多自由度工业机械手用行星减速器的研发.docx

多自由度工业机械手用行星减速器的研发立项报告1、 立项依据（1） 国内外现状、水平和发展趋势2014年全球工业机器人销量增长27%,受汽车及电子行业、特别是中国和韩国该行业需求的带动。2014年工业机器人销量为22.5万台左右，其中在亚洲的销量几乎占到三分之二。机器人减速机70%以上市场份额由日本纳博特斯克（Nabtesco）和哈默纳科（Harmonicdrive）垄断。精密减速机、交流伺服电机及控制器是机器人最核心的零部件。目前全球机器人行业，75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断（俗称RV减速机和谐波减速机），其中Nabtesco在工业机器人关节领域拥有60%的市场占有率。而交流伺服电机及控制器基本被日本、德国、美国垄断，代表企业有日本的安川、松下，德国的西门子，美国的PMAC.2014年中国市场共销售工业机器人约5.6万台，较上年增长55%,约占全球销量四分之一，连续两年成为全球第一大工业机器人市场。其中，国内企业销售16945台，比上年实际增长76.6%;外资企业在华销售约4万台，较上年增长47%.应用方面，外资产品主要集中在汽车、电子制造等领域；国产机器人则加快拓展应用市场，已广泛地服务于国民经济67个行业中。一般情况下，一台通用机器人需要的减速器个数为4-6套。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。在减速器高速发展的同时，美国、加拿大、日本、德国、墨西哥、巴西、澳大利亚和新西兰等国家相继制定了减速器的能效标准与能效标识制度，明确了减速器节能与效率提高的时间表、执行方式与实施范围。比如，美国在EPACT标准之上制定的NEMAPremium超高能效标准、欧盟的EUCEMEP标准、澳大利亚AS/NS1359.52000和我国GB186132009标准。从全球电机市场的竞争格局来看，占主导地位的仍是Harmonic Drive Systems Inc.(简称HDSI)、纳博特斯克、住友SUMITOMO等几家大的跨国集团，他们掌握着世界最先进的减速器设计制造技术，尤其在大中型减速器的技术上占有优势。从发展的趋势来看，国内的减速器行业近些年虽然通过合作、引进等方式提升了设计及制造水平，但受限于国内基础工业的发展水平，受限于基础研究及有限元数值分析手段的缺乏，国内厂商与国际一流厂商还有一定差距。世界减速器行业的市场化程度很高，竞争越来越激烈，小企业的生存空间越来越受挤压。国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国内使用的大型减速器（500kw以上），多从国外（如丹麦、德国等）进口，花去不少的外汇。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。2013-2015国内工业机器人用减速器受益于工业化、城镇化进程的不断深入及国家对机械制造业的重视，减速机行业作为我国基础装备行业之一。与此同时，我国经济发展进入深度调整期，减速机行业也随之进入转型升级。我国减速器行业无论从国际、国内市场前景，还是从产业配套环境来讲，都有广阔的发展空间。展望未来，减速器行业必将随着材料、信息、汽车以及精密机械设备这些应用主战场的兴旺而注入更强大的发展动力。（2） 项目研究开发目的和意义历经了40余年的市场兴衰发展后，中国减速机产品从最初单一的摆线减速机减速机发展到现在的齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机、机械收用行星减速器等，并被广泛应用于电力机械、冶金机械、环保机械、化工机械、食品机械、矿山机械、建筑机械、水利机械等国民经济的各个领域，备受市场青睐。但现有的机械手减速器基本都为齿轮与齿轮配合，利用齿轮的大小配合实现对输入的减速输出，这种机械手减速器由于采用齿轮与齿轮的配合，使得两个齿轮需要同一平面内，造成机械手减速器的体积相对较大，尤其是在减速比较大、且输出轴的尺寸需要保证时，则输入轴的齿轮则相当的大，造成了整个机械手减速器的体积大，另外这类机械手减速器自锁能力差，在遇到较大的惯性时，输出轴可带动输入轴转动，从而造成在精密设备上使用时的使用性能差，容易造成设备损坏，影响设备的正常使用。因此现有的技术有待改进和提高。随着国家对绿色环保型减速机的支持，减速机产业的转型要注意建立健全创新体制与机制，坚持以化工产业精细化、循环化，装备制造业智能化、高端化，医药产业生物化、系列化，新兴产业高端化、集成化为核心，共同推动行业的健康高效发展。本项目遵循国内提倡高新技术发展的重大战略，提供一种结构紧凑，自锁能力强的机械手减速器，此项目不仅可以推动国内的减速器市场的快速发展和国产减速器技术的快速提升，降低设计制造成本，而且超高性能的机械式收用行星减速器给企业带来更方便、更快捷的、更高利润的好处，使得行业的发展将不断提高、升级，向着健康、高效发展。（3） 项目达到的技术水平和市场前景1. 技术水平目前该项目实施生产的减速器应用于工业机器人当中，通过带偏心结构的大锥齿轮驱动双联行星轮转动，行星齿轮的转动受内齿轮的限制，行星轮作平面运动，也就是行星轮既绕固定轴线作圆周运动，还绕自身轴线作回转运动，行星齿轮与内齿轮是一对少齿差的齿轮啮合传动，太阳轮作为输出机构同时与行星齿轮的另一联齿轮啮合，同样是一对少齿差啮合输出形式，从而实现了减速比大、传动精度高的目的。项目产品在技术调研、科技研发上全过程都由我司研发小组自主组织进展，多项结构性能已优于大部分同类产品，该项目“多自由度工业机械手用行星减速器”核心技术经国家知识产权局专利检索咨询中心分析，综合行业实情，分析结果为：产品各项性能已达到国内领先水平，该项目产品填补了国内空白。2. 市场前景在工业机器人领域，国内外技术差距最大的是减速器和伺服电机。核心部件国内其实也能生产，就是可靠性达不到要求，故障率太高。当前，我国正大力发展以工业机械手用行星减速器为代表的高端智能装备产业，从2013年开始，我国已经连续两年成为世界各国中最大的工业机器人市场。我国目前正逐步进入工业机器人产业化发展阶段，然而在工业机器人产业化进程中，存在着许多阻碍发展的难题。其中，以工业机械手用行星减速器为代表的核心零部件不能自给自足的现状显得尤为突出。工业机械手用行星减速器是工业机器人的核心零部件，占整机成本的30%以上。我国对工业机器人用精密减速器的研究相比国外较晚，技术不成熟，与国外先进技术存在较大差距，形成了精密减速器不能自给自足的局面，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器的关键技术突破显得更加迫切。我司立项研究的多自由度工业机械手用行星减速器，具有加工方便、制造成本低、传动比大、效率高、传动平稳抗振能力强等特点。此项目为我公司自主研发，在国内处于领先水平，已经获得许多国内外客户的青睐。在未来行业勃发展的大好形势下，公司定能引领行业高速发展，前景十分广阔。2、 研究开发内容和目标（1） 项目主要内容及关键技术1.采用双自由度转动并联机构，通过将两个电机内置于一个舵机之中，实现一个舵机提高两个方向的输出，大大减小了第三方连接件实现两个方向输出所占的空间，使得结构更加紧凑，惯性更小，动态性能更优。 2. 采用三重连杆连轴构造，通过将连接杆和连接轴在同一圆周上间隔均匀的交替设置，使得连接杆和连接轴在齿轮上的布局更加紧凑，且使其受力均衡性更好，可大大提高了产品承载能力，提高使用性能。3. 采用正交式谐波传动工艺，通过带偏心结构的大锥齿轮驱动双联行星轮转动，行星齿轮的转动受内齿轮的限制，行星轮作平面运动，也就是行星轮既绕固定轴线作圆周运动，还绕自身轴线作回转运动，行星齿轮与内齿轮是一对少齿差的齿轮啮合传动，太阳轮作为输出机构同时与行星齿轮的另一联齿轮啮合，同样是一对少齿差啮合输出形式，从而实现了减速比大、传动精度高的目的。（2） 技术创新点1. 通过齿轮在壳体内公转实现减速，且在输出轴上受到逆向作用力时，连接轴无法将其公转转变为齿轮的自转，从而使齿轮无法转动，实现了良好的自锁效果，且自锁能力强。2. 通过在每个轴孔内通过轴承设有相同的连接轴，输出轴与每个连接轴的非偏心部分通过轴承连接，在齿轮将其自转传递给输出轴时，可使输出轴受力更加均匀，可传递更大的输出力，提高装置的使用寿命30%。3. 在机械手中，通过在支架一上设置花键衬套，并在丝杠上设置与花键衬套配合的连接架，使得机械手的防油效果较好，从而使得润滑油不易对机械手内的其它部件造成影响，使得机械手运行更稳定。（3） 主要技术指标或经济指标1. 技术指标型号螺杆&螺距mm减速比900RPM入力转速600RPM入力转速300RPM入力转速最大输入马力HP输出转速RPM荷重(KG)每分钟升(降)mm/min最大输入马力HP输出转速RPM荷重(KG)每分钟升(降)mm/min最大输入马力HP输出转速RPM荷重(KG)每分钟升(降)mm/min351P=550.841809009000.6212010006000.50601000300100.50907504500.506010003000.25301350150200.504512002250.253013501500.25151350754011/4P=661.2215013009001.1210018006000.56501800300120.777516504500.625020003000.50252000150240.503816502250.502520001500.25132000755011/2P=661.5515015009001.1710017006000.72502100300121.177521504500.785021503000.50252500150240.733825502250.562529001500.5013285075602P=882.3011321009002.227530506001.75384800300161.275622004501.173830503000.92194800150320.862828002250.841941001500.6596400757021/2P=10102.849024509002.596033506001.89304900300201.724528004501.583038503001.15155600150401.442344002251.251557501500.9288400758075mmP=12124.277532509003.943045006002.80256400300183.285035006002.943347004002.09176700200361.972539003001.821754002001.61896001002.经济指标本项目预计2017年研发成功之后推向市场，本产品进入市场后预计初步定价为2500元/台，预计2017年可完成200台的销售量。同时公司会加大力度进行产品宣传和推广工作，预计产品的销售收入每年都有大幅度的增长，市场占有率会不断提高。销售预测如下：三、研究开发方法及技术路线1.研究开发方法采用理论分析与试验论证相结合的方法，试验之前要进行数据和材料的分析，拟定技术和工艺方案，选择材料、试制样品、再通过例行试验，特殊试验等开展研究。在采用对比的方法，根据测量的数值，通过与设计方案对比，不同参数的对比，不同的条件对比等多方面的对比试验，最终确定最佳参数，筛选出最优方案，产品定型。2.技术路线制造能力达到行业的领先水平，具体的生产工艺流程图如下：四、现有研究开发基础东莞市卓蓝自动化设备有限公司成立于2012年，坐落于中国近代历史开篇之地有“世界工厂”之美称的广东省东莞市，是专业从事研发、生产和销售高精密行星减速机、机器人专用减速机的厂家。同时公司还致力于工业机器人、CNC机械的研发和生产。公司设立研发部，由公司总经理李永江带领公司一只技术实力非常强的研发队伍，进行不断的研究开发，到目前为止已获得国家知识产权局办法的实用新型专利6项。核心技术开发的主营产品有减速器PLE、减速器 PLF、减速器PLEK、减速器PLFK、减速器PLX、减速器ZPLF、减速器ZPLX等七个系列产品，得到客户的一致好评。 公司近年来研究开发投入大量的费用，同时购进大阪精密齿轮测量机，滚齿机，数控车床，上拉式内拉床等先进设备，为新产品的研发和产业化奠定了坚实的基础。同时我司也在不断的扩建研发团队，进