全面解析機器人三大減速機技術（一）

精密減速器行業屬于多學科領域交叉的行業，其發展涉及到金屬材料、熱處理、小模數齒輪硬齒面加工、集成及檢測等諸多技術。精密減速器的技術特點要求生產廠商擁有長期的技術積累，掌握核心技術，具備較強的產品設計和研究開發能力。

隨著工業4.0、機械自動工業化的普及，機器人運用更加普及，機器人驅動部件廣泛用到減速機，減速機在機器人驅動中起到了關鍵作用，機器人減速機屬于精密減速機，在工業機器人、機械手臂中廣泛采用諧波減速器、RV減速機運用在機器人關節驅動中；小型服務機器人、教育機器人采用的行星減速機、齒輪減速機等微型減速機，運用在不同行業、領域的機器人減速機特點也不一樣。工業機器人、機械手臂用減速機特點：

（1）、諧波減速機產品特點：減速比高、齒隙小、精度高、零部件少、安裝簡便、體積小、重量輕、轉矩容量高、良好、噪音??；承載能力高諧波驅動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數（重疊系數）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他驅動形式高。

（2）、RV減速機產品特點：RV減速機也稱為RV減速器，主要結構由擺線針輪和行星支架組成以其體積小，抗沖擊力強，扭矩大，定位精度高，振動小，減速比大等特點。扭轉剛度大，輸出機構即為兩端支承的行星架，用行星架左端的剛性大圓盤輸出，大圓盤與工作機構用螺栓聯結，其扭轉剛度遠大于一般擺線針輪行星減速器的輸出機構。在額定轉矩下，彈性回差??；小型服務機器人、教育機器人減速機特點：

（1）、行星減速機產品特點：行星減速機屬于精密減速機、驅動間隙精度可以做到1弧分，同時具備體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運轉平穩，噪聲低、輸出扭矩大，速比大、良好、性能安全的特點。兼具功率分流、多齒嚙合獨用的特性。廣泛運用在機器人驅動、自動工業化設備

（2）、齒輪減速機產品特點：齒輪減速機也稱為齒輪減速器，齒輪箱中的驅動齒輪均采用數控磨齒工藝，精度高，接觸性好，驅動率高、單級大于96.5%，雙級大于93%，三級大于90%，運轉平穩，噪音低，體積小，重量輕，使用壽命長，承載能力高等特點。在機器人、工業4.0、工業自動化設備廣泛運用。

不同的領域、行業機器人，對鎖采用的減速機、減速器的技術參數、性能特點也不一樣。

1、減速器簡介

（1）減速器概述

機械設備一般由動力、傳動與執行三大系統構成，多數機械設備的傳動方式為齒輪傳動，齒輪傳動具有精密、高效、安全、可靠、性價比優越等特點。由于多數機械設備不適宜用原動機直接驅動，因此需要通過減速器來降低轉速、增加扭矩。

減速器又稱減速機，在原動機和工作機或執行機構之間起降低轉速和增加扭矩的作用，主要應用在機械傳動領域。通常減速器把電動機、內燃機等高速運轉的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，并傳遞更大的扭矩，以實現原動機和執行機構之間的傳動。

（2）減速器的分類

減速器的種類繁多，按照使用場景劃分，減速器分為一般傳動用減速器和伺服（精密控制）用減速器；按照精度劃分，分為一般傳動減速器和精密減速器；按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動級數不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐、圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。各類常見減速器結構及主要特點如下：

（3）精密減速器簡介

①精密減速器分類

按照使用場景劃分，減速器分為伺服（精密控制）用減速器和一般傳動減速器。精密減速器具備體積小、重量輕、精度高、穩定性強等特點，能夠對機械傳動實現精準控制，主要用于機器人、新能源設備、高端機床、電子設備、印刷機械等高端制造領域。一般傳動減速器可以分為通用減速器和專用減速器：通用減速器通常以中小型為主，可廣泛應用于各個行業，包括蝸輪蝸桿減速器、圓柱齒輪減速器等；專用減速器通常以大型、特大型為主，多為非標、行業專用產品，包括船用齒輪箱、冶金齒輪箱、風力發電齒輪箱、工程機械齒輪箱等。

②主要精密減速器特點

根據原理不同，精密減速器主要分為精密行星減速器、諧波減速器、RV減速器。各類精密減速器結構特點、優缺點及應用領域如下：

行星減速器行業發展現狀

19世紀80年代德國出現第一個行星齒輪傳導裝置的專利。20世紀20年代，首次量產行星齒輪傳動裝置。隨著機械工業發展，行星減速器應用越來越廣泛，20世紀50年代，德國首次研發成功高速大功率行星齒輪減速器，20世紀60年代，意大利、英國、蘇聯等國家也陸續研發出低速重載行星減速器。伴隨工業自動化的進程，德國、意大利等國又研制出精密行星減速器。我國從20世紀60年代起開始研制應用行星減速器，20世紀70年代首次制訂了NGW型漸開線行星齒輪減速器標準，并生產了多種高速大功率行星減速器。20世紀80年代開始生產低速大轉矩的行星減速器。

圖1NGW型單級行星減速器

(太陽輪浮動，＝2.8~4.5，zA＞zC)

圖2NGW型單級行星減速器

(太陽輪浮動，＞4.5，zA＜zC)

圖3NGW型單級行星減速器

(無多余約束的浮動zA＜zC)

圖4NGW型行星齒輪減速器

(彈性油膜浮動與太陽輪浮動均載)

圖5NGW型單級行星減速器

(行星架浮動)

圖6雙排直齒NGW型大規格行星減速器

(兩排內齒輪之間采用彈性桿均載，高速端的端蓋為軸向剖分式)

圖7NGW型高速行星增(減)速器

(太陽輪與內齒圈同時浮動)

圖8NGW型二級行星減速器

(高速級太陽輪與行星架同時浮動，低速級太陽輪浮動)

圖9定軸齒輪傳動與NGW型組合的行星減速器

(低速級太陽輪浮動)

圖10NGW型二級行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖11法蘭式NGW型二級行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動；低速軸采用平鍵連接或縮套無鍵連接)

圖12二級NGW型大規格行星減速器

(高速級太陽輪與行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖13挖掘機用行走型行星減速器

(二級NGW型傳動與一級平行軸傳動組合；低速級太陽輪浮動，中間級行星架浮動；高速級帶制動器)

圖14挖掘機用回轉型行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖15NGW型三級行星減速器

(一級：行星架浮動；二級：太陽輪與行星架同時浮動；三級：太陽輪浮動)

圖16NGW型三級大規格行星減速器

(高速級行星架浮動，中間級太陽輪與行星架同時浮動，低速級太陽輪浮動并采用雙排齒輪，兩排內齒輪以彈性桿均載)

圖17行星架固定的NW型準行星減速器

(傳動比i＝5~50，兩個行星輪與水平方向成45°，雙聯行星輪采用彈性脹套連接，加工、裝配方便)

圖18NGWN(Ⅰ)型行星減速器

(內齒輪通過浮動，雙聯齒輪聯軸器與輸出軸相連，太陽輪不浮動)

圖19NGWN(Ⅱ)型行星減速器

(采用薄壁彈性輸出內齒輪，并以齒輪聯軸器與輸出軸相連，太陽輪不浮動)

近年來，我國機械設備制造業規模發展迅速，已超過日本和美國，機械設備制造業的發展帶動了機械傳動領域減速器行業規模的不斷擴大。在一般傳動領域，我國減速器及減速電機已基本實現國產化。但在行星減速器領域，由于其技術含量高，生產工藝復雜，存在較高的進入壁壘，目前市場主要參與者為外資廠商、合資廠商，高端精密行星減速器國產化率很低。根據QYResearch的統計數據，2022年全球行星減速器銷量為540.15萬臺，銷售金額為12.03億美元，其中中國境內銷量為231.91萬臺，銷售金額為5億美元。根據QYResearch的研究報告，2029年全球行星減速器銷售規模達22.31億美元，中國市場規模達11.49億美元。

全球行星減速器的主要市場集中在亞太、歐洲和北美，該三地占全球供應和消費市場的90%以上。根據QYResearch的統計數據，2022年全球行星減速器市場銷售金額按區域分布情況如下：

（2）諧波減速器行業發展現狀諧波減速器是20世紀40年代伴隨著空間科學技術的發展，基于在彈性薄殼彈性變形理論，應用金屬撓性和彈性力學原理發展起來的一種全新傳動形式。1944年，前蘇聯首先提出利用機械波控制柔性構件的彈性變形來實現運動和力矩的傳遞和轉換的一種傳動裝置，并于1947年制造出了世界第一臺采用諧波傳動原理的諧波摩擦傳動器。1955年美國提出了諧波齒輪傳動機構的概念設計方案，并于1959年取得專利授權。由此開始，諧波齒輪傳動技術迅速在前蘇聯、美國等工業發達國家推廣開來。經日本引入后發展實用化。目前，諧波傳動已廣泛應用于機器人、精密加工設備、航天航空、雷達設備、醫療設備等領域。

近年來，全球機器人產業發展迅速，工業機器人與服務機器人產量不斷增加，使得機器人行業對于諧波減速器的需求不斷提升。此外，諧波減速器在除機器人以外的精密傳動領域亦可廣泛適用，應用行業正不斷拓寬至高端數控機床、半導體制造設備、醫療器械等領域。根據東吳證券的統計數據，2020年，全球諧波減速器市場規模達30.4億元，考慮人形機器人需求，預計到2025年將達到129.1億元。

我國從20世紀60年代就開始諧波方面的研制工作，但到目前為止國內諧波減速器的專業生產廠家仍然很少。國外的生產廠家有哈默納科、日本新寶；國內主要生產廠家有綠的諧波、來福諧波等。近年來，隨著機器人等行業的快速發展，中國減速器市場規模已超過20億元，根據頭豹研究院預計，2025年，中國諧波減速器市場規模將達到41億元。

下游行業發展趨勢

（1）移動機器人行業

移動機器人是指應用于倉庫、分揀中心、以及運輸途中等場景的，進行貨物轉移、搬運等操作的機器人，常見有AGV、AMR及無人叉車等類型。移動機器人在整個智能物流系統中起關鍵性的作用，主要完成裝卸、搬運、存儲、分揀和運輸等工作，廣泛應用于汽車、新能源、3C電子、電商零售、醫藥醫療等行業。精密行星減速器是移動機器人核心零部件，主要與伺服電機、控制器共同組成移動機器人的驅動單元。

目前，中國是在全球移動機器人市場規模中最大的國家。一方面，中國的制造業和物流業正在快速發展，需要大量的自動化和智能化解決方案，因此移動機器人在這些領域具有廣泛的應用；另一方面，中國政府也在積極推動機器人產業的發展，通過政策支持和投資吸引國內外企業進入市場。

（2）新能源設備行業

①鋰電設備

在鋰電設備領域，精密行星減速器產品廣泛應用于涂布機、卷繞機、分切機、輥壓機等鋰電池生產設備。近年來，我國新能源汽車產業快速發展，特別是政府各部門大力支持和推廣新能源汽車發展的政策不斷出臺，我國新能源汽車產銷量迎來快速增長。

②光伏設備

減速器在光伏設備領域主要用于回轉驅動系統中。采用回轉驅動為旋轉部件的太陽能光伏組件，可根據一天中太陽不同的位置來對主機的轉角及仰角進行精確的調整。精密行星減速器能有效保證設備的跟蹤精度，并且具有扭矩大、壽命長、防護等級高等特點。

近年來，受光伏技術進步、規模經濟效應和競爭加劇等因素影響，光伏設備價格下降速度較快，組件全年價格降幅達到40%以上，使得光伏發電成本在全球多個國家或地區接近甚至低于常規能源，推動越來越多地區光伏市場的增長，美洲、南亞、中東等多個地區光伏市場開始蓬勃發展，成為拉動全球光伏市場增長的主力。

（3）機床行業

機床是制造業的基本生產設備，也被稱為“工業母機”。精密行星減速器廣泛應用于金屬切削機床、金屬成形機床、木工機械等細分機床領域。機床的動力源一般來自伺服電機，隨著機床工業的發展，電機已朝著高精度、高效率、簡單控制和創新的方向發展，機械匹配也從傳統的螺桿傳動發展到精密行星減速器傳動。由于機床本身的加工，負載慣性系統的條件變化很大，有必要安裝精密減速器以增加扭矩，改善負載端的慣性匹配，從而使慣性操作平穩。根據VDW統計的數據，2021年全球金屬加工機床產值達到了709億歐元，同比增長20%，其中，全球金屬切削機床產值為501億歐元，金屬成形機床產值為207億歐元，金屬切削機床與金屬成形機床比例約為70%與30%。2021年我國金屬切削機床產值為218.14億歐元，同比增長28.7%，占全球市場規模的30.7%。機床行業增長將有效帶動精密減速器行業發展。

（4）工程機械行業

在工程基建領域，行星減速器產品重點應用于頂管機、盾構機、挖掘機等工程施工機械。減速器作為盾構主驅動系統的關鍵部件，具有比強度、比功率極高的特點。減速器也是頂管機的關鍵零部件之一，行星減速器具有在頂管機械功率合流傳動中布置合理的特點，能滿足頂管機械切削刀盤低速、大轉矩的特殊工況要求。隨著我國城市基礎設施建設規模的持續增長，新管道的開挖、鋪設與老管道的修復與更換工程日趨廣泛，利用頂管機進行施工，可以最大程度的減少施工對環境、周圍建筑設施以及交通造成的影響。城市化進程的加快促使我國的地下管廊的需求量也在逐年增加，加之人們對生態環境保護意識的提高，頂管技術將在我國地下管廊的工程施工起到愈來愈重要的地位和作用。

編輯：黃飛