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中国机器人减速器市场调研研究报告

时间: 2020-11-03

浏览量: 151

随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺的发展以及价格优势的增强,交流伺服系统逐渐取代直流伺服系统,成为主流产品。国内的交流伺服系统在核心技术上有了突破

70年代,随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术、电机永磁材料制造工艺的发展以及价格优势的增强,交流伺服系统逐渐取代直流伺服系统,成为主流产品。国内的交流伺服系统在核心技术上有了突破,国内与国外之间的差距也大大缩小了。当前伺服系统的应用领域以机床为主,但近年来电子制造业和机器人产业的兴起,催生了大量的工业需求。机器人占2016年伺服系统下游应用的9%。随着未来机器人零部件的突破,我国工业机器人产业将迎来快速发展时期,伺服系统的应用领域也将从机床转向机器人。随动驱动器又称伺服控制器,作用类似于变频器中的交流电机,一般是通过速度环、位置环和电流环对伺服电机分别进行转速、位置和力矩的控制,从而实现传动系统的高精度定位。

产业机器人产业链可分为上下两部分。上游为关键部件制造商,主要为减速器、控制系统和伺服系统;中游为机器人本体,即包括臂、腕部在内的机座和执行器,部分还包括行走结构,作为机器人的机械传统和支撑基础。根据其结构形式,本体可分为直角坐标、球面坐标、柱面坐标、接头坐标等;下游则是系统集成商,针对不同的应用场景和用途,进行有针对性的系统集成和软件二次开发,这是国内企业关注的重点。所生产的机器人必须经过系统集成,才能投入下游汽车、电子、金属加工等行业,供终端用户使用。当前在多关节机器人上应用较多的减速器有RV减速器和谐波减速器两种。与谐波减速器相比,RV减速器的刚度和旋转精度更高。所以对于关节型机器人,一般是将RV减速器放置于机座、大臂、肩部等重载位置;而将谐波减速器放置于小臂、腕部或手部;两者应用场景不同,属于互补关系。通常直角坐标机器人使用行星减速器。

当前,国产减速器仍存在两个问题:一是产品系列不够完善;日本纳博具有完整的系列产品,基本适用于各个领域。据纳博官网披露,其RV-N系列产品仍处于专利保护阶段,而国产系列产品相对残缺;2.一致性问题。在实际使用环境下,国产减速器的性能与实验室性能不能完全匹配,个别产品存在漏油、精度下降等问题,是阻碍国产减速器进军高端市场的原因之一。就RV减速器的技术指标而言,对比纳博RV-E系列和南通振康系列产品,在相同的输出速度和输入功率下,两者的输出扭矩范围相当,说明国产产品的传动效率已可与国外相比。但是,技术水平是制约RV减速器发展的主要因素,例如,非标准特殊轴承是RV减速器的精密机构,其间隙需要根据零件的加工尺寸动态调整。薄壁角接触球轴承结构紧凑,精度要求高,轴承加预紧力后游隙为零。所以在传动精度、扭转刚度等方面有待进一步研究。就谐波减速机的技术指标而言,苏州绿的和中技的减速机在国内的减速率水平与日本哈默纳科相当,产品性能基本达到要求,现已大量用于国产机器人。而且国外产品在输出扭矩、平均寿命、一致性等技术指标上仍占有优势。减速带是降低国产工业机器人成本最主要的制约因素,目前国产工业机器人减速带的研制开发虽然困难重重,但总体产品质量在逐步提高,在一些核心指标上已达到国际水平,其高性价比已被部分国内企业所接受,如新松机器人、埃夫特减速机等企业都开始采用南通振康的RV减速带产品。

当前,国内公司已开始积极布局精密减速器业务,主要上市公司有双环传动、秦川机床、上海机电、巨轮股份等,南通振康、中技克美、北京谐波等非上市公司。在2016年,中国机器人销量已经接近全球市场占有率的30%,并连续四年成为世界上最大的工业机器人市场。据国际机器人产业协会IFR预测,未来几年,中国机器人行业销售增长率将保持约25%-30%。按照IFR预测的下限增长25%,以2017年140,000台为基础进行测算。我国工作机器人的销售预计将在2020年达到27万台。此外,根据MIR公布的2017年中国工业机器人市场份额分类,六轴多关节机器人、SCARA机器人、关节臂机器人、协同机器人和DELTA机器人分别占67.8%、21.2%、6.05%、2.89%和2.05%。按所需要的减速装置类型和各类工业机器人的数量来划分。一般而言,六轴多关节机器人需要4套RV减速器和2套谐波减速器;SCARA机器人需要4套谐波减速器;有k8彩票类型的关节臂和协作机器人,我们以四轴多关节机器人为例,每套约需要3套RV减速器和1套谐波减速器;DELTA机器人的电机安装在固定底座上,我们以1套谐波减速器为基础进行计算。随动系统的下游应用领域很多。

服务器编码器是安装在伺服电机末端用于测角、测速的传感器,目前自控领域中使用最多的是光电编码器和磁电编码器。编码器作为伺服系统的信号反馈装置,其精度直接影响伺服系统的性能。作为执行元件,伺服电机的作用是把伺服控制器的脉冲信号转换成电机转动的角位移和角速度,它主要由定子和转子组成,定子有两个绕组,即励磁绕组和控制绕组。它内部的转子是永磁体或感应线圈,它在励磁绕组产生的旋转磁场作用下转动。没有伺服电机,机器人的关节驱动就无法进行,关节越多,其灵活性和精确度就越高,所需的伺服电机就越多。对于伺服电机的要求很高,需要满足快速响应、高起动转矩、大的动转矩惯量比和宽广的调速范围,以适应机器人的形状,达到体积小、重量轻、加减速运动等要求。随动电机可分为交流(AC)和直流(DC)两种。特别是直流电动机,它又分为有刷电动机和无刷电动机,前者成本低,但会产生电磁干扰,

减速机(RotaryVector)是从摆线针轮行星传动发展而来的,其结构主要分为两个层次:第一层次是渐开线圆柱齿轮传动,第二层次是摆线针轮行星传动,其包括转臂曲柄、摆线轮、针齿壳,其特点是能承受大载荷,同时保证高精度。所以,它的技术难点主要在工艺和装配方面:1.材料成型技术。RV减速器要求耐磨性好,刚性高,对材料的成型工艺有很高的要求,特别是对材料化学成分的控制,表面热处理等。二是精密加工和装配工艺。减速机减速速度较高,具有无侧隙、微进给的特点,对特殊零件的加工和精密装配技术要求较高。减速器工作原理:1.第一减速部:伺服电动机的旋转由输入齿轮传递到正齿轮,减速时按两者的齿数比;曲轴直接与正齿轮连接,以相同速度旋转。曲轴部:曲轴转动,并带动RV齿轮在偏心部作偏心运动。3.第二减速部:另一方面,针齿数比RV齿轮的齿数多1个;如果曲轴转动1圈,则RV齿轮在针齿接触的同时作1圈的偏心运动,使RV齿轮在相反的方向上转动1个齿数,通过曲轴转到输出轴,从而达到减速的目的。与总的减速比相比,第一、第二段的减速比更大。共振减速器以行星齿轮传动为基础的开发,包括波发生器,柔轮,刚轮和轴承。它的工作原理在于依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形,柔轮的齿数比钢轮少N个。所以当波发生器转动时,柔轮会移动N个齿轮,产生所谓的错齿运动,从而实现主动波发生器与柔轮间的传递。利用柔轮的弹性变形实现谐波减速器传动,优点是传动比大,零件数量少;缺点是弹性变形回差大,这必然会影响到机器人的动态特性抗冲击能力等。就国内外产品技术指标而言,国外产品信息比较完善,每一项技术指标对应每一项规格精确的数值表示。但国内在这方面略有欠缺,说明国内企业缺乏足够的检测能力,缺乏严格的质量管理体系。




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