裝孔。

RV齒輪，在減速機中間，是減速機的核心。

RV減速機的減速工作原理

通過正齒輪變速、差動齒輪變速進行變速。

正齒輪變速，行星輪和太陽輪實現(xiàn)的齒輪變速，轉(zhuǎn)速比=太陽輪齒數(shù)

/行星輪齒數(shù)。

差動齒輪變速，行星輪帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸帶動RV齒輪擺動。兩片RV齒輪的擺動過程相同，但是相位相差180°，而RV齒輪和針輪之間有針齒銷，當RV齒輪擺動時，針齒銷迫使RV齒輪沿針輪逐齒旋轉(zhuǎn)。

通過不同的安裝方式?jīng)Q定了不同的變速比，一般RV減速機的樣本上只給出基本變速比 。用戶可以根據(jù)實際的安裝情況，計算出對應(yīng)的傳動比。

RV減速器的缺陷

在實際工況中RV減速器需要反復(fù)的精確定位，也就是不斷的啟動和剎車，為了保持一定精度不衰減，延長使用壽命，對針齒和針齒殼以及針齒銷的加工精度、材料和工藝都有相當高的要求。這也是精密RV減速器較難生產(chǎn)的重要原因之一。

國內(nèi)RV減速器的現(xiàn)狀

RV減速機對 基本材料有很高要求，需具備高耐磨性、高剛性和高精度等性能，要求對材料的化學(xué)元素、含量和金相組織以及熱處理工藝有嚴格要求。目前國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的RV減速機市場份額僅在10%，且品質(zhì)不一。國內(nèi)主要廠家有秦川發(fā)展、武漢精華、雙環(huán)傳動、南通振康、中大力德等。

動力方面

• 1.仿真難點：在建模完成動力學(xué)的多體動力學(xué)仿真之后，才可能知道各階振動的情況；

• 2.非線性特征，造成差異巨大，一旦存在共振點在工作點附近，則受影響；

• 3.與系統(tǒng)集成發(fā)生耦合，集成后的機器人的運行點（額定轉(zhuǎn)速）作為激振頻率，會造成部件損毀，系統(tǒng)運行的范圍往往是連續(xù)調(diào)速，6軸機器人總有1個軸可能會在額定點20％附近，除非經(jīng)過良好的設(shè)計和實施；

• 4.產(chǎn)品參數(shù)波動大，如此精密配合的系統(tǒng)，游隙／過盈配合只要偏差一點點，則接觸剛度／嚙合剛度都會差幾倍，剛度矩陣的巨大變化造成了固有頻率的波動。

國內(nèi)RV減速器發(fā)展還存在產(chǎn)能擴大的瓶頸，涉及收費口、管理、技術(shù)等問題，日本的減速器出現(xiàn)供貨周期延后的現(xiàn)象，最長的供貨周期已經(jīng)達到6個月以上，日本納博特斯克的供貨周期已從原來的2-3個月延長到現(xiàn)在的4-6個月，國產(chǎn)減速器產(chǎn)能不能在很短時間內(nèi)實現(xiàn)成倍增長，無法滿足不斷擴大的市場需求。所以擴產(chǎn)不僅是國產(chǎn)減速器面臨的問題，也是日本減速器面臨的問題之一。

國產(chǎn)減速器一直以來參考的對象都是橫向的國外進口減速器某型號，從沒聽說過某減速器專門為某國產(chǎn)機器人深度定制，一個工業(yè)機器人，并不是只有減速器就足夠了，更重要的是和伺服系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)的結(jié)合才能達到高精度和高穩(wěn)定性。

延展介紹：減速機與機器人的親密融合

當前主流的協(xié)作機器人都采用“模塊化”思想的關(guān)節(jié)設(shè)計，即采用直驅(qū)電機+諧波減速器的方式，每個關(guān)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，只是大小不太一樣，例如iiwa的每個軸基本都是下圖這樣：

一般情況下，一臺工業(yè)機器人需要的減速器個數(shù)為4-6臺。隨著未來工業(yè)機器人的發(fā)展，中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測到2020年我國工業(yè)機器人減速器市場規(guī)模將超過40億元，未來五年復(fù)合增長率約為30%。據(jù)行業(yè)人士介紹，一臺精密減速器四大國際巨頭采購價為3萬元~5萬元，賣給國內(nèi)關(guān)系好的客戶約7萬元，關(guān)系一般的普通客戶約12萬元，內(nèi)資企業(yè)采購精密減速器的成本比國際巨頭貴一倍還多，可見其間的利潤差別有多大。

據(jù)估計，到2020年中國每年需要消耗190000臺機器人，到2025年實現(xiàn)機器人國產(chǎn)市場份額超70%。在未來五年，這將為中國制造商提供超過740億美元的機器人及相關(guān)服務(wù)潛在市場。隨著我國工業(yè)機器人應(yīng)用市場的快速發(fā)展，工業(yè)機器人用減速器市場需求規(guī)模也隨之增長。