（转自：老司机驾新车）
摆线减速器专家
1、摆线减速器与人形机器人的关系
·与其他减速器的关联：RV减速器采用摆线针轮传动技术，上世纪八九十年代，日本企业在摆线针轮减速器基础上改进结构，发明新型减速器，成为如今工业机器人常用的RV减速器。但现有RV减速器因外形尺寸大，难以覆盖人形机器人各关节，目前人形机器人主要使用谐波减速器。
·应用时间点的原因：过去数年，国内外企业研发人形机器人以大模型算法验证为主，追求机器人能动起来，而非性能。如今发展到提升性能阶段，开始考虑各关节的减速器和驱动方式。且随着人形机器人向实际应用发展，对高性能减速器需求增加，促使摆线减速器在人形机器人应用的探讨。
2、摆线减速器的应用潜力
·尺寸与应用关节：原斯洛伐克斯蒂亚公司（后被美国铁姆肯公司收购）生产的量产摆线减速器，最小可做到40毫米以下，几乎能应用到人形机器人的上下肢每个关节。
·性能提升：相较于谐波减速器，摆线减速器可使输出力矩成倍提升，传动效率提高5% - 10% 。尽管会增加一定重量，但在电池容量不变时，对机器人实际使用影响不大。
3、摆线减速器的重量与尺寸
·重量范围与场景：人形机器人重量跨度大，小型约四五十公斤，大型如国外太空机器人超150公斤。追求任务可靠性的场景，如外太空，可增加重量提升关节性能；大规模工业生产场景，机器人重量75公斤以内较合理。若将谐波减速器全部替换为摆线传动形式，14个关节减速器自身重量增加约百分之三四十以内，但输出力矩翻倍，性能更优。
·与谐波减速器对比：现有的产品样册数据显示，同规格下，摆线减速器比谐波减速器重30% - 50% 。谐波减速器优势在于可与电机集成，重量更轻。摆线减速器虽单产品重，但通过与电机集成、材料变更等方式可进一步轻量化，未来有望控制重量差距，甚至在相同输出力矩下，摆线减速器外径尺寸更小、重量更轻。
4、摆线减速器的精度与背隙
·精度与制造成本：在实际批量生产中，摆线减速器精度取决于加工设备条件和用户需求。若达到与谐波减速器相同精度，制造成本不会比谐波显著高，批量生产时甚至可能更低，因谐波减速器小型化存在难题，外径小于80毫米时，精度及效率断崖式下滑。
·背隙性能：从产品样册看，谐波减速器背隙在所有减速器中最低，但实际应用有载荷时，评价减速器正向和反向传动角度误差的关键指标上，谐波减速器并不比行星减速器优，远弱于摆线传动的减速器。
5、摆线减速器的抗冲击与寿命
·抗冲击能力：谐波减速器最大负载约为额定负载的3.5 - 4倍，摆线减速器可达额定负载十倍以上，且不会损坏。谐波减速器在承受过大瞬间负载时，会产生不可逆塑性变形和疲劳损伤，影响寿命，而摆线减速器实际应用中很少出现此类情况。
·寿命影响因素：谐波减速器是柔性传动，变形量大，对结构寿命影响大，且对制造加工精度和材料（更多实时纪要加微信：aileesir）要求高，国内在游轮轴承材料上与国外有差距，导致寿命不稳定。摆线减速器采用国内常用的轴承钢材料，与国外差距小，寿命相对稳定。
6、摆线减速器的灵活度与噪声
·灵活度表现：摆线减速器应用在人形机器人中减速比普遍偏大（大于50），在做如翻跟斗等动作时会有些吃力。
·噪声水平：行星减速器因精度低，内部间隙大，震动带来噪声大，在人形机器人中应用少。摆线减速器相对于谐波和行星减速器，噪声较小，且在人形机器人应用中，速比在35 - 50之间较为理想，可实现更高输出转速，适应人形机器人爆发应用需求。
7、摆线减速器的功率密度与相关影响
·功率密度对比：功率密度是输出力矩除以自身重量的复合指标，以80毫米外径为例，谐波减速器功率密度约40（额定输出力矩21牛米，重量约500克），斯蒂尼亚80毫米外径摆线减速器额定输出力矩78牛米，重量约1.6公斤，功率密度比谐波减速器高，输出率高三倍以上，但重量可能高2 - 3倍。若14个关节都采用摆线减速器，人形机器人自身重量约增加20% 。
·与电机的关系：人形机器人追求高爆发需更高转速电机，未来可能从径向电机转向汽车常用的轴向磁通电机，但该技术处于转型发展阶段，面临小型化问题。国内一些电机团队在研究100毫米直径以下高能量密度电机，电机效率是人形机器人输出效能的关键。
8、摆线减速器的成本
·成本分析：现有量产谐波减速器每个关节平均成本在2000元以内，国内部分产品如绿地可能在1000 - 1500元，中长期批量下有望降至1000元以下。摆线减速器制造和装配难度不大，虽零件多，但国内轴承制造技术成熟，关键零件制造成本与谐波减速器相当，量级差不多，不会增加额外成本。年产量达10万台以上甚至百万台级别时，100毫米以下摆线减速器单台售价控制在1500以内没问题，但需时间丰富自主研发的专用设备。
·设备情况：摆线减速器加工设备为传统齿轮加工设备，与谐波减速器相比无特别之处，最后一道工艺为磨削设备。目前国内外企业多使用通用设备，因无需求，经济性不强，未来需专用磨削设备并简化工序，实现低成本制造。
9、摆线减速器的结构设计
·结构设计重点：摆线有多种传动形式，面向人形机器人应用，重点是与电机结合，选择合适结构形式，集成成高功率、高扭矩、高效率的电动执行器，这需要测试数据积累。
·避免磨齿工艺：部分公司通过结构设计避免磨齿，采用滚齿滚压、抛光等工艺替代，提升零件质量，但可能牺牲一定精度，影响噪声，在家庭非工业应用场景中需权衡，工业场景影响相对较小。
10、摆线减速器的产业分工与竞争
·产业分工：国内人形机器人厂商目前以控制为主，减速器和电机为集成产品。未来可能通过布局、收购等方式参与核心零部件生产制造。从技术层面看，做电机和做减速器企业结合可行，但自主研发周期长，合作联合方式发展更快，从成本控制角度，拥有成熟产业链能更好稳定提供高品质产品。
·与行星减速器竞争：行星减速器制造成本长期最低，为标准化生产。相同售价下，摆线减速器可控制性能比行星好，但摆线需克服传动效率问题。行星在负载自重比和传动效率上有优势，但摆线在人形机器人多个关节，尤其是上肢方面，更具全系列化竞争优势。
11、摆线减速器的技术壁垒
·设备难点：摆线减速器技术壁垒与谐波类似，关键在于低成本制造的专用设备，尤其是小型零件加工设备。因机床精度限制，小型化过程中面临技术难点，目前无成熟专用生产小尺寸摆线减速器设备，国外机床公司多考虑产品通用性，专用设备研发少且价格贵。
·材料优势：摆线减速器采用普通轴承材料，与国内高铁所用材料类似，与国外几乎无差距，不像谐波减速器在柔轮等材料上存在配方讲究和差距。
QA
Q:摆线减速器和RV减速器的关系是什么，为什么当前摆线可以在人形机器人上有应用，而前两年探讨人形机器人减速器时多考虑谐波和行星减速器？
A:RV减速器使用的核心传动技术是摆线针轮传动技术，该技术诞生于上世纪30年代左右，最初采用THV型摆线针轮传动结构。上世纪八九十年代，随着工业机器人崛起，日本企业在摆线针轮减速器基础上改进结构，发明了新型RV减速器。目前市面上工业机器人等使用的摆线传动减速器以RV减速器为主。但现有的RV减速器产品外形尺寸普遍较大，难以覆盖人形机器人各个关节的应用场景，如量产产品中最小的RV6E系列外径尺寸超过120毫米，在人形机器人腿部、下肢和上肢很多地方难以应用，所以目前人形机器人使用的减速器还是以谐波减速器为主。过去数年，国内外企业对人形机器人的研发以大模型算法验证为主，追求让机器人能动起来，并非以追求机器人自身性能为主。到现在，未来要提升人形机器人输出性能，就需考虑每个关节使用何（更多实时纪要加微信：aileesir）种减速器和驱动方式。近年开始讨论摆线减速器在人形机器人中的应用，是因为进入了提升人形机器人性能以及实际产品落地阶段，需要进行机械结构设计优化。
Q:从固有属性和原理来讲，摆线减速器能解决或替代人形机器人的哪些部位，其应用空间如何？
A:目前市面上原斯洛伐克斯蒂亚公司（后被美国铁姆肯公司收购）生产的量产摆线减速器产品中，最小的可以做到40毫米以下，几乎可以应用到人形机器人的上肢、下肢等每个关节。过去企业未大量采用该公司的减速器产品，主要原因是其减速器相对重量较重，而过去主要以验证机器人算法等为主，不追求性能。现在优化机器人输出参数时，可以考虑摆线减速器，因为相较于现有谐波减速器，它可以带来输出力矩成倍提升，传动效率也有大概5%- 10%的提升，在增加重量的前提下，不一定会过多影响机器人实际使用情况。
Q:如果摆线减速器应用到人形机器人上肢，需求方想要追求的直径和重量大概是多少，头部企业能做到的直径和重量大概是多大？
A:现有人形机器人自身重量跨度较大，小型的可能四五十公斤，大型的如国外研究机构和航空局应用的太空机器人超过150公斤，这要根据实际应用场景来定。如果追求执行任务的可靠性，如在外太空环境，可通过增加重量提高每个关节性能参数；如果用于大规模工业生产替代人工进行重复性劳作，个人认为机器人重量在75公斤以内比较合理。若将14个关节的谐波减速器全部替换成摆线传动形式，关节减速器自身重量增加大概在百分之三四十以内，但能带来输出力矩翻倍、效率更高等性能提升。
Q:同规格下，摆线减速器比谐波减速器重30%吗？未来重量差距有无可能缩小甚至打平或仅重10%？
A:现有的产品样册上的数据显示，摆线减速器普遍比谐波减速器重在30%- 50%。单做摆线减速器，其重量会比谐波减速器多，但如果跟电机集成，减少一些零件，以及进行材料变更，可进一步轻量化。最终量产产品希望能控制在不超过谐波减速器30%。从技术上看，如果追求相同的输出力矩，摆线减速器外径尺寸比谐波减速器小很多时，重量甚至比谐波轻。对于输出力矩要求不高的灵活机械应用，用更小系列的摆线减速器可实现对谐波减速器输出力矩的等效替换，有机会缩小重量差距。
Q:摆线减速器与谐波减速器在精度上的差异如何？
A:这取决于实际批量生产时加工设备的条件以及用户需求和接受程度。若达到与谐波减速器相同精度条件，摆线减速器制造成本不会比谐波显著高，批量生产时甚至可能更低。因为谐波减速器在小型化过程中有一系列难题未解决，外径尺寸小于80毫米时，其精度及效率等指标断崖式下滑。
Q:摆线减速器与谐波减速器在背隙方面，哪种更小，且谐波理论分析与实际应用是否有差异？
A:从产品样册上看，谐波减速器背隙在所有减速器中最低，但实际应用中有载荷，评价减速器正向和反向传动过程中产生角度误差的关键指标是加了正- 3%额定负载情况下的实质损失。从这项指标看，谐波减速器并不比行星减速器优，远弱于摆线传动的减速器，所以理论分析与实际应用有差异。
Q:在控制扭矩不变时，摆线减速器的抗冲击力是否无论规格、扭矩和精度如何都比谐波强？
A:是的，谐波减速器普遍最大负载是额定负载的3.5- 4倍，摆线减速器可达到额定负载的十倍以上且不会损坏。谐波减速器在受到瞬间巨大负载时会产生不可逆的塑性变形和内部疲劳损伤，影响寿命，而摆线减速器在实际应用中很少出现这种情况。
Q:摆线减速器的抗冲击力对其寿命有何影响，与谐波减速器寿命相比如何？
A:谐波减速器是柔性传动，有较大变形量，对其结构寿命有较大影响，且对制造加工精度和材料要求高。其游轮、轴承材料与国外有差距，导致寿命不太稳定。摆线减速器采用国内常用的轴承钢材料，与国外差距较小，在寿命方面更有优势。
Q:摆线减速器装到关节上，是否会像行星一样不灵活，且噪声大？
A:在灵活性方面，如果指动作顺滑程度、起步过渡和加速过程，摆线减速器在人形机器人中减速比普遍偏大（大于50），做一些动作（如翻跟斗）会比较吃力。在噪声方面，行星减速器噪声大是因为精度低、内部间隙大导致震动产生噪声，摆线减速器相对于行星和谐波在噪声方面较小。摆线减速器在速比为35- 50之间时，是比较理想的人形机器人应用速比，可做到更高输出转速，适应人形机器人对爆发应用的需求。
Q:除了直径、重量，是否有扭矩密度或功率密度指标，该指标做到什么水平在软件应用上较好？
A:该指标是复合指标，是把输出的力矩除以自身重量。以80毫米外径为例，谐波减速器普遍较占优，其额定输出力矩21牛米左右，自身重量平均约500克，功率密度约40；斯蒂尼亚80毫米外径的摆线减速系列，额定输出力矩78牛米，自身重量约1.6公斤，功率密度比谐波减速器高，输出率高三倍以上接近四倍，但重量可能比谐波高2- 3倍。若14个关节都增加摆线减速器，会让人形机器人自身重量增加20%左右，是否接受这些指标取决于对人工智能性能的需求。
Q:人形机器人增重后，从性能匹配上是否需要增加电池容量或能量密度，和电机有什么关系？
A:电池是一方面，电机才是关键。人形机器人追求高爆发需要更高转速的电机，未来会使用汽车上应用较多的轴向磁通电机，该技术处于转型发展阶段，也在面临小型化过程。国内一些做电机的团队在研究100毫米直径以下的高能量密度电机，电机效率是影响人形机器人输出效能的关键。
Q:从材料加制造成本看，摆线和谐波在合适体量（如10万个）时成本情况如何，摆线是否比谐波贵，贵多少？在中长期批量（百万台人形机器人对应千万个谐波）情况下，摆线有希望降到1000元以下吗？
A:现阶段量产谐波每个关节平均成本在2000元以内，国内绿地的价格在1000- 1500元，中长期批量后预期能降到1000元以下。用摆线做替代方案可行，虽然摆线减速器零件多，尤其是轴承配置方面，但国内轴承制造技术成熟，不会带来太多成本增加。摆线减速器关键的两个齿轮零件制造成本与谐波减速器的柔轮和刚轮相当，成本应在差不多数量级，不会增加额外成本。当年产量达到10万台以上甚至百万台级别，做100毫米以下的摆线减速器，控制单台售价在1500元以内没问题，但需要时间丰富自主研发的专用设备。
Q:现在是否有知名厂家生产摆线的核心设备，摆线有没有像滚齿机这样名字的核心设备？
A:摆线的设备可理解成传统的齿轮加工设备，相对于谐波减速器没有特别之处。要保证摆线零件加工精度，最后一道工艺是磨削设备，滚齿机只能用于粗加工或半精加工。谐波减速器加工材料硬度在HRC30- 35之间，有较多加工方案选择；摆线减速器更接近传统齿轮，用的高硬合金钢材料热处理后硬度达60度以上，唯一加工手段是磨削。目前国内外企业因无相关需求，大多使用通用设备，需要专用的磨削设备，尤其是将多道工具集成在一台机床实现低成本制造是未来关键，现有的情况导致经济性不强。
Q:面向人形的摆线结构设计主要指什么，是要去掉什么东西，还是形状等方面的设计？
A:摆线有至少4种常见传动形式，面向人形机器人应用，重点是在与电机结合时选择合适的结构形式，将其与电机更好集成成能输出更高功率、更高扭矩、更高效率的电动执行器，这需要测试数据的积累来选择最优配置方案。
Q:有公司通过结构设计避掉磨齿，这是如何实现的，会有什么影响？
A:避免磨齿需要在材料选择上不进行让表面硬度变高的热处理，因为热处理会使零件产生微量变形和表面粗糙度变化。若避免磨齿，需用其他工艺替代磨齿提升零件质量的效果，比如滚（更多实时纪要加微信：aileesir）齿滚压或抛光手段。这种做法建立在很多人认为摆线或谐波减速器在人形机器人应用中对精度要求不高的认知基础上，但精度与噪声有关联，精度越低噪声越大，在非工业应用场景中，噪声过大影响较大，而工业场景影响不大。
Q:用滚针替代摆线会对性能产生哪些影响？
A:在摆线针轮传动形式中，使用滚针会让曲面摩擦性质更接近滚动，使传动效率提高；若不使用滚针，传动效率会比较低。对于所说的情况，可能是某种自主专利的结构方案，因为摆线传动在执行传动方面有多种选择。
Q:摆线直径60毫米、重量控制在三百多克，这算较强水平吗，能否用于人形机器人，现在大部分企业能否做到？
A:外径60毫米、300克完全没问题。判断其水平高低需看加上电机后的整体重量，单独看摆线传动，300克放在60毫米尺度下不算特别高。应将其与电机关节总成后，对比谐波加上电机的总成，在关节模组基础上测试输出扭矩、效率、温升、发热、噪声等指标，因为单独看机械传动装置，很多参数难以在相同条件下进行一对一比较。
Q:从实际研发设计到量产配套客户需求的角度，电机、传动和总成厂的分工应如何看待？
A:可以参考传统工业机器人的发展技术路线。国内人形机器人厂商目前以控制为主，减速器和电机是集成产品，未来可能会布局、收购或参与另外两大核心零部件的生产制造。目前有做电机的企业并购做减速器的企业生产模块化产品，也有相反的结合方式。从技术层面可行，但自主研发耗时较长，电机技术专业做电机的人更能解决问题，更好的方式是形成联合，若能完全控制成本，将三样东西掌握在自己手上或有成熟产业链稳定提供高品质产品更佳。
Q:摆线结构、行星结构与丝杠在性能、成本方面如何比较，各自的应用领域是怎样的？
A:人形机器人有减速器加丝杠和全部用减速器（旋转关节）两种结构配置方案，它们面向的应用场景不同，对机器人运动控制算法是不同的技术路线。业内普遍认为减速器加丝杠会带来更高性能，但控制更难。目前国内一些以验证算法为主的企业采用纯旋转关节方案设计机器人本体。未来，工厂或工业应用追求高性能时可能采用减速器加丝杠，尤其是行星滚柱丝杠。过去T型丝杠传动效率低，近两年行星滚珠丝杠面临低成本生产竞争的快速发展阶段，可能很快会有新的头部企业出现。
Q:特斯拉将部分结构改成摆线，会影响控制层面和算法层面的东西吗？
A:结构换成摆线不会影响，因为都是旋转关系。
Q:摆线有机会替代行星吗？行星和摆线该如何看待？
A:从制造成本来说，行星各方面成本长期以来一直最低，因其为标准化生产。若拉到相同售价，摆线性能可比行星好。行星的负载自重比和传动效率天生较高，摆线需克服传动效率问题。若要摆线替代谐波，需在人形机器人多个关节甚至上肢阶段应用，而行星较难进行全系列化竞争。
Q:摆线的壁垒和具体难点体现在哪些方面？
A:摆线面临的技术壁垒与谐波几乎完全一样，难点在于低成本制造的专用设备，尤其是小型零件。核心传动件是两个齿轮，在缩小外径时，因机床本身精度限制零件制造误差，小型化过程中技术难点与谐波相同。
Q:是否需要靠自己定制化开发专用设备，海外有无顶尖设备？
A:最终一定需要自己定制化开发专用设备。像RV里面的头部企业不二越，其核心设备一直在日本，在国内只是进行关键零件的装配，核心加工设备都在国外。
Q:现在有无成熟的专用生产小一点摆线的设备？
A:过去工业用的RV减速器没有外径小于120毫米的需求，也就没有这方面高精度设备。研发新产品有周期，现在订设备订货周期1- 2年起步，而人形机器人发展周期短，变化快。此外，国外机床公司卖设备更多考虑通用性，很少针对企业研发专用设备，且专用设备集成功能后价格更贵。
Q:摆线的材料在配方上有讲究吗？
A:摆线的材（更多实时纪要加微信：aileesir）料非常通用，是常规的轴承材料，和国内高铁采用的材料几乎一样，在这方面国内与国外几乎没有差距。
