減速機(jī)在移動機(jī)器人中的作用
移動機(jī)器人減速機(jī)一般作用于移動機(jī)器人輪邊驅(qū)動減速、轉(zhuǎn)向、頂升或重復(fù)動作以完成相同工序等。為保證在生產(chǎn)中能夠可靠地完成搬運(yùn)任務(wù)，并確保搬運(yùn)質(zhì)量，移動機(jī)器人對定位精度和重復(fù)定位精度的要求很高，因此，提高和確保移動機(jī)器人的精度就需要采用減速機(jī)。
減速機(jī)在移動機(jī)器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，一味提高伺服電機(jī)的功率是很不劃算的，可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過減速器來提高輸出扭矩。
移動機(jī)器人專用減速機(jī)的型號
移動機(jī)器人對減速機(jī)的主要要求是長度短、徑向負(fù)載大。其次是高精度，精密減速器是工業(yè)機(jī)器人可靠、精確運(yùn)行不可或缺的零部件。因此，目前市場上比較用于移動機(jī)器人的減速機(jī)主要分為兩大類，AGV專用精密行星減速機(jī)以及AGV專用擺線針齒減速機(jī)。
精密行星減速機(jī)其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做得很大，但是材料及零件加工精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造與安裝較困難。
擺線減速機(jī)是一種應(yīng)用行星式傳動原理的擺線針齒嚙合的新穎傳動裝置，優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、動作傳遞精度高、傳動比范圍大、傳動扭矩大、傳動效率高、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單，不過擺線減速機(jī)制造工藝復(fù)雜，有些零件的制造精度和裝配工藝要求較高。
除上述兩大類別外，根據(jù)移動機(jī)器人應(yīng)用要求定制開發(fā)的減速機(jī)也占據(jù)移動機(jī)器人市場部分比例，如為頂升式AGV特別定制的頂升減速機(jī)則是通過內(nèi)部提供齒輪減速后，再采用絲桿升降。
移動機(jī)器人專用減速機(jī)選型指南
AGV廠商在選型上，除了根據(jù)減速機(jī)的需求選擇不同的減速機(jī)種類外，還關(guān)注減速機(jī)的減速比、安裝方式和尺寸、精度、受力。針對這些要求，移動機(jī)器人的各種故障分析越來越受重視，例如漏油現(xiàn)象是較為常見的故障之一，而機(jī)器人漏油主要來自兩個(gè)方面：電機(jī)漏油和減速機(jī)漏油。其中，減速機(jī)漏油現(xiàn)象更為多見，背后就涉及本體企業(yè)安裝不合理等原因，因此安裝方式的選擇對與AGV廠商來說至關(guān)重要，也是減速機(jī)企業(yè)研發(fā)方向的重點(diǎn)。此外，AGV及相關(guān)機(jī)器人對減速機(jī)的要求還包括高可靠性、低噪聲、長壽命、免維護(hù)等。
在移動機(jī)器人減速機(jī)品牌的選擇上，目前移動機(jī)器人行業(yè)的主流選型品牌在國內(nèi)與國外兩大陣營，國內(nèi)的品牌優(yōu)勢在于本土化、性價(jià)比與定制化服務(wù)，國外的品牌的技術(shù)優(yōu)勢則不容忽視。
國內(nèi)外移動機(jī)器人減速機(jī)市場現(xiàn)狀
國內(nèi)市場：精密減速機(jī)逐漸起步
在應(yīng)用于機(jī)器人的精密減速機(jī)領(lǐng)域，外資品牌一直占據(jù)主導(dǎo)地位。不過近年來，在諧波減速機(jī)方面，我國取得了比較顯著的突破，這一方面得益于掌握核心技術(shù)的相關(guān)企業(yè)專利已經(jīng)到期，技術(shù)限制有所放松，另一方面也是因?yàn)橹C波減速機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡單，攻克難度沒有那么大，但與之相比的RV減速機(jī)則并非如此。
RV減速機(jī)則由于技術(shù)封鎖較死，基礎(chǔ)工藝和結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，又完全沒有捷徑可走只能靠時(shí)間去磨，使我國RV減速機(jī)因此難以有所突破。近年來，國內(nèi)廠商逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，國產(chǎn)RV減速器與國外產(chǎn)品性能差距不斷縮小。對比國內(nèi)外精密減速器關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)品牌在部分指標(biāo)上已接近日系品牌。不過盡管RV減速器逐步開始國產(chǎn)替代，國內(nèi)廠商上海機(jī)電、中大力德、南通鎮(zhèn)康、雙環(huán)傳動等已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但目前國產(chǎn)化率尚不足5%。
在一般人看來，做好機(jī)器人減速機(jī)一個(gè)品類，對于國產(chǎn)減速機(jī)來說就已經(jīng)相當(dāng)不容易。即便如此，依然有一批勇者，積極轉(zhuǎn)型和拓寬產(chǎn)品線，將移動機(jī)器人的減速機(jī)產(chǎn)品單獨(dú)劃分出來，針對驅(qū)動與頂升等定制化研發(fā)，以滿足市場和客戶的需求。其中，精密行星減速機(jī)由于其結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩大，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是最適合AGV的減速機(jī)類型。
代表企業(yè)：杭州行星傳動
杭州行星傳動設(shè)備有限公司是一家專業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、制造和銷售高精度行星減速機(jī)的科技型企業(yè)。此前，公司主要生產(chǎn)“行星”“planetking”品牌及其周邊系列的高精度行星減速機(jī)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手、自動控制設(shè)備及航天航空等多領(lǐng)域。隨著AGV行業(yè)迅猛發(fā)展，杭州行星近幾年將技術(shù)探索重點(diǎn)也逐漸放在AGV移動機(jī)器人上。據(jù)了解，杭州行星目前主要生產(chǎn)AGV驅(qū)動減速機(jī)、轉(zhuǎn)向減速機(jī)、頂升減速機(jī)，也可根據(jù)客戶要求非標(biāo)定制減速機(jī)，主要應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人、揀貨機(jī)器人、分揀機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。
據(jù)介紹，精密行星傳動減速機(jī)之所以被認(rèn)為比較適用于AGV主要有以下三大優(yōu)勢：其一，體積小，重量輕。由于行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)比較緊湊，非常適合安裝在AGV小車內(nèi)。其二，高精度，高剛性。行星傳動回程間隙小，誤差小且額定輸出扭矩大，可以保持AGV優(yōu)良的定位精度和旋轉(zhuǎn)精度。其三，行星減速機(jī)安裝便捷，操作簡單，通用性佳且使用壽命很長。
而按照杭州行星對移動機(jī)器人用戶需求更深入的理解，高可靠性、低噪聲、長壽命及免維護(hù)這些要求是其開發(fā)AGV行業(yè)減速機(jī)的技術(shù)航向：
首先，材料選用嚴(yán)謹(jǐn)。杭州行星認(rèn)為好的原材料是制造好零件的基本條件，該公司的AGV專用減速機(jī)的所有齒輪材料全部采用上海寶鋼優(yōu)質(zhì)齒輪鋼（中國最好的齒輪鋼）。
其次，在工藝上下功夫降低噪音。鍛造工藝上杭州行星采用均經(jīng)滲碳淬火出齒輪，齒形齒向經(jīng)修形優(yōu)化處理，確保了產(chǎn)品的傳動平穩(wěn)性，提高了傳動效率、降低了溫升和噪音。
最后，為確保產(chǎn)品的使用壽命，杭州行星的減速機(jī)產(chǎn)品均采用進(jìn)口全合成潤滑脂潤滑，確保了產(chǎn)品的高效率、長壽命和低噪聲，并且產(chǎn)品終身免維護(hù)。
此外，作為國產(chǎn)精密減速機(jī)的代表企業(yè)，杭州行星致力于推動AGV行業(yè)精密減速機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程，所有產(chǎn)品通過專業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制造，因此提供給用戶的性能參數(shù)具有很高的可靠性。考慮到應(yīng)用的多樣化和客戶需求的個(gè)性化，杭州行星還承接非標(biāo)設(shè)計(jì)與制造，目前已為多家用戶開發(fā)驅(qū)動、頂升非標(biāo)減速機(jī)十多款。
AGV頂升減速機(jī)（圖片來源：杭州行星）
國外市場：瞄準(zhǔn)AGV行業(yè)研發(fā)新品
國外在先進(jìn)減速機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)上已經(jīng)十分成熟，而工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)生產(chǎn)企業(yè)主要是日本公司。隨著AGV應(yīng)用范圍越來越廣以及市場的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心零部件廠商也在伺機(jī)而動，從2017年開始，全球頂尖的三大減速機(jī)巨頭（住友、納博特斯克、哈默納科）就已紛紛開始針對AGV行業(yè)開發(fā)特定產(chǎn)品，將減速器與電動機(jī)的連體結(jié)構(gòu)并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品陸續(xù)向AGV行業(yè)推出，這些產(chǎn)品不但打破了AGV高精度減速機(jī)單調(diào)的選型方式，更是開創(chuàng)了驅(qū)動一體化減速機(jī)應(yīng)用到AGV行業(yè)的創(chuàng)新解決方案。其中，以日本住友的擺線針輪減速機(jī)的推出，將AGV減速機(jī)的全新探索推向高潮。
代表企業(yè)：日本住友
日本住友集團(tuán)（Sumitomo Group）是擁有400多年歷史的企業(yè)集團(tuán)，旗下住友重機(jī)械工業(yè)株式會社是專業(yè)從事各領(lǐng)域機(jī)械設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和銷售服務(wù)的全球領(lǐng)先企業(yè)，1931年發(fā)明和制造了全球第一臺擺線減速機(jī)，1982年率先進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)領(lǐng)域。目前，住友以擺線針輪減速機(jī)為原型，為AGV驅(qū)動提供了Smartris驅(qū)動一體化解決方案，成為全球AGV行業(yè)擺線減速機(jī)的領(lǐng)先者。
擺線減速機(jī)本身就具有結(jié)構(gòu)緊湊、可制作速比范圍廣、精度高等優(yōu)點(diǎn)。住友擺線減速機(jī)采用獨(dú)特的圓弧齒形，齒間嚙合采用滾動形式，嚙合更平滑流暢，抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)，減速機(jī)外形尺寸更短，結(jié)構(gòu)簡單，有助于提升AGV內(nèi)部空間。
針對AGV行業(yè)，為了提升電機(jī)和齒輪的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)和驅(qū)動器的精確、安全控制，住友特別推出一體化的Smartris解決方案，不僅減少能源浪費(fèi)，減少安裝空間，提高AGV可靠性，同時(shí)增加AGV驅(qū)動方案的靈活性和多樣性。
據(jù)了解，住友的Smartris一體化解決方案有多種不同的產(chǎn)品規(guī)格，它是“Smart”（智能）和“Tris”（三合一）的組合。可分為分為ECO（經(jīng)濟(jì)型）、Pro（高端型）和Ultra（卓越型）。ECO（經(jīng)濟(jì)型）系列為減速機(jī)輸出軸旋轉(zhuǎn)型、Pro（高端型）系列為減速機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)型，減速機(jī)外殼包膠后可直接作為AGV驅(qū)動車輪，驅(qū)動單元長度更短、并提供了更高徑向載荷能力。而Ultra（卓越型）系列在Pro系列的基礎(chǔ)上將驅(qū)動機(jī)構(gòu)長度進(jìn)一步縮減到極致的同時(shí)，提供了比Pro系列更高的徑向載荷。
住友一體化Smartris解決方案
全行業(yè)覆蓋的Smartris系列可以滿足AGV運(yùn)送各種有效載荷，單個(gè)驅(qū)動輪的徑向載荷從最小150kg~1600kg。最大輸出扭矩100N?m，最大加速扭矩350N?m，使得AGV行走速度可達(dá)2m/s，加速度可達(dá)1.0m/s2。
據(jù)了解，住友除了提供集成了齒輪、伺服電機(jī)、驅(qū)動器的Smartris一體化方案以外，作為全球三大頂尖減速機(jī)巨頭之一，其另一個(gè)大優(yōu)勢在于品牌服務(wù)，住友Smartris已經(jīng)獲得CE認(rèn)證，服務(wù)體系已經(jīng)遍布全球的工廠和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，從而也方便了客戶快速應(yīng)對全球市場的需求和服務(wù)。
未來發(fā)展方向：機(jī)電一體集成化成發(fā)展趨勢
在未來的發(fā)展方向上，移動機(jī)器人的減速機(jī)將呈現(xiàn)出兩大主流趨勢，其一是定制化需求顯著，其二是一體化進(jìn)程加速。
移動機(jī)器人行業(yè)不但面向的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展，為了適配不同場景下的應(yīng)用需求，其外觀和功能上的變更更是五花八門，單靠標(biāo)準(zhǔn)的減速機(jī)型號很難滿足AGV廠商的需求，因此越來越多廠商先后推出定制化服務(wù)來配合行業(yè)的發(fā)展。
此外，一體化方案被認(rèn)為更適合移動機(jī)器人，也將會是今后的發(fā)展趨勢。一體化可以使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更緊湊，安全保障更高、更易于安裝調(diào)試。因此能夠幫助AGV制造企業(yè)節(jié)約成本，并可更好的提升AGV產(chǎn)品行走的靈活性、穩(wěn)定性和可靠性。而在移動機(jī)器人專用減速機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品方向上也不難看出端倪，例如住友推出的減速機(jī)便是采用驅(qū)動器+電機(jī)+減速機(jī)的一體化解決方案。行星傳動也表示，驅(qū)控一體化是其未來發(fā)展所趨，目前該公司已和相關(guān)單位已合作開發(fā)出數(shù)款樣機(jī)，正在測試和改進(jìn)中。
