2022年工信部等多部門聯合印發了 《“十四五”機 器人產業發展規劃》，明確提出持續推進機器人產業標準化工作，發 RV 減速器和諧波減速器的先進制造技術和工藝，提升機器人關鍵零部件性能水平，補齊產業發展短板。2023年工信部印發《關于開展2023年工業和信息化質量提升與品牌建設工作的通知》指出提升標準、檢驗檢測、試驗驗證等支撐能力，積極開展機器人零部件等對標驗證，推動高端品質認證。
機器人用精密減速器作為一種動力傳遞裝置，主要將伺服電機的高轉速變換為低速高扭矩的動力輸出，以實現對智能機器人高精度、高效及穩定的運動控制。減速器作為工業機器人三大核心零部件之一，在工業機器人整體的制造總成本中，減速器占總成本比例最大約為 35% 左右。精密減速器作為各種類型機器人不可或缺的核心關鍵零部件之一，其質量要求直接決定了機器人的整體性能水平。
隨著國家對機器人產業的支持力度以及技術創新的持續進步，在機器人用精密減速器領域的國產化進程加速推進，打破了日本哈默納科、納博等外資品牌在國內市場的壟斷局面。但由于機器人用精密減速器檢驗檢測方法不足、質量標準建設落后，針對不同產品的精度等級和檢測方法存在明顯的差異性，企業生產對于質量標準的應用參差不齊，直接影響了國產減速器質量的一致性水平，當前我國精密減速器質量水平和可靠性仍無法滿足高端市場的應用需求，國產機器人在高端應用場景仍依賴國外進口，關鍵核心技術面臨“卡脖子”風險。因此，開展精密減速器檢測標準和質量認證現狀研究分析，指出檢測標準存在的不足，對引導行業標準研制更加符合實際發展需求，為精密減速器優質產品的質量認證及品牌培育提供理論依據。
1、精密減速器市場發展現狀分析
工業機器人用精密減速器種類較多，根據減速器傳動方式的不同，主要分為RV減速器(圖1)、精密行星減速器(圖2)、諧波減速器(圖3)3種類型，不同類型的減速器各有特點，適用于不同的應用場景及負載需求。
目前全球智能機器人產業使用最多的減速器包括RV 減速器和諧波減速器，二者的市場份額占比約為 4∶6，其中RV減速器常用在工業機器人對負載要求高、高傳動效率的環節，而諧波減速器常用在工業機器人對負載較小、傳動精度較高的環節。根據中國證券報的最新分析數據，在2022年我國諧波減速器市場競爭格局中，日本哈默納科市場份額占比最大為 38%，國產綠的諧波市場份額排名第二占比為26%;2022年我國RV減速器市場中，日本行業龍頭納博特斯克市場份額占比最大為 52%，國產雙環傳動市場份額排名第二占比為 15%。此外，目前國產企業雙環傳動、昊志電機、來福諧波、中大力德、綠的諧波、兆威電機等在國內市場份額占比超過 20%。近些年，我國智能機器人精密減速器逐步打破日本、德國等巨頭的絕對壟斷局面，以性價比優勢占據工業機器人行業一定市場份額，但是全球機器人精密減速器高端應用市場仍以日韓、德國等外資品牌占據主導位置。
表 1 為國內外精密減速器主要企業名單，列舉了其主要產品類型和應用領域。從表中可以看出，減速器企業按照減速器剛性和柔性之分，一部分企業專注于諧波減速器生產，另一部分聚焦在 RV 減速器研發，較少有企業兼顧兩者的研發，由于其結構差別比較大、制造工藝質量水平不同有關。從應用領域分析，國外企業減速器主要在工業機器人領域得到廣泛應用，在工業領域技術沉淀時間長，國內減速器企業深入在服務、機床、物流等多領域應用也不斷增加市場份額，同時國內企業通過定制化解決方案逐漸提高了工業領域減速器應用的占比，減少了與日本哈默納科、納博等外資巨頭的差距。此外，目前國內減速器企業也逐漸轉型獨自研發工業機器人，如中大力德、同川科技、大族等，反映出企業技術創新自主研發能力的提升，更好實現精密減速器應用發展。
2、國內外減速器性能與標準研究
性能指標
(1) 諧波減速器。諧波減速器利用彈性變形機制實現傳動，通過波發生器的精確作用，使得柔輪產生可控的彈性形變，進而與剛輪形成穩定的嚙合傳動效率。諧波減速器以其體積小、質量輕、傳動精度高等特點，有效減少機器人系統的質量和體積，進而提升了機器人的運動效能和機動性，在智能機器人行業中占據著重要地位。其獨特的傳動原理和結構設計，使它在高速運轉時仍能維持極高的傳動精度和穩定性，確保機器人在執行精確動作時的平穩性，尤其在高速、高精度要求的機器人應用場景，諧波減速器的優勢更為明顯。如表2所示。
(2) RV減速器。RV減速器采用行星齒輪傳動原理，通過多個齒輪副的復合傳動，實現減速增矩的效果，其具有高剛性、高精度、高傳動效率等方面顯著優勢。RV減速器由于高剛性設計確保其在承受重載時依然保持出色的穩定性和耐用性，有效減少了機器人在工作過程中因受力不均而產生形變或振動問題，由于其高精度傳動特性使得機器人在執行復雜任務時，能夠實現更為精準的控制，進而提升了工作效率和精度，在工業機器人等大負載領域得到廣泛應用。如表3所示。
(3)行星減速器。行星減速器的工作原理基于行星輪系機構，包括太陽輪、行星輪、內齒圈等組成。由于太陽輪、內齒圈均采用分體式設計，便于互換和組合使用，行星齒輪減速器的行星輪系結構具有高承載能力，能夠承受較大的外部載荷，同時太陽輪和內齒圈均采用優質合金材料制造，具有較高的強度和耐磨性。行星減速器作為高精度、高性能、高可靠性的力量傳遞裝置，在機器人汽車制造領域中發揮重要作用。
通過對比分析同型號國內外機器人用減速器性能，可見目前國產精密減速器主要性能基本達到國外頭部企業技術水平。
國外標準現狀
國外企業在減速器領域的技術研究已超過100多年，在減速器的研發、設計與工藝制造方面，歐洲和日本企業具有技術和品牌優勢，在國際市場中處于絕對領先地位。日本擁有強大的制造業實力，憑借精密機床和高端數控加工技術，日本在 RV 減速器細分領域可滿足全球 90% 的市場需求。目前在全球精密減速器市場中，日本納博特斯克、哈默納科企業占據了半壁江山，以納博特斯克公司生產的 RV 減速器為例，該公司占據了全球RV減速器高端市場份額約60%。由于全球減速器高端市場技術壁壘高，德國、意大利、日本等企業憑借質量標準、工藝制造、精度保持性、使用壽命等方面的領先優勢，目前在我國高端應用市場占據絕對優勢，一定程度上造成我國減速器高端應用仍依賴進口。
表 4 所示為國外機器人用減速器領域相關標準，分析可知，國外精密減速器大部分為通用型標準，只有少部分標準名稱是專門針對機器人用減速器，這與減速器最初的應用領域和場景有密切關系。
國內標準現狀
減速器作為工業機器人三大核心零部件之一，工藝制造水平是制約我國機器人技術發展的關鍵，精密減速器精度指標是衡量一個國家科技創新和高端制造水平的重要標志之一。減速器具有市場集中度高、技術壁壘高、品牌壁壘高的特點，國內市場長期被外資品牌占領，近些年依靠國家政策支持，通過國內研發企業對減速器技術持續攻關，產品在國內的市場份額逐步提高，國產替代的發展趨勢日益明顯。目前國產的諧波減速器、行星減速器在傳動精度、扭轉剛度、效率等方面與外資品牌相比差距逐漸縮小，但國產減速器在精度保持性差、使用壽命短、產品性能一致性仍存在質量技術短板，主要受限于制造工藝及材料科學的基礎研究，導致在高端應用市場長期被外資品牌占據。從標準角度分析，目前減速器領域的質量標準體系建設不完善、性能指標評價不規范、檢測標準尚未系統化等原因是直接影響國內產品質量水平的重要因素之一。此外，需要完善質量精度等級認證與評價，為減速器領域的創新發展提供基礎支撐。
由表 5 可知，目前國內制定了許多專門針對機器人用的減速器國家標準，覆蓋諧波、RV、行星、擺線針輪等減速器，標準類別包含技術指標、產品標準、試驗方法標準，近些年國內機器人用減速器領域快速發展，離不開標準體系建設提供重要保障。
減速器檢測標準問題分析
當前我國機器人用減速器產業標準體系建設不足，影響了國產精密減速器邁向智能制造高端市場的發展需求，特別是由于質量標準建設落后，現有國家標準存在產品性能檢測項目不一致、產品質量精度的誤差精度等級分類標準不統一、空程的定義與檢測方法不一致等問題，減速器不同生產企業對于質量標準的理解和應用存在誤區，導致國內產品質量水平參差不齊，制約了減速器產品質量和性能水平的提升。目前機器人減速器相關國家標準中存在的問題如下：
(1)GB/T 30819—2014《機器人用諧波齒輪減速器》和GB/T14118—1993《諧波傳動減速器》，對于諧波減速器的性能指標中，傳動精度等級、空程等級分類方法不一致。
(2)GB/T 30819—2014《機器人用諧波齒輪減速器》和 GB/T 37718—2019 《機器人用精密行星擺線減速器》，性能指標中空程的定義和檢測方法不一致，GB/T 30819— 2014標準中空程與GB/T 37718—2019標準中回差的定義相同，且GB/T 30819—2014中沒有回差的定義和檢測項目，標準之間存在誤區，直接影響及誤導標準的應用與推廣。
(3)GB/T 37165—2018 《機器人用精密擺線針輪減速器》和 GB/T 30819—2014《機器人用諧波齒輪減速器》，在性能檢測指標中空程定義不一致，傳動誤差、空程的精度等級分類及檢測方法不一致，質量標準與應用之間缺乏協同性。
根據最新的《機器人用精密減速器關鍵性能評測報告》顯示，國產精密減速器普遍在傳動誤差、精度保持性、耐久性與壽命與國外先進產品相比仍存在差距。特別在材料與制造工藝、產品質量一致性所涉及的關鍵技術還不成熟，尚未滿足國內高端應用市場需求。如圖 4 所示，國產精密減速器在實際使用中，容易出現齒輪磨損、軸承損壞、制造工藝等方面的質量問題，嚴重影響產品可靠性和使用壽命。
3、國內外減速器質量認證分析
國外現狀分析
當前國產精密減速器產品出口較少，國外 CE、UL、CU—TR 等主流認證機構均未對減速器產品采取強制性的認證要求。但機器人成套產品出口歐洲市場時，需滿足歐盟機械電氣類產品的機械指令、電磁兼容指令、低壓電氣設備指令、REACH 等多個指令要求，進行符合性認證并貼有 CE 認證標志。目前市場準入的常規做法，各國制修訂相關認證規則或標準，作為商品在本國市場流通的必備要求，CE 認證較為嚴格且具備成熟的規范要求，在俄羅斯、韓國等許多國家和地區得到認可。此外，精密減速器產品在海關聯盟成員市場中，出口俄羅斯需滿足機械安全要求并獲取 CU—TR 認證，出口加拿大需要辦理IC認證，特殊的工業產品出口韓國需要獲得 KCs 認證，減速器產品在海灣標準化組織成員國流通時，需要滿足低壓電氣設備、機械安全要求，并獲取 GC 認證。對于新興市場如越南等東南亞各國，由于工業發展基礎較落后，均沒有涉及減速器等高端工業產品的規范和認證要求，當前國產精密減速器以性價比優勢占領東南亞市場具有很好的發展先機。
總體來說，國外仍缺乏專門針對機器人及核心零部件性能與質量安全的相關認證體系，而是把機器人及核心零部件作為機械電氣設備或者電子電氣設備，主要規定產品必須滿足機械電氣設備對人體安全和電磁兼容要求。
國內現狀分析
近些年，隨著機器人產業在國內持續增長，國內針對不同類別機器人及核心零部件認證規則得到了快速發展，機器人產品認證相比于國外具有先發優勢。目前，我國關于機器人領域的相關認證，覆蓋了工業機器人、協作機器人、自動導引車(AGV)多種應用場景的產品，以及包括減速器、伺服電機、示教盒等核心零部件的認證。如：工業機器人及系統的南德認證、機器人可靠性的添唯認證、示教器的添唯認證、工業機器人及精密減速器的浙江制造認證、伺服電機的CQC認證等，均為自愿性的產品認證。
為了實現精密減速器的質量提升，我國針對減速器產品進行相關認證探索，目前較為權威且認可度最高的認證方式，主要包括 CR 認證、方圓認證、企業標準領跑者認證。
(1)CR 認證。機器人 CR 認證是專門針對機器人產品的認證，在國家發改委、認監委、標委會多部門支持下，由中國機器人檢測認證聯盟發布的《工業機器人CR 認證實施規則》，作為目前中國機器人領域最為權威的認證方式，認證領域覆蓋了多種應用場景的工業機器人產品，以及精密減速器、控制裝置、伺服電機等在可靠性、功能安全、信息安全、智能化4個方向，形成從L1到L5 不同等級的認證模式。
(2)方圓認證。方圓認證為中國強制性產品認證指定實驗室，也是中國質量認證中心產品認證委托檢測實驗室，在2013年發布了《減速機質量認證規則》，其包含了擺線針輪減速機、圓柱齒輪減速器及其起重機底坐式減速器，與機器人相關的是擺線針輪減速機，具體認證模式詳見表6。
(3)企業標準領跑者認證。企業標準“領跑者”制度是經國務院批準，由國家市場監督管理總局等 9 部委聯合實施的一項鼓勵性政策，根據 T/CSTE 0283—2022《質量分級及“領跑者”評價要求工業機器人用精密減速器》，由中國標準化研究院組織第三方權威機構評估并發布，對推動企業標準和產品質量進行評估，以三種類型指標評價減速器產品的質量等級，通過認證評估出自身產品是否處于行業前20%質量水平。
以上 3 種認證均為自愿性認證，目前針對減速器認證的發起單位主要包括方圓檢測集團、中國機器人檢測認證聯盟、中國標準化研究院，通過質量認證積極推動減速器產品性能和質量有效提升。針對減速器的認證方式及范圍、認證模式等，具體如表6所示。
4、展望與建議
針對精密減速器開展性能檢測和認證分析，確保產品符合行業質量標準相關要求，保障機器人系統及應用的安全可靠、滿足精度控制要求，對于推動減速器技術創新和保障生產安全起著關鍵作用。同時，通過質量認證分析規范減速器傳動誤差的標準要求，以提升精密減速器的整體性能和可靠性，進一步提高國產機器人在高端應用市場的地位。
通過對現有精密減速器的檢測標準和認證分析可知，目前國家標準對減速器性能測量沒有對負載能力提出明確的界定，針對不同類型減速器如空程、回差，精度等級劃分沒有形成統一的標準與規范。此外，目前機器人用減速器均采用產品類認證，且認證要求高，范圍覆蓋減速器精度、剛度和效率等項目，卻無法評估某指標所處的質量水平，因此提出以下建議：(1)依據國家標準，規范精度等級認證的精密減速器測量技術研究;(2)在認證模式方面，采用產品檢測、工廠檢查以及質量監督相結合的模式;(3)在產品范圍方面，應覆蓋諧波、RV、行星、擺線針輪多種類型減速器，應該統一檢測項目與指標，規范不同產品的精度等級分級模式，圖 5 所示為研究思路與方法。
5、結束語
國產精密減速器正處于快速增長階段，逐步擺脫外資品牌在我國市場的壟斷局面。
本文基于當前國產機器人用精密減速器的質量發展現狀，從減速器細分領域的檢測標準和質量認證角度出發，對比分析國內外減速器性能指標，指出當前國家標準存在的不足，并通過產品質量認證分析，對當前產品的質量認證提供發展思路與建議，不斷完善減速器的檢測方法與手段，為產品的質量提升提供新思路。
針對機器人用精密減速器開展檢測標準和質量認證分析研究，指出減速器標準與產品質量在實際應用存在的不足，為行業標準的制修訂提供新思路，對未來開展減速器產品質量認證提供指導與理論依據。
參考文獻略.