工业机器人核心零部件主要有三部分:精密减速器、驱动及控制器、伺服电机,其中减速器是制约国内工业机器人技术发展的最为重要的因素。
伺服电机的主流供应商有日系的松下、安川和欧美系的倍福、伦茨等,国内汇川技术等公司也有一定的市场份额;控制器的主流供应商主要有美国的Delta Tau和Gail、英国的TRIO和中国的固高、步进等公司。相对来说这两个核心零部件的紧缺性并不那么强。首先,伺服电机与控制器的供应商之间实力较为均衡,可选择的供应商相对较多;其次,几个品牌都在中国建立了分工厂,采购产品不存在进口关税;最后,经过多年的发展国内已涌现出了相关的公司,其产品质量正在追赶国际广商,例如汇川技术、华中数控、广州数控、英威腾等。
表6:国内外工业机器人核心零部件供应厂商 |
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核心部件 |
国外厂家 |
国内厂家 |
驱动及控制系统 |
Delta Tau、Gai、TRIO、FANUC、西门子、MAXON |
固高、步进;汇川技术、英威腾、广州数控;华中数控 |
伺服电机 |
安川、松下、三菱、三共、富士、伦茨、倍福、力士乐、博世、西门子、MAXON |
台湾APEX、南京艾斯顿、广州数控、珠海运控、桂林星辰、汇川技术 |
RV减速器 |
帝人、住友、SEJINIGB(韩国)、SPINEA(斯洛伐克) |
秦川发展、上海机电、科赛恩、浙江恒丰泰、南通振康、 天津百利天星 |
谐波减速器 |
Harmonica(日本)、Harmonica Drive AG(德国) |
中技克美、苏州绿的、北京谐波传动所 |
但在精密减速器方面,全球75%的市场份额由两家日本公司垄断,分别为提供RV摆线针轮减速机的Nabtesco和提供高性能谐波减速机的Harmonic Drive;包括ABB、FANUC、KUKA、安川等国际主流机器人厂商的减速机基本上均由这两家公司提供。此外,韩国的SEJINIGB生产的RV减速器结构紧凑,质量可以和Nabtesco(帝人)相比,在中国也建有组装生产公司,但主要供给韩国企业和用于军用方面。与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是,国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系,提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号,这也是外资品牌主机品质优于国产主机的原因之一。
国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚,仅在部分院校、研究所有过相关研究,据了解目前尚无成熟的国产RV减速器应用于工业机器人。这是因为精密减速器的设计、研发和制造过程中需要对相关的材料、零件结构和齿轮齿形进行反复的测试与修正,这一过程需要经验与技术的积累。
近年来国内部分厂商和院校致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究,如浙江恒丰泰、重庆大学机械传动国家重点实验室、天津减速机厂、秦川机床厂、大连交通大学等;部分企业现已研发出样机,或已在进行可靠性试验与检测。而在谐波减速器方面,国内已有可替代产品,如北京中技克美、北京谐波传动所和苏州绿的,虽然相应产品在输入转速,扭转刚度,传动精度和效率方面与日本产品还存在差距,但整体的质量品质还在提高,也逐渐地应用在关节型工业机器人中。面对未来在国内巨大的需求,精密减速器国产化也只是时间长短的问题,进口替代的雏形已现。
表7:纳博特斯克(帝人)RV减速器性能参数 |
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Nabob(帝人) |
RV6-E |
RV40-E |
RV160-E |
输出转速(r/m) |
50 |
30 |
15 |
输入功率(Kw) |
0.35 |
1.4 |
3.28 |
额定输出转矩(Nm) |
50 |
334 |
1568 |
减速比 |
30-103 |
56-152 |
80-171 |
刚性(Nm/arc.min) |
117 |
931 |
1470 |
额定力矩(Nm) |
196 |
1666 |
2940 |
瞬时最大力矩(N/m) |
392 |
3332 |
5880 |
瞬时最大转矩(N/m) |
294 |
2058 |
5390 |
重量(Kg) |
2.5 |
9.3 |
26.4 |
尺寸(mmxmm) |
17.6x91.6 |
29.6x143.7 |
47.8x210.9 |
额定寿命(Hr) |
6000 |
6000 |
6000
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