我國(guó)工業(yè)機(jī)器人核心基礎(chǔ)部件一直受制于人的情況正被扭轉(zhuǎn)。4月22日，記者從重慶大學(xué)獲悉，在該校機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王家序教授的帶領(lǐng)下，其高性能機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)攻克了諧波減速器正向設(shè)計(jì)分析、測(cè)試評(píng)價(jià)體系的共性關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出高可靠精密諧波減速器系列化產(chǎn)品，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作建立了年產(chǎn)3萬(wàn)臺(tái)套以上諧波減速器系列產(chǎn)品的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人核心基礎(chǔ)部件的國(guó)產(chǎn)化，打破了日本在這一領(lǐng)域的壟斷。
據(jù)悉，該項(xiàng)目屬于“863計(jì)劃”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“工業(yè)機(jī)器人核心基礎(chǔ)部件應(yīng)用示范”主題項(xiàng)目，王家序教授為主題項(xiàng)目首席科學(xué)家，項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)科技部專家組驗(yàn)收。
減速器是工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵部件
工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)、制造與應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造實(shí)力與水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人主要由減速器、伺服電機(jī)及控制系統(tǒng)三大核心部件組成，精密減速器是工業(yè)機(jī)器人中最關(guān)鍵的功能部件，也是目前制約我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。
“打個(gè)比方，如果把工業(yè)機(jī)器人當(dāng)成人的手臂，減速器就是手臂的關(guān)節(jié)。”王家序說(shuō)，減速器是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。工業(yè)機(jī)器人需要高強(qiáng)度重復(fù)運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)的好壞就決定了工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力傳動(dòng)與運(yùn)動(dòng)變換的精度、可靠性和使用壽命。在機(jī)器人的總成本中，減速器的成本占到了三成以上。
工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)主要有RV減速器和諧波減速器兩種。長(zhǎng)期以來(lái)RV減速器一度被日本的納博特斯克公司壟斷，諧波減速器一度被日本的哈默那科公司壟斷，嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
與機(jī)械傳動(dòng)打了一輩子交道的王家序，一直以敢闖敢拼聞名。面對(duì)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展急需的精密減速器，一直從事減速器研究的他，2005年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了科研攻關(guān)，瞄準(zhǔn)的是高可靠精密諧波減速器。
王家序說(shuō)，諧波減速器具有體積小、質(zhì)量輕、傳動(dòng)比高、精密度高等優(yōu)勢(shì)，在輕負(fù)載精密減速器領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，不過(guò)諧波減速器技術(shù)壁壘高，要實(shí)現(xiàn)諧波減速器的自主研發(fā)和國(guó)產(chǎn)化，就要突破齒形設(shè)計(jì)、材料、加工技術(shù)、測(cè)試評(píng)價(jià)等方面的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
提升我國(guó)機(jī)器人核心競(jìng)爭(zhēng)力
在機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，記者看到應(yīng)用了重慶大學(xué)自主研發(fā)的諧波減速器的機(jī)器人。“它已經(jīng)在這里運(yùn)轉(zhuǎn)了6000小時(shí)，精準(zhǔn)度和使用壽命達(dá)到日本同類機(jī)器人水平。”王家序解釋說(shuō)，諧波傳動(dòng)通過(guò)薄壁柔輪變形使齒輪分度圓變成橢圓實(shí)現(xiàn)多齒嚙合，從而提高傳動(dòng)高精度、剛度與承載能力。諧波減速器柔輪的高彈性變形特性使得嚙合齒形的精確設(shè)計(jì)與修形十分困難，齒面易產(chǎn)生磨損，精度保持性差。另外柔輪加工工藝性差，在周期交變應(yīng)力左右下容易發(fā)生疲勞斷裂，也使高精度與高剛度、高可靠之間的調(diào)控成為突出矛盾。因此，諧波傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)多齒嚙合的原理對(duì)設(shè)計(jì)及加工制造工藝提出了非常苛刻的技術(shù)要求，這也是制約國(guó)產(chǎn)諧波減速器性能提升的主要原因。
針對(duì)上述問(wèn)題，王家序帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)根據(jù)國(guó)家重大需求，瞄準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展前沿，在長(zhǎng)期堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)上，通過(guò)嚙合原理、界面力學(xué)、傳動(dòng)摩擦學(xué)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和材料科學(xué)等多學(xué)科創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，系統(tǒng)攻克了精密諧波減速器設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、試驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)，建立了共軛參數(shù)驅(qū)動(dòng)的圓弧齒廓諧波傳動(dòng)設(shè)計(jì)、分析與測(cè)試評(píng)價(jià)體系，成功研制出短杯、超短杯和禮帽型的全系列高可靠精密諧波減速器，形成了3萬(wàn)臺(tái)套以上的諧波減速器年生產(chǎn)規(guī)模，完成了近1萬(wàn)臺(tái)套的諧波減速器銷售規(guī)模。高可靠精密諧波減速器產(chǎn)品已推廣應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，衛(wèi)星指向機(jī)構(gòu)、掃描機(jī)構(gòu)、展開(kāi)機(jī)構(gòu)、控制力矩陀螺等空間機(jī)構(gòu)，以及無(wú)人機(jī)等裝備。
經(jīng)過(guò)專家組驗(yàn)收認(rèn)定，該項(xiàng)目攻克了諧波減速器這一工業(yè)機(jī)器人核心基礎(chǔ)部件的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、試驗(yàn)評(píng)價(jià)以及批量生產(chǎn)、裝配過(guò)程中產(chǎn)品可靠性和一致性等關(guān)鍵共性技術(shù)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的高精度、高剛度、高可靠、長(zhǎng)壽命、高效率、低噪聲、高功率密度的機(jī)器人諧波減速器。為提高我國(guó)企業(yè)自主創(chuàng)新能力，大跨度地提高國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)水平，提升我國(guó)工業(yè)機(jī)器人核心競(jìng)爭(zhēng)力，滿足我國(guó)先進(jìn)制造和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)等工程領(lǐng)域?qū)?guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重大需求提供了關(guān)鍵技術(shù)條件支撐。(雍黎)
