一文熟悉人形机器人成本占比最高的零部件：减速器

作者 | 楚欣

出品 | 焉知

人形机器人减速器是机器人机械系统中的关键组件，占机器人成本30%，主要负责在原动机（如电机）和工作机构（如机器人的关节）之间起到匹配转速和传递转矩。减速器由多个齿轮组成，通过不同大小齿轮的啮合传递动力，从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。

按照精度划分，减速器目前主要可分为一般传动减速器和精密减速器两大类。其中，一般传动减速器可进一步划分为通用减速器和专用减速器，精密减速器则主要包括精密行星减速器、谐波减速器和RV减速器等，具备体积小、精度高、重量轻、稳定性强等优点。

一、精密行星减速器

行星减速器的工作原理基于齿轮传动原理，太阳轮输入转速与行星轮啮合，行星轮在自转的同时围绕中心轮公转，最后由行星架将转速和扭矩传递到输出轴上。结构简单且传动效率高，多安装在伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，精确定位，其常被用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节。

三大类精密减速器中，行星减速器开发时间最早。19世纪80年代德国出现第一个行星齿轮传导装置的专利，20世纪20年代，首次量产行星齿轮传动装置。我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器，国内头部企业普遍成立于21世纪初，如科峰智能、中大力德、纽氏达特等。

• 太阳轮：又称中心轮，作为输入端，与驱动电机相连。
• 行星轮：围绕太阳轮转动的齿轮，通过行星架传递扭矩。
• 内齿圈：与行星轮啮合，固定或旋转以传递运动。
• 行星架：支撑行星轮，将转速和扭矩传递到输出轴。

• 体积重量小：通过精密化设计减小了体积和重量。
• 精度高：严格的制造和装配工艺控制，提供优异的性能指标。
• 传动效率高：由于传动结构的对称性，单级传动效率可达97-98%。
• 承载能力强：多个行星轮分担载荷，提高减速器的承载能力。
• 抗冲击和振动性能好：对称结构使得惯力平衡，运动平稳。
• 结构简单：相比谐波和RV减速器，成本较低。

• 单级减速比小：最小为3，最大一般不超过10，多级减速会增加长度和重量。
• 维护需求：需要定期维护和保养，包括更换润滑油和维修传动部件。
• 制造成本：高精度和高效率的要求可能增加制造成本。

二、RV减速器

RV减速器是一种精密的机械传动装置，是旋转矢量（Rotary Vector）减速器的简称，最早由日本发明，用于实现高扭矩输出和高精度的旋转运动，通常适用于机器人基座、大臂、肩部等重负载的位置。

1926年德国的Lorenz Blanc提出针摆行星传动，后经住友引进、摆线磨床的研制成功， 1980年日本帝人精机提出RV传动理论，1986年RV减速器正式大规模生产。1960年代针摆传动引入我国，80年代末我国开始RV理论研究，2010年以后随着双环传动、中大力德等厂商开始介入起逐步打破海外品牌垄断。由于RV减速器结构复杂且零部件较多，生产制造过程中约束条件较多，目前国产RV减速器市场份额相对不高，发展相对较慢。日本纳博特斯克是全球最大的RV减速器生产商，国产品牌主要有双环传动、珠海飞马、中大力德等。

• 传动比范围大：RV减速器可以提供较大的传动比，满足不同应用需求。
• 寿命长、精度保持稳定：由于同时啮合齿轮数较多，RV减速器具备高刚性、耐超载的特性，且传动精度稳定。
• 效率高、传动平稳：由于结构的对称性和设计的精密性，RV减速器具有较高的传动效率和良好的振动控制。

• 体积较大：为了实现较大的扭矩传递能力，RV减速器齿轮的齿数相对较多且其附加的轴承、润滑系统和密封件等附属部件较多，这些导致RV减速器体积较大。
• 成本较高：RV减速器的制造过程相对复杂，需要高精度的加工工艺和特殊的制造设备。这使得生产和装配过程更加复杂和耗时，增加了制造成本。

三、谐波减速器

谐波减速器是一种高精度的机械传动装置，利用特殊的波形发生器、挠性花键（柔轮）和刚性花键（刚轮）三个关键部件实现运动和动力的传递。这种减速器体积小、重量轻，结构简单紧凑，以其高减速比、零齿隙、高扭矩密度、准确性和可靠性而著称，适用于机器人小臂、腕部、手部等部件，这些部位对体积和灵活度有较高要求。

1955年美国发明家C.W.Musser发明谐波传动，1964年日本引入谐波齿轮传动技术，1970年开始谐波传动技术正式商业化。1961年谐波传动引入我国，1962年我国第一台谐波减速器研制成功，2003年以绿的谐波为首的国产谐波减速器企业开始研发，后逐步实现产业化。全球谐波减速器市场目前呈现高度集中状态，主要由日本的哈默纳科占主导地位，国内比较典型的企业是绿的谐波。

国内厂商如绿的谐波已经开发出了具有自主知识产权的齿形设计，并在某些性能参数上达到或超过了国际先进水平。此外，国产谐波减速器在成本控制方面具有显著优势，这使得国产产品在市场上的竞争力不断增强。

在智能制造的浪潮中，精密减速器宛若一颗璀璨的明珠，其光芒照亮了工业自动化的未来，特别是在人形机器人等前沿科技领域，精密减速器的技术进步将为机器人的灵活性和精确性提供更为坚实的保障。

同时，随着全球制造业的自动化水平不断提升，精密减速器的市场需求将持续增长。特别是在中国，随着劳动力成本的上升和制造业的转型升级，国产精密减速器正逐步打破国际品牌的市场垄断，展现出巨大的市场潜力和替代空间。国内企业如绿的谐波、双环传动等，正通过技术突破和产品创新，逐渐在国际市场上占据一席之地。