人形機器人三大類減速器詳解

減速器是連接電機和負載的中間裝置，用于降低電機的輸出轉(zhuǎn)速，提高輸出扭矩，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)機器轉(zhuǎn)動角度。

通常而言，電機的轉(zhuǎn)速可達數(shù)千轉(zhuǎn)每分鐘，而輸出扭矩較小，無法滿足大部分負載端低轉(zhuǎn)速大負載的工作需求，在電機輸出功率恒定的情況下，降低電機的輸出轉(zhuǎn)速可以提高電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

三大類減速器詳解 ? ? ? ? ?

精密減速器能夠?qū)?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1472/" target="_blank">機械傳動實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，主要用于機器人、新能源設(shè)備、高端機床、電子設(shè)備、印刷機械等高端制造領(lǐng)域。其中機器人主要應(yīng)用的精密減速器包括諧波減速器、RV 減速器、精密行星減速器，由于其產(chǎn)品技術(shù)的不同，在應(yīng)用場景和性能表現(xiàn)上各具特點。

精密行星減速器主要由行星齒輪、行星架和太陽輪構(gòu)成。每臺精密行星減速器都會有多個行星輪，具有高剛性、高精度(單級可做到 1'以內(nèi))、高傳動效率(單級在 97%~98%)、較高扭矩/體積比、終身免維護等特點。因此，行星減速器大多數(shù)安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。在機器人領(lǐng)域，精密行星減速器是移動機器人核心零部件，主要與伺服電機、控制器共同組成移動機器人的驅(qū)動單元。

諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪和剛輪組成。其工作原理通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式，具有單級傳動比大、體積小、質(zhì)量小、運動精度高并能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作的優(yōu)點。且與一般減速器比較，在輸出力矩相同時，諧波減速器的體積可減少 2/3，重量可減輕 1/2。因此諧波減速器被廣泛運用于3C、半導(dǎo)體、食品、注塑、模具、醫(yī)療等需要較高傳動精度的場景。在機器人領(lǐng)域，諧波減速器主要應(yīng)用于小臂、腕部、手部等部件。

RV 減速器由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成。RV 減速器的優(yōu)點是傳動比范圍大、精度較為穩(wěn)定、抗疲勞強度較高，并具有更高的剛性和扭矩承載能力，但是由于其重量重、外形尺寸較大的特性，也使其無法向輕便、靈活的輕負載領(lǐng)域發(fā)展。因此 RV減速機主要用于汽車、運輸、港口碼頭等需要重負載的場景。在機器人領(lǐng)域一般應(yīng)用于多關(guān)節(jié)機器人中機座、大臂、肩部等位置。

總結(jié)而言，三種精密行星減速器按照不同性能指標(biāo)排序如下： ? 按照傳動比(減速性能)排序，三種減速器由大到小分別為RV 減速器>諧波減速器>精密行星減速器(單級)；

按照傳動精度，三種減速器由高到低排序為精密行星減速器>諧波減速器>RV 減速器；

按傳動效率，三種減速器由高到低排序為精密行星減速器>RV 減速器>諧波減速器。

特斯拉人形機器人減速機方案 ? ? ? ? ?

特斯拉人形機器人進展迅速，在兩年不到的時間內(nèi)實現(xiàn)了快速迭代，完成了開發(fā)平臺建造、Optimus產(chǎn)品亮相以及電機扭矩控制、環(huán)境探測與記憶、雙手復(fù)雜任務(wù)等能力的實現(xiàn)。馬斯克預(yù)計Optimus將大規(guī)模量產(chǎn)至“百萬”量級，預(yù)計其單臺成本或?qū)⒌陀?萬美元。

精密減速器是機器人轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的核心零部件，人形機器人產(chǎn)業(yè)化加速為精密減速器打開增量空間，從具體應(yīng)用關(guān)節(jié)來看，Optimus旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)如肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等小型化、低載荷的部位很可能使用諧波減速器。Optimus線性關(guān)節(jié)如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等大型化、高載荷的很可能使用RV減速器。Optimus靈巧手使用的是行星減速器。

特斯拉發(fā)布的最新的人形機器人預(yù)計共52個自由度，身體28個運動關(guān)節(jié)的方案可分為旋轉(zhuǎn)和線性2大類執(zhí)行器，每類包括3種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和 3種線性執(zhí)行器。?

特斯拉 Optimus 減速機可能應(yīng)用的方案：包括上身+手部的20臺減速器會使用諧波減速器；下肢及腰部8個減速器使用負載能力較強的RV減速器；關(guān)節(jié)部位將采用6個行星減速器。其中，上半身包含8個伺服電機+減速器關(guān)節(jié)，2個線性推桿電機+減速器關(guān)節(jié)；下半身包含6個線性推桿電機+減速器關(guān)節(jié)；雙手包含12個空心杯電機+減速器關(guān)節(jié)。

目前人形機器人還處在研究階段，預(yù)計2025年有望實現(xiàn)量產(chǎn)，2030年-2035年銷售規(guī)模有較為明顯的增長。從未來應(yīng)用來看，諧波減速機是人形機器用量最大的減速機，保守估計至2035年，人形機器人市場諧波減速機的市場規(guī)模將達到百億人民幣市場空間。

國內(nèi)減速器主要玩家 ? ? ? ? ?

　　01 綠的諧波

　　產(chǎn)品包括諧波減速器、機電一體化執(zhí)行器及精密零部件。公司首創(chuàng)機床專用的高精度、高剛性減速器與高功率密度直驅(qū)電機集成的一體化數(shù)控轉(zhuǎn)臺，已積累了一大批工業(yè)機器人、數(shù)控機床等高端裝備行業(yè)的優(yōu)質(zhì)龍頭客戶，并成功躋身國際主流市場。目前為國內(nèi)諧波減速器龍頭，全球僅次于哈默納科。 2020年公司諧波減速器營收為2.04億元，2021-2022年穩(wěn)定維持在4.16億元左右，2022年公司諧波減速器的銷量接近26萬臺，其營業(yè)收入中諧波減速器業(yè)務(wù)占絕大部分，占比為93.4%。

　　02 雙環(huán)傳動

　　主營業(yè)務(wù)為機械傳動齒輪及相關(guān)零部件的研發(fā)，聚焦精密傳動事業(yè)40多年。2020年成立全資子公司環(huán)動科技，專門從事機器人關(guān)節(jié)高精密減速器、高精密液壓零部件的研制及產(chǎn)業(yè)化，為客戶提供覆蓋3-1000KG負載機器人所需的高精密減速器整體方案，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、協(xié)作機器人、多足機器人、工業(yè)自動化等高端制造領(lǐng)域。 根據(jù)公開數(shù)據(jù)，環(huán)動科技2022年市占率約為15%，位居國內(nèi)RV減速器市場前列，僅次于日本巨頭納博特斯克（占國內(nèi)51%的市場份額）。

　　03 科峰智能

　　公司已形成了 45-235 全系列斜齒行星減速器、16-1720 全系列直齒行星減速器、微型行星減速器、智能減速器等產(chǎn)品系列。根據(jù) QYResearch統(tǒng)計數(shù)據(jù)，公司2022年行星減速器銷售金額在全球市場排第五，在中國市排第二，在國產(chǎn)品牌中排第一。公司行星減速器已在高端機床、頂管機、半導(dǎo)體、醫(yī)藥裝備、包裝機械等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)進口替代。 科峰智能招股說明書顯示，在營業(yè)收入方面，公司精密行星減速器2022年營業(yè)收入為29，540.52萬元，占總營業(yè)收入77.70%。2020年、2021年和2022年，科峰智能精密行星減速器的產(chǎn)能分別為16.59萬臺、25.22萬臺和35.78萬臺，產(chǎn)能利用率分別為97.05%、92.80%和66.42%。

　　04 中大力德

　　精密減速器頭部企業(yè)，一體化戰(zhàn)略推進產(chǎn)品升級，主要產(chǎn)品包括精密減速器、傳動行星減速器、各類小型及微型減速電機等。自2006年8月設(shè)立以來，公司一直從事減速器、減速電機的生產(chǎn)和銷售，相繼推出微型無刷直流減速電機、精密行星減速器、滾筒電機、RV 減速器等新產(chǎn)品。

　　順應(yīng)行業(yè)小型化、集成化、一體化的發(fā)展趨勢，公司結(jié)合國內(nèi)市場客戶的個性化需求不斷升級減速電機集成與檢測技術(shù)、精密傳動與控制技術(shù)，致力于整合核心零部件系統(tǒng)，國繞工業(yè)自動化和工業(yè)機器人，形成了減速器+電機+驅(qū)動一體化的產(chǎn)品架構(gòu)，推出“精密行星減速器+伺服電機+動”一體機、“RV 減速器+伺服電機+驅(qū)動”一體機、“諧波減速器+伺服電機+驅(qū)動一體機等模組化產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級。

　　05 兆威機電

　　主營業(yè)務(wù)是微型傳動系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。微型傳動系統(tǒng)與人形機器人領(lǐng)域聯(lián)系緊密，公司相關(guān)產(chǎn)品為行星減速器、空心杯電機等。從技術(shù)優(yōu)勢來看，可提供尺寸范圍大（外徑3.4mm-38mm）的一系列行星減速器，行星齒輪組級數(shù)在1-5級，有望在空心杯電機中得到應(yīng)用，并可直接提供外徑6mm的空心杯減速電機。

　　06 昊志機電

　　公司自2014年研發(fā)諧波減速器，目前已經(jīng)形成了 6大系列、9種規(guī)格、6 大減速比的雙波、三波產(chǎn)品系列，公司生產(chǎn)的諧波減速器已經(jīng)達到較高的精度及壽命標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)產(chǎn)品已實現(xiàn)批量銷售。

　　憑借在機器人領(lǐng)域深厚的技術(shù)積累，以及通過與瑞士 Infanor 集團研發(fā)人員的交流、學(xué)習(xí)和合作，公司先后攻克了智能機器人用“高性能諧波減速器”、“高精度編碼器”、“一體化關(guān)節(jié)模組”、“六維力傳感器”、“控制系統(tǒng)”等一系列核心功能部件技術(shù)，打破了智能機器人核心功能部件依賴進口的局面，實現(xiàn)了智能機器人核心功能部件的全國產(chǎn)化。同時公司正在研制 RV 減速器，有望成為業(yè)績新增長點。

　　3月，公司擬設(shè)立全資子公司“廣州市昊志機器人有限公司”，承接公司機器人事業(yè)部業(yè)務(wù)，負責(zé)機器人核心功能部件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等。注冊資本為 人民幣6000萬元，公司持有其100%股權(quán)。

　　07 卓藍自動化

　　產(chǎn)品包括高精密行星減速機、機器人專用諧波減速機、電動滾筒、中空旋轉(zhuǎn)平臺等。2021年，卓藍自動化在東莞望牛墩鎮(zhèn)投資卓藍精密傳動制造項目，主要從事精密行星減速機，諧波減速機的研發(fā)和生產(chǎn)。該項目計劃總投資3.5億元，用地26.43畝，項目達產(chǎn)后預(yù)計行星減速機年產(chǎn)量50萬臺，諧波減速機10萬臺的生產(chǎn)能力。

　　審核編輯：黃飛