工業機器人產業鏈可以分為上中下游。
上游是關鍵零部件生產廠商,主要是減速器、控制系統和伺服系統;中游是機器人本體,即機座和執行機構,包括手臂、腕部等,部分機器人本體還包括行走結構,是機器人的機械傳統和支撐基礎。按照結構形式,本體可以劃分為直角坐標、球坐標、圓柱坐標、關節坐標等類型;下游是系統集成商,根據不同的應用場景和用途進行有針對性地系統集成和軟件二次開發,國內企業都集中在這個環節上。生產出來的機器人只有通過系統集成之后,才能投入到下游的汽車、電子、金屬加工等產業,為終端客戶所用。
整體來看,工業機器人的總成本中,核心零部件的比例接近70%,其中減速器、伺服電機和控制器占比分別為32%、22%和12%。
▲工業機器人核心零部件及本體成本占比
▲中國工業機器人減速器市場格局
▲中國工業機器人伺服系統市場格局
▲中國工業機器人控制系統市場格局
▲2017 年中國工業機器人市場格局
核心零部件技術是機器人本體企業的核心競爭力
1.減速器:工業機器人不可或缺的明珠
(1) 技術分析:RV與諧波減速器占據主流地位
伺服電機由于脈動信號的驅動,本身具備調速功能,那么機器人為何需要減速器?
由于工業機器人需要重復、可靠地完成大量工序任務,對其定位精度和重復定位精度要求很高,因此需要專門的減速器以保證精度。減速器的另一作用是傳遞負載:當負載較大時,伺服電機功率有限導致輸出扭矩較小,此時需要通過減速器來提高扭矩。此外,伺服電機在低頻運轉下容易發熱和出現低頻振動,對于長時間和周期性工作的機器人這都不利于確保其精確、可靠地運行。
精密減速器的存在使伺服電機在一個合適的速度下運轉,并精確地將轉速降到機器人各部位需要的速度,提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。與通用減速器相比,機器人關節減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。
工業機器人用精密減速機主要分為5類,不同類型的精密減速機在傳動效率、減速比方面各不相同。衡量精密減速機的主要指標包括:扭轉剛度、傳動精度、啟動轉矩、空程、背隙、傳動誤差、傳動效率等。
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