工业机器人为什么要用到减速机？

2025 年 1 月 8 日新闻和资讯 890

在工业机器人领域，刚开始接触机械领域的同学可能会好奇：为什么不直接用电机来控制机器人的关节运动呢？其实，工业机器人的动力源通常是交流伺服电机，它能够根据脉冲信号灵活调节转速，那么加上减速机是否显得多此一举呢？今天，我们就来揭秘减速机的神秘面纱，分析它在工业机器人中的重要作用。

什么是减速机？

根据维基百科的定义，减速机是一种独立的闭式传动装置，主要用于降低转速并增大扭矩，以满足各种机械工作的需求。那么，为什么需要降低转速和增大扭矩呢？让我们通过齿轮运动来一探究竟。

在分析齿轮的功率计算时，可以将齿轮想象成一个杠杆。齿轮的接触点是杠杆的力臂末端，而齿轮的圆心则是杠杆的支点。通过这样的简单化，我们可以得出一个公式：在相同功率下，转速与扭矩成反比。因此，减速机的设计正是为了降低转速的同时提高扭矩，确保机器能够在各种工况下稳定运行。

工业机器人的实际需求

让我们看看工业机器人的实际需求：

>> 承受重力扭矩：工业机器人的关节需要承受后端机构因重力产生的扭矩，这对减速机提出了高要求。

>> 稳定的转速：这些关节的转速通常不高，伺服电机在极低速度下运转会导致控制不稳定，因此需要减速机来保持电机在合理转速下平稳运行。

>> 高精度要求：高精度的定位和重复定位是工业机器人完成任务的必要条件，减速机在此过程中发挥了重要作用。

为了解决以上问题需要在扭矩、电机转速和精度三方面找到有效的解决办法，而减速机就能轻松解决这些问题。

通过使用减速机，例如一个50:1的减速机，可以将额定100mNm的电机扭矩提升至5Nm。如果直接使用5Nm的电机，则需要更大体积以保证输出功率，并且电流增大会导致电机过热，缩短使用寿命。而使用减速机的电机发热量仅为原来的1/2500，极大提升了运行的安全性与可靠性。

控制精度的提升

工业机器人关节的转速通常只有每秒一两转，而一台额定100mNm的电机可轻松达到6000转/分钟。虽然增加电压可以提高转速，但必须考虑轴承和转子的承受能力。使用减速机后，转速控制会更加精确，减少因量化产生的高频噪声，使运动更加平稳。减速机使得转子等效的转动惯量提高到了2500倍，增强了控制环路的稳定性。

应用案例

在关节型机器人中，常用的减速机有：RV减速机、谐波减速机、环面包络蜗轮蜗杆减速机。RV减速机具有较高的刚度和回转精度，适合在重负载位置使用，而谐波减速机则多用于小臂、腕部等位置。环面包络蜗轮蜗杆减速机天然90°输出的结构，多齿啮合的设计也让其具有极大的扭矩和精度，也很适合在各类型关节处，目前在灵巧手关节处，也有他们的身影，其成本相较于RV减速机较低。它们各自的设计特点，使得工业机器人能够在不同的作业场景中展现出优越的性能。