【机械之美】探索机器人组件——精密减速机背后的故事！

现今工业机器人的先进程度让人叹为观止，尤其是那些灵动的5轴6轴机器人，具有如此多的关节，还能够做到运动和指令的精确传输，各部位紧密配合完成复杂的工作，让人不禁好奇它们的传动系统到底是怎样的——你造么，全球机器人的关节用到的精密减速机几乎都是日本造的：日本人说跪，全球机器人没几个能站着。。。

在科幻插画中，机器人的关节处理向来是关键。七十年代日本插画师空山基的美女机器人(第184期)和人类除了皮肤外，最大的区别就是在关节结合处加了个大螺钉，细想起来各种不可行。

到了近年，在一些由真人模特PS的机器人(第124期)身上，则可以观察到关节处明显的分割和机械结构，看上去似乎可信了很多。

那么，真正的工业机器人，关节到底是什么结构的呢？

说起关节，主要是指工业机器人最重要的基础部件，也是运动的核心部件：精密减速机。这是一种精密的动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，增加转矩。

目前全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速器生产企业不算多，全球绝大多数市场份额都被日本企业占据：Nabtesco的RV减速器约占60%，Harmonica的谐波减速器约占15%，还有住友重工(SUMITOMO，未查到比例)。尤其在机器人领域的应用比例，是压倒性的。本期就来说说前两位。

Nabtesco精密减速机

Nabtesco(纳博特斯克)是2003年9月成立的，看似一个00后公司。实际上它是由帝人精机(Teijin Seiki，1944年成立)和纳博克(Nabco，1956年生产了日本第一个自动门)这两家日本公司强强合并组成。作为运动控制系统和零部件的生产商，这两家公司都在其特定的业务领域，掌握了高端核心技术，控制了很高的市场份额，所以Nabtesco甫一成立，就位居同行业在日本乃至全世界的首位，世界上大多数机器人制造商均从Nabtesco的专利RV减速机获益并带来成功。

作为世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商，Nabtesco生产高性能减速机、中空轴减速机，以及单轴伺服执行器和控制器。其生产的精密设备具有高扭矩、高刚性和高耐过载冲击荷载能力的同时，兼有高精密和非常低的回程间隙。

Nabtesco有几个小视频能很直观形象地其产品展示在各种工业机器人上的应用。机械君扒来其中一个6轴机器人的跟大家分享。

6轴机器人的关节，视频截图

每个关节都要用到不同的减速机产品

1944年帝人精机成立伊始，在飞机制造业开展业务，1947年进军纺织机械制造领域，1955年开始制造飞行器零部件，1959年扩展至机床制造业。Nabtesco的RV减速器，前身正是帝人精机的主流产品，70年代开始作为挖掘设备驱动马达的核心部件使用。80年代早期，应世界主要机器人制造商要求，帝人精机改进了RV减速器，使之更加精准可靠，符合机器人制造行业的严格要求。取得了精密摆线针轮RV减速机专利后，于1986年开始批量生产，从此开始为现代工业机器人的关节应用进行配套。

Nabtesco精密减速机产品发展过程

Nabtesco的各种减速机

技术拆解

线路能很方便得从减速机中空的部分穿过。这样的设计不仅转矩更大，压缩比更高，接近零侧隙，而且还加载了一组更大的提供更大动量，并免去外部支撑设备的内角支撑轴。这样一来，就进一步节省了成本，简化了最终用户的设计工作。

应用领域

Nabtesco致力于成为“世界领先的航天航空、陆地以及海运设备的运动控制系统和相关零部件的专家”，他们的设备可以提升从卫星、雷达天线、工业机器人、半导体和焊接技术等工业自动化领域的众多应用产品功能。

谐波传动减速器（harmonic drive）

谐波传动减速器（harmonic gear drive）是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合，从头传递运动和动力的齿轮传动系统。谐波传动减速器是由美国人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年获得发明专利（美国专利号2906143），除此之外，这位曾在美国国防部工作15年的长寿发明家一生有250项重大发明，例如军用无后座力步枪，飞机弹射器，水下爆炸试验仪器等等。

听上去象大一个行业品类，其实harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商标。1960年美国USM公司首次将谐波传动减速器成功投入运用，后来长谷川齿轮株式会社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)获得了USM的生产许可。1970年10月，长谷川与USM各出资50%，在东京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.，汉译哈默纳科。八了个卦：长谷川时任社长名叫谷川齿车，机械君觉得这名字命中注定就该是做齿轮的。。。

哈默纳科是整体运动控制的领军企业，其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点，被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。

2006年1月1日哈默纳科和上面介绍的Nabtesco的美国子公司在马萨诸塞州成立了合资公司Harmonic Drive L.L.C.。

基本原理

为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域，产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机(Harmonic Planetary)。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙，已达到精密级的传动误差。

谐波行星减速器Harmonic Planetary Gears

高集成度和兼容性的SolutionKit减速器

应用领域

谐波齿轮减速机在航空航天、能源、航海造船、仿生机械、常用军械、机床仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用，特别是在高动态性能的伺服系统中，谐波齿轮传动更是显示出其优越性。阿波罗月球车的电驱动车轮里的波动齿轮就是用哈默纳科的产品哦~~

想起德国舍弗勒轴承拍的那条广告，少了他们，全球都得停转。所以，没了日本人，全球的机器人和飞机坦克也得趴下一多半。。。

良性竞争or一哄而上

大家都听过一个经典段子：

有一个犹太人在加油站，第二个点就去开了实体店，又很赚钱，第三个犹太人开了洗车店又很赚钱，第四个人开了什么其他的服务，最后名气越来越大，最后有人在那里开了大学校，有人开了邮局什么的，最后那里很富起来。

换了中国人，第一个人开了加油站，第二个在边上赶紧又开了一家加油站，第三个看有钱赚又开了加油站，最后大家为了揽客玩命似的降价促销，最后大部分都亏损倒闭，铩羽而归，还存活的也大伤元气。

类似的案例我们听到无数，互联网界创新也是一样，P2P一哄而上，众筹一哄而上，有人做游戏赚了马上都上马游戏，马云做淘宝热火朝天，马上出来一堆商城，马云做了余额宝又出来一堆宝。。。每个行业一旦开始有人获益，就一定有大批人一哄而上，很快整个行业就进入洗牌的血腥混战。

而犹太人的思维方式是合作和借力，总是奔着相互带动人气和流量，互补的方向，在另外的领域里头创造新的机会。

在经济转型升级和我国人口老龄化进程日益加快的情况下，机器人产业的发展迎来一个需求快速发展的阶段。据机器人产业研究专家罗百辉介绍，2013年中国市场共销售工业机器人近3.7万台，约占全球销量的1/5，总销量超过了日本，位居全球第一。预计中国有望在2016年成为全球最大的机器人市场，保有量将超过15万台。连Nabtesco都计划投资近50亿日元在中国新建工厂，自2016年起投产制造工业机器人用的核心零部件，计划每年产量10万台，2020年达20万台。

机器人较高的利润诱发了国内制造业空前高涨的热情，竞争也日趋激烈。

既然做机器人关节的全球头两位对手公司都在合作，国内企业与其一哄而上硬碰硬，导致全面恶性竞争，不如静心思考，象日本人那样，努力找到自己的独特的优势和方向，专攻几个点哩？从点突破，良性竞争，携手合作，路才更宽，走得更久哈

原文来自：机械美学。

原文链接：精密减速机：日本人说跪，全球机器人没几个能站着