减速器产品主要应用于风电、核电、人工智能、 自动化产线、航空、精密机床、电梯、起升、叉车、 高铁、医疗、割草机、代步车等20多个行业和领域。其中用于工业机器人的减速器主要是谐波减速机和RV减速机，均是机器人行业的关键核心部件之一，占工业机器人整体成本的40%之多。

目前，国内已有不少的精密机械制造企业能生产谐波减速器，国内的市场份额已能达到40%以上，但在核心技术上（如使用寿命、精度、材料耐磨性）等方面，与德日产品仍有较大差距。而RV减速机的关键核心技术，仍基本掌握在欧美日等国家手中。国内企业仍处于初创发展期，能跻身于国际竞争的企业仅有一两家，仅占10%左右的市场份额，属于工业机器人、智能车行业亟需的进口替代产品。

一、谐波减速器

谐波传动器的由来

谐波传动是由美国发明家C.W.Musser于1955年发明创造的，它是一种利用柔性工作构件的弹性形变进行运动或动力传递的一种新型传动方式，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动.从而获得了一系列其他传动所难以达到的特殊功能。由于中间柔性构件的变形过程基本上是一个对称的谐波，故而得名。除前苏联把这种传动称为波形传动柔性轮传动外。美。英。德。日等国均称为 "谐波传动"。

谐波减速器的构造

刚轮∶刚性的内齿轮，一般情况下比柔轮多2个齿，通常固定在机壳上。

柔轮; 开口部外圈带有的薄杯型金属弹性部件，它随波发生器的转动而变形，通常与输出轴联接。

波发生器∶由一个椭圆形凸轮和一个柔性轴承组成，通常与输入轴联接。柔性轴承内圈固定在凸轮上，外圈可通过滚珠实现弹性形变成椭圆形。

谐波传动的工作原理

谐波减速器是利用柔轮、刚轮和波发生器的相对运动，主要是柔轮的可控弹性变形来实现运动和动力传递。波发生器内的椭圆形凸轮在柔轮内旋转使柔轮产生变形。在波发生器的椭圆形凸轮长轴两端处的柔轮轮齿和刚轮轮齿进入啮合时，短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿脱开。

对于波发生器长轴和短轴之间的齿，沿柔轮和刚轮周长的不同区段内处于逐渐进入啮合的半啮合状态，称为啮入;处于逐渐退出啮合的半啮合状态，称为啮出。当波发生器连续转动时，柔轮不断产生形变，使两轮轮齿在啮入、啮合、啮出和脱开四种运动不断改变各自原来的工作状态，产生错齿运动，实现主动波发生器到柔轮的运动传递。

国内谐波减速器的厂家状况

我国现阶段谐波减速器的制造能力还只相当于日本七八十年代的水平。国内谐波传动产业主要的问题是精度和精度保持能力差，承载能力差、噪声大，生产设备落后，产品种类少，企业规模偏小、研发人员和投入都不足。目前，国内能生产制造谐波减速器的企业有：绿的、瑞迪、中技克美、北京谐波、渭河等等品牌。

国产谐波减速器能够和进口产品正面竞争的时刻也会很快来临，甚至比国产机器人还要快。“现在有些国外谐波减速器品牌已经几乎不在中国市场销售了，在中国销售的也处于缺货状态，接下来国产谐波减速器的入局者多了，数量和品质提升的同时价格又能降下来，那么国外品牌的机会非常渺茫。”-国内某知名谐波减速器企业负责人如是说。

二、RV减速器

一般来说，机器人的一到四关节全部使用RV减速机，轻载机械人第五关节和第六关节有可能使用谐波减速机。重载机械人全部关节都需要使用RV减速机。平均而言，每台机器人要使用4.5台RV减速器。由此可见，RV减速机对机器人来说有多重要。

RV减速器的应用和特点

RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。

RV减速机结构

RV减速机，通常是2级减速机构，传动刚度高、传动比大（通常为30~260）、传动平稳、惯量小、输出转矩大、体积小、抗冲击力强等特点。结构上，RV减速机比谐波减速机更复杂，传动链较长，减速机间隙较大，传动精度不及后者，但是结构刚度更好、惯量更小、使用寿命更长。

RV减速机，由正齿轮（行星轮）、RV齿轮、曲柄轴、销（针齿销）、外壳（针轮）、输出轴等组成。

外壳（针轮），内侧加工有针齿，外侧加工有法兰和安装孔。

RV齿轮，在减速机中间，是减速机的核心。

RV减速机的减速工作原理

通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速。

正齿轮变速，行星轮和太阳轮实现的齿轮变速，转速比=太阳轮齿数

/行星轮齿数。

差动齿轮变速，行星轮带动曲轴旋转，曲轴带动RV齿轮摆动。两片RV齿轮的摆动过程相同，但是相位相差180°，而RV齿轮和针轮之间有针齿销，当RV齿轮摆动时，针齿销迫使RV齿轮沿针轮逐齿旋转。

通过不同的安装方式决定了不同的变速比，一般RV减速机的样本上只给出基本变速比 。用户可以根据实际的安装情况，计算出对应的传动比。

RV减速器的缺陷

在实际工况中RV减速器需要反复的精确定位，也就是不断的启动和刹车，为了保持一定精度不衰减，延长使用寿命，对针齿和针齿壳以及针齿销的加工精度、材料和工艺都有相当高的要求。这也是精密RV减速器较难生产的重要原因之一。

国内RV减速器的现状

RV减速机对 基本材料有很高要求，需具备高耐磨性、高刚性和高精度等性能，要求对材料的化学元素、含量和金相组织以及热处理工艺有严格要求。目前国产优质的RV减速机市场份额仅在10%，且品质不一。国内主要厂家有秦川发展、武汉精华、双环传动、南通振康、中大力德等。

动力方面

1.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；

2.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；

3.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个轴可能会在额定点20％附近，除非经过良好的设计和实施；

4.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，则接触刚度／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。

国内RV减速器发展还存在产能扩大的瓶颈，涉及收费口、管理、技术等问题，日本的减速器出现供货周期延后的现象，最长的供货周期已经达到6个月以上，日本纳博特斯克的供货周期已从原来的2-3个月延长到现在的4-6个月，国产减速器产能不能在很短时间内实现成倍增长，无法满足不断扩大的市场需求。所以扩产不仅是国产减速器面临的问题，也是日本减速器面临的问题之一。

国产减速器一直以来参考的对象都是横向的国外进口减速器某型号，从没听说过某减速器专门为某国产机器人深度定制，一个工业机器人，并不是只有减速器就足够了，更重要的是和伺服系统、运动控制系统的结合才能达到高精度和高稳定性。

据估计，到2020年中国每年需要消耗190000台机器人，到2025年实现机器人国产市场份额超70%。在未来五年，这将为中国制造商提供超过740亿美元的机器人及相关服务潜在市场。随着我国工业机器人应用市场的快速发展，工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。

国家统计局数据显示，8月国内工业机器人产量同比增长57.4%；1至8月国内工业机器人产量同比增长63.9%。

——“63.9%”的背后，是下游制造业应用端景气度持续回升。

“作为固定资产投资的重要项目，工业机器人产业是我国制造业运行的晴雨表。”工业和信息化部装备工业发展中心政策规划处处长左世全说。前8月，我国新能源汽车产销量同比均增长1.9倍，光伏电池、锂离子电池产量累计分别增长48.1%和38.7%，下游制造业应用端景气度回升，带动工业机器人行业重拾增长势头。

——“63.9%”的背后，是我国制造业企业数字化、智能化转型提速。

在深圳欣旺达电池包自动生产线上，电芯翻转、机器人堆叠、气密性测试等覆盖所有工序的近800个动作，如今已通过数字孪生技术全部建立起模型，并通过工业互联网平台实现了连接。“数字孪生生产线将工业机器人与工业互联网有机融合，通过全面实时的数据采集、分析、决策，电池包的质量缺陷问题将易于被发现。”华龙讯达总经理龙小昂说。

“我国制造业正呈现高端化、智能化、绿色化发展的好势头。”左世全介绍，以智能工厂为代表的自动化应用，开始由汽车、3C电子向金属加工、化工、食品制造等领域拓展，工业机器人使用密度也从2016年的75台/万人增长到2019年的113台/万人，这一数据今年将继续提升。

——“63.9%”的背后，也是我国工业机器人产业创新发展驶入快车道。

壳体内伺服压装、自动送钉拧紧、机器人视觉引导自动装配、3D视觉检测……仅仅6分钟，一台搭载在红旗H9轿车上的高端纵置自动变速器，就缓缓驶下一汽轴齿中心DCT400变速箱生产线。“新松机器人与一汽集团携手合作，创新突破多项技术难点，实现了产线柔性化、自动化、智能化，确保了产品装配精度。”来自新松公司的项目负责人秦剑说。

谐波减速器、自研控制器、国产智能控制和应用系统……一批强链补链的最新成果亮相2021世界机器人大会。“近年来，我国工业机器人本体性能和质量取得长足进步，关键零部件领域的部分难题得到缓解，系统集成应用水平和范围进一步深化拓展，产品供给能力快速提升。”中国机械工业联合会机器人分会执行副理事长宋晓刚预计，全年工业机器人产量增速将超30%。

文章来源： 化势量化研究，人民日报