人形机器人发展与潜力上市公司研究报告(三)——机器人三类减速器(1)
人工智能、通信技术、新材料与尖端制造等各个领域技术发展突破,影响着全球经济格局,对生产力、劳动力、产业结构、未来竞争格局产生巨大的影响。社会发展的车轮不可阻挡,在这个过程中,风险与机会此消彼长,被替代和淘汰的又会诞生出新的业态与机会。 机器人(Robot)是个宽泛的概念,是一种通过编程和自动控制能够半自主或全自主工作的智能机器,现在武汉的无人出租车“萝卜快跑”、科沃斯、石头科技等生产的扫地机器人、大疆生产的无人机、歌尔股份生产的智能设备、工厂的机械臂、快递仓的分拣机器人、无人港口的摆渡车与塔吊、无人外卖快递车,还有低空飞行器,都属于机器人范畴。 术道有方研究本系列报告,将人形机器人摘列出来,从核心部件、软件、解决方案等几个方面,筛选出匹配二级市场金融资本正在关注建仓的标的,供成员学习参考。 以下内容节选之《人形机器人投资报告》减速器介绍部分,精选标的关注后期内容。机器人减速器是一种连接动力源和执行机构的精密传动装备,在机器人中起到匹配转速和传递转矩的作用。它是机器人三大核心零部件(控制器、伺服电机、减速器)之一,其成本约占机器人生产成本的 30%。按其应用场景主要分为谐波减速器、RV减速器、行星减速器。
谐波减速器适用于机器人的小臂、手腕、手指等对空间尺寸和重量要求较高、负载相对较小的部位,主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成。其中,波发生器是主动件,柔性齿轮是通过波发生器使其产生可控弹性变形的从动件,刚性齿轮则是与柔性齿轮相啮合的固定件。工作原理是波发生器装入柔性齿轮内孔后,会使柔性齿轮发生弹性变形,形成椭圆形的轮齿啮合区域。当波发生器转动时,柔性齿轮的轮齿与刚性齿轮的轮齿不断进行啮入、啮合、啮出的过程,从而实现减速传动。谐波减速器优点是减速比大,一般可达到 50-300,传动精度高,能实现较高的位置精度控制,结构简单、体积小、重量轻,便于安装在机器人的关节部位,传动效率较高,通常在 70%-90% 之间。缺点是柔轮的材料疲劳强度要求高,长期使用容易出现疲劳损坏,柔轮的变形能力有限,导致其承载能力相对较低,转动惯量和起动转矩较大,对电机的驱动要求较高。
RV减速器常用于机器人的大臂、基座、腰部等需要承受较大负载和较高精度要求的部位。由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成,是一种封闭差动轮系。主要部件包括太阳轮、行星轮、摆线轮、针齿、曲柄轴、外壳等。工作原理是输入轴的旋转通过行星齿轮减速机构进行第一次减速,然后传递到摆线针轮减速机构。在摆线针轮减速机构中,摆线轮在针齿上做行星运动,通过曲柄轴将运动传递到输出轴,实现减速传动。RV减速器优点是具有较高的负载能力,能够承受较大的轴向力、径向力和倾覆力矩;传动比范围大,一般在 30-200 之间;精度高,回差精度稳定,在长时间使用后仍能保持较高的精度;传动效率高,可达 80%-90%;结构紧凑,体积相对较小。缺点是制造工艺复杂,对加工精度和装配精度要求高;成本较高;重量相对较大。
行星减速器常用于对精度要求不是特别高、但需要较大承载能力和较高传动效率的部位,如机器人的行走机构、腰部回转机构等 。主要由行星轮、太阳轮和内齿圈组成,通常还包括行星架、输入轴和输出轴等部件。行星轮围绕太阳轮做行星运动,通过行星架将动力传递到输出轴。工作原理是输入轴带动太阳轮转动,太阳轮驱动行星轮在绕自身轴线自转的同时,还绕着太阳轮公转。行星轮的运动通过行星架传递到输出轴,实现减速传动。行星减速器优点是传动效率高,一般在 90% 以上;承载能力较强,能够承受较大的径向力和轴向力;体积相对较小,结构紧凑;使用寿命长,运转平稳。缺点是单级减速比较小,通常需要多级串联使用才能达到较高的减速比;精度相对较低,难以满足一些对精度要求极高的应用场景。
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