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    廣州中撰企業投資咨詢有限公司

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    中國機器人減速器市場調研研究報告

    時間: 2020-11-03

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    隨著微處理器技術、大功率高性能半導體功率器件技術、電機永磁材料制造工藝的發展以及價格優勢的增強,交流伺服系統逐漸取代直流伺服系統,成為主流產品。國內的交流伺服系統在核心技術上有了突破

    70年代,隨著微處理器技術、大功率高性能半導體功率器件技術、電機永磁材料制造工藝的發展以及價格優勢的增強,交流伺服系統逐漸取代直流伺服系統,成為主流產品。國內的交流伺服系統在核心技術上有了突破,國內與國外之間的差距也大大縮小了。當前伺服系統的應用領域以機床為主,但近年來電子制造業和機器人產業的興起,催生了大量的工業需求。機器人占2016年伺服系統下游應用的9%。隨著未來機器人零部件的突破,我國工業機器人產業將迎來快速發展時期,伺服系統的應用領域也將從機床轉向機器人。隨動驅動器又稱伺服控制器,作用類似于變頻器中的交流電機,一般是通過速度環、位置環和電流環對伺服電機分別進行轉速、位置和力矩的控制,從而實現傳動系統的高精度定位。

    產業機器人產業鏈可分為上下兩部分。上游為關鍵部件制造商,主要為減速器、控制系統和伺服系統;中游為機器人本體,即包括臂、腕部在內的機座和執行器,部分還包括行走結構,作為機器人的機械傳統和支撐基礎。根據其結構形式,本體可分為直角坐標、球面坐標、柱面坐標、接頭坐標等;下游則是系統集成商,針對不同的應用場景和用途,進行有針對性的系統集成和軟件二次開發,這是國內企業關注的重點。所生產的機器人必須經過系統集成,才能投入下游汽車、電子、金屬加工等行業,供終端用戶使用。當前在多關節機器人上應用較多的減速器有RV減速器和諧波減速器兩種。與諧波減速器相比,RV減速器的剛度和旋轉精度更高。所以對于關節型機器人,一般是將RV減速器放置于機座、大臂、肩部等重載位置;而將諧波減速器放置于小臂、腕部或手部;兩者應用場景不同,屬于互補關系。通常直角坐標機器人使用行星減速器。

    當前,國產減速器仍存在兩個問題:一是產品系列不夠完善;日本納博具有完整的系列產品,基本適用于各個領域。據納博官網披露,其RV-N系列產品仍處于專利保護階段,而國產系列產品相對殘缺;2.一致性問題。在實際使用環境下,國產減速器的性能與實驗室性能不能完全匹配,個別產品存在漏油、精度下降等問題,是阻礙國產減速器進軍高端市場的原因之一。就RV減速器的技術指標而言,對比納博RV-E系列和南通振康系列產品,在相同的輸出速度和輸入功率下,兩者的輸出扭矩范圍相當,說明國產產品的傳動效率已可與國外相比。但是,技術水平是制約RV減速器發展的主要因素,例如,非標準特殊軸承是RV減速器的精密機構,其間隙需要根據零件的加工尺寸動態調整。薄壁角接觸球軸承結構緊湊,精度要求高,軸承加預緊力后游隙為零。所以在傳動精度、扭轉剛度等方面有待進一步研究。就諧波減速機的技術指標而言,蘇州綠的和中技的減速機在國內的減速率水平與日本哈默納科相當,產品性能基本達到要求,現已大量用于國產機器人。而且國外產品在輸出扭矩、平均壽命、一致性等技術指標上仍占有優勢。減速帶是降低國產工業機器人成本最主要的制約因素,目前國產工業機器人減速帶的研制開發雖然困難重重,但總體產品質量在逐步提高,在一些核心指標上已達到國際水平,其高性價比已被部分國內企業所接受,如新松機器人、埃夫特減速機等企業都開始采用南通振康的RV減速帶產品。

    當前,國內公司已開始積極布局精密減速器業務,主要上市公司有雙環傳動、秦川機床、上海機電、巨輪股份等,南通振康、中技克美、北京諧波等非上市公司。在2016年,中國機器人銷量已經接近全球市場占有率的30%,并連續四年成為世界上最大的工業機器人市場。據國際機器人產業協會IFR預測,未來幾年,中國機器人行業銷售增長率將保持約25%-30%。按照IFR預測的下限增長25%,以2017年140,000臺為基礎進行測算。我國工作機器人的銷售預計將在2020年達到27萬臺。此外,根據MIR公布的2017年中國工業機器人市場份額分類,六軸多關節機器人、SCARA機器人、關節臂機器人、協同機器人和DELTA機器人分別占67.8%、21.2%、6.05%、2.89%和2.05%。按所需要的減速裝置類型和各類工業機器人的數量來劃分。一般而言,六軸多關節機器人需要4套RV減速器和2套諧波減速器;SCARA機器人需要4套諧波減速器;有更多類型的關節臂和協作機器人,我們以四軸多關節機器人為例,每套約需要3套RV減速器和1套諧波減速器;DELTA機器人的電機安裝在固定底座上,我們以1套諧波減速器為基礎進行計算。隨動系統的下游應用領域很多。

    服務器編碼器是安裝在伺服電機末端用于測角、測速的傳感器,目前自控領域中使用最多的是光電編碼器和磁電編碼器。編碼器作為伺服系統的信號反饋裝置,其精度直接影響伺服系統的性能。作為執行元件,伺服電機的作用是把伺服控制器的脈沖信號轉換成電機轉動的角位移和角速度,它主要由定子和轉子組成,定子有兩個繞組,即勵磁繞組和控制繞組。它內部的轉子是永磁體或感應線圈,它在勵磁繞組產生的旋轉磁場作用下轉動。沒有伺服電機,機器人的關節驅動就無法進行,關節越多,其靈活性和精確度就越高,所需的伺服電機就越多。對于伺服電機的要求很高,需要滿足快速響應、高起動轉矩、大的動轉矩慣量比和寬廣的調速范圍,以適應機器人的形狀,達到體積小、重量輕、加減速運動等要求。隨動電機可分為交流(AC)和直流(DC)兩種。特別是直流電動機,它又分為有刷電動機和無刷電動機,前者成本低,但會產生電磁干擾,

    減速機(RotaryVector)是從擺線針輪行星傳動發展而來的,其結構主要分為兩個層次:第一層次是漸開線圓柱齒輪傳動,第二層次是擺線針輪行星傳動,其包括轉臂曲柄、擺線輪、針齒殼,其特點是能承受大載荷,同時保證高精度。所以,它的技術難點主要在工藝和裝配方面:1.材料成型技術。RV減速器要求耐磨性好,剛性高,對材料的成型工藝有很高的要求,特別是對材料化學成分的控制,表面熱處理等。二是精密加工和裝配工藝。減速機減速速度較高,具有無側隙、微進給的特點,對特殊零件的加工和精密裝配技術要求較高。減速器工作原理:1.第一減速部:伺服電動機的旋轉由輸入齒輪傳遞到正齒輪,減速時按兩者的齒數比;曲軸直接與正齒輪連接,以相同速度旋轉。曲軸部:曲軸轉動,并帶動RV齒輪在偏心部作偏心運動。3.第二減速部:另一方面,針齒數比RV齒輪的齒數多1個;如果曲軸轉動1圈,則RV齒輪在針齒接觸的同時作1圈的偏心運動,使RV齒輪在相反的方向上轉動1個齒數,通過曲軸轉到輸出軸,從而達到減速的目的。與總的減速比相比,第一、第二段的減速比更大。共振減速器以行星齒輪傳動為基礎的開發,包括波發生器,柔輪,剛輪和軸承。它的工作原理在于依靠波發生器使柔輪產生可控彈性變形,柔輪的齒數比鋼輪少N個。所以當波發生器轉動時,柔輪會移動N個齒輪,產生所謂的錯齒運動,從而實現主動波發生器與柔輪間的傳遞。利用柔輪的彈性變形實現諧波減速器傳動,優點是傳動比大,零件數量少;缺點是彈性變形回差大,這必然會影響到機器人的動態特性抗沖擊能力等。就國內外產品技術指標而言,國外產品信息比較完善,每一項技術指標對應每一項規格精確的數值表示。但國內在這方面略有欠缺,說明國內企業缺乏足夠的檢測能力,缺乏嚴格的質量管理體系。




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