2022年工信部等多部门联合印发了 《“十四五”机 器人产业发展规划》，明确提出持续推进机器人产业标准化工作，发 RV 减速器和谐波减速器的先进制造技术和工艺，提升机器人关键零部件性能水平，补齐产业发展短板。2023年工信部印发《关于开展2023年工业和信息化质量提升与品牌建设工作的通知》指出提升标准、检验检测、试验验证等支撑能力，积极开展机器人零部件等对标验证，推动高端品质认证。
机器人用精密减速器作为一种动力传递装置，主要将伺服电机的高转速变换为低速高扭矩的动力输出，以实现对智能机器人高精度、高效及稳定的运动控制。减速器作为工业机器人三大核心零部件之一，在工业机器人整体的制造总成本中，减速器占总成本比例最大约为 35% 左右。精密减速器作为各种类型机器人不可或缺的核心关键零部件之一，其质量要求直接决定了机器人的整体性能水平。
随着国家对机器人产业的支持力度以及技术创新的持续进步，在机器人用精密减速器领域的国产化进程加速推进，打破了日本哈默纳科、纳博等外资品牌在国内市场的垄断局面。但由于机器人用精密减速器检验检测方法不足、质量标准建设落后，针对不同产品的精度等级和检测方法存在明显的差异性，企业生产对于质量标准的应用参差不齐，直接影响了国产减速器质量的一致性水平，当前我国精密减速器质量水平和可靠性仍无法满足高端市场的应用需求，国产机器人在高端应用场景仍依赖国外进口，关键核心技术面临“卡脖子”风险。因此，开展精密减速器检测标准和质量认证现状研究分析，指出检测标准存在的不足，对引导行业标准研制更加符合实际发展需求，为精密减速器优质产品的质量认证及品牌培育提供理论依据。
1、精密减速器市场发展现状分析
工业机器人用精密减速器种类较多，根据减速器传动方式的不同，主要分为RV减速器(图1)、精密行星减速器(图2)、谐波减速器(图3)3种类型，不同类型的减速器各有特点，适用于不同的应用场景及负载需求。
目前全球智能机器人产业使用最多的减速器包括RV 减速器和谐波减速器，二者的市场份额占比约为 4∶6，其中RV减速器常用在工业机器人对负载要求高、高传动效率的环节，而谐波减速器常用在工业机器人对负载较小、传动精度较高的环节。根据中国证券报的最新分析数据，在2022年我国谐波减速器市场竞争格局中，日本哈默纳科市场份额占比最大为 38%，国产绿的谐波市场份额排名第二占比为26%;2022年我国RV减速器市场中，日本行业龙头纳博特斯克市场份额占比最大为 52%，国产双环传动市场份额排名第二占比为 15%。此外，目前国产企业双环传动、昊志电机、来福谐波、中大力德、绿的谐波、兆威电机等在国内市场份额占比超过 20%。近些年，我国智能机器人精密减速器逐步打破日本、德国等巨头的绝对垄断局面，以性价比优势占据工业机器人行业一定市场份额，但是全球机器人精密减速器高端应用市场仍以日韩、德国等外资品牌占据主导位置。
表 1 为国内外精密减速器主要企业名单，列举了其主要产品类型和应用领域。从表中可以看出，减速器企业按照减速器刚性和柔性之分，一部分企业专注于谐波减速器生产，另一部分聚焦在 RV 减速器研发，较少有企业兼顾两者的研发，由于其结构差别比较大、制造工艺质量水平不同有关。从应用领域分析，国外企业减速器主要在工业机器人领域得到广泛应用，在工业领域技术沉淀时间长，国内减速器企业深入在服务、机床、物流等多领域应用也不断增加市场份额，同时国内企业通过定制化解决方案逐渐提高了工业领域减速器应用的占比，减少了与日本哈默纳科、纳博等外资巨头的差距。此外，目前国内减速器企业也逐渐转型独自研发工业机器人，如中大力德、同川科技、大族等，反映出企业技术创新自主研发能力的提升，更好实现精密减速器应用发展。
2、国内外减速器性能与标准研究
性能指标
(1) 谐波减速器。谐波减速器利用弹性变形机制实现传动，通过波发生器的精确作用，使得柔轮产生可控的弹性形变，进而与刚轮形成稳定的啮合传动效率。谐波减速器以其体积小、质量轻、传动精度高等特点，有效减少机器人系统的质量和体积，进而提升了机器人的运动效能和机动性，在智能机器人行业中占据着重要地位。其独特的传动原理和结构设计，使它在高速运转时仍能维持极高的传动精度和稳定性，确保机器人在执行精确动作时的平稳性，尤其在高速、高精度要求的机器人应用场景，谐波减速器的优势更为明显。如表2所示。
(2) RV减速器。RV减速器采用行星齿轮传动原理，通过多个齿轮副的复合传动，实现减速增矩的效果，其具有高刚性、高精度、高传动效率等方面显著优势。RV减速器由于高刚性设计确保其在承受重载时依然保持出色的稳定性和耐用性，有效减少了机器人在工作过程中因受力不均而产生形变或振动问题，由于其高精度传动特性使得机器人在执行复杂任务时，能够实现更为精准的控制，进而提升了工作效率和精度，在工业机器人等大负载领域得到广泛应用。如表3所示。
(3)行星减速器。行星减速器的工作原理基于行星轮系机构，包括太阳轮、行星轮、内齿圈等组成。由于太阳轮、内齿圈均采用分体式设计，便于互换和组合使用，行星齿轮减速器的行星轮系结构具有高承载能力，能够承受较大的外部载荷，同时太阳轮和内齿圈均采用优质合金材料制造，具有较高的强度和耐磨性。行星减速器作为高精度、高性能、高可靠性的力量传递装置，在机器人汽车制造领域中发挥重要作用。
通过对比分析同型号国内外机器人用减速器性能，可见目前国产精密减速器主要性能基本达到国外头部企业技术水平。
国外标准现状
国外企业在减速器领域的技术研究已超过100多年，在减速器的研发、设计与工艺制造方面，欧洲和日本企业具有技术和品牌优势，在国际市场中处于绝对领先地位。日本拥有强大的制造业实力，凭借精密机床和高端数控加工技术，日本在 RV 减速器细分领域可满足全球 90% 的市场需求。目前在全球精密减速器市场中，日本纳博特斯克、哈默纳科企业占据了半壁江山，以纳博特斯克公司生产的 RV 减速器为例，该公司占据了全球RV减速器高端市场份额约60%。由于全球减速器高端市场技术壁垒高，德国、意大利、日本等企业凭借质量标准、工艺制造、精度保持性、使用寿命等方面的领先优势，目前在我国高端应用市场占据绝对优势，一定程度上造成我国减速器高端应用仍依赖进口。
表 4 所示为国外机器人用减速器领域相关标准，分析可知，国外精密减速器大部分为通用型标准，只有少部分标准名称是专门针对机器人用减速器，这与减速器最初的应用领域和场景有密切关系。
国内标准现状
减速器作为工业机器人三大核心零部件之一，工艺制造水平是制约我国机器人技术发展的关键，精密减速器精度指标是衡量一个国家科技创新和高端制造水平的重要标志之一。减速器具有市场集中度高、技术壁垒高、品牌壁垒高的特点，国内市场长期被外资品牌占领，近些年依靠国家政策支持，通过国内研发企业对减速器技术持续攻关，产品在国内的市场份额逐步提高，国产替代的发展趋势日益明显。目前国产的谐波减速器、行星减速器在传动精度、扭转刚度、效率等方面与外资品牌相比差距逐渐缩小，但国产减速器在精度保持性差、使用寿命短、产品性能一致性仍存在质量技术短板，主要受限于制造工艺及材料科学的基础研究，导致在高端应用市场长期被外资品牌占据。从标准角度分析，目前减速器领域的质量标准体系建设不完善、性能指标评价不规范、检测标准尚未系统化等原因是直接影响国内产品质量水平的重要因素之一。此外，需要完善质量精度等级认证与评价，为减速器领域的创新发展提供基础支撑。
由表 5 可知，目前国内制定了许多专门针对机器人用的减速器国家标准，覆盖谐波、RV、行星、摆线针轮等减速器，标准类别包含技术指标、产品标准、试验方法标准，近些年国内机器人用减速器领域快速发展，离不开标准体系建设提供重要保障。
减速器检测标准问题分析
当前我国机器人用减速器产业标准体系建设不足，影响了国产精密减速器迈向智能制造高端市场的发展需求，特别是由于质量标准建设落后，现有国家标准存在产品性能检测项目不一致、产品质量精度的误差精度等级分类标准不统一、空程的定义与检测方法不一致等问题，减速器不同生产企业对于质量标准的理解和应用存在误区，导致国内产品质量水平参差不齐，制约了减速器产品质量和性能水平的提升。目前机器人减速器相关国家标准中存在的问题如下：
(1)GB/T 30819—2014《机器人用谐波齿轮减速器》和GB/T14118—1993《谐波传动减速器》，对于谐波减速器的性能指标中，传动精度等级、空程等级分类方法不一致。
(2)GB/T 30819—2014《机器人用谐波齿轮减速器》和 GB/T 37718—2019 《机器人用精密行星摆线减速器》，性能指标中空程的定义和检测方法不一致，GB/T 30819— 2014标准中空程与GB/T 37718—2019标准中回差的定义相同，且GB/T 30819—2014中没有回差的定义和检测项目，标准之间存在误区，直接影响及误导标准的应用与推广。
(3)GB/T 37165—2018 《机器人用精密摆线针轮减速器》和 GB/T 30819—2014《机器人用谐波齿轮减速器》，在性能检测指标中空程定义不一致，传动误差、空程的精度等级分类及检测方法不一致，质量标准与应用之间缺乏协同性。
根据最新的《机器人用精密减速器关键性能评测报告》显示，国产精密减速器普遍在传动误差、精度保持性、耐久性与寿命与国外先进产品相比仍存在差距。特别在材料与制造工艺、产品质量一致性所涉及的关键技术还不成熟，尚未满足国内高端应用市场需求。如图 4 所示，国产精密减速器在实际使用中，容易出现齿轮磨损、轴承损坏、制造工艺等方面的质量问题，严重影响产品可靠性和使用寿命。
3、国内外减速器质量认证分析
国外现状分析
当前国产精密减速器产品出口较少，国外 CE、UL、CU—TR 等主流认证机构均未对减速器产品采取强制性的认证要求。但机器人成套产品出口欧洲市场时，需满足欧盟机械电气类产品的机械指令、电磁兼容指令、低压电气设备指令、REACH 等多个指令要求，进行符合性认证并贴有 CE 认证标志。目前市场准入的常规做法，各国制修订相关认证规则或标准，作为商品在本国市场流通的必备要求，CE 认证较为严格且具备成熟的规范要求，在俄罗斯、韩国等许多国家和地区得到认可。此外，精密减速器产品在海关联盟成员市场中，出口俄罗斯需满足机械安全要求并获取 CU—TR 认证，出口加拿大需要办理IC认证，特殊的工业产品出口韩国需要获得 KCs 认证，减速器产品在海湾标准化组织成员国流通时，需要满足低压电气设备、机械安全要求，并获取 GC 认证。对于新兴市场如越南等东南亚各国，由于工业发展基础较落后，均没有涉及减速器等高端工业产品的规范和认证要求，当前国产精密减速器以性价比优势占领东南亚市场具有很好的发展先机。
总体来说，国外仍缺乏专门针对机器人及核心零部件性能与质量安全的相关认证体系，而是把机器人及核心零部件作为机械电气设备或者电子电气设备，主要规定产品必须满足机械电气设备对人体安全和电磁兼容要求。
国内现状分析
近些年，随着机器人产业在国内持续增长，国内针对不同类别机器人及核心零部件认证规则得到了快速发展，机器人产品认证相比于国外具有先发优势。目前，我国关于机器人领域的相关认证，覆盖了工业机器人、协作机器人、自动导引车(AGV)多种应用场景的产品，以及包括减速器、伺服电机、示教盒等核心零部件的认证。如：工业机器人及系统的南德认证、机器人可靠性的添唯认证、示教器的添唯认证、工业机器人及精密减速器的浙江制造认证、伺服电机的CQC认证等，均为自愿性的产品认证。
为了实现精密减速器的质量提升，我国针对减速器产品进行相关认证探索，目前较为权威且认可度最高的认证方式，主要包括 CR 认证、方圆认证、企业标准领跑者认证。
(1)CR 认证。机器人 CR 认证是专门针对机器人产品的认证，在国家发改委、认监委、标委会多部门支持下，由中国机器人检测认证联盟发布的《工业机器人CR 认证实施规则》，作为目前中国机器人领域最为权威的认证方式，认证领域覆盖了多种应用场景的工业机器人产品，以及精密减速器、控制装置、伺服电机等在可靠性、功能安全、信息安全、智能化4个方向，形成从L1到L5 不同等级的认证模式。
(2)方圆认证。方圆认证为中国强制性产品认证指定实验室，也是中国质量认证中心产品认证委托检测实验室，在2013年发布了《减速机质量认证规则》，其包含了摆线针轮减速机、圆柱齿轮减速器及其起重机底坐式减速器，与机器人相关的是摆线针轮减速机，具体认证模式详见表6。
(3)企业标准领跑者认证。企业标准“领跑者”制度是经国务院批准，由国家市场监督管理总局等 9 部委联合实施的一项鼓励性政策，根据 T/CSTE 0283—2022《质量分级及“领跑者”评价要求工业机器人用精密减速器》，由中国标准化研究院组织第三方权威机构评估并发布，对推动企业标准和产品质量进行评估，以三种类型指标评价减速器产品的质量等级，通过认证评估出自身产品是否处于行业前20%质量水平。
以上 3 种认证均为自愿性认证，目前针对减速器认证的发起单位主要包括方圆检测集团、中国机器人检测认证联盟、中国标准化研究院，通过质量认证积极推动减速器产品性能和质量有效提升。针对减速器的认证方式及范围、认证模式等，具体如表6所示。
4、展望与建议
针对精密减速器开展性能检测和认证分析，确保产品符合行业质量标准相关要求，保障机器人系统及应用的安全可靠、满足精度控制要求，对于推动减速器技术创新和保障生产安全起着关键作用。同时，通过质量认证分析规范减速器传动误差的标准要求，以提升精密减速器的整体性能和可靠性，进一步提高国产机器人在高端应用市场的地位。
通过对现有精密减速器的检测标准和认证分析可知，目前国家标准对减速器性能测量没有对负载能力提出明确的界定，针对不同类型减速器如空程、回差，精度等级划分没有形成统一的标准与规范。此外，目前机器人用减速器均采用产品类认证，且认证要求高，范围覆盖减速器精度、刚度和效率等项目，却无法评估某指标所处的质量水平，因此提出以下建议：(1)依据国家标准，规范精度等级认证的精密减速器测量技术研究;(2)在认证模式方面，采用产品检测、工厂检查以及质量监督相结合的模式;(3)在产品范围方面，应覆盖谐波、RV、行星、摆线针轮多种类型减速器，应该统一检测项目与指标，规范不同产品的精度等级分级模式，图 5 所示为研究思路与方法。
5、结束语
国产精密减速器正处于快速增长阶段，逐步摆脱外资品牌在我国市场的垄断局面。
本文基于当前国产机器人用精密减速器的质量发展现状，从减速器细分领域的检测标准和质量认证角度出发，对比分析国内外减速器性能指标，指出当前国家标准存在的不足，并通过产品质量认证分析，对当前产品的质量认证提供发展思路与建议，不断完善减速器的检测方法与手段，为产品的质量提升提供新思路。
针对机器人用精密减速器开展检测标准和质量认证分析研究，指出减速器标准与产品质量在实际应用存在的不足，为行业标准的制修订提供新思路，对未来开展减速器产品质量认证提供指导与理论依据。
参考文献略.