近年来,随着我国人工成本的不断增长,机器人代替人工越来越明显,尤其是五轴、六轴机器人,它的先进程度简直惊呆了我,不仅有很多的关节,还可以做各种运动和指令的精确传输,这不得不让我对它的传动系统产生了好奇,关节到底是什么?
关节是机器人最重要的基本部件,也是运动的关键部件,但是关节的运动又是靠减速器控制,它是机器人运行核心部件的重要组成部分,是一种精密的动力传达机构,其原理是利用齿轮传动来控制转速得到合理的回转数,从而转换成比效大的扭矩,因此減速机也广泛应用于建筑机械、冶金机械、电子电器等等。
而工业机器人所用到的精密减速机一般分为RV减速器、谐波减速机和摆线针减速器,其中RV减速器和谐波减速器是工业机器人最常用的精密减速机,它的重要性如同手机芯片一样,因此,随着中国制造业的升级转型,智能制造已成趋势,在这样的背景之下,工业机器人产业得到快速发展壮大,同时也面临着巨大挑战,在这当中减速器的制造技术一直被日本垄断,不单单是减速器,我国有70%以上的工业机器人市场被瑞士的ABB,德国的库卡、日本的安川以及发那科这四大家族所占据,因此,要想缩小和他们的差距,需要攻克减速器这个重要的部件。
那么减速器对机器人到底有多重要呢?
它能合理降低机器人关节处速度,从而使其正常的均速运转,在这儿我就以关节型机器人为例,机器人一般由基座、大臂、小臂、肩部以及手腕等机械组合,其中小臂、腕部或手部般放置谐波减速器,大臂、基座、肩部等重负载部位放置旋转矢量减速器,又简称RV减速器,它是一种全新的传动方式,其原理最早由德国人劳伦兹·勃朗提出,它不仅解决了普通针摆传动的缺陷,同时具有体型小、重量轻、传动比大、寿命长、效率高等优点。
而全球最精密摆线针轮减速机制造商是日本的纳博特斯克,占领着精密减速机市场60%的份额,就连机器人四大家族都购买它的减速器,于是,日本靠着技术优势对我国实施长达数十年的技术封锁,肆意抬价,延长供货期,也正因为如此,中国人下定决心,一定要造出自己的减速器,其实中国在上世纪90年代就开始搞这东西了,但一直只有论文,没有实物,这也成为工作者心中的痛。 直到2015年,北京工业大学张跃明教授以首席科学家的身份带领国队攻关RV减速器,按照国外过往的经验,要想研制减速器至少要有十年的理论研究,但是老张并没有因此退缩,而是依靠后发优势和技术基础,仅仅用了一千多个日夜,最终攻下RV减速器计及制造工艺这一难题,甚至减速器在部分指标上还超过日本,从这里我们可看出我国的高档减速器实力强悍,以前我们的减速器研发企业更多的是仿制,而老张是第一个从源头上创新,并解决了技术难题,正是由于老张的不畏艰难、勇往直前的精神才迎来了如今中国机器人产业的高速发展壮大。
要知道一台精密机器人就需要组装4台RV减速器,直接占据总成本的35%以上,更重要的是过去我们的RV减速器在性能、精度、使用寿命等指标上跟日本的差距比效大,只能装在中低端工业机器人上使用,因此老张****的贡献就是助推国产工业机器人打进高尖端市场,为中国制造业的转型升级奉献了一份力量。
但是攻关历程是艰辛的,科研最终目的还是要转换成生产力,如果不能把科研成果生产出来,那么之前的努力也是白费,而基础研究要想实现成果产业化,就需要越过技术检验,中间性试验,资金投入和国际竞争这4座大山,因此,老张也亲自投入成果产业化的信仰中,在这过程中,他所面临的第一个问题就是如何生产出合格的样机,因为市场企业需要看到实际样机后,才愿意投资量产,可是单单一台加工用的高档机床,就需要上千万元,没有资金怎么办,在一次偶然机会,老张寻找了一家前来国内开拓市场的意大利机床厂合作,将成果加工成样机,再通过国家权威检测机构检验,老张研制的减速器在使用精度和寿命等多项指标上都比日本的先进产品还要好,这也意味着我国打破了日本在高档减速器制造领域的技术垄断。
不仅如此,石家庄一家减速机厂家找到老张寻求合作,从刚开始的投资3700万到后来的共同合作建厂,紧接着,北京亦庄国际和北京京城控股也进行投资,这才促使国产RV减速器快速发展壮大,实现了每年为全球最顶尖工业机器人供应8万件RV减速。供不应求,同时也让中国减速器走上追赶日本的快车道。
目前如何与日本等国外企业在市场上竞争,是我们面临的最后难题,要知道日本企业在这领域已是“轻车熟路”,拥有着丰富的市场资源,无论是资金和还是生产,他们都具备优势,可以通过庞大的生产规模降价打压我们,而我们只有行业各界的紧密合作,实现国产减速器的规模化、市场化,打破那一些妄想垄断技术阻拦我们发展的人的野心,让世界知道中国制造,了解中国制造的力量,相信国产减速机未来可期。
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