日本尖端技术之一：机器人严密减速机
世界上工业机器人利用的周详减速机几近都为日本所把持。只管海内还量产的RV减速机，但国产机器人企业却鲜有选用的，原因是日本周详减速机手艺一马当先，短时间很难替换，是以，中国市场的减速机遍及依附进口，尤其是日本进口。
天下制造业强国日本，德国、意大利等国度的减速机不管在产品、质料、设计程度、质量掌握、精度、功率密度、照样可靠性及使用寿命等方面依旧处于环球领先地位。
什么是减速机？正在机械传动行业，减速机是毗连动力源和执行机构之间的中心安装，一样平常把电动机、内燃机等高速运转的动力经由过程输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来到达减速的目标，并传送更大的转矩。
尤其在航空航天、机器人、医疗器械等行业，哪些构造简朴松散、传送功率大、噪声低、传动安稳的高性能严密减速机需求量不时增加，个中，RV减速机和谐波减速机更是严密减速机中两种十分重要的减速机。
所谓严密减速机，是一种动力通报机构，它其哄骗齿轮的速度转换器，将机电的回转数减速到所要的回转数，并取得较大转矩的装配。严密减速机是一种相对严密的机器，采用它的目标是下降转速，增添转矩。严密减速机凭据精度可分为尺度精度和高精度；凭据用处可分为军用和民用；凭据运转的环境可分为尺度环境、高温环境、干净室环境和真空环境。
环球可以供应规模化且性能牢靠的邃密精美减速机出产企业非常有限，绝大多数邃密精美减速机市场份额都被日本企业攻克：好比环球最大的邃密精美摆线针轮减速机制造商日本Nabtesco的RV减速机约占环球市场份额的60%（Nabtesco纳博刻斯克株式会社是环球最顶尖的机器人零部件企业）；Nabtesco具有高精度、高刚性、小而轻量的佳誉；日本Harmonica的谐波减速机巨子大约占15%，另有出名的日本住友重工(SUMITOMO)。是以，日本的邃密精美减速机尤其在机器人范畴的运用比例，属于压倒性的，几近没有什么敌手。
Nabtesco(纳博刻斯克)是由日本帝人精机和纳博克(1956年出产了日本第一个自动门)这两家日本公司强强归并构成。帝人精机和纳博克是环球活动掌握系统和零部件的出产商，这两家公司几近把控了高端核心技术，掌握着环球绝大多数市场份额。
日本Harmonic (简称HDSI)是团体活动掌握的领军企业，其出产的Harmonic Drive组合型谐波减速机，具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特性，被普遍应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶出产安装、光伏设备、光学仪器、紧密机床等各类尖端范畴。
HDSI干到了谐波减速机所不克不及干到的低减速比行业，HDSI产物与此同时还涉及到细密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。其怪异的内齿圈形变工艺，可以让行星齿轮与其啮合得更紧、可以清除背隙，乃至达到了细密级的传动偏差。
谐波传动减速机，是一种靠波发生器使柔性齿轮发生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合，重新通报活动和动力的齿轮传动系统。
日本的严密减速机成为严密机械工业的一个顶峰，事实上，进入减速机的手艺门坎极高，特别是RV减速机内里，完全由高精度的元件，齿轮彼此啮合，特别是对材料科学，严密加工设备，加工精度，装配手艺，高精度检验手艺提出了极高的手艺规定。
海内企业研发的减速机基本上皆是经过反向工程取得的数据，是以，常常只知其然，而不知其所以然，虽然海内有部份企业正在技能水平上取得了重大突破，但国产减速机正在减速机精度的连结性、减速机精度寿命和产物寿命上皆存正在很多研发难点，还有便是品格及销量等，所以，各式各样的技能难点还招致了国产减速机正在一致性上较差，产物之间可复制性还是很低的。
值得一提的是，加工制作严密减速机零部件的设备皆非常高贵，好比美盖勒平面磨床，价值近千万元人民币，因而，正在缺少大规模产量条件之下，设备摊销后的本钱非常惊人。
环球现阶段应用于机器人行业的减速机主要有两种，一种是RV减速机，另一种是谐波减速机。而在枢纽型机器人傍边，因为RV减速机具有更高的刚度和反转展转精度，是以，一样平常将RV减速机使用在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速机使用在小臂、腕部或手部。
日本正在高精度机器人减速机上具有环球绝对抢先上风，环球机器人行业75%的邃密精美减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家把持(业界俗称RV减速机和谐波减速机)，个中包含闻名的机器人公司abb、fanuc、kuka、发那科、安川等天下主流机器人厂商的减速机还均由以上两家公司给予。
机械人中的焦点零部件，一向限定着中国机械人的快速进步，尤其是若构成机械人产业化，挣脱发达国家机械人手艺的掣肘，正在机械人范畴取得自立手艺，需加大力度研发及追逐。
工业机器人之所以可以矫捷举措及运转首要依赖于两大技能——机电技能和人工智能技能，而日本在这里两个行业仍旧非常进步前辈。
尖端技能之二：日本机械人中的机电技能
日本的机电制造厂商把控着环球高端技能，正在环球机电市场上占有十分重要位置，日本机电险些皆处于市场的最高端位置，而且具有环球行业最顶尖的技能和产物。日本最主要的处于环球抢先的五家机电企业是：日本电产株式会社、日本万宝至马达株式会社、日本电装株式会社、日本三叶株式会社和日本美蓓亚团体。
值得一提的是，日本这五大机电企业的停业收入范围皆突破了1000亿日元。正在五大日本机电企业当中，其营收范围和停业利润最高的是日本电装株式会社，正在统计的12个月时期，其营收范围一度达到了53562.17亿日元，停业利润为2978.37亿日元。而毛利率和净利率最高的是营收范围最小的万宝至马达株式会社，其毛利率高达30.70%，净利率靠近10%。
正在CNPP 天下机电排行榜上，三菱机电、安川机电、松下机电、ABB、西门子，前五名日本占有三席。
日本电产从2010年入手下手其周详小型机电就在环球一枝独秀，特别是2016年其车载机电范围入手下手扩大，到了2020年，日本电产花开三蒂(周详小机电、车载及家电、工商业用机电)，因而，可以说日本电产将机电武装到牙齿，坚持霸气凌人的态势。
日本电产有一个方针，由车载小机电，向驱动机电、自动驾驶用机电升级后，车载机电事业到2020年可以实现取严密小型机电相称的销售额(6,000亿日元)。正在新收购及并购作用下，车载机电事业将挑衅1万亿日元销售额。
日本电产董事长兼团体总裁永守重信经常说的这句话：日本电产是凡事都要力图第一的企业！日本要成为环球抢先的机电供应商，除必须有咬着牙建成京都第一高楼的勇气及韧劲，更主要的是对市场和本身有清楚的熟悉。
正在日本机器人机电制作层面。因为类人行走、类人活动是机器人最大的手艺特性。好比日本本田汽车公司出产的机器人“阿西莫”（ASHIMO）可以依附双腿往行走，日本的村田制作所的“村田顽童”可以正在一条5公分宽的轨道上骑车，并且正在平地上可以保证四周闯荡。
是以，让机器人动起来最基础的因素在于机器人驱动装配——机电。
例如出产“草蛇”机器人的日立，刚开始实际便是出产机电发迹的。日立公司的创始人1910年就出产出了具有5匹马力的机电，恰是由于胜利出产出了这台机电，才使得日立具有办企业的极大决心信念。
日立正在今后的各类世界级展览会上，每一次幸免会把自身1910年这台很粗笨的机电拿出来，报告看展览的人，自身是一家机电出产企业。事实上，本日的日立可以出产的各式各样机电，不但出产发电站引擎的中大型机电，与此同时也是有小型的微型产物。是以，日立的富厚的机电产物，使得其出产起机器人来，它的驱动装配就有了主要包管。
除日立外，日本可以出产机器人的企业良多，霸气都有极强的机电研发及制作实力。好比有名的日本安川机电正本也是机电的专业厂家。早在1977年，安川机电公司就研制出了日本第一台齐电动的工业用机器人——“莫托曼”1号。
日本正在机器人层面，其一些机器人巨子日立、安川机电、发那科等已形成了一个机器人开展矩阵，险些能给予工业生产上的全部自动化机器人设备。他们有一个共同之处是：皆具有超乎其他国家企业实力的机电生产才能。是以，能够这么说，没有壮大的机电制作才能，就没法正在正在机器人制作范畴抢占先机。
尖端技术之三：日本机械人中的控制器
在世界上，日本安川机电制作的的机器人极度牛，日本安川机电被誉为环球机器人四大家族之一。事实上，安川机电凶猛不仅是它的机器人，最凶猛是他们家的控制器。
日本安川具有世界上非常进步前辈的、同步扫描速度极高的机械控制器－MP3300。所谓机械控制器MP3300，是安川机电MP2000系列的后续机型，是业界同步扫描速度更高的机械控制器。它是经过和AC伺服Σ-7系列组合，向客户的设备给予体系计划，
安川的MP3300有哪些突出特色呢？正在性能层面，安川操纵器实现了高速、高精度的运算和应用步伐处置,并扩大了步伐容量。取此同时,可取撑持开放式活动网络MECHATROlink-III的伺服、变频器开展高速同步通信,增加了装配的出产效力取性能。撑持双精度实数型、64bit整数型数据,可削减运算时的近似值偏差,进而开展更高精度的操纵。
MP3300的主机CPU中标配有环球偕行业内最快的活动网络MECHATROlink-III,它经过邃密的活动节制实现了高速、高精度通信。
安川掌握器最多可掌握16轴，正在统一回路下MP3300最多可掌握21站(伺服最多为16轴)活动体系。正在扩大体系时,还可通过购买模块构建矫捷的体系。
正在操纵上，安川可以主动识别购买模块或连收到活动网络MECHATROlink上的伺服单位、I/O 设备,并主动完成设定。
安川缩短多轴的伺服调剂时候，无需翻开各轴的调剂画面即可在1个画面上举行多个轴的参数调谐,可大幅缩短调剂时候。
安川的长处是减轻利用伺服的活动控制体系构建压力，尤其是不依赖于PLC范例便可实现对驱动体系的标准化。
安川最厉害的处所是：可以正在十分严格环境下利用。安川控制器扩大了利用环境温度规模 0°C+60°C (超越+55°C时,柜内须要安装冷却电扇)。据数据表现，环球面积最大的沙漠——撒哈拉大沙漠的最高温度才57.7摄氏度，说白了，安川机电的这款机械控制器扔到沙漠上仍旧可以一般利用！日本人把极限温度进步到了60度，其工匠精力十分了得！
一言以蔽之，成长工业机器人必需打破机器人中心零部件手艺。值得一提的是，中国工业机器人市场持久被环球巨子占有，其中最突出的缘故原由便是邃密精美减速器、 伺服机电、 控制器等中心零部件上比较严重依附进口，让国产品牌机器人本钱相比国外品牌机器人并上风。
需求提示的是，国产机器人曾一向游走在工业中低端。由2011年以来，中国已成为环球最大的机器人消费国，陆续3年稳居天下工业机器人市场头把交椅；而与此同时，国产工业机器人产量还呈现出爆发式增加的趋向。只管自动化技术改造为工业机器人工业带来了伟大市场，但国产机器人环节零部件一向“任人宰割”。
环球机器人产业链可划分红上中下三个条理：上游是焦点零部件，主如果减速机和控制体系，相当于机器人的“大脑”；中游是机器人本体，便是机器人的“身体”；下流则是体系集成商，而且依靠上游和中游的焦点设备干集制品。
正在环球机器人市场，日本安川机电公司和发那科公司曾辨别以5823项4512项专利申请位居环球前两位，欧洲ABB有2231项、韩国三星2016项、日本日立1907项。这个数据关于工业机器人财产来讲，急需我们正在手艺和产物上举行优化升级。
工业机器人三大焦点零部件：控制器、伺服机电、减速机是制约中国机器人工业的首要瓶颈，而且占到机器人本钱的70%。
节制器是机器人的大脑，作用是公布和通报行动指令。个中包罗硬件和软件两部门：硬件是工业节制板卡，包罗一些主控单位、旌旗灯号处置部门等电路，国产品牌事实上已控制；而软件部门主如果节制算法、二次开发等，国产品牌刻别在稳定性、响应速度、易用性等还存在必定差异。
控制器由因而“神经中枢”，世界上成熟的机器人厂商普通自行开辟控制器，目标是包管稳定性和保护本身的技能体系。因而，正在控制器的市场份额根本跟机器人本体是同等的。固然，环球也是有KEBA、倍福、贝加莱如许供应控制器底层平台的厂商。
伺服机电层面竞争十分激烈，但外资始终掌握着话语权，尤其是日本的品牌别出心裁。伺服机电正在机械人中属于履行单位，是危害机械人事情性能的重要因素。伺服机电重要分为步进、交换和直流，机械人行业运用最多的是交换伺服，大约占65%。
伺服系统外资品牌占领着垄断性上风。日系品牌凭仗优越的产物性能与极具竞争力的价钱垄断了环球中小型OEM(设备制造业)市场。比如正在2014年，伺服系统市场TOP15厂商中，前三名全是日本的品牌，市场份额占比高达45%。德国西门子、博世、施耐德等欧系品牌一样占领着高端市场，市场份额还正在30%摆布。中国企业份额低于10%摆布。
控制器和伺服系统联系关系非常慎密，客户挑选产物的排序分别是：靠得住稳定性、价钱、效劳。
减速机层面，，上面引见得很多了。机器人减速机市场属于高度把持，正在普及期的国产减速机短期内没法实现全面进口替换。减速机是用来切确掌握机器人行动，传输更大的力矩。减速机分为两种：一是安装正在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机，一种是安装正在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。上面说过，RV减速机被日本纳博刻斯克完整把持，谐波减速机被日本哈默纳科完整把持。
RV减速机有一个最焦点的难点，就正在于基础工业和工艺。由于RV减速机是纯机器的紧密部件，正在质料上、热处理工艺上和高精度加工机床上是必不可少的。我们特别正在这里一些层面长时间落伍发达国家，并不是单靠某个企业所能彻底解决。减速机须要将200多个零部件组合正在一起，精度请求非常刻薄，特别是正在零部件之间的公役匹配上，须要长时间的经历积存。
由国际减速机上来看，日系减速器的知名度无疑是最高的，日本除却排名排列一二的哈默纳科和纳博刻斯克以外，日本也有住友、新宝等著名品牌，在世界上一样非常受欢迎。
中国的斯瑞恩电机总经理曾说过，正在谐波减速器的钢齿轮加工工艺上，日本的哈默纳科曾经干到了一分钟(加工)两个工件，而中国现正在良多还正在采取传统的插齿工艺，慢丝工艺；正在RV减速器摆线的加工上，纳博刻斯克使用了最新的成形磨和展成法，每分能够加工两至三件产物，而中国的效力还很是低，不具备量产的前提。
中国正在工业机器人的三大焦点零部件若从根本上打破，需求支付更多的工夫耐烦及资金投入，特别是减速机的研发及投入，自然，我们的工业机器人技术人才还很稀缺，这一点值得转变。
日本的工业机器人程度已处于“远距功课型”和“智能型”这一阶段，由于早在上个世纪90年代的时辰，日本就已遍及了“按次型”和“沿轨迹功课型”机器人。日本下一代的机器人发展方向是：低成本、高速化、可靠性、网络化、视觉和触觉、高精度化等方面。
世界上，跟着劳动力本钱的上涨及社会老龄化题目标加大，世界各地皆展开了工业机器人的研讨，目标是经由过程使用工业机器人来替换劳力。据不完全统计，一个工业机器人大部分类似等价于10个劳动力的尺度。
据悉，早正在2007年，日本就出台了一份筹划，预备正在2050年之前，将工业机器人的家产范围，扩大到1.4兆日元，具有百万工业机器人的筹划。假设依照一个工业机器人等价于10个劳动力，而100万个工业机器人，则相当于1000万个劳动力，而且仍是优良牢靠的劳动力。日本总人口事实上才1亿多，100万个工业机器人，数目上完全可以满意日本的中国经济需求了。
丹麦都城哥本哈根1990年已经召开了一次工业机械人国际标准大会，并通过了一个文件，将工业机械人分为了四大品种。这四大品种分别是：一是次序型。这类范例的工业机械人，便是具有划定次序行动节制的体系。二是沿轨迹功课型。这类范例的工业机械人，能够实行某种移行动业，如焊接和喷漆等较为庞大的事情。三是远距功课型。这类范例的工业机械人，能够举行远距离操控，是将来工业机械人，例如可在月球上主动事情的机械人。四是智能型。这类范例的工业机械人具有感知、顺应及思维和人机通信性能，事实上，这类机械人已脱离了“机械”的范围，乃至达到了“人”的范围。
人类应用工业机器人举行出产，其服从将会大幅提拔，主要的是还会淘汰工伤事故。刻别在发达国度中，工业机器人就已经成为了自动化设备的主流，及将来的进展标的目的。外洋的很多汽车行业、工程机械和电子电器行业等，已利用了大批的工业机器人叠加自动化出产线。此刻全球有很多国度，利用工业机器人的工夫，已有几十年了，是以，工业机器人是进步全社会出产服从，推进工业进展的将来标的目的。
与日本相比，我国机器人家当加速机器人中心及环节技能的自立立异。特别是产学研融合，强化机器人共性环节技能研究，增强高端机器人技能攻关，终究实现中心零部件、节制使用体系和制作工艺等环节环节的技能打破，全面提拔我国机器人产物正在国际间的竞争力。坚信，未来中国的机器人必定实现大的逾越及抢先。