全面解析机器人三大减速机技术（一）

精密减速器行业属于多学科领域交叉的行业，其发展涉及到金属材料、热处理、小模数齿轮硬齿面加工、集成及检测等诸多技术。精密减速器的技术特点要求生产厂商拥有长期的技术积累，掌握核心技术，具备较强的产品设计和研究开发能力。

随着工业4.0、机械自动工业化的普及，机器人运用更加普及，机器人驱动部件广泛用到减速机，减速机在机器人驱动中起到了关键作用，机器人减速机属于精密减速机，在工业机器人、机械手臂中广泛采用谐波减速器、RV减速机运用在机器人关节驱动中；小型服务机器人、教育机器人采用的行星减速机、齿轮减速机等微型减速机，运用在不同行业、领域的机器人减速机特点也不一样。工业机器人、机械手臂用减速机特点：

（1）、谐波减速机产品特点：减速比高、齿隙小、精度高、零部件少、安装简便、体积小、重量轻、转矩容量高、良好、噪音小；承载能力高谐波驱动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数（重叠系数）比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他驱动形式高。

（2）、RV减速机产品特点：RV减速机也称为RV减速器，主要结构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，减速比大等特点。扭转刚度大，输出机构即为两端支承的行星架，用行星架左端的刚性大圆盘输出，大圆盘与工作机构用螺栓联结，其扭转刚度远大于一般摆线针轮行星减速器的输出机构。在额定转矩下，弹性回差小；小型服务机器人、教育机器人减速机特点：

（1）、行星减速机产品特点：行星减速机属于精密减速机、驱动间隙精度可以做到1弧分，同时具备体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低、输出扭矩大，速比大、良好、性能安全的特点。兼具功率分流、多齿啮合独用的特性。广泛运用在机器人驱动、自动工业化设备

（2）、齿轮减速机产品特点：齿轮减速机也称为齿轮减速器，齿轮箱中的驱动齿轮均采用数控磨齿工艺，精度高，接触性好，驱动率高、单级大于96.5%，双级大于93%，三级大于90%，运转平稳，噪音低，体积小，重量轻，使用寿命长，承载能力高等特点。在机器人、工业4.0、工业自动化设备广泛运用。

不同的领域、行业机器人，对锁采用的减速机、减速器的技术参数、性能特点也不一样。

1、减速器简介

（1）减速器概述

机械设备一般由动力、传动与执行三大系统构成，多数机械设备的传动方式为齿轮传动，齿轮传动具有精密、高效、安全、可靠、性价比优越等特点。由于多数机械设备不适宜用原动机直接驱动，因此需要通过减速器来降低转速、增加扭矩。

减速器又称减速机，在原动机和工作机或执行机构之间起降低转速和增加扭矩的作用，主要应用在机械传动领域。通常减速器把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的扭矩，以实现原动机和执行机构之间的传动。

（2）减速器的分类

减速器的种类繁多，按照使用场景划分，减速器分为一般传动用减速器和伺服（精密控制）用减速器；按照精度划分，分为一般传动减速器和精密减速器；按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥、圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。各类常见减速器结构及主要特点如下：

（3）精密减速器简介

①精密减速器分类

按照使用场景划分，减速器分为伺服（精密控制）用减速器和一般传动减速器。精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点，能够对机械传动实现精准控制，主要用于机器人、新能源设备、高端机床、电子设备、印刷机械等高端制造领域。一般传动减速器可以分为通用减速器和专用减速器：通用减速器通常以中小型为主，可广泛应用于各个行业，包括蜗轮蜗杆减速器、圆柱齿轮减速器等；专用减速器通常以大型、特大型为主，多为非标、行业专用产品，包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等。

②主要精密减速器特点

根据原理不同，精密减速器主要分为精密行星减速器、谐波减速器、RV减速器。各类精密减速器结构特点、优缺点及应用领域如下：

行星减速器行业发展现状

19世纪80年代德国出现第一个行星齿轮传导装置的专利。20世纪20年代，首次量产行星齿轮传动装置。随着机械工业发展，行星减速器应用越来越广泛，20世纪50年代，德国首次研发成功高速大功率行星齿轮减速器，20世纪60年代，意大利、英国、苏联等国家也陆续研发出低速重载行星减速器。伴随工业自动化的进程，德国、意大利等国又研制出精密行星减速器。我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器，20世纪70年代首次制订了NGW型渐开线行星齿轮减速器标准，并生产了多种高速大功率行星减速器。20世纪80年代开始生产低速大转矩的行星减速器。

图1NGW型单级行星减速器

(太阳轮浮动，＝2.8~4.5，zA＞zC)

图2NGW型单级行星减速器

(太阳轮浮动，＞4.5，zA＜zC)

图3NGW型单级行星减速器

(无多余约束的浮动zA＜zC)

图4NGW型行星齿轮减速器

(弹性油膜浮动与太阳轮浮动均载)

图5NGW型单级行星减速器

(行星架浮动)

图6双排直齿NGW型大规格行星减速器

(两排内齿轮之间采用弹性杆均载，高速端的端盖为轴向剖分式)

图7NGW型高速行星增(减)速器

(太阳轮与内齿圈同时浮动)

图8NGW型二级行星减速器

(高速级太阳轮与行星架同时浮动，低速级太阳轮浮动)

图9定轴齿轮传动与NGW型组合的行星减速器

(低速级太阳轮浮动)

图10NGW型二级行星减速器

(高速级行星架浮动，低速级太阳轮浮动)

图11法兰式NGW型二级行星减速器

(高速级行星架浮动，低速级太阳轮浮动；低速轴采用平键连接或缩套无键连接)

图12二级NGW型大规格行星减速器

(高速级太阳轮与行星架浮动，低速级太阳轮浮动)

图13挖掘机用行走型行星减速器

(二级NGW型传动与一级平行轴传动组合；低速级太阳轮浮动，中间级行星架浮动；高速级带制动器)

图14挖掘机用回转型行星减速器

(高速级行星架浮动，低速级太阳轮浮动)

图15NGW型三级行星减速器

(一级：行星架浮动；二级：太阳轮与行星架同时浮动；三级：太阳轮浮动)

图16NGW型三级大规格行星减速器

(高速级行星架浮动，中间级太阳轮与行星架同时浮动，低速级太阳轮浮动并采用双排齿轮，两排内齿轮以弹性杆均载)

图17行星架固定的NW型准行星减速器

(传动比i＝5~50，两个行星轮与水平方向成45°，双联行星轮采用弹性胀套连接，加工、装配方便)

图18NGWN(Ⅰ)型行星减速器

(内齿轮通过浮动，双联齿轮联轴器与输出轴相连，太阳轮不浮动)

图19NGWN(Ⅱ)型行星减速器

(采用薄壁弹性输出内齿轮，并以齿轮联轴器与输出轴相连，太阳轮不浮动)

近年来，我国机械设备制造业规模发展迅速，已超过日本和美国，机械设备制造业的发展带动了机械传动领域减速器行业规模的不断扩大。在一般传动领域，我国减速器及减速电机已基本实现国产化。但在行星减速器领域，由于其技术含量高，生产工艺复杂，存在较高的进入壁垒，目前市场主要参与者为外资厂商、合资厂商，高端精密行星减速器国产化率很低。根据QYResearch的统计数据，2022年全球行星减速器销量为540.15万台，销售金额为12.03亿美元，其中中国境内销量为231.91万台，销售金额为5亿美元。根据QYResearch的研究报告，2029年全球行星减速器销售规模达22.31亿美元，中国市场规模达11.49亿美元。

全球行星减速器的主要市场集中在亚太、欧洲和北美，该三地占全球供应和消费市场的90%以上。根据QYResearch的统计数据，2022年全球行星减速器市场销售金额按区域分布情况如下：

（2）谐波减速器行业发展现状谐波减速器是20世纪40年代伴随着空间科学技术的发展，基于在弹性薄壳弹性变形理论，应用金属挠性和弹性力学原理发展起来的一种全新传动形式。1944年，前苏联首先提出利用机械波控制柔性构件的弹性变形来实现运动和力矩的传递和转换的一种传动装置，并于1947年制造出了世界第一台采用谐波传动原理的谐波摩擦传动器。1955年美国提出了谐波齿轮传动机构的概念设计方案，并于1959年取得专利授权。由此开始，谐波齿轮传动技术迅速在前苏联、美国等工业发达国家推广开来。经日本引入后发展实用化。目前，谐波传动已广泛应用于机器人、精密加工设备、航天航空、雷达设备、医疗设备等领域。

近年来，全球机器人产业发展迅速，工业机器人与服务机器人产量不断增加，使得机器人行业对于谐波减速器的需求不断提升。此外，谐波减速器在除机器人以外的精密传动领域亦可广泛适用，应用行业正不断拓宽至高端数控机床、半导体制造设备、医疗器械等领域。根据东吴证券的统计数据，2020年，全球谐波减速器市场规模达30.4亿元，考虑人形机器人需求，预计到2025年将达到129.1亿元。

我国从20世纪60年代就开始谐波方面的研制工作，但到目前为止国内谐波减速器的专业生产厂家仍然很少。国外的生产厂家有哈默纳科、日本新宝；国内主要生产厂家有绿的谐波、来福谐波等。近年来，随着机器人等行业的快速发展，中国减速器市场规模已超过20亿元，根据头豹研究院预计，2025年，中国谐波减速器市场规模将达到41亿元。

下游行业发展趋势

（1）移动机器人行业

移动机器人是指应用于仓库、分拣中心、以及运输途中等场景的，进行货物转移、搬运等操作的机器人，常见有AGV、AMR及无人叉车等类型。移动机器人在整个智能物流系统中起关键性的作用，主要完成装卸、搬运、存储、分拣和运输等工作，广泛应用于汽车、新能源、3C电子、电商零售、医药医疗等行业。精密行星减速器是移动机器人核心零部件，主要与伺服电机、控制器共同组成移动机器人的驱动单元。

目前，中国是在全球移动机器人市场规模中最大的国家。一方面，中国的制造业和物流业正在快速发展，需要大量的自动化和智能化解决方案，因此移动机器人在这些领域具有广泛的应用；另一方面，中国政府也在积极推动机器人产业的发展，通过政策支持和投资吸引国内外企业进入市场。

（2）新能源设备行业

①锂电设备

在锂电设备领域，精密行星减速器产品广泛应用于涂布机、卷绕机、分切机、辊压机等锂电池生产设备。近年来，我国新能源汽车产业快速发展，特别是政府各部门大力支持和推广新能源汽车发展的政策不断出台，我国新能源汽车产销量迎来快速增长。

②光伏设备

减速器在光伏设备领域主要用于回转驱动系统中。采用回转驱动为旋转部件的太阳能光伏组件，可根据一天中太阳不同的位置来对主机的转角及仰角进行精确的调整。精密行星减速器能有效保证设备的跟踪精度，并且具有扭矩大、寿命长、防护等级高等特点。

近年来，受光伏技术进步、规模经济效应和竞争加剧等因素影响，光伏设备价格下降速度较快，组件全年价格降幅达到40%以上，使得光伏发电成本在全球多个国家或地区接近甚至低于常规能源，推动越来越多地区光伏市场的增长，美洲、南亚、中东等多个地区光伏市场开始蓬勃发展，成为拉动全球光伏市场增长的主力。

（3）机床行业

机床是制造业的基本生产设备，也被称为“工业母机”。精密行星减速器广泛应用于金属切削机床、金属成形机床、木工机械等细分机床领域。机床的动力源一般来自伺服电机，随着机床工业的发展，电机已朝着高精度、高效率、简单控制和创新的方向发展，机械匹配也从传统的螺杆传动发展到精密行星减速器传动。由于机床本身的加工，负载惯性系统的条件变化很大，有必要安装精密减速器以增加扭矩，改善负载端的惯性匹配，从而使惯性操作平稳。根据VDW统计的数据，2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元，同比增长20%，其中，全球金属切削机床产值为501亿欧元，金属成形机床产值为207亿欧元，金属切削机床与金属成形机床比例约为70%与30%。2021年我国金属切削机床产值为218.14亿欧元，同比增长28.7%，占全球市场规模的30.7%。机床行业增长将有效带动精密减速器行业发展。

（4）工程机械行业

在工程基建领域，行星减速器产品重点应用于顶管机、盾构机、挖掘机等工程施工机械。减速器作为盾构主驱动系统的关键部件，具有比强度、比功率极高的特点。减速器也是顶管机的关键零部件之一，行星减速器具有在顶管机械功率合流传动中布置合理的特点，能满足顶管机械切削刀盘低速、大转矩的特殊工况要求。随着我国城市基础设施建设规模的持续增长，新管道的开挖、铺设与老管道的修复与更换工程日趋广泛，利用顶管机进行施工，可以最大程度的减少施工对环境、周围建筑设施以及交通造成的影响。城市化进程的加快促使我国的地下管廊的需求量也在逐年增加，加之人们对生态环境保护意识的提高，顶管技术将在我国地下管廊的工程施工起到愈来愈重要的地位和作用。

编辑：黄飞