機(jī)器人共4大組成部分，本體成本占22%，伺服系統(tǒng)占24%，減速器占36%，控制器占12%。機(jī)器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件是指構(gòu)成機(jī)器人傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，對機(jī)器人性能起到關(guān)鍵影響作用，并具有通用性和模塊化的部件單元。機(jī)器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件主要分成以下三部分：高精度機(jī)器人減速機(jī)，高性能交直流伺服電機(jī)和驅(qū)動器，高性能機(jī)器人控制器等。
1）減速機(jī)
減速機(jī)是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，目前主要使用兩種類型的減速機(jī)：諧波齒輪減速機(jī)和RV減速機(jī)。
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諧波齒輪減速機(jī)傳動原理
德國人LorenzBaraen于1926年提出擺線針輪行星齒輪傳動原理，日本帝人株式會社（TEIJINSEIKICo.，Ltd）于20世紀(jì)80年代率先開發(fā)了RV減速機(jī)。RV減速機(jī)由一個(gè)行星齒輪減速機(jī)的前級和一個(gè)擺線針輪減速機(jī)的后級組成。相比于諧波齒輪減速機(jī)，RV減速機(jī)具有更好的回轉(zhuǎn)精度和精度保持性。
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ORT減速機(jī)CORT減速機(jī)
目前在高精度機(jī)器人減速機(jī)方面，市場份額的75%均兩家日本減速機(jī)公司壟斷，分別為提供RV擺線針輪減速機(jī)的日本Nabtesco和提供高性能諧波減速機(jī)的日本HarmonicDrive。包括ABB，F(xiàn)ANUC，KUKA，MOTOMAN在內(nèi)國際主流機(jī)器人廠商的減速機(jī)均由以上兩家公司提供，與國內(nèi)機(jī)器人公司選擇的通用機(jī)型有所不同的是，國際主流機(jī)器人廠商均與上述兩家公司簽訂了戰(zhàn)略合作關(guān)系，提供的產(chǎn)品大部分為在通用機(jī)型基礎(chǔ)上根據(jù)各廠商的特殊要求進(jìn)行改進(jìn)后的專用型號。國內(nèi)在高精度擺線針輪減速機(jī)方面研究起步較晚，僅在部分院校，研究所有過相關(guān)研究。目前尚無成熟產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。近年來國內(nèi)部分廠商和院校開始致力高精度擺線針輪減速機(jī)的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化研究，如浙江恒豐泰，重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津減速機(jī)廠，秦川機(jī)床廠，大連鐵道學(xué)院等。在諧波減速機(jī)方面，國內(nèi)已有可替代產(chǎn)品，如北京中技克美，北京諧波傳動所，但是相應(yīng)產(chǎn)品在輸入轉(zhuǎn)速，扭轉(zhuǎn)高度，傳動精度和效率方面與日本產(chǎn)品還存在不小的差距，在工業(yè)機(jī)器人上的成熟應(yīng)用還剛剛起步。
國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人主流高精度諧波減速機(jī)性能比較如下表所示。
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表2主流高精度RV擺線針輪減速機(jī)性能比較
注：上表比較數(shù)據(jù)來自相近型號：
RV：100C
CYCLO：F2CF-C35
傳動效率測試工況：輸出轉(zhuǎn)速15r/min，額定扭矩
2）伺服電機(jī)
在伺服電機(jī)和驅(qū)動方面，目前歐系機(jī)器人的驅(qū)動部分主要由倫茨，Lust，博世力士樂等公司提供，這些歐系電機(jī)及驅(qū)動部件過載能力，動態(tài)響應(yīng)好，驅(qū)動器開放性強(qiáng)，且具有總線接口，但是價(jià)格昂貴。而日系品牌工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其價(jià)格相對降低，但是動態(tài)響應(yīng)能力較差，開放性較差，且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式。國內(nèi)近年來也開展了大功率交流永磁同步電機(jī)及驅(qū)動部分基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京和利時(shí)，廣州數(shù)控等單位，并且具備了一點(diǎn)的生產(chǎn)能力，但是其動態(tài)性能，開放性和可靠性還需要更多的實(shí)際機(jī)器人項(xiàng)目應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證。
![]( "中國工控機(jī)網(wǎng)")
減速機(jī)應(yīng)用在機(jī)器人關(guān)節(jié)處
諧波傳動方法由美國發(fā)明家C.WaltMusser于20世紀(jì)50年代中期發(fā)明。諧波齒輪減速機(jī)主要由波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪3個(gè)基本構(gòu)件組成，依靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運(yùn)動和動力，單級傳動速比可達(dá)70～1000，借助柔輪變形可做到反轉(zhuǎn)無側(cè)隙嚙合。與一般減速機(jī)比較，輸出力矩相同時(shí)，諧波齒輪減速機(jī)的體積可減小2/3，重量可減輕1/2。柔輪承受較大的交變載荷，因而其材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理要求較高，制造工藝復(fù)雜，柔輪性能是高品質(zhì)諧波齒輪減速機(jī)的關(guān)鍵。
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減速機(jī)
陳仕賢發(fā)明了活齒傳動技術(shù)。第四代活齒傳動——全滾動活齒傳動（oscillatory roller transmission，ORT）已成功地應(yīng)用到多種工業(yè)產(chǎn)品中。在ORT基礎(chǔ)上提出的復(fù)式滾動活齒傳動（compound oscillatory roller transmission，CORT）不但具有RV傳動類似的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了RV傳動曲軸軸承受力大、壽命低的缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高了使用壽命和承載能力；CORT的結(jié)構(gòu)使其在同樣的精度指標(biāo)下回差更小，運(yùn)動精度和剛度更高，緩解了RV傳動要求制造精度高的缺陷，可相對降低加工要求，減少制造成本。CORT是我國自主開發(fā)的，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。鞍山耐磨合金研究所和浙江恒豐泰減速機(jī)制造有限公司均開發(fā)成功了機(jī)器人用CORT減速機(jī)。
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表1主流高精度諧波減速機(jī)性能比較
注：上表比較數(shù)據(jù)來自相近型號：
HD：CSF-17-100
中技克美：XB1-40-100
傳動效率測試工況：輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，溫度40°
扭轉(zhuǎn)剛度測試條件：20%額定扭矩內(nèi)
國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人主流高精度擺線針輪減速機(jī)性能比較如下表所示。
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伺服電機(jī)
3）控制器
在機(jī)器人控制器方面，目前國外主流機(jī)器人廠商的控制器均為在通用的多軸運(yùn)動控制器平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)。目前通用的多軸控制器平臺主要分為以嵌入式處理器（DSP，POWERPC）為核心的運(yùn)動控制卡和以工控機(jī)加實(shí)時(shí)系統(tǒng)為核心的PLC系統(tǒng)，其代表分別是DeltaTau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系統(tǒng)。國內(nèi)的在運(yùn)動控制卡方面，固高公司已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)成熟產(chǎn)品，但是在機(jī)器人上的應(yīng)用還相對較少。
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