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机器人四大零部件:减速机,伺服电机,伺服驱动器

2018-08-24

       机器人四大零部件:减速机,伺服电机,伺服驱动器。发展工业机器人必须突破机器人的这些核心零部件技术难题


       中国工业机器人市场被国际巨头占据,其中很重要的原因就是减速器、 伺服电机、 控制器等核心零部件大多依靠进口,从而使得国产品牌机器人成本相比国外品牌机器人并无多大优势。


     国产机器人游走中低端


       自2013年以来,我国已成为全球最大的机器人消费国,连续3年稳居世界工业机器人市场头把交椅;与此同时,国产工业机器人产量也呈现出爆发式增长的趋势。各地推动机器换人和自动化技术改造给工业机器人产业带来了巨大市场,但是国产机器人关键零部件(机器人减速机)一直“受制于人”的现象却始终没有太大的突破。


       业内将整个机器人产业链分成上中下三个层次:


       上游是核心零部件,主要是减速机和控制系统,这相当于机器人的“大脑”;


       中游是机器人本体,即机器人的“身体”;


        下游则是系统集成商,依赖上游和中游的核心设备做集成品。


       不仅高中端核心零部件依赖进口,工业机器人产业全球重要专利申请人中也不见中国本土企业的身影。据了解,日本的安川电机公司和发那科公司分别以5823项4512项专利申请位居全球前两位,ABB有2231项、三星2016项、日立1907项。这也进一步验证了中国工业机器人目前产能相对偏中低端。对中国工业机器人产业而言,还需在技术和产品上优化升级。若想要在核心零部件方面要想从本质上获得突破,都需要付出更多的耐心和投入,尤其是减速机,期待越大,压力越大,同时前景也可观。


       可喜的是,随着高新技术产业的蓬勃兴起,我国的机器厂商逐渐意识到工业机器人减速机在机器人主机里的重要性和必要性,期望打破国外RV减速机的垄断,降低机器人主机成本,找到国产机器人的出路。


       对于我国机器人关键零部件生产企业来说,还有一大利好消息。工业和信息化部副部长辛国斌表示,将进一步整合产业创新资源,推动建立机器人创新中心,重点支持关键零部件质量及可靠性能的提升,同时开展机器人试点示范、推广应用和人才培育。另外,不少地方政府对实施机器换人和智能装备升级都给予财政资金补贴。此举可在一定程度上降低企业升级的高成本,推动机器人产业发展步伐。


     控制器、伺服电机和减速器


       工业机器人三大核心零部件控制器、伺服电机、减速机是制约中国机器人产业的主要瓶颈,占到机器人成本的70%。


     机器人控制器


       控制器国内外差距最小。控制器是机器人的大脑,发布和传递动作指令。包括硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌已经掌握;软件部分主要是控制算法、二次开发等,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。


       控制器的问题在于,由于其“神经中枢”的地位和门槛相对较低,成熟机器人厂商一般自行开发控制器,以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器的市场份额基本跟机器人本体一致。国际上也有KEBA、倍福、贝加莱这样提供控制器底层平台的厂商。因此在当前环境下国内专业研发控制器的企业会比较艰难。


      控制器的机会在于标准化和开放性。现有的机器人控制器封闭构造,带来开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点,已不能适应智能化和柔性化要求。开发模块化、标准化机器人控制器,各个层次对用户开放是机器人控制器的一个发展方向。我国863计划也已经立项。机器人接口统一是大趋势,未来可能会出现提供控制器模块的平台型企业。


     机器人伺服电机


       伺服电机竞争激烈,外资掌握话语权。伺服电机在机器人中用作执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。伺服电机主要分为步进、交流和直流,机器人行业应用最多的是交流伺服,约占65%伺服电机与控制器关联紧密。


       伺服系统外资企业占据绝对优势。日系品牌凭借良好的产品性能与极具竞争力的价格垄断了中小型OEM(设备制造业)市场。2014年,伺服系统市场TOP15厂商中,前三名均为日系品牌,总份额达到45%。西门子、博世、施耐德等欧系品牌占据高端,整体市场份额在30%左右。国内企业整体份额低于10%左右。


       我国伺服系统自主配套能力已现雏形。较大规模的伺服品牌有20余家。国产产品功率范围多在22KW以内,技术路线上与日系产品接近。从市场规模来看,2014年伺服电机在所有应用行业规模68亿人民币,增速为8.3%;其中机器人增速高达50%,迅速成长为伺服系统应用中排名第六的行业,以4.2亿的业绩,占市场份额6.2%。


      控制器和伺服系统关联紧密,用户选择的排序分别是可靠稳定性、价格、服务,从服务和性价比入手是国内企业突破的方向。但这需要对运动控制领域长期深入的研究,大量资金投入和长时间的市场验证,对技术、资金、人才要求都较高,国内上市公司如新松、新时达、汇川技术、广州数控、埃斯顿等具备类似的条件。


     机器人减速机


       机器人减速机市场高度垄断,普及期国产减速机无法实现全面进口替代。减速机用来精确控制机器人动作,传输更大的力矩。分为两种,安装在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机和安装在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。RV减速机被日本纳博特斯克垄断,谐波减速机日本哈默纳科占绝对优势。


       谐波减速机结构相对简单,仅有三个基本零部件,加上哈默纳科的专利早已到期,国产谐波减速机跟国外相比差距不算大。无锡绿的的谐波减速机已经在国产机器人上面有广泛应用。


      RV减速机核心难点在于基础工业和工艺。RV减速机是纯机械的精密部件,材料、热处理工艺和高精度加工机床缺一不可。我国在这几个方面长期落后,并非单靠某个企业所能解决。要将200多个零部件组合在一起,精度要求苛刻,零部件之间的公差匹配需要多年经验积累。


      我国工业机器人的三大核心零部件要想从本质上获得突破,都需要付出更多的耐心和投入,尤其是减速机,期待越大,压力越大,同时前景也可观。同时我国的工业机器人技术人才也很稀缺。