新型双差速式重载机器人关节减速器

20231103

制造业

关节减速器是机器人关节中的关键组件，它负责实现关节的运动传动和控制，对机器人整体性能起到至关重要的作用。与现有的机器人关节减速器相比，面向重载及加工机器人应用的重载关节减速器尚无成熟产品，市场基本处于空白。该项目是针对新型双差速式重载机器人关节减速器的研究与开发工作，研发的新型机器人关节减速器结构简单、紧凑，采用成熟、通用和承载能力强的螺旋锥齿轮零件，可以有效降低成本、提高功率密度。弥补现有关节减速器在功率密度、承载能力和高动态性及成本上的不足。 本项目突破现有的机器人关节减速器构型，设计一种基于双差速传动原理的新型重载机器人关节减速器。目前，该项目的技术已经在实验室阶段取得了显著的进展，充分验证了新型双差速式关节减速器的设计理念和原理。已经完成关节减速器螺旋锥齿轮零部件的主动设计与加工技术，实现对齿轮啮合性能的主动控制，提高了齿轮副的啮合性能，改善减速器的传动精度、承载能力、可靠性和疲劳寿命。目前已实现小型化关节与大型关节两套样机研制，小型关节参数：速比62：1、额定输出转矩124Nm（48r/min）、传动误差< 2'、最大外径<60mm；大型机器人关节参数：速比82：1、额定输出转矩784Nm（15r/min）、传动误差< 2'、最大外径<22mm。对比当前主流RV减速器及谐波减速器，在相同减速器外径下，实现高输出扭矩，承载能力大大提高。通过研究挖掘，该型减速器范围大且可调，相比于平行轴传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、章动以及摆线传动，双差速器减速比范围大，且减速比可调，可实现i=5-80，甚至更高的传动比。结构上具有可扩展性，通过扩展输入，可达到能量回收储存，有望打破当前爆发机器人爆发力不足，寿命短难题；通过扩展输出，可达到输出多个旋转自由度的目的，在机器人关节减速器模组中多自由度输出，有效的减轻机器人重量，使重心上移，提升机器人运动性能。 本项目当前正处于寻求企业试产阶段。

1. 资金支持： 为确保项目的顺利进行，需要拟合作方提供相应的资金支持，用于研发、试验、生产等阶段的经费需求。预计需要约1500万元的资金投入。
2. 场地需求： 项目需要拟合作方提供适当的场地，包括测量测试实验室、生产厂房及装配厂房等，以保证项目的顺利进行。场地需求面积约为350平方米。
3. 设备支持： 为保证新型双差速式重载机器人关节减速器的制造，需要拟合作方提供锥齿轮加工机床、磨床等先进锥齿轮加工设备，以及针对锥齿轮的测量中心。确保生产过程的高精度和高质量。
4. 人员支持： 需要拟合作方提供相应的技术人员和工程师支持，包括机械加工技术人员、设备操作人员以及测量测试人员等，以保障生产过程的顺利进行。
5. 知识产权和保密协议： 对于项目中涉及到的知识产权，需要明确归属和共享原则，并签订保密协议，以确保合作双方的合法权益。
6. 项目进度和里程碑： 设定项目的具体时间表，包括关键阶段和重要里程碑。例如，设定原型机制造完成、性能测试通过等里程碑。
7. 风险分析和应对措施： 分析项目实施过程中可能面临的各种风险，包括技术难题、市场风险等，提出相应的风险应对措施，保障项目的顺利进行。
8. 合作方的期望与要求： 拟合作方期望通过合作实现共同的技术突破，并在项目成功后分享相应的经济利益。同时，可能会提出关于技术转让条件、市场拓展等方面的要求。

可国（境）内外转让

通过新型双差速式重载机器人关节减速器的概念验证和样机研制，解决该型减速器原理、设计、加工、性能测试等方面的技术问题，为该型减速器的研发和生产提供了技术支撑，有望促进机器人领域的技术进步，提升机器人关节性能，扩大机器人关节应用领域，有望为新产业的发展打下坚实基础。 本项目形成了减速器产品试产设计、加工指导性技术方案，一方面打破了传统关节减速器的技术垄断，另一方面通过对该减速器的验证和试产为打破机器人精密减速器的市场垄断提供了一种新的可能。该项目的成功实施将促进国内新型减速器技术的发展，从而提高对RV减速器和谐波减速器的产品竞争力。本项目有望鼓励不同领域的科研机构、大学和企业之间的合作，促进知识共享和技术交流，有助于解决更多的科技问题。本项目积极寻找相关企业开展试产，推动新产业的发展，提升企业竞争力，从而促进经济增长，有助于吸引投资和资金流入该领域，促进相关产业链的发展，增加产业增值。有望帮助企业进一步扩大市场份额，提高盈利能力。随着新产业的发展，预计会有更多的就业机会，包括研发、生产、销售和技术支持等领域。这将有助于减轻失业问题，促进就业机会的创造。 综上所述，本次科技成果转化将在经济效益、社会效益和环境效益方面取得显著成果，为我国工业自动化领域的发展做出积极贡献。

中关村国家自主创新示范区开放实验室概念验证项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

机器人在各行各业的应用日益深入和广泛，而关节减速器是机器人必备的核心关键部件，因此本项目市场前景广阔。本项目研发的新型机器人关节减速器结构简单、紧凑，采用成熟、通用和承载能力强的螺旋锥齿轮零件，可以有效降低成本、提高功率密度。本项目研发的新型重载机器人关节减速器一方面可以为现有的谐波减速器和RV减速器提供一种替代方案，打破国外企业在关节减速器上的垄断地位；另一方面为重载机器人提供一种高功率密度的关节减速器，弥补现有关节减速器在功率密度、承载能力和高动态性及成本上的不足。与现有的机器人关节减速器相比，面向重载及加工机器人应用的重载关节减速器尚无成熟产品，市场基本处于空白。本项目拟解决机器人关节减速器领域三个关键问题：（1）突破现有的机器人关节减速器构型，设计一种基于双差速传动原理的新型重载机器人关节减速器；（2）突破螺旋锥齿轮的传统设计方法，提出一种零传动误差螺旋锥齿轮的主动设计方法；（3）提高机器人关节减速器的功率密度，提出双差速式机器人关节减速器的优化设计及性能对比测试方法。在解决上述关键问题的基础上，建立新型双差速式重载机器人关节减速器的设计、加工、性能分析及测试方法，对提出的关节减速器的预期性能指标进行测试、验证及改进，为双差速式重载机器人关节减速器的推广应用打下基础。