工业机器人谐波减速器及配套轴承的现状与未来

　　【中国智能制造网 学术论文】近年以来，大家只要谈到谐波减速器，从事工业机器人领域的业内人士都不会陌生。过去多年，这个有时不过巴掌大的机器人核心零部件，由于核心技术长期被国外品牌垄断，一直占据机器人约三成的整体成本。这一现实也客观上推高了国内机器人应用的成本。　　
　　20世纪50年代中期，随着科学技术的发展，美国人马瑟在薄壳弹性变形理论基础上，应用金属的挠性和弹性力学原理发明出来一种新型谐波传动技术。谐波传动技术主要应用于航空航天、工业机器人、精密设备仪器、雷达通讯设备、印刷机械、纺织机械、半导体工业晶圆传送装置、印刷包装机械、医疗器械、金属成型机械、仪器仪表、光学制造仪器、核设施及空气动力实验研究等领域。
　　
　　谐波传动这项新型技术的出现便引起了各国的重视。1970年引入日本，随之诞生了日本家整体运动控制的企业-日本HarmonicDriveSystemsInc.(简称HDSI)。日本HDSI公司生产的HarmonicDrive谐波减速器，具有轻量、小型、传动效率高、减速范围广、精度高等特点，被广泛应用于各种传动系统中。HDSI主要生产和销售各种精密减速装置，当之无愧为整体运动控制的企业。为了涵盖谐波减速器不能覆盖到的低减速比领域，HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺，可使行星齿轮啮合得更紧、消除背隙，从而将传动误差控制在精密范围内。HDSI初只是在其国内发展，与之有着长久合作关系的有安川电机、三菱电机及发那科等企业。
　　
　　近年来，中国工业机器人产业进入新的历史机遇期，以ABB、KUKA、安川、发那科为代表的机器人企业纷纷大举进入中国，设立工厂，抢占市场份额。在中国，如手机制造、半导体、液晶生产机械等行业，对小型机器人的需求也是越来越旺盛，然而对于国内的工业机器人而言，特别是谐波减速器、伺服电机、控制系统等还需大量依赖进口，这就导致了其竞争力还与国外企业有差距，但是这些又是工业机器人的上游部件、关键部件。据机器人联盟(IFR)统计，2012年中国共进口工业机器人约2.2万台，中国将是增长快的工业机器人市场。HDSI的谐波减速器是小型工业机器人(20kg以下)或者关节臂上不可取代的部件，这为其拓展中国大陆市场带来了新的契机。2011年1月，HDSI在华成立设立哈默纳科(上海)商贸有限公司，该公司为其在华投资设立的全资销售子公司。主要负责HDSI产品在中国大陆的销售、选型等技术支持及售后服务。
　　
　　HDSI早期的产品主要是减速机等机械产品，时至今日，HDSI的主打产品又加上了众多的机电一体化产品。在减速机方面，HDSI主要有HarmonicDrive(谐波齿轮传动减速机)和HarmonicPlanetary(行星齿轮减速机)。其生产的HarmonicDrive谐波减速机，基本上主导了主要市场，具有其他减速机不具备的特点：高旋转精度/高定位精度、小型/轻量、传动效率高、高减速比、减速范围广、精度高、高转矩容量、无齿隙、率及安静运行等特点，被广泛应用于各种传动系统中。为了涵盖谐波减速机不能覆盖到的低减速比领域，HDSI产品还开发了精密行星齿轮减速机HarmonicPlanetary。独特的内齿圈形变工艺，可以使得行星齿轮啮合得更紧、消除背隙，从而将传动误差控制在精密范围内。
　　
　　谐波减速器仅由3个基本部件构成：柔轮、波发生器和刚轮。柔轮的外径略小于刚轮的内径，通常柔轮比刚轮少2个齿。波发生器的椭圆型形状决定了柔轮和刚轮的齿接触点分布在介于椭圆中心的两个对立面。波发生器转动的过程中，柔轮和刚轮齿接触部分开始啮合。波发生器每正时针旋转180°，柔轮就相当于刚轮逆时针旋转1个齿数差。在180°对称的两处，全部齿数的30%以上同时啮合，这也造就了其高转矩传送。
　　
　　HarmonicDrive拥有高转矩型CSG系列谐波减速器、标准型CSF系列谐波减速器、超扁平和高负载容量型CSD系列谐波减速器、高转矩中空轴和输入轴型SHG系列谐波减速器、中空轴和输入轴型SHF系列谐波减速器、超扁平和中空型SHD系列谐波减速器、小型双轴型CSFsupermini系列谐波减速器、标准型CSG-GH/CSF-GH谐波减速器系列。