工业机器人“关节”为何有如何高的精度，真相大揭秘

八月初，傍晚六时，物流公司的货车准时到达嵊州市甘霖工业园区内的来福谐波厂区，上百箱连夜生产的机器人减速器被装载上车。不久后，它们将被装载至工业机器人的关节中，奔赴制造一线，替代人工，执行切割、焊接、搬运、喷涂、包装等工作。

作为工业机器人三大核心零部件之一，减速器长期为日本企业垄断。直到近两年，一批国产工业机器人减速器厂商涌现。不懈攻关技术，实现核心零部件自主化生产；积极开拓市场，逐步提高国产减速器市场份额。其中两家浙企——双环传动机械股份有限公司（以下简称双环传动）和浙江来福谐波传动股份有限公司（以下简称来福谐波）也成为其中的佼佼者。

 

精度决定产品性能

炎炎夏日，台州玉环市双环传动机械股份有限公司厂房内，工人们正调试着几台工业机器人，它们就像一只只机械做的手臂，灵活变换着动作方向。“这是齿轮生产线上作业的机器人，抓起一个零件，定在一个设定好的地方，运动稳定性和呈现精度，都要看关节上的减速器性能。” 双环传动研究院院长张靖解释说，“这些机器人里装的RV减速器全都是双环自主生产的。”

装在工业机器人中的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器。“大关节，就好像人体的髋关节、肘关节，用RV减速器；小关节，就比如手腕，手指处，用谐波减速器。”而双环传动生产的是RV减速器。

张靖带记者走过一片齿轮生产区，RV减速器生产车间在厂房另一侧。步入其中，只觉一阵清凉，竟比夏日空调房还舒服。“一毫米的千分之一，是一微米，机器人减速器的加工精度就是微米级别的。”原来，为保证加工精度，车间内的湿度常年控制在50%-70%，室温则控制在20℃至22℃以内。

机器人减速器对精度的严苛要求，不仅在生产加工环节，更在成品性能测试中。在性能检测区，记者看到，几台工业机器人正不停重复着相同动作。“机器人通过各个关节的转动，来引导每段手臂移动。对标国际产品，这个转动角度的瞬时误差不允许超过30秒。”

角度单位“1秒”就是“1度”的三千六百分之一。如此微小的误差范围，在工业机器人日以继夜的每一次动作中，都必须保证。“机器人减速器的性能是动态的，需要在成百上千小时内始终保持一定转动精度。”张靖坦言，最初国产减速器和日本产品间的差距便在此。

2013年6月，双环传动启动RV减速器项目；2015年7月，双环传动承担起国家高技术研究发展计划（863计划）“工业机器人核心基础部件应用示范”主题项目的“机器人RV减速器研制及应用示范”子课题。“863项目验收，我们已做好一切准备。”张靖胸有成竹，“现在，如果拿双环RV减速器和日本的作比较，我很自信地说，在基本性能上没有任何差距。”

研发全靠自己摸索

相比双环传动的RV减速器的又重又硬，在运用中与之互补的来福谐波的谐波减速器则小巧而轻薄。

讲起研发经历，来福谐波副总经理彭胜良发出了和张靖相似的感慨：“没有成熟可靠的标准可参考，也没有任何借鉴，什么都靠自己琢磨。”

“事实上，谐波传动的原理和运用，国际上至今还在不断探索，每个国家都有自己的方法，由此产生不同的设计。”他解释说，即使同一国家的不同生产厂商，设计理念也不尽相同。

“项目初期的摸索最为艰难。”从无到有，一步步打造初代产品的过程，彭胜良记忆犹新。2013年“来福”成立，与南京信息工程大学的教授团队合作，一同开展谐波减速器的参数设计。“每天都住在公司里，做梦都在思考问题。”彭胜良回忆，为实现30秒内的动作精度，整整一年半，来福研发部没日没夜进行着‘试验理论，与大学团队沟通改良，再试验，再改良’的工作循环。作为负责人的他常常半夜接到值班试验员的电话，报告夜间跟踪试验出现的突发问题，“必须随叫随到，快速定位和排查。”

2014年，初代产品推出；2016年，来福谐波减速器动作精度达到与日本产品相同水准。

“没有标准，就自寻标准。”彭胜良说，为了对标先进水平，“来福”曾买入主流产品进行测试。“我们发现，日本人的谐波减速器高精度工作寿命很长，其中部分就仰仗于所用材料。但是他们用的我们买不到。”意识到了差距，“来福”随即组成一支由企业研发部、外聘专家、材料学教授、钢厂团队组成的攻关团队，改进材料配方，不断试验。如今，来福专属牌号的基础材料已研制成功。

“高精度寿命攻关现已突破，年底我们将正式推出新一代谐波减速器，目前在最后试验收尾阶段。”彭胜良说，新产品各方面都与当下市场的主流产品相一致，“可以和他们同台竞争。”

市场迎来快速爆发

一路破关斩将，深耕机器人减速器研发制造。个中滋味，身为企业核心技术人员与管理者，张靖和彭胜良不约而同提到，奋起直追最大的收获在于逐步提升了国产品牌行业话语权。

“几年前，没有选择，不论谐波还是RV都只能问日本买。一台小小的减速器，要价1.2万元，订单交付时间也拖得很长。”国产机器人制造商的痛点，张靖感同身受。“试想每个机器人里五六台减速器，单是一种零部件价格就七八万元了。” 国产工业机器人制造成本与售价居高不下，中国机器人产业发展受到极大制约。

“现在不同了，国产减速器成功研发，进入市场参与竞争，日产减速器已经降到五六千元一台，是原先价格的一半都不到。”

制造一线“机器换人”的逐步普及使中国工业机器人市场迎来爆发。“订单源源不断，出乎我们的意料。”彭胜良说，国产机器人减速器的成功上市，犹如打通了一支阻塞多时的产业发展脉络，“2017年上半年开始，整个行业一直处于供不应求的状态，月月满产，现在下订单，交货都要排到两个多月以后。”

市场反应的热烈让来福谐波和双环传动感受到实现量产、扩增产能的迫切性。去年，来福谐波实现2200万元产值，并进行了新一轮融资，“产能提升正不断进行，目前来福谐波的四条生产线已达到年产6万至7万台的规模。”彭胜良透露，再过一个月将扩充至12万台一年，“后年年初要实现10条生产线，年产20万台。”

“经过去年8000台的市场试探，今年将达成年产6万台的目标。”张靖称，目前国内RV减速器制造商的单月出货量，双环传动最大。相比已有30多年发展历程的日本企业，中国企业的追赶之路还长。“人家已是参天大树，我们还是小苗。但至少我们已经破土而出。”