減速器

精密減速器是連接伺服電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，通過(guò)齒輪嚙合將伺服電機(jī)的動(dòng)力傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，起到匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。 根據(jù)GGII 數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人減速器總需求量為93.11萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng) 78.06%。其中增量需求82.41萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)95.05%；存量替換量為 10.70 萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)6.57%。 常見的減速器有行星齒輪減速機(jī)、RV減速機(jī)、諧波減速機(jī)等。

RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機(jī)器人最主流的精密減速器。 RV 減速器傳動(dòng)比范圍大、精度較為穩(wěn)定、疲勞強(qiáng)度較高，并具有更高的剛性和扭矩承載能力，一般放置在機(jī)器人機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置；諧波減速機(jī)具有單極傳動(dòng)比大、體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)精度高并能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作的優(yōu)點(diǎn)，使其在機(jī)器人小臂、腕部、手部等部位具有較大優(yōu)勢(shì)。 ? 根據(jù)機(jī)器人協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用的精密減速機(jī)可分為RV 減速機(jī)、諧波減速機(jī)和SPINEA減速機(jī)，三者的市場(chǎng)銷售數(shù)量占比約為 40%、40%、20%。

減速器的價(jià)格一般與其體積有關(guān)，一般直徑越大的減速器價(jià)格越高。由于機(jī)器人的自由度較高，全身的減速器數(shù)量也較多，因此在總成本中，減速器的占比也要略高于工業(yè)機(jī)器人。 ? 對(duì)于高精度機(jī)器人減速器，日本具備絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，目前全球機(jī)器人行業(yè)75%的精密減速機(jī)被日本的哈默納科和納博特斯克兩家壟斷，包括ABB、發(fā)那科、庫(kù)卡等國(guó)際主流機(jī)器人本體廠商的減速器均由上述兩家公司提供。

從產(chǎn)品類型來(lái)看，國(guó)產(chǎn)諧波減速器替代相對(duì)明顯，目前已有如綠的諧波、來(lái)福等優(yōu)質(zhì)廠商，2021年僅綠的諧波已達(dá)到國(guó)內(nèi)25%的市場(chǎng)份額。RV減速器有較高的技術(shù)和投資門檻，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，減速器龍頭廠商納博特斯克占據(jù)一半以上市場(chǎng)份額，剩余競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散，如雙環(huán)傳動(dòng)、南通振康、中大力德等開始出現(xiàn)，其中雙環(huán)傳動(dòng)占比最高，2021年RV減速器市占率達(dá)14%。

從目前工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)來(lái)看，一臺(tái)六軸機(jī)器人總共使用6個(gè)減速器，其中底座、肩部一般使用RV減速器，其余部分一般使用諧波減速器（約4個(gè)）。 ? 單臺(tái)工業(yè)機(jī)器人所需精密減速器中，RV減速器占比約為 60%-80%。RV 減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兼具行星減速器和擺線針輪減速器優(yōu)勢(shì)。多關(guān)節(jié)機(jī)器人負(fù)載較大，驅(qū)動(dòng)精確性要求高，通常在對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)處需要配套1個(gè)伺服電機(jī)+1個(gè)的減速器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，單個(gè)機(jī)器人RV減速器需求量為4-5個(gè)。 ? 人形機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量遠(yuǎn)超普通工業(yè)機(jī)器人，人體共有78個(gè)已命名關(guān)節(jié)，其中適用諧波減速器的肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)、趾關(guān)節(jié)共有60 個(gè)，因此人形機(jī)器人若要實(shí)現(xiàn)接近人體的活動(dòng)自由度，則減速器用量將數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。 ? 根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，人形機(jī)器人的減速器一般不少于40個(gè)。具體數(shù)量主要取決于手指數(shù)量、手腕彎曲度、腿部彎曲度等。一般，指關(guān)節(jié)可以通過(guò)拉線、編碼器來(lái)完成，一根手指最多需要一個(gè)減速器，每只手5個(gè)手指則需要4-5個(gè)減速器。因此，一般兩只手臂、一個(gè)脊、每只手5個(gè)手指的機(jī)器人其減速器數(shù)量大約在45-50個(gè)。

長(zhǎng)期看諧波減速市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)過(guò)有望超過(guò)30 億。

根據(jù)MIR 數(shù)據(jù)，2021年國(guó)內(nèi)RV減速機(jī)市場(chǎng)規(guī)模42.95億元，預(yù)計(jì)2025年中國(guó)RV減速器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)65.53億元。 ?伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)是能精確控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和編碼器組成，編碼器通常嵌入于伺服電機(jī)。 ? 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)編碼器將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器再對(duì)信號(hào)進(jìn)行匯總、分析、修正。整個(gè)工作過(guò)程通過(guò)閉環(huán)方式精確控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等輸出變量。

工業(yè)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)體積較大，有部分機(jī)器人伺服系統(tǒng)外置，因此其集成度不比人形機(jī)器人。另外，工業(yè)機(jī)器人通常使用交流伺服電機(jī)，對(duì)精度要求更高、體積更大，而人形使用的是直流無(wú)框力矩電機(jī)，可以在較小體積下輸出較大的力，而且沒(méi)有外框，只有一個(gè)轉(zhuǎn)子、定子。 ? 伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景而定，例如機(jī)器人的身高、體重、負(fù)載等。 ? 從組成上看，人形機(jī)器人的伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器、減速器等集成在一起，整體組成一個(gè)“空心杯”形狀的集合

對(duì)于頸關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等大關(guān)節(jié)來(lái)說(shuō)，可采用標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)組合形式。對(duì)于手部關(guān)節(jié)，空間狹小、要求較高，可選方案較多： 1）雙手28個(gè)關(guān)節(jié)均采用微機(jī)電系統(tǒng)； 2）雙手10根手指均采用微型電缸控制，電缸可放在手掌空間； 3）無(wú)名指、小指、中指聯(lián)動(dòng)，采用微型電缸控制。

伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈涉及稀土磁材、電子原器件、伺服系統(tǒng)制造、機(jī)器人等。上游來(lái)看，伺服電機(jī)行業(yè)的上游主要是稀土磁材和電子零部件等其他材料，稀土磁材是伺服電機(jī)制造過(guò)程中必需的重要原材料。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017-2021年中國(guó)伺服系統(tǒng)由97億元上升至224億元，CAGR為23.3%，增速較快，預(yù)計(jì)未來(lái)兩年伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將近300億元。 我國(guó)伺服系統(tǒng)主要分為日韓品牌、歐美品牌和國(guó)產(chǎn)品牌三大陣營(yíng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)廠商通過(guò)引進(jìn)、消化吸收國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，逐漸在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中取得一定的份額。據(jù)數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)伺服市場(chǎng)中，日韓品牌占據(jù)約51%的市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)品牌占據(jù)約30%份額，歐美品牌占據(jù)約19%份額；其中，安川、三菱和松下分別以 11.3%、10.5%、9.9%的市場(chǎng)份額位列前三。國(guó)內(nèi)伺服企業(yè)匯川、禾川技術(shù)和埃斯頓2020年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額分別為9.8%/3.0%/2.0%。

編輯：黃飛

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