機器人共4大組成部分，本體成本占22%，伺服系統(tǒng)占24%，減速器占36%，控制器占12%。機器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件是指構(gòu)成機器人傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)，對機器人性能起到關(guān)鍵影響作用，并具有通用性和模塊化的部件單元。機器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件主要分成以下三部分：高精度機器人減速機，高性能交直流伺服電機和驅(qū)動器，高性能機器人控制器等。
1）減速機
減速機是機器人的關(guān)鍵部件，目前主要使用兩種類型的減速機：諧波齒輪減速機和RV減速機。
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諧波齒輪減速機傳動原理
德國人LorenzBaraen于1926年提出擺線針輪行星齒輪傳動原理，日本帝人株式會社（TEIJINSEIKICo.，Ltd）于20世紀(jì)80年代率先開發(fā)了RV減速機。RV減速機由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成。相比于諧波齒輪減速機，RV減速機具有更好的回轉(zhuǎn)精度和精度保持性。
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ORT減速機CORT減速機
目前在高精度機器人減速機方面，市場份額的75%均兩家日本減速機公司壟斷，分別為提供RV擺線針輪減速機的日本Nabtesco和提供高性能諧波減速機的日本HarmonicDrive。包括ABB，F(xiàn)ANUC，KUKA，MOTOMAN在內(nèi)國際主流機器人廠商的減速機均由以上兩家公司提供，與國內(nèi)機器人公司選擇的通用機型有所不同的是，國際主流機器人廠商均與上述兩家公司簽訂了戰(zhàn)略合作關(guān)系，提供的產(chǎn)品大部分為在通用機型基礎(chǔ)上根據(jù)各廠商的特殊要求進(jìn)行改進(jìn)后的專用型號。國內(nèi)在高精度擺線針輪減速機方面研究起步較晚，僅在部分院校，研究所有過相關(guān)研究。目前尚無成熟產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)機器人。近年來國內(nèi)部分廠商和院校開始致力高精度擺線針輪減速機的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化研究，如浙江恒豐泰，重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室，天津減速機廠，秦川機床廠，大連鐵道學(xué)院等。在諧波減速機方面，國內(nèi)已有可替代產(chǎn)品，如北京中技克美，北京諧波傳動所，但是相應(yīng)產(chǎn)品在輸入轉(zhuǎn)速，扭轉(zhuǎn)高度，傳動精度和效率方面與日本產(chǎn)品還存在不小的差距，在工業(yè)機器人上的成熟應(yīng)用還剛剛起步。
國內(nèi)外工業(yè)機器人主流高精度諧波減速機性能比較如下表所示。
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表2主流高精度RV擺線針輪減速機性能比較
注：上表比較數(shù)據(jù)來自相近型號：
RV：100C
CYCLO：F2CF-C35
傳動效率測試工況：輸出轉(zhuǎn)速15r/min，額定扭矩
2）伺服電機
在伺服電機和驅(qū)動方面，目前歐系機器人的驅(qū)動部分主要由倫茨，Lust，博世力士樂等公司提供，這些歐系電機及驅(qū)動部件過載能力，動態(tài)響應(yīng)好，驅(qū)動器開放性強，且具有總線接口，但是價格昂貴。而日系品牌工業(yè)機器人關(guān)鍵部件主要由安川，松下，三菱等公司提供，其價格相對降低，但是動態(tài)響應(yīng)能力較差，開放性較差，且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式。國內(nèi)近年來也開展了大功率交流永磁同步電機及驅(qū)動部分基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京和利時，廣州數(shù)控等單位，并且具備了一點的生產(chǎn)能力，但是其動態(tài)性能，開放性和可靠性還需要更多的實際機器人項目應(yīng)用進(jìn)行驗證。
![]( "中國工控機網(wǎng)")
減速機應(yīng)用在機器人關(guān)節(jié)處
諧波傳動方法由美國發(fā)明家C.WaltMusser于20世紀(jì)50年代中期發(fā)明。諧波齒輪減速機主要由波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪3個基本構(gòu)件組成，依靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力，單級傳動速比可達(dá)70～1000，借助柔輪變形可做到反轉(zhuǎn)無側(cè)隙嚙合。與一般減速機比較，輸出力矩相同時，諧波齒輪減速機的體積可減小2/3，重量可減輕1/2。柔輪承受較大的交變載荷，因而其材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，制造工藝復(fù)雜，柔輪性能是高品質(zhì)諧波齒輪減速機的關(guān)鍵。
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減速機
陳仕賢發(fā)明了活齒傳動技術(shù)。第四代活齒傳動——全滾動活齒傳動（oscillatory roller transmission，ORT）已成功地應(yīng)用到多種工業(yè)產(chǎn)品中。在ORT基礎(chǔ)上提出的復(fù)式滾動活齒傳動（compound oscillatory roller transmission，CORT）不但具有RV傳動類似的優(yōu)點，而且克服了RV傳動曲軸軸承受力大、壽命低的缺點，進(jìn)一步提高了使用壽命和承載能力；CORT的結(jié)構(gòu)使其在同樣的精度指標(biāo)下回差更小，運動精度和剛度更高，緩解了RV傳動要求制造精度高的缺陷，可相對降低加工要求，減少制造成本。CORT是我國自主開發(fā)的，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。鞍山耐磨合金研究所和浙江恒豐泰減速機制造有限公司均開發(fā)成功了機器人用CORT減速機。
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表1主流高精度諧波減速機性能比較
注：上表比較數(shù)據(jù)來自相近型號：
HD：CSF-17-100
中技克美：XB1-40-100
傳動效率測試工況：輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，溫度40°
扭轉(zhuǎn)剛度測試條件：20%額定扭矩內(nèi)
國內(nèi)外工業(yè)機器人主流高精度擺線針輪減速機性能比較如下表所示。
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伺服電機
3）控制器
在機器人控制器方面，目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)。目前通用的多軸控制器平臺主要分為以嵌入式處理器（DSP，POWERPC）為核心的運動控制卡和以工控機加實時系統(tǒng)為核心的PLC系統(tǒng)，其代表分別是DeltaTau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系統(tǒng)。國內(nèi)的在運動控制卡方面，固高公司已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)成熟產(chǎn)品，但是在機器人上的應(yīng)用還相對較少。
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