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【机械之美】探索机器人组件——精密减速机背后的故事!

作者:上海巨松  |  点击:3076 次  |  时间:2016-05-23

    现今工业机器人的先进程度让人叹为观止,尤其是那些灵动的5轴6轴机器人,具有如此多的关节,还能够做到运动和指令的精确传输,各部位紧密配合完成复杂的工作,让人不禁好奇它们的传动系统到底是怎样的——你造么,全球机器人的关节用到的精密减速机几乎都是日本造的:日本人说跪,全球机器人没几个能站着。。。

    在科幻插画中,机器人的关节处理向来是关键。七十年代日本插画师空山基的美女机器人和人类除了皮肤外,最大的区别就是在关节结合处加了个大螺钉,细想起来各种不可行。

    到了近年,在一些由真人模特PS的机器人身上,则可以观察到关节处明显的分割和机械结构,看上去似乎可信了很多。

    那么,真正的工业机器人,关节到底是什么结构的呢?

    说起关节,主要是指工业机器人最重要的基础部件,也是运动的核心部件:精密减速机。这是一种精密的动力传达机构,其利用齿轮的速度转换器,将电机的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的装置,从而降低转速,增加转矩。

    谐波传动减速器(harmonic drive)

    谐波传动减速器(harmonic gear drive)是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合,从头传递运动和动力的齿轮传动系统。谐波传动减速器是由美国人Clarence Walton Musser(1909~ 1998-06-08)在1957年获得发明专利(美国专利号2906143),除此之外,这位曾在美国国防部工作15年的长寿发明家一生有250项重大发明,例如军用无后座力步枪,飞机弹射器,水下爆炸试验仪器等等。

    听上去象大一个行业品类,其实harmonic drive是Harmonic Drive Systems Inc.的商标。1960年美国USM公司首次将谐波传动减速器成功投入运用,后来长谷川齿轮株式会社(Hasegawa Gear Works, Ltd.)获得了USM的生产许可。1970年10月,长谷川与USM各出资50%,在东京都成立了Harmonic Drive Systems Inc.,汉译哈默纳科。八了个卦:长谷川时任社长名叫谷川齿车,机械君觉得这名字命中注定就该是做齿轮的。。。

    哈默纳科是整体运动控制的领军企业,其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机,具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点,被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。

    2006年1月1日哈默纳科和Nabtesco的美国子公司在马萨诸塞州成立了合资公司Harmonic Drive L.L.C.。

    基本原理


    为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域,产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机(Harmonic Planetary)。独特的内齿圈形变工艺,可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙,已达到精密级的传动误差。

    应用领域

    谐波齿轮减速机在航空航天、能源、航海造船、仿生机械、常用军械、机床仪表、电子设备、矿山冶金、交通运输、起重机械、石油化工机械、纺织机械、农业机械以及医疗器械等方面得到日益广泛的应用,特别是在高动态性能的伺服系统中,谐波齿轮传动更是显示出其优越性。阿波罗月球车的电驱动车轮里的波动齿轮就是用哈默纳科的产品哦~~

    想起德国舍弗勒轴承拍的那条广告,少了他们,全球都得停转。所以,没了日本人,全球的机器人和飞机坦克也得趴下一多半。。。


    良性竞争or一哄而上

    大家都听过一个经典段子:

    有一个犹太人在加油站,第二个点就去开了实体店,又很赚钱,第三个犹太人开了洗车店又很赚钱,第四个人开了什么其他的服务,最后名气越来越大,最后有人在那里开了大学校,有人开了邮局什么的,最后那里很富起来。
    换了中国人,第一个人开了加油站,第二个在边上赶紧又开了一家加油站,第三个看有钱赚又开了加油站,最后大家为了揽客玩命似的降价促销,最后大部分都亏损倒闭,铩羽而归,还存活的也大伤元气。

    类似的案例我们听到无数,互联网界创新也是一样,P2P一哄而上,众筹一哄而上,有人做游戏赚了马上都上马游戏,马云做淘宝热火朝天,马上出来一堆商城,马云做了余额宝又出来一堆宝。。。每个行业一旦开始有人获益,就一定有大批人一哄而上,很快整个行业就进入洗牌的血腥混战。

    而犹太人的思维方式是合作和借力,总是奔着相互带动人气和流量,互补的方向,在另外的领域里头创造新的机会。

    在经济转型升级和我国人口老龄化进程日益加快的情况下,机器人产业的发展迎来一个需求快速发展的阶段。据机器人产业研究专家罗百辉介绍,2013年中国市场共销售工业机器人近3.7万台,约占全球销量的1/5,总销量超过了日本,位居全球第一。预计中国有望在2016年成为全球最大的机器人市场,保有量将超过15万台。连Nabtesco都计划投资近50亿日元在中国新建工厂,自2016年起投产制造工业机器人用的核心零部件,计划每年产量10万台,2020年达20万台。

    机器人较高的利润诱发了国内制造业空前高涨的热情,竞争也日趋激烈。

    既然做机器人关节的全球头两位对手公司都在合作,国内企业与其一哄而上硬碰硬,导致全面恶性竞争,不如静心思考,象日本人那样,努力找到自己的独特的优势和方向,专攻几个点哩?从点突破,良性竞争,携手合作,路才更宽,走得更久。




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