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多角度解读移动机器人专用减速机

发布时间: 2020-08-03 09:08:48 来源:移动机器人产业联盟

核心提示: 移动机器人对减速机的主要要求是长度短、径向负载大。其次是高精度,精密减速器是工业机器人可靠、精确运行不可或缺的零部件。因此,目前市场上比较用于移动机器人的减速机主要分为两大类,AGV专用精密行星减速机以及AGV专用摆线针齿减速机。

减速机在移动机器人中的作用

移动机器人减速机一般作用于移动机器人轮边驱动减速、转向、顶升或重复动作以完成相同工序等。为保证在生产中能够可靠地完成搬运任务,并确保搬运质量,移动机器人对定位精度和重复定位精度的要求很高,因此,提高和确保移动机器人的精度就需要采用减速机。

减速机在移动机器人中的另一作用是传递更大的扭矩。当负载较大时,一味提高伺服电机的功率是很不划算的,可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩。

动机器人专用减速机的型号

移动机器人对减速机的主要要求是长度短、径向负载大。其次是高精度,精密减速器是工业机器人可靠、精确运行不可或缺的零部件。因此,目前市场上比较用于移动机器人的减速机主要分为两大类,AGV专用精密行星减速机以及AGV专用摆线针齿减速机。

精密行星减速机其优点是结构比较紧凑,回程间隙小、精度较高,使用寿命很长,额定输出扭矩可以做得很大,但是材料及零件加工精度要求高,结构复杂,制造与安装较困难。

 
AGV驱动精密行星减速机(图片来源:杭州行星)

摆线减速机是一种应用行星式传动原理的摆线针齿啮合的新颖传动装置,优点是体积小、重量轻、动作传递精度高、传动比范围大、传动扭矩大、传动效率高、使用寿命长、结构简单,不过摆线减速机制造工艺复杂,有些零件的制造精度和装配工艺要求较高。


摆线减速机(图片来源:住友)

除上述两大类别外,根据移动机器人应用要求定制开发的减速机也占据移动机器人市场部分比例,如为顶升式AGV特别定制的顶升减速机则是通过内部提供齿轮减速后,再采用丝杆升降。

移动机器人专用减速机选型指南

AGV厂商在选型上,除了根据减速机的需求选择不同的减速机种类外,还关注减速机的减速比、安装方式和尺寸、精度、受力。针对这些要求,移动机器人的各种故障分析越来越受重视,例如漏油现象是较为常见的故障之一,而机器人漏油主要来自两个方面:电机漏油和减速机漏油。其中,减速机漏油现象更为多见,背后就涉及本体企业安装不合理等原因,因此安装方式的选择对与AGV厂商来说至关重要,也是减速机企业研发方向的重点。此外,AGV及相关机器人对减速机的要求还包括高可靠性、低噪声、长寿命、免维护等。

在移动机器人减速机品牌的选择上,目前移动机器人行业的主流选型品牌在国内与国外两大阵营,国内的品牌优势在于本土化、性价比与定制化服务,国外的品牌的技术优势则不容忽视。

国内外移动机器人减速机市场现状

国内市场:精密减速机逐渐起步

在应用于机器人的精密减速机领域,外资品牌一直占据主导地位。不过近年来,在谐波减速机方面,我国取得了比较显著的突破,这一方面得益于掌握核心技术的相关企业专利已经到期,技术限制有所放松,另一方面也是因为谐波减速机结构较为简单,攻克难度没有那么大,但与之相比的RV减速机则并非如此。

RV减速机则由于技术封锁较死,基础工艺和结构更为复杂,又完全没有捷径可走只能靠时间去磨,使我国RV减速机因此难以有所突破。近年来,国内厂商逐步实现技术突破,国产RV减速器与国外产品性能差距不断缩小。对比国内外精密减速器关键技术指标发现,国产品牌在部分指标上已接近日系品牌。不过尽管RV减速器逐步开始国产替代,国内厂商上海机电、中大力德、南通镇康、双环传动等已实现量产,但目前国产化率尚不足5%。

在一般人看来,做好机器人减速机一个品类,对于国产减速机来说就已经相当不容易。即便如此,依然有一批勇者,积极转型和拓宽产品线,移动机器人的减速机产品单独划分出来,针对驱动与顶升等定制化研发,以满足市场和客户的需求。其中,精密行星减速机由于其结构比较紧凑,回程间隙小、精度较高,使用寿命很长,额定输出扭矩大,被业内认为是最适合AGV的减速机类型。

代表企业:杭州行星传动

杭州行星传动设备有限公司是一家专业研发设计、制造和销售高精度行星减速机的科技型企业。此前,公司主要生产“行星”“planetking”品牌及其周边系列的高精度行星减速机,广泛应用于工业机器人、机械手、自动控制设备及航天航空等多领域。随着AGV行业迅猛发展,杭州行星近几年将技术探索重点也逐渐放在AGV移动机器人上。据了解,杭州行星目前主要生产AGV驱动减速机、转向减速机、顶升减速机,也可根据客户要求非标定制减速机,主要应用于搬运机器人、拣货机器人、分拣机器人等多个领域。

据介绍,精密行星传动减速机之所以被认为比较适用于AGV主要有以下三大优势:其一,体积小,重量轻。由于行星减速机结构比较紧凑,非常适合安装在AGV小车内。其二,高精度,高刚性。行星传动回程间隙小,误差小且额定输出扭矩大,可以保持AGV优良的定位精度和旋转精度。其三,行星减速机安装便捷,操作简单,通用性佳且使用寿命很长。


杭州行星AGV驱动精密行星减速机

而按照杭州行星对移动机器人用户需求更深入的理解,高可靠性、低噪声、长寿命及免维护这些要求是其开发AGV行业减速机的技术航向:

首先,材料选用严谨。杭州行星认为好的原材料是制造好零件的基本条件,该公司的AGV专用减速机的所有齿轮材料全部采用上海宝钢优质齿轮钢(中国最好的齿轮钢)。

其次,在工艺上下功夫降低噪音。锻造工艺上杭州行星采用均经渗碳淬火出齿轮,齿形齿向经修形优化处理,确保了产品的传动平稳性,提高了传动效率、降低了温升和噪音。 

最后,为确保产品的使用寿命杭州行星的减速机产品均采用进口全合成润滑脂润滑,确保了产品的高效率、长寿命和低噪声,并且产品终身免维护。

此外,作为国产精密减速机的代表企业,杭州行星致力于推动AGV行业精密减速机国产化进程,所有产品通过专业设计软件进行强度和结构设计,并且严格按照设计要求进行制造,因此提供给用户的性能参数具有很高的可靠性。考虑到应用的多样化和客户需求的个性化,杭州行星还承接非标设计与制造,目前已为多家用户开发驱动、顶升非标减速机十多款。

AGV顶升减速机(图片来源:杭州行星)

国外市场:瞄准AGV行业研发新品

国外在先进减速机的设计生产上已经十分成熟,而工业机器人减速机生产企业主要是日本公司。随着AGV应用范围越来越广以及市场的不断扩大,产业链上游的核心零部件厂商也在伺机而动,从2017年开始,全球顶尖的三大减速机巨头(住友、纳博特斯克、哈默纳科)就已纷纷开始针对AGV行业开发特定产品,将减速器与电动机的连体结构并已生产多种结构形式和多种功率型号的产品陆续向AGV行业推出,这些产品不但打破了AGV高精度减速机单调的选型方式,更是开创了驱动一体化减速机应用到AGV行业的创新解决方案。其中,以日本住友的摆线针轮减速机的推出,将AGV减速机的全新探索推向高潮。

代表企业:日本住友

日本住友集团(Sumitomo Group)是拥有400多年历史的企业集团,旗下住友重机械工业株式会社是专业从事各领域机械设计、生产制造和销售服务的全球领先企业,1931年发明和制造了全球第一台摆线减速机,1982年率先进入工业机器人减速机领域。目前,住友以摆线针轮减速机为原型,为AGV驱动提供了Smartris驱动一体化解决方案,成为全球AGV行业摆线减速机的领先者。

 
摆线减速机(图片来源:住友)

摆线减速机本身就具有结构紧凑、可制作速比范围广、精度高等优点。住友摆线减速机采用独特的圆弧齿形,齿间啮合采用滚动形式,啮合更平滑流畅,抗负载冲击能力强,减速机外形尺寸更短,结构简单,有助于提升AGV内部空间。

针对AGV行业,为了提升电机和齿轮的精度和可靠性,实现伺服电机和驱动器的精确、安全控制,住友特别推出一体化的Smartris解决方案,不仅减少能源浪费,减少安装空间,提高AGV可靠性,同时增加AGV驱动方案的灵活性和多样性。

据了解,住友的Smartris一体化解决方案有多种不同的产品规格,它是“Smart”(智能)和“Tris”(三合一)的组合。可分为分为ECO(经济型)、Pro(高端型)和Ultra(卓越型)。ECO(经济型)系列为减速机输出轴旋转型、Pro(高端型)系列为减速机壳体旋转型,减速机外壳包胶后可直接作为AGV驱动车轮,驱动单元长度更短、并提供了更高径向载荷能力。而Ultra(卓越型)系列在Pro系列的基础上将驱动机构长度进一步缩减到极致的同时,提供了比Pro系列更高的径向载荷。

住友一体化Smartris解决方案

全行业覆盖的Smartris系列可以满足AGV运送各种有效载荷,单个驱动轮的径向载荷从最小150kg~1600kg。最大输出扭矩100N•m,最大加速扭矩350N•m,使得AGV行走速度可达2m/s,加速度可达1.0m/s²。

据了解,住友除了提供集成了齿轮、伺服电机、驱动器的Smartris一体化方案以外,作为全球三大顶尖减速机巨头之一,其另一个大优势在于品牌服务,住友Smartris已经获得CE认证,服务体系已经遍布全球的工厂和服务网络,从而也方便了客户快速应对全球市场的需求和服务。

未来发展方向:机电一体集成化成发展趋势

在未来的发展方向上,移动机器人的减速机将呈现出两大主流趋势,其一是定制化需求显著,其二是一体化进程加速。

移动机器人行业不但面向的应用领域在不断拓展,为了适配不同场景下的应用需求,其外观和功能上的变更更是五花八门,单靠标准的减速机型号很难满足AGV厂商的需求,因此越来越多厂商先后推出定制化服务来配合行业的发展。

此外,一体化方案被认为更适合移动机器人,也将会是今后的发展趋势。一体化可以使得产品结构更紧凑,安全保障更高、更易于安装调试。因此能够帮助AGV制造企业节约成本,并可更好的提升AGV产品行走的灵活性、稳定性和可靠性。而在移动机器人专用减速机企业的产品方向上也不难看出端倪,例如住友推出的减速机便是采用驱动器+电机+减速机的一体化解决方案。行星传动也表示,驱控一体化是其未来发展所趋,目前该公司已和相关单位已合作开发出数款样机,正在测试和改进中。

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