RV减速器正逐渐取代谐波减速器？！

　　作为核心零部件的重要组成，精密减速器是工业机器人可靠、精确运行所不可或缺的部分。而事实上，减速器有多种类别，分别是谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。

　　那么，各类减速器的原理是什么？各有哪些优劣势？这几类减速器是否存在取代关系？如果有，是哪类取代哪类？为什么能实现取代？减速器的未来发展还存在哪些趋势？基于以上问题，本期圆桌对话邀请到国产减速器多家后起之秀，就此问题发表看法，以期能引起机器人行业的进一步思考。

　　特邀嘉宾：

　　浙江双环传动机械股份有限公司 研究院院长 张靖博士

　　浙江来福谐波传动股份有限公司 董事长 张杰

　　安徽省配天机器人技术有限公司 高级项目经理 邓鹏

　　苏州奇步机器人有限公司 销售总监 姜勤安

　　作为工业机器人核心零部件的精密减速器，与通用减速器相比，机器人用减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。

　　精密减速器使机器人伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。

　　大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。

　　一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，即主要用于20公斤以上的机器人关节；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部，即20公斤以下机器人关节。另外，行星减速器一般用在直角坐标机器人上。

　　RV减速器不像谐波减速器那样随着使用时间的增长，运动精度会显著降低。因此业界流行着这样一种说法，在先进机器人传动中RV减速器有逐渐取代谐波减速器的趋势。但由于RV减速器组成零件更复杂，承载强度更高，不光制造难度要比谐波减速器大，其生产线投资规模也远大于谐波减速器。

　　各类减速器的原理和优劣势？

　　对各类减速器的原理没有个大致的了解，没有对各减速器的优劣势进行初步对比，也就不能发掘其间是否存在取代关系。

　　据资料显示，20世纪50年代中期，随着全球科学技术的发展，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。

　　目前，谐波减速器巨头哈默纳科生产的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。因其高旋转精度/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、高效率及安静运行等特点，被广泛应用于各种传动系统中。

　　浙江来福谐波传动股份有限公司早期是轴承生产商，2013年切入谐波减速器领域，目前产品已量化生产，且成长势头较猛。来福谐波董事长张杰对这个问题有着相当的发言权。

　　张杰解释，谐波减速器由“柔轮、波发生器、刚轮、轴承”这四个基本部件构成。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。

　　张杰认为，相比谐波减速器，RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，还具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。

　　据悉，RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成，以其体积小、抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域，日益受到国内外的广泛关注。

　　配天机器人高级项目经理邓鹏从减速器的承载能力方面进行阐释，RV减速器的壳体和摆线针轮是通过实体的钢来发生传动的，因此承载能力强。而谐波减速器的柔轮可不断发生变形来传递扭矩，这一点决定了谐波减速器承受大扭矩和冲击载荷的能力有限，因此一般运用在前端。

　　浙江双环传动机械股份有限公司张靖博士进一步分析了RV减速器和谐波减速器两者的优劣势。他认为谐波减速器结构简单紧凑，适合于小型化、低、中载荷的应用。RV刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高，适合中、重载荷的应用，但RV减速器需要传递很大的扭矩，承受很大的过载冲击，保证预期的工作寿命，因而在设计上使用了相对复杂的过定位结构，制造工艺和成本控制难度较大。

　　除了RV减速器和谐波减速器，苏州奇步机器人有限公司于2014年引进德国先进技术，研发生产了第三代并联行星减速器，今年11月初产品已推向市场。销售总监姜勤安对于谐波减速器的运作原理作了形象的比喻，“比如一根弹簧，用力一拉，弹簧被拉长，放手之后弹簧缩回。但是，如果用过大的力一拉，超过了弹簧本身的弹性势能后，弹簧就会失效不再恢复。”

　　“RV减速器内部没有弹性形变的受力元件，所以能够承受一定扭矩。”对于RV减速器的劣势，姜勤安有其个人独到的观点，“RV减速器的轴承是其薄弱环节，受力时很容易突破轴承受力极限而导致轴承异常磨损或破裂。在高速运转时这个问题更突出，所以RV减速机的额定扭矩随输入转速下降非常明显。”

　　综上可见，看似简单的减速器，实则是对我国工业基础系统的挑战。没有吃透相关材料、热处理、工艺等是不可能生产出精密减速器的。

　　减速器之间是否存在取代关系？

　　针对“RV减速器有逐渐取代谐波减速器的趋势”这一说法，张杰比较认同，他说道：“RV减速器较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低。所以许多国家的高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。”

　　同时，张杰强调，这些产品在某些型号上确实存在替代关系，但这几类减速器只能实现部分替代。

　　“绝大部分情况下，各类减速器很难实现替换，比如在速比方面，谐波和RV的速比都要远远大于行星，所以小速比领域是行星的天下。当然行星的速比是可以做大的，但是很难去替换谐波和RV。又比如刚性方面，行星和RV的刚性要好于谐波，在体现刚性的使用工况下，谐波很难有好的表现”。

　　张杰进一步分析，谐波减速器的特点是轻和小，在这方面，行星和RV却很难做到。所以各类减速器只能在一部分情况下可实现替换，但是如果一种产品全方位替换另一种产品是不现实的。

　　配天机器人高级项目经理邓鹏则明确指出各类减速器之间不能相互取代，而是一种互补的关系。他认为负载10kg或20kg的机器人既可用RV减速器也可用谐波减速器，因而这个负载区间成为选择用RV或谐波的“分水岭”。

　　为什么大家希望有新产品替换谐波和rv呢？张杰对此有深入的思考，他认为有以下几个出发点：第一，谐波和RV太昂贵，所以想有更低价的产品来替代它；第二，在谐波和RV不能胜任的工况下，需要新的产品来替换它；第三，谐波和RV太难做了，需要更容易生成的产品来替换它们。

　　基于相似的考虑，姜勤安告诉《高工机器人网》，QB减速器摒弃了RV减速器的基本构型，从减速器原理出发，重构受力分布，避免出现应力集中点，使得材料受力均匀。

　　这样，减速器不仅可以承受更大载荷，而且对材料和热处理要求不高，同时又可高速运转。在姜勤安看来，QB减速器不说能取代RV减速器，但至少能实现一部分替换。

　　颠覆性减速器技术距离我们有多远？

　　对于减速器的未来发展趋势，姜勤安表示目前RV减速机市场保有量非常大，新技术即使有优势替代也需要一个过程，而且用户的使用惯性不容易改变。

　　张杰则认为在近段时间内，很难有新的产品能够对RV和谐波实现替换。“换句话而言，一个新产品的出现，技术必然是掌握在少数人手中，如果是这样，新产品的售价就很难是低廉的。”张杰说道，“再者，谐波和RV的发展已经有几十年历史了，其技术还是在不断进步，所以在短时间内，很难会有颠覆性的产品出现。”

　　张靖认同RV和谐波这两种传动有互补性，但也不排除结构设计优化和制造工艺突破后，在中低载荷应用领域形成局部竞争：“永远不要说绝对的话，我们都要用开放包容的眼光来看待产品的更新换代，积极学习别人也积极探索新的传动形式，RV和谐波不能排除有被替代的一天，但是需要相当长的开发周期和市场验证过程。”张靖的话语间体现了踏踏实实研究的态度。