国产工业机械臂被卡脖子,你知道背后的难点在哪?

工业机械臂产业主要分为上游核心零部件、中游本体制造和下游的系统集成3个部分,其中上游核心零部件作为机械臂最重要的组成部分,在成本中的占比超过了70%,毛利率远超本体制造。

国产机械臂被卡脖子,背后难点究竟在哪里?|首席未来官

由于技术壁垒较高,核心零部件长期被外国企业把控,控制器主要被日本厂商主导,伺服电机集中在日本厂商安川、德国厂商西门子手中,减速器被日厂商垄断(纳博特斯克、哈默纳科和住友三家占据市场份额95%以上),成为制约国产机械臂产业发展的主要瓶颈。

下面我们就带大家一起来看看各个核心零部件国产化的进展情况。

国产机械臂被卡脖子,背后难点究竟在哪里?|首席未来官

1.控制器有突破也有差距

控制系统成本占比12%,相当于机器人的大脑,包括硬件和软件两部分,硬件部分国产品牌已经掌握,基本可以满足需求;软件部分,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有一些差距。

2.伺服器竞争激烈

中国伺服市场分为日系、欧美系、台湾系、国产品牌四个阵营,日系品牌凭借良好的产品性能与极具竞争力的价格垄断了中小型OEM(设备制造业)市场;欧美品牌占据高端,下游以大型机械为主;台湾品牌产品价格和技术水平定位于外资品牌和国产品牌之间;国产企业产品功率范围多在22KW 以内,技术路线上与日系产品接近,整体竞争力不断提高。

3.减速器是技术突破的关键

如今控制系统和伺服电机基本已经实现国产化,部分工业机器人企业可实现全部国产,相较而言成本大头减速器国产化率较低,还有较大差距。

国产机械臂被卡脖子,背后难点究竟在哪里?|首席未来官

减速器是指多个齿轮组成的传动零部件,利用齿轮的啮合改变系统输出的转速、扭矩及承载能力。

精密减速器主要可分为RV减速机、谐波减速机和SPINEA 减速机,三者的市场销售数量占比约为40%、40%、20%,其中RV减速机、谐波减速机作为关键核心零部件,是工业机械臂最重要的组成部分。

以典型的6轴机械臂为例,通常包括4个RV减速和2个谐波减速器,国产售价在10至20万之间,减速器成本往往就达到7万左右,是大规模量产的主要瓶颈。

4.不同减速器的技术特点

谐波减速器单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高,输出相同力矩时其体积可减少2/3,重量可减轻1/2,常用在机械臂的小臂、腕部、手部等位置。

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,常用于大臂、机座等重负载部位。

5.谐波减速器初步国产化

谐波减速器相较于RV减速器技术要求较低,以绿的谐波为首的谐波减速器企业已经实现国产化突破,市场占有率已达20%,预计2021年将突破80%。

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6.RV减速器国产化难度较高

RV减速器对加工精度要求较高,一些主要配合尺寸必须达到微米级别,受制于高精度加工车床成本高、交付周期长等因素,国产设备研发进度还较慢,但国产RV减速器与国外产品性能已较为接近。

国产机械臂被卡脖子,背后难点究竟在哪里?|首席未来官

7.加速推动国产化的代表企业

·绿的谐波·

中国谐波减速器龙头企业,从事精密谐波减速器研发,目前拥有超过40多项国家专利,旗下产品广泛应用于工业机器人、服务机器人、数控机床、航空航天、医疗器械、半导体生产设备、新能源装备等高端制造领域。

·南通振康·

南通振康在RV减速器的研发上已取得突破,产品被沈阳新松、安徽埃夫特、上海欢颜等知名机器人制造商都批量使用。

·力克精密·
旗下减速器产品拥有12大系列522个规格,2015年正式推出LKRV-E、LKRV-C、LKRV-N、LKRV-S共4大系列精密控制减速器产品,与国内大部分本体厂家合作,并可向厂商供货试用。力克精密的RV减速器出货量已经突破5000台,现有设备产能3万台。

·双环传动·
双环传动针对机器人减速器开发,已经建立了比较完善的综合性能测试平台,包括自主开发的传动精度、齿隙回差、刚度、效率、噪声、气密性、加速疲劳实验等测试设备,深耕RV减速机4年,RV减速机关键核心技术取得了突破,已进入实质供货阶段。

·广州数控·
2008年,广州数控立项研发工业机器人减速器,经过近多年攻关,已经取得了两项工业机器人减速机专利,自主研发出多个规格型号的精密减速机,在精确性和稳定性上都获得了突破,并已在自主研发的工业机器人上测试应用。

来源:王煜全

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