工业机器人精密减速机市场及国产替代分析

作者:陈永光 文章来源:MM《现代制造》 点击数:679 发布时间:2018-03-07
工业机器人的“三大”核心关键部件包括伺服电机、减速机和控制器,这也是制约我国机器人发展的重要瓶颈。减速机用来精确控制机器人动作,传输更大的力矩。
工业机器人精密减速机市场及国产替代分析

自2013年以来,我国已成为全球第一大机器人市场。与此同时,国产工业机器人的产量也呈现出爆发式增长的趋势。数据显示,目前国产工业机器人的市场份额仅占30%左右,且总体而言以分布在低端市场居多,高端工业机器人依然在很大程度上依赖进口,特别是机器人的三大核心关键部件:伺服电机、减速机和控制器等大部分依赖进口

工业机器人的三大核心关键部件中,减速机是技术壁垒最高的零部件。根据结构不同,减速机可以分为五类:谐波齿轮减速机、摆线针轮行星减速机、RV减速机、精密行星减速机和滤波齿轮减速机。有分析认为,在先进机器人的动力传动中,RV减速机有逐渐取代谐波减速机的趋势。

目前,全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速机的生产企业不算多,全球绝大多数市场份额都被日本企业所占据。在工业用机器人关节上的精密减速机方面,Nabtesco(纳博特斯克)产品的全球市场占有率达60%,特别在中/重负荷机器人上,其RV减速机市场占有率高达90%。Harmonica(哈默纳科)的谐波减速机约占15%,包括ABB、发那科和库卡等国际主流机器人厂商的减速机均由纳博特斯克和哈默纳科这两家公司提供。此外,比较领先的减速机供应商还有日本SUMITOMO住友重机械等。

根据工信部《关于推进工业机器人产业发展指导意见》,到2020年国内机器人使用密度从目前的万名员工20台左右提升至100台以上,未来国内对于机器人用精密减速机市场的需求将超过100万台/年。由此可见,机器人用精密减速机在国内将有巨大的发展空间。

在2017上海工博会同期举办的RS机器人展期间,本刊记者采访了纳博特斯克、哈默纳科和住友重机械等工业机器人精密减速机领域的领军企业。

国外著名工业机器人用减速机生产企业

1. 纳博特斯克

纳博特斯克成立于2003年9月,由帝人精机(Teijin Seiki,1944年成立)和纳博克(Nabco,1956年生产了日本第一个自动门)两家日本公司强强合并组成。作为运动控制系统和零部件的生产商,这两家公司都在其特定的业务领域,掌握了高端核心技术,控制了很高的市场份额,因此纳博特斯克(Nabtesco)一成立,就位居同行业在日本乃至全世界的首位,世界上大多数机器人制造商均从纳博特斯克的专利RV减速机获益并带来成功。

日本纳博特斯克的精密减速机产品是一种专为工业机器人定制的本体核心部件。自1985年发明至今,其生产的精密减速机转矩大且精度高,高刚性且抗震性强,尤其产品质量保障期超长。

2015年2月,日本纳博特斯克株式会社与上海机电的全资子公司上海电气液压气动有限公司合资设立纳博特斯克(中国)精密机器有限公司(纳博精机),股比为67:33,从事机器人精密减速机的生产。2016年1月,精密减速机产品正式投入生产。

据纳博特斯克消息,作为在全球工业机器人用精密减速机领域占有优势地位的厂商,纳博特斯克的精密减速机生产能力从2018到2020年将会积极稳步增长。由于以中国为中心的自动化需求在持续增加,伴随着汽车工业用机器人的导入量增加,因此可以预见,未来精密减速机的需求也将会持续增加。

纳博特斯克提供的资料显示,其精密减速机如今由日本的津工厂(三重县津市)和中国常州市的纳博特斯克(中国)精密机器有限公司共同生产,年生产量由2017年初期定时年产量64万台,到2018年下期就增加到84万台的投资(投资额约70亿日元)。今后将以津工厂为对象进行投资,以全球生产力于2019年达到106万台,2020年将达到120万台为目标来增加设备投资(投资额约190亿日元)。

纳博特斯克在2017 RS机器人展和2017东京国际机器人展上均展示了其精密减速机RV系列产品。上海纳博特斯克传动设备有限公司销售部营销总监宋杰先生(图1)表示,纳博特斯克越来越重视中国市场,致力于为本土客户提供满足客户需求的精密减速机产品。

图1  上海纳博特斯克传动设备有限公司销售部营销总监宋杰先生

2.哈默纳科

哈默纳科成立于1970年,是全球最大的谐波减速机生产商,和纳博特斯克一并被称为机器人精密减速机领域的两大巨头。2011年1月,哈默纳科在华投资成立了全资销售子公司哈默纳科(上海)商贸有限公司,主要负责其产品在中国大陆及香港地区的销售、选型等技术支持和售后服务。

哈默纳科是整体运动控制的领军企业,其生产的Harmonic Drive组合型谐波减速机,具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点,被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器和精密机床等各种尖端领域。

为了涵盖谐波减速机所不能做到的低减速比领域,哈默纳科产品还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。独特的内齿圈形变工艺,可以使得行星齿轮与其啮合的更紧、消除背隙,已达到精密级的传动误差。谐波传动减速机(Harmonic Gear Drive)是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合,从头传递运动和动力的齿轮传动系统。

“哈默纳科拥有超过40年的谐波传动研究经验,我们与发那科、ABB和库卡等国际上知名的机器人企业一直保持着密切合作。哈默纳科的产品系列全面,可以满足不同客户的需求。”哈默纳科(上海)商贸有限公司销售总监白泽直巳先生(图2)表示,“哈默纳科的谐波减速机有很多优点,如高旋转精度/高定位精度、小型/轻量、高减速比、高转矩容量、无齿隙、高效率及安静运行等。”

对于中国机器人市场对减速机需求的不断增长,白泽直巳先生表示,哈默纳科非常看重在中国市场的开拓,并根据中国市场需求制定了相应的发展战略。

图2  哈默纳科(上海)商贸有限公司销售总监白泽直巳先生

3.住友重机械

20世纪60年代,住友重机械工业株式会社(Sumitomo Drive Technologies)在日本便开始了电动机和减速机的自行制造生产。住友重机械减速机包含各种型号减速机,如住友大型斜齿轮减速箱、住友行星齿轮减速机、住友斜齿轮减速机和住友蜗轮蜗杆减速机等。减速比大,效率高:一级传动减速比为9~87,双级传动减速比为121~5133,多级混合可达数万,且针齿啮合系套式滚动摩擦,啮合表面无相对滑动,故一级减速效率达94%。

1995年10月,由住友重机械工业株式会社和住友商事株式会社共同出资在中国天津成立住友重机械减速机(中国)有限公司,并在2001年成立上海分公司作为其产品在中国的销售总部,同时在上海的松江设有维修中心。2015年3月,住友重机械在上海成立精密减速机生产工厂,保证每一台中国生产的精密减速机都和日本的具有同等质量。

住友重机械减速机(中国)有限公司MCD产品总监桥本研也先生(图3)表示:“住友重机械的主要产品涉及机器人三大关键部件中的减速机和控制器。住友重机械减速机在精密减速器行业倾注了很多精力,住友精密减速机有单级减速机 D系列、C系列、A系列,两极减速机UA系列、W系列、T系列。针对机器人轴的负载和要求的不同,分别对应机器人的各个轴。”

据了解,住友重机械投放在中国市场的减速机主要是中空型的C系列和类似RV的T系列,主攻方向是系统集成领域,以及4轴、5轴的码垛机器人领域,典型客户如上海沃迪、合肥雄鹰等。

随着纳博特斯克对中国市场越来越重视,以及国内减速机厂商的崛起,住友重机械减速机在中国的市场正在不断受到挤压。

图3  住友重机械减速机(中国)有限公司MCD产品总监桥本研也先生

4. Spinea公司

来自斯洛伐克的Spinea公司成立于1994年,致力于高精密轴承减速机的研发、生产和销售,在全世界最大的轴承减速机生产商中排名4位。Spinea是全球同类产品中惟一的欧洲生产商。

Spinea减速机有T系列(包括60-140的TB小型系列,170-300大型系列)、E系列、H系列以及B系列。

让我们的视线回到国内市场,国内企业对工业机器人用精密减速机的研究相比国外较晚,技术不成熟,与国外先进水平存在较大差距,形成了谐波减速机和RV减速机等精密减速机不能自给自足,严重依赖进口。这严重制约了我国工业机器人的发展,特别是在我国工业机器人逐渐产业化时期,工业机器人精密减速机的关键技术突破显得更加迫切。

国内著名工业机器人用减速机生产企业

一、RV减速机厂家

1. 秦川机床集团有限公司

齿轮加工、精密制造两大优势是秦川机床集团有限公司(原名秦川机床厂)进入工业机器人关节减速机领域的重要支撑。秦川机床曾承担了国家863项目——机器人用减速机,2009年公司在此基础上更新涉及、改进工艺,奠定了本次技改项目的技术基础。

2009年,秦川机床关注到工业机器人的发展,成立了机器人项目小组专门研究机器人项目。工业机器人的核心在于关键零部件的突破,其中涉及很多技术和工艺难点,需要一个公司长期的积累和对零件透彻的分析。经过深思熟虑,秦川机床决定对机器人整机的研究聚焦到核心关键部件——关节减速机上,放到了对其中每一个零件的研究上。据悉,秦川机床的产品的传动精度等关键指标与国外水平接近,能够满足用户对性能指标的要求。

2.恒丰泰精密机械股份有限公司

恒丰泰精密机械股份有限公司在2006年开始研制第一台CORT活齿技术精密减速机,承担国家“十二五”863计划“工业机器人高精度高效率减速机工程化研究”课题。2013年研制出7种型号CORT精密减速机系列样机。

恒丰泰RV减速机已经进入量产阶段,是国产RV减速机研制较为成熟的厂商。截至目前,恒丰泰拥有大量与减速机相关的发明专利,其部分型号产品已经在埃夫特、苏州博实等本体企业中得到应用验证。

3. 山东帅克机械制造股份有限公司

山东帅克机械制造股份有限公司成立于2005年6月29日,主要从事大型农业装备核心部件植保机、插秧机、青贮机、脱粒机、秸秆还田机、汽车配件、工程机械配件、离合器总成、工业机器人(焊接、切割、搬运、码垛、喷漆及机床上下料)、谐波减速机、RV减速机和机器人系统集成设备等产品的研发生产销售。拥有工业机器人及关键核心零部件(谐波减速机、RV减速机)的研发制造技术,在国内排列前茅,达到国内首创、世界先进水平。该公司是“中国农机零部件协会副会长单位”和“中国机器人产业联盟协会理事单位”。

4.南通振康机械有限公司

南通振康机械有限公司创始于1993年,2010年敏锐地意识到未来机器人市场巨大的潜力,有重点选择了开发机器人中的核心部件——RV减速机和启动关节的动力部件伺服电机。当年,公司投入3000多万元人民币,引进了德国先进的自动化设备,并借助西安微电机研究所等高校科研院所,开发出了第一代、第二代关节,精密伺服电机也同步研发。

5. 武汉市精华减速机制造有限公司

2014年7月,武汉产品质量监督检验所出具检验报告,显示武汉市精华减速机制造有限公司自主研发的一种精密减速机指标合格,这意味着湖北省在工业机器人核心部件研发上取得突破。据媒体报道,当时这一产品的售价比日企低30%以上,安徽埃夫特等国内多家机器人企业表现出浓厚的兴趣。

精华产品和解决方案广泛应用于纺织、印染、轻工、食品、冶金、矿山、石油、化工、建筑、运输、机械等各行业的传动、驱动领域,产品系列齐全,有摆线针轮减速机、微型摆线针轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、齿轮减速机、无级变速机和调速电机。

精华技术研究所,已与国内多所高校及科研机构在研发、制造领域内开展合作,共同研发高性能的减速机系列产品,取得了具有前瞻性的科研成果,减速机在使用寿命、承载能力、材料工艺、产品精度等多个方面的性能得到了极大提高。

二、谐波减速机厂家

1. 北京谐波传动技术研究所

北京谐波传动技术研究所成立于1983年,具有长期的关于谐波齿轮传动技术的研发及为用户服务的丰富经验,是从事谐波传动及特种传动技术的研发销售的专业化企业,主要研发、销售标准谐波减速机、谐波传动组件及按用户所需设计非标电机套装。

经过多年的研发实践,于1993年编写制定了“谐波传动减速机国家标准”,目前已形成包括XB1系列谐波减速机、XB2系列谐波减速机和XB2系列谐波减速机等整机及组件产品体系,可以满足用户的各种需求。

2. 北京中技克美谐波传动有限责任公司

北京中技克美谐波传动有限责任公司成立于1994年12月9日,是国家科技部批准的国家谐波传动技术研究推广中心和谐波传动国家重点工业性试验基地,是我国第一个专业从事谐波传动技术设计、开发、生产、销售、服务的高新技术实业公司。

公司产品主要有以下四个标准系列:XB1单级谐波传动减速机和组件、XB2内啮复波谐波传动减速机和组件、XB3扁平式谐波传动减速机和组件、XBF相位调节器用谐波传动减速机和组件,年产已达万台套。

3 苏州绿的谐波传动科技有限公司

苏州绿的谐波传动科技有限公司是一家从事精密谐波传动装置的研发、设计和生产的专业化公司,主要的生产和检验均采用目前世界一流的先进设备。苏州绿的谐波传动科技有限公司技术力量雄厚,汇集了国内、外多名顶尖学者,拥有自己的研发中心,在谐波传动领域已拥有多项国家发明专利和实用新型专利,是国家标准《机器人用谐波齿轮减速机》的主要编制起草方。

目前,苏州绿的谐波传动科技有限公司的谐波减速机已经在国产机器人上面有广泛应用。

国务院印发的《中国制造2025》提出,“突破机器人本体、减速机、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈”。

工信部部长苗圩在2017世界机器人大会开幕式上发表致辞,他表示,近五年我国机器人产业规模基本保持20%以上增速,2017年1~7月份共生产工业机器人7.16万台,同比增长57%。工业机器人、服务机器人和特种机器人的应用领域不断拓展,成长起来一批创新能力强的优秀企业,初步形成了一批各具特色的产业集聚区。

此前,苗圩在回答媒体记者提问时表示,到2020年中国计划培育3~5家具有国际竞争力的龙头企业和8~10个配套产业集群,高端机器人方面国产机器人占到45%左右市场。

近年来,一些国内企业已经开始在工业机器人用精密减速机领域发力研发和制造,上海机电、秦川机床、恒丰泰、帅克机械和精华减速机等公司已经开始量产RV减速机,尽管与日本企业生产的产品在性能方面仍存在一定差距,但国内已有可替代产品。相较于RV减速机,国产谐波减速机的差距相对较小,有些企业的产品已经得到了非常广泛的应用。