工業機器人之痛
觀察
作者：老鬼阿定
2014年中國已成為全球最大的工業機器人消費國。國際機器人聯合會預測，2015年，中國機器人市場需求量將達3.5萬台，占全球總量的16.9%。目前，國外機器人製造企業占據中國近90%的市場份額，發那科、安川、KUKA、ABB四家外國公司合計占據約65%的市場份額。之所以如此，經常有媒稱，因中國不掌握工業機器人核心技術。
對於位居世界GDP排行第二的中國來說，這聽起來確實有點慘。不過，問題在哪兒呢？
從定義上看，機器人是一種具有移動性、個體性、智能性、通用性、半機械半人性、自動性、奴隸性等7個特征的柔性機器。而工業機器人是一種應用於工業自動化的，含有3個及以上的可編程軸的、自動控製的、可編程的、多功能執行機構。
工業機器人由機械結構、伺服器和控製器三大部分構成。
簡單說，機器人的機械結構是由通過若幹個活動關節相互連接的金屬構件，有的關節可以轉動，有的可以伸縮。由於類似於人的手臂，也有人把現在的工業機器人稱為機械臂。
在每個關節上裝有伺服器，由伺服控製計算機、伺服係統和驅動部件組成。伺服控製是以機械位置或角度作為控製對象的自動控製方式。在接到主控製器發來的動作指今後，伺服器驅動關節完成指定動作。
控製器計算產生各運動部件的位置、速度和加速度指定，發給伺服器，以操縱使機器人手爪或機器人工具的中心點以給定的速度沿著給定軌跡到達目標點。
在這三大件中，伺服係統由精密測量信號反饋係統，驅動電機、減速器以及伺服計算機係統構成。每個關節的動作都要由驅動電機產生動力，由減速器減速後加大扭矩後輸出。工業機器人減速器要求體積小、重量輕、傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、低振動、剛性大和高可靠性。而又以在擺線針輪傳動基礎上發展起來的RV減速器最為重要。而關節驅動的電動機，則要求有大功率質量比和大扭矩慣量比、高起動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速範圍。
在工業機器人成本中，占比最高的為減速器，占33%～38%，驅動及伺服電機占20%～25%，控製器占10%～15%，機器人機械結構在總成本中占比隻有20%左右。由於近年我國在數控機床領域的進步，雖然高精度伺服器仍需進口，但已可以生產中低端伺服器。我國機器人產業最大的難題在於減速器，特別是被業內稱之為機器人的“禦用”的RV減速器我國起步太晚，基本完全空白。
對於高精度機器人減速器，日本處於絕對領先地位，目前全球機器人行業75%的精密減速器被日本公司占有。RV減速器的關鍵技術是擺線傳動，最早由德國人在1926年發明，後被日本公司買斷專利繼續研發。日本企業根據加工、載荷、工況、材料等諸多因素，對減速器齒輪原有的標準擺線齒形提出修正方案，獲得眾多專利，並於1986年左右量產，產品性能優越，以後差不多每6年升級一次。
RV減速器設計需專用軟件，僅通過測繪無法得到精確齒形數據。零件加工精度要求極高，加工極其困難。由於無法簡單“山寨”，RV減速器的自主研發道路極其艱難。到目前為止，中國人申請的RV減速器專利僅26件，有效專利隻有13件，發明專利隻有2件，且都不屬於核心技術。國外申請人在華申請了專利47件，其中有效的26件全部是發明專利。
回想起來，CPU沒趕上，操作係統、手機也沒趕上，這回機器人大潮將至，中國加把勁，趕上去吧！
工業機器人減速器以在擺線針輪傳動基礎上發展起來的RV減速器最為重要。