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“道阻且长,来日可期”—从减速器看工业机器人国产化

近年来,工业机器人的核心零部件国产化率持续走高,已有不少厂商取得不同程度上的突破。减速器方面,谐波减速器国产进程较快。如绿的谐波已通过量产在国内谐波减速器市场占有较高份额;RV减速器精密性更高,技术难度更大,国内也有双环传动,南通振康等厂商实现大批量出货。在控制器领域,华中数控、新松等国产厂商硬件上也达到了国际先进水平;伺服电机领域拥有自主专利和较大生产规模的国产厂商也不在少数。

(图片来源:OFweek维科网)

谐波减速器和RV减速器各有所长,以工业机器人常用的减速器包括RV减速器和谐波减速器为例。工业机器人需要长时间进行大量重复性作业,因此对于定位精度和重复定位精度要求高。除伺服电机自身的调速功能外,需要精密减速器保证各关节的运动精度。

另外,减速器可以通过降低转速而提高扭矩,以传递较大的负荷,克服伺服电机功率有限导致输出扭矩较小的缺陷。与通用减速器比,机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。谐波减速器主要用于小臂、腕部等轻负载部位。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性和扭矩承载能力。

RV减速器的特点在于承受大负荷的同时保证高精度,减速齿轮需要具有耐磨性和高刚性,因此要求较高的材料成型技术,尤其是材料化学元素控制和表面热处理方面。同时,保证高精度需要较高的减速比,需要具备无侧隙、微进给的特点,因此对精密加工及装配技术要求很高。谐波减速器的优势则在于零部件数目少,但动态特性抗冲击能力会相对较差。

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(表格来源:公开资料整理)

减速器行业门槛高,整体市场呈寡头格局。工业机器人成本中核心零部件成本占比最高,仅减速器一项便占到总体成本的31%。此外,工业机器人的寿命一般为 8-10年,而减速器的使用寿命通常在两年左右,且一套机器人通常需要4-6个减速器。可预估,国内减速器市场庞大。

减速器产品开发周期长、资金投入大、技术复杂度高。全球减速器行业集中度高,由国外少数厂商垄断。工业机器人减速器市场主要被日本两大企业占据。全球范围内,从事精密减速器研发、生产的厂商主要包括纳博特斯克、哈默纳科、日本新宝、住友、绿的谐波、南通振康、中大力德等。其中,哈默纳科是谐波减速器行业龙头,纳博特斯克是 RV 减速器行业龙头,两家公司占据了全球工业机器人减速器约70%的市场份额。

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(资料来源:OFweek机器人网)

同时随着国内厂商在材料成型技术的突破以及工艺的积累,凭借高性价比,国内厂商已逐步抢占更多国内市场份额。以谐波减速器为代表的绿的谐波在国内率先实现工业化生产并建立起规模化应用,服务多家国内机器人企业,打破了国际品牌在此领域的垄断,已成长为国内谐波减速器龙头,并跻身国际主流市场;中大力德客户主要为杭叉集团、诺力股份等叉车企业,广州数控、拓斯达、哈工机器人等机械手企业。并在此前实现RV减速器技术突破,持续放量增长。

随着国内机器人本体厂商对上游国产零部件的接受度越来越高,且随着机器人行业发展,减速器还可以应用于太阳能光伏跟踪系统、无人叉车、AMR无人搬运车、自动分拣系统、服务机器人等高端领域,国产零部件取代国外零部件的空间非常大。在工业机器人产业链上下游的配合之下,国产机器人零部件与机器人本体都将在各自的赛道上大展身手。

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