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中国工业机器人何时能痛定思痛?


2013年中国已成为全球最大的工业机器人消费国。根据中国机器人联盟的数据,2014年中国工业机器人销量达4.5万台,并预测到2017年可能达到10万台。但是,目前国外机器人制造企业占据中国近90%的市场份额,发那科、安川、KUKA、ABB四家外国公司合计占据约65%的市场份额。之所以如此,经常有媒称,因中国不掌握工业机器人核心技术。

对于位居世界GDP排行第二的中国来说,这听起来确实有点惨。不过,问题在哪儿呢?

从定义上看,机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。而工业机器人是一种应用于工业自动化的,含有3个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构。

工业机器人由机械结构、伺服器和控制器三大部分构成。 简单说,机器人的机械结构是由通过若干个活动关节相互连接的金属构件,有的关节可以转动,有的可以伸缩。由于类似于人的手臂,也有人把现在的工业机器人称为机械臂。 在每个关节上装有伺服器,由伺服控制计算机、伺服系统和驱动部件组成。伺服控制是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制方式。在接到主控制器发来的动作指今后,伺服器驱动关节完成指定动作。 控制器计算产生各运动部件的位置、速度和加速度指定,发给伺服器,以操纵使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。 在这三大件中,伺服系统由精密测量信号反馈系统,驱动电机、减速器以及伺服计算机系统构成。每个关节的动作都要由驱动电机产生动力,由减速器减速后加大扭矩后输出。工业机器人减速器要求体积小、重量轻、传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性。而又以在摆线针轮传动基础上发展起来的RV减速器最为重要。而关节驱动的电动机,则要求有大功率质量比和大扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。 在工业机器人成本中,占比最高的为减速器,占33%~38%,驱动及伺服电机占20%~25%,控制器占10%~15%,机器人机械结构在总成本中占比只有20%左右。由于近年我国在数控机床领域的进步,虽然高精度伺服器仍需进口,但已可以生产中低端伺服器。我国机器人产业最大的难题在于减速器,特别是被业内称之为机器人的“御用”的RV减速器我国起步太晚,基本完全空白。 对于高精度机器人减速器,日本处于绝对领先地位,目前全球机器人行业75%的精密减速器被日本公司占有。RV减速器的关键技术是摆线传动,最早由德国人在1926年发明,后被日本公司买断专利继续研发。日本企业根据加工、载荷、工况、材料等诸多因素,对减速器齿轮原有的标准摆线齿形提出修正方案,获得众多专利,并于1986年左右量产,产品性能优越,以后差不多每6年升级一次。 RV减速器设计需专用软件,仅通过测绘无法得到精确齿形数据。零件加工精度要求极高,加工极其困难。由于无法简单“山寨”,RV减速器的自主研发道路极其艰难。到目前为止,中国人申请的RV减速器专利仅26件,有效专利只有13件,发明专利只有2件,且都不属于核心技术。国外申请人在华申请了专利47件,其中有效的26件全部是发明专利。 回想起来,CPU没赶上,操作系统、手机也没赶上,这回机器人大潮将至,中国加把劲,赶上去吧!

本文分享自微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

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原始发表时间:2015-03-13

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