什么是工业机器人关节减速器?

工业机器人指应用于生产过程与环境的机器人,例如多关节机械手或多自由度机器人,它是智能制造的重要组成部分,也是最具代表性的装备。近年来,我国工业机器人发展迅速,技术不断取得突破。但从全产业链来看,我国工业机器人仍需努力。

从产业链来看,工业机器人分为上游、中游、下游以及下游应用(客户端)。上游主要包括工业机器人的原材料如铸铁、铝合金、不锈钢等以及核心零部件如减速器、伺服系统、控制器;中游主要是本体制造商,如机械手臂、底座等,包括工业机器人本体以及系统集成商,包括单项系统集成商和综合系统集成商;下游则主要是应用领域如汽车工业、纺织工业、食品工业等。

减速器占据最大成本份额

减速器、伺服电机与控制器被认为是机器人三大核心零部件,也是制约我国机器人产业发展的主要瓶颈。整体来看,工业机器人的总体成本中,核心零部件的比例接近于70%,其中减速器占据最大的比重,为32%;其余伺服电机和控制器占比分别为22%和12%。

聚焦到减速器来看,减速器主要用于传导伺服电机的动力,调整速度和扭矩,以便更精确地控制机器人动作。目前世界上最大的减速器生产厂家是日本纳博特斯克精密机械公司,该公司是世界上处于优势地位的专业的机器人用精密摆线针轮减速机制造商,其核心产品为精密减速机RV系列。早在二十世纪八十年代早期,应世界主要机器人制造商要求,纳博特斯克就将已经在挖掘机行业成功使用的RV减速机的精准可靠设计,调整到要求严格的机器人制造行业中使用。目前中国减速器市场中,纳博特斯克占比达60%之多。

从具体技术来看,减速器属于纯机械精密部件,材料、热处理工艺和高精度加工机床缺一不可,核心难点在于背后庞大的配套工业体系。目前,我国减速器研究起步较晚,技术落后于日本,严重依赖进口。与日本谐波减速器产品相比,国内谐波减速器厂商苏州绿的、来福谐波所产生的谐波减速器产品价格要低50%左右。例如:来福谐波的产品单价在2000元左右,日本产品价格约在4000元左右。

此外,那国内和南通振康的减速器产品与国外产品相比,国内企业目前生产的谐波减速器传动精度、扭矩刚度、精度等与国外企业仍有差距。

不过值得注意的是,虽然目前技术与国外仍有差距,但国内企业在不断地寻求突破。国产企业经过多年积累和技术沉淀,已经逐步获得国际市场认可,产品竞争力及销售量持续提升。在减速器方面,目前国内能够量产并规模出货的有、、、(均是2018年规模出货)等。

此外,在国内龙头企业和政府的共同努力下,我国减速器在标准化建设上取得了一定的突破。2014年5月,国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会便发布并实施了《机器人用谐波齿轮减速器》国家标准。该标准基本涵盖了机器人用谐波齿轮减速器分类原则、技术要求、性能指标、试验方法、检验规则和包装、运输、储存等方面的内容,对谐波减速器的技术指标以及相应的技术内容进行详细规范。同时在2018年中国机器人产业大会上,由秦川集团负责起草的《机器人用精密摆线行星齿轮减速器》标准也正式发布,并于2019年1月1日起实施。

最后,要想突破工业机器人减速器壁垒,技术创新是关键。此外,应当抛弃价格战、低端化的错误思维,集合政府、行业和企业三者之力,共同推进工业机器人减速器的发展。

以上数据来源于前瞻产业研究院《》,同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资等解决方案。

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  龙兴元:秦川机床机器人关节减速器批量生产遭困

  [背景资料]从去年年底开始,有关秦川机床进军机器人关节减速器的消息就备受关注。彼时,秦川机床对外喊出在2015年实现月产5000台的目标。由于国内机器人关节减速器几乎全部依赖进口,而且成本昂贵,因此,秦川机床如果成功实现减速器的量产,将打开一片市场蓝海。但遗憾的是,时隔半年,“月产5000台”仍然只是个目标。那么,是什么拖住了秦川机床进军机器人减速器的脚步?该项目目前进展情况究竟如何?

  金融界:秦川机床此前计划对机器人关节减速器项目投入3.14亿元,2014年实际投入只有1722万元,进度缓慢的原因是什么?

  龙兴元:由于我们对机器人关节减速器技术和工艺面临的困难和问题估计不足,也受到关键设备研制改造周期、个别设备采购周期以及专用工装研制等环节的影响,致使项目前期进展较缓。但目前公司机器人减速器的生产已进入系列型谱拓展与中等批量生产准备阶段。

  目前,我国机器人关节减速器市场基本依赖进口,而秦川机床所生产的机器人关节减速器虽然在品质上已经达到国际水平,但由于品种、规格不全,生产未进入大规模量化阶段,无法马上满足现阶段产业发展、客户生产的需求,在市场的拓展上也存在许多问题。

  此外,据我们的合作伙伴透露,他们的供货商表示,如果他们继续使用秦川机床生产的减速器,该供货商就不再给他们提供成套的设备,价格也会提高。预计这种恶性竞争随着秦川机器人关节减速器业务的不断进展会表现的更加激烈,在一定程度上给秦川机器人减速器项目的推进造成影响。

  金融界:今年年初,秦川机床对外宣布称机器人减速器今年可以实现月产5000套的目标,目前实际产量和订单情况如何?

  龙兴元:目前公司每月生产机器人关节减速器产能已在500台左右。在现有设备条件下制造机器人减速器的中小批量工艺问题已经基本解决,针对市场最先投入的3 个型号减速器已开始小批量生产,另外多个个型号减速器样机试制已完成,很快将进入小批量生产。我们有信心到年底、或者明年1季度实现月产5000台的目标。

  目前公司正集中力量做三方面的工作,一是推进在现有设备条件下关节减速器的批量化生产,二是尽快完成机器人减速器的系列化设计;三是抓紧用于机器人关节减速器批量化生产的“5+1”生产线项目的实施。“5+1”生产线全部投产后,机器人减速器的产量可以达到月产6000―10000台,那时我们将摆脱困局。

 金融界:当前众多上市公司宣布进入机器人行业,并频频并购国外公司,秦川机床在外延式发展方面有怎样的规划?

  龙兴元:目前及以后的一段时间,公司的主要目标是集中力量做好机器人关节减速器,这不仅是因为关节减速器是制约国内机器人产业发展的瓶颈,也因为做齿轮传动、尤其是精密齿轮传动装置是秦川最擅长的业务。 公司会考虑在条件成熟的时候实施外延式的发展,包括整合机器人关键零部件业务,比如机器人伺服驱动系统、运动控制系统,在这方面陕西有一些可利用的资源,我们也与国内外一些相关机构保持着密切关系。

  龙兴元:关键零部件将成为秦川机床未来营收的主要业务

  [背景资料]由于市场和其他外部环境的变化,机床行业已经连续很长一段时间处于低迷状态。秦川机床一季度财报显示,其主营业务同比出现34.13%的负增长。2014年年报显示,秦川机床所涉及行业中,机床类产品销量和收入均出现明显下滑。面对这种行业不景气的现状,秦川机床如何“自救”?

  金融界:目前金属切削机床行业整体仍然比较低迷,秦川机床一季度各板块业务表现如何?至今为止,秦川采取了哪些措施来应对这种低迷的市场环境?

  龙兴元:一季度中,秦川传统的金属切削机床业务销售收入和盈利下降比较严重,而关键零部件业务虽有一定的增长,但增长的幅度也不是很大,可能要到三四季度才能体现出来,这也是这部分合同订单的特点。一季度出现亏损,跟整个机械装备行业的普遍低迷有关系。另外我们推出的一些新品有三至六个月的试用期,所以到款的时间会推后。

  其实,从2012年以来机床行业开始持续低迷,公司就着手对产品结构进行调整,就是我们所说的转型升级吧。在机床主机方面,我们依然坚持走中高端路线,具体说就是要拿出更优质的产品挡住进口,替代进口,比如新开发的YKZ7230、YKS7225 等,要与国外竞争对手抢订单,抢市场。要瞄准大产业、大客户,如一汽、二汽、上汽,国内汽车行业,深耕该产业,从提供产品到提供服务,进行全方位合作。在关键零部件方面,我们把重点放在国家战略性产业上,如海洋工程、核能、三航两机和军工配套,当然也抓住与国外战略型客户的合作,扩大业务领域,如我们与美国某大公司的在石油采钻设备齿轮箱业务上的合作。

  在做好国内市场的同时加大国外市场的开拓,参与国际市场竞争,扩大出口。宝鸡机床在去年驻点哥伦比亚成功打开产品销售局面后,又先后进入智利、墨西哥、俄罗斯、马来西亚、美国等市场,进行实地营销推广,去年全年实现出口1761万美元,进一步考虑走出去合作办厂。

  金融界:秦川机床提出了3个1/3的战略,包括三大工艺装备链、关键零部件制造以及现代服务业。目前三者在公司经营中的占比如何? 未来如何平衡三者的发展?

  龙兴元:在目前的收入占比中,工艺装备产业链业务占比较高,挡住进口,替代进口是发展的方向;关键零部件业务涉及面广,在现收入结构中占到1/3,未来是主要的增长点,;现代服务业是整个秦川产业的延伸,完善,目前占比很小,未来将大力发展这个板块业务。争取未来公司收入结构三个板块各占1/3,实现平衡发展。

  为配合现代服务业即机床后市场业务的发展,公司成立了融资租赁公司,对销售系统也进行了调整。今年秦川机床与国内某企业开展合作,帮助他们把从国外淘回来几十台机床改造成专用数字化机床(鉴于保密,不能公开)。另外,上海汇众是秦川机床的老客户,我们对其闲置的几台进口机床进行改造,现在不仅恢复了功能,且具备了年产几十万套产品的生产能力,公司也从该机床改造项目中获利。在后市场板块,今年预期收入可以增长20―30%。

我国工业机器人保有量呈现快速增长态势,而减速器又是工业机器人成本构成中占比最大的环节。如果能够攻克机器人减速器量产难题,将在很大程度上改善秦川机床的业绩水平和市场表现。

  龙兴元:继续推进秦川机床混合所有制改革和员工激励计划

   [背景资料]目前国企改革依然是大热的话题。作为陕西省国企改革的先行者,2013年秦川集团率先启动整体上市程序,并与2014年9月完成整体上市。龙兴元表示,整体上市增厚了公司业绩,完善了产业链,同时减少了关联交易。但对秦川机床来讲,改革的路还将继续,改革依然大有空间。

  金融界:作为一家老牌国企,秦川机床完成整体上市后,还将在哪些方面来推进国企改革?

  龙兴元:首先是要加快子公司层面的混合所有制改革。要在不丧失第一大股东位置的前提下加快推进子公司的混合所有制改革,通过引进新的投资人从资本层面解决子公司进一步发展的资金问题和机制问题。也可以考虑拿出一两家优良的企业或业务通过两到三年的打点,实现在中小板或三板上市

  其次,要积极探索集团层面的管理层或员工持股,探索在二、三级子公司层面开展员工持股的试点工作。对秦川而言,人是最重要的资源。我们新近组建的深圳秦川国际融资租赁有限公司在省国资委的支持下已经实现了管理层持股,作为一个尝试,我们将尽量让这种激励机制发挥出应有的效能。在条件允许的情况下,我们希望成为省国资委推进集团层面管理层持股和员工持股的试点单位。

  金融界:员工持股计划什么时候能落实到位?

  龙兴元:我们今年就想动起来,但具体还要看各方面的条件,不仅包括国企推行员工持股的政策进展,也包括股东、尤其是大股东的支持力度。当然公司股票二级市场的表现也是重要的影响因素之一。

  龙兴元:秦川机床将坚持“走出去” 开展海外并购与投资建厂

   [背景资料]秦川机床2014年年报显示,从主营业务收入的地区分布上来看,2014年公司主营业务构成中,国外地区增速最快,为39.89%。在一带一路的战略引领下,秦川机床“走出去”的步伐还在加快。

  金融界:在一带一路的战略背景下,秦川机床如何更好地实现“走出去”的目标?

  龙兴元:秦川就处在一带一路沿线上。今年公司“请进来走出去”的多个项目正在进行中,其中仅俄罗斯一个国家今年就已经进行了四五次的往来交流。。我们正在想方设法搭上“一带一路”的顺风车,按照“技术领先、模式取胜”的发展思路,以打造机床装备制造产业链和产业生态系统为目标,通过“走出去”方式,稳健推进国际并购和海外投资,转移前些年所形成的产能和影响力。

  目前我们正在推进与美国某公司和瑞典某公司合作的前期工作;我们也在推进在海外的投资设厂工作,比如在俄罗斯、土耳其等地筹划投资建厂工作。此前,秦川已经在美国建立了研发机构,并实现了与英国ROMAX传动研究机构的密切合作

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1.一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置,其特征在于,包括工作平台(1)、中心测量立柱(2)、上顶尖单元(12)、下顶尖单元(9)和待测工件(10),其中,所述中心测量立柱(2)设置在所述工作平台(1)上,所述上顶尖单元(12)通过上顶尖运动滑板(6)与所述中心测量立柱(2)连接,所述中心测量立柱(2)上铺设有第二直线导轨(7),所述上顶尖运动滑板(6)安装在所述第二直线导轨(7)上,所述上顶尖运动滑板(6)用于带动所述上顶尖单元(12)沿所述第二直线导轨(7)在竖直方向上运动,所述上顶尖运动滑板(6)上铺设有第一直线导轨(5),所述第一直线导轨(5)上设置有传感器运动滑板(3),所述上顶尖运动滑板(6)上安装有光栅尺(4),所述光栅尺(4)的读数头安装在所述传感器运动滑板(3)上,用于得到错位式组合光幕传感器测量单元(11)在所述第一直线导轨(5)上的物理位置;

所述工作平台(1)上设置有旋转摆缸单元(8)用于固定所述下顶尖单元(9),所述待测工件(10)通过所述上顶尖单元(12)和下顶尖单元(9)共同装卡定位,所述上顶尖运动滑板(6)上设置有用于测量的错位式组合光幕传感器测量单元(11),所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)设置在所述传感器运动滑板(3)上,用于带动所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)沿所述第一直线导轨(5)在竖直方向上运动,所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)包括第一光幕传感器(13)、第二光幕传感器(15)和光幕传感器安装平板(20),所述第一光幕传感器(13)通过加垫等高块(17)固定安装在第一光幕传感器测头座板(18)上,所述第二光幕传感器(15)固定安装在第二光幕传感器测头座板(19)上,所述第一光幕传感器测头座板(18)与第二光幕传感器测头座板(19)并排安装在所述光幕传感器安装平板(20)上,所述光幕传感器安装平板(20)安装在所述传感器运动滑板(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置,其特征在于:所述旋转摆缸单元(8)固定安装在所述工作平台(1)上,所述旋转摆缸单元(8)用于带动所述下顶尖单元(9)完成90°往返旋转运动。

3.一种利用权利要求1所述测量装置的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、测量开始时,将错位式组合光幕传感器测量单元和上顶尖单元设置在上限位位置,待测工件放置在下顶尖单元上后,上顶尖单元向下运动装卡所述待测工件;

S2、选用与待测工件型号匹配的标准件,按照步骤S1装卡定位完毕后,错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动,测量装置实时读取光栅尺的反馈值,确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移,分别记录光幕传感器的读数,确定标准件的测量平面;

S3、步骤S2完成后,将待测工件按照步骤S1装卡定位完毕后,错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动,测量装置实时读取光栅尺的反馈值,确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移,分别记录光幕传感器的读数,确定待测工件的测量平面;

S4、采用比较式测量法,确定待测工件截面尺寸D如下:

其中,d0为标准件截面尺寸,OUT1

为标准件在第一光幕传感器的读数,OUT1

为待测工件在第一光幕传感器的读数,OUT2

为标准件在第二光幕传感器的读数,OUT2

为待测工件在第二光幕传感器的读数。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤S2具体如下:

S21、错位式组合光幕传感器测量单元运动向下运动,使第一光幕传感器测量光幕运动到标准件待测截面的测量平面时,记录第一光幕传感器的读数,得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置;

S22、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动,运动位移为H,使第二光幕传感器测量光幕到达标准件待测截面的测量平面,记录第二光幕传感器读数,得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置;

S23、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时,第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面,即标准件待测截面的测量平面。

5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤S3具体为:

S31、错位式组合光幕传感器测量单元向下运动,使第一光幕传感器测量光幕运动到待测工件待测截面的测量平面时,记录第一光幕传感器的读数,得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置;

S32、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动,运动位移为H,使第二光幕传感器测量光幕到达待测工件待测截面的测量平面,记录第二光幕传感器读数,得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置;

S33、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时,第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面,即为待测工件待测截面的测量平面。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:在下顶尖单元上安装标定球,确定错位式组合光幕传感器测量单元运动时,第一光幕传感器测量光幕和第二光幕传感器测量光幕不被所述标定球完全遮挡,通过错位式组合光幕法向间距测量实验确定两光幕的法向间距H,所述错位式组合光幕法向间距测量实验的步骤如下:

S5、将上顶尖运动单元和错位式组合光幕传感器测量单元运动至上限位,将标定球安装在下顶尖单元上;

S6、错位式组合光幕传感器测量单元开始向下运动,当第一光幕传感器测量光幕与标定球球面相交时,记录第一光幕传感器的测量值O1、第二光幕传感器的测量值O2、光栅尺的反馈值LEF;

S7、当第二光幕传感器测量光幕逐渐离开标定球球面,与所述标定球球面不相交时,错位式组合光幕传感器测量单元停止运动,结束实验。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述法向间距H如下:

其中,RP表示光栅尺的系统分辨率,RP=0.1μm,LEF1表示第一光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值,LEF2表示第二光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值。

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