精密减速器:机器人国产替代关键赛道,核心环节龙头梳理

作为机器人的核心零部件,减速器、伺服系统和控制器的国产化率目前仅为36.53%、24.50%和31.20%,而这三部分是机器人实现精密运动的核心保障,对产品的最终性能起决定性作用,是国产化进程的主攻方向。

其中,减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用,按照控制精度划分,可分为一般传动减速器和精密减速器。#机器人# #人形机器人# #减速器#

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一般传动减速器控制精度低,可满足机械设备基本的动力传动需求。

精密减速器是一个具有特定功能的机械部件,有其成套技术、成套装备和工艺,基于此生产出的减速器、电机和传感器构成了机器人的关节单元。关节单元再构成机器人,最终,机器人为用户使用。

精密减速器的技术生态包含减速器本身的技术、减速器与关节单元协同、减速器与机器人整体性能协同的三个层次。其制造要求高、技术难度大,具有精度高、可靠稳定等优势,应用于机器人、数控机床等高端领域。

精密减速器在机器人领域主要用于各个关节,负责将伺服电机输出的高速运转动力转化为低转速、高转矩的运动,决定机器人的精度和负载。

精密减速器主要包括谐波减速器与RV减速器,但其工作原理和应用场景存在较大区别。

根据MIR数据,2022年中国谐波、RV减速器销量为53、73万台,预计23-25年二者CAGR分别为18.7%、15.4%,高增长的原因包括高端制造和人口老龄化驱动工业机器人密度提升,以及机器人及零部件的国产替代。

谐波减速器

比对精密RV减速机、谐波减速机及行星减速机的结构特征,谐波传动相较其他两者使用更少的零件,因此产品更紧凑、更轻量;同时产品零背隙的特性,满足高定位精度的需求。这些差异性确保了谐波传动在轻/无间隙/空心组合中的关键优势。

谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点,与一般减速器比较,在输出力矩相同时,谐波减速器的体积可减少2/3,重量可减轻1/2,在人形机器人中用于肩部、肘部、腿部、腕部、腰部、颈部等几个主要关节。

谐波减速器的三个基本构件:波发生器、带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)、带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮)。三个构件可任意固定一个,其余两个一为主动、一为从动,可实现减速或增速(固定减速比),也可变换成两个输入,一个输出,组成差动传动。

根据绿的谐波定增募集书,当前工业机器人采用机电一体化关节设计已成为重要发展方向。一体化的机器人关节设计是将精密减速器、电机及驱动器、传感器等组成一个基本的传动单元,可以提高机器人的灵活性,减少制造时间和总体成本。

谐波减速器在高精密传动领域使用广泛:

资料来源:绿的谐波招股说明书

国内生产工业机器人减速器的企业数量逐渐增多,且技术在逐步提升,部分厂商已经实现量产并逐步推向市场,在精密减速器国产化的道路上进步明显。

RV 减速器

随着国内机器人产业的发展,带动RV减速器需求快速增长。

RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性和扭矩承载能力,在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。其在重负载精密减速器领域内也具有一定主导地位,在人形机器人中主要用于腰部、髋部。

RV减速器的技术难点在于其采用二级减速的设计,一开始很小的误差在输出时就会被放大,从而影响产品精度。

在第一减速部中,输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮,按齿数比进行减速;在第二减速部中,有一个曲柄轴与直齿轮相连接,在曲柄轴的偏心部分,通过滚动轴承安装RV齿轮,曲柄轴会带动RV减速机做偏心运动,当曲柄轴转动一周,RV齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿,从而达到减速效果。

同时,由于需要保证传递很大的扭矩,承受很大的过载冲击,并保证预期的工作寿命,RV减速器在设计上使用了过定位结构,这使得零件加工精度要求极高,加工十分困难。

精密减速器市场格局

全球精密减速器市场呈现出日本企业高度集中的局面。

哈默纳科(HarmonicDriveSystem)与纳博特斯克(Nabtesco)分别在谐波减速器和RV减速器领域取得了市场主导地位,依靠长期的研发技术积累、规模化的生产能力、稳定的产品质量和性能,二者与ABB、发那科、库卡、安川等国际工业机器人生产商合作历史悠久,在行业内的市场地位较为突出。

日本纳博特斯克是生产RV减速器的世界巨头,哈默纳科则是谐波减速器领域的龙头。

近年来,国内RV、谐波减速器国产份额也有了显著提升。以绿的谐波和双环传动等国产品牌在性能上不断缩小差距,又具有成本优势,市占率逐步赶上。

从产品类型来看,国产谐波减速器替代相对明显,市场逐年增长,国产渗透率逐步提升。根据MIR数据显示,2022年中国谐波减速器竞争格局,绿的谐波占比40%位居第一,来福谐波占比19%第二,日本新宝占比10%第三;国内厂商同川、大族、福德占比也逐年提升。RV减速器领域,中大力德、秦川机床、珠海飞马等众多国产品牌正处于快速导入期。

中国RV减速器市场格局(2022年):

资料来源:MIR

随着新一轮人工智能浪潮爆发,制造业的“机器换人”加速,以及特斯拉引领的人形机器人加速到来,精密减速器行业有望迎来新一轮高速发展机遇。

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页面更新:2024-03-04

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