昊志機電：專注諧波減速器研發(fā) 助力機器人智能化升級

文/拓曉瑞

2006年12 月，廣州市昊志機電股份有限公司（以下簡稱“昊志機電”）在廣州開發(fā)區(qū)永和經(jīng)濟區(qū)正式成立，是一家專業(yè)從事高精密機電一體化核心功能部件研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、銷售與維修服務(wù)的環(huán)保型高新技術(shù)企業(yè)。2016年3月，昊志機電在深交所創(chuàng)業(yè)板上市。公司以中高端數(shù)控機床及機器人核心功能部件，新能源汽車和節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的燃料電池壓縮機、曝氣鼓風機、直驅(qū)類高速風機等產(chǎn)品為核心，以精密零配件制造為支撐，以配套維修服務(wù)為特色，通過堅持不懈的技術(shù)攻關(guān)和持之以恒的品質(zhì)管理，構(gòu)建了數(shù)控機床和機器人核心功能部件及直驅(qū)類高速風機三大業(yè)務(wù)板塊，研制了包括諧波減速器、燃料電池壓縮機、曝氣鼓風機、直驅(qū)類高速風機、數(shù)控金屬/玻璃雕銑機電主軸、數(shù)控車床主軸/電主軸、超聲波電主軸等數(shù)十個系列上百種產(chǎn)品，并穩(wěn)步向其他核心功能部件行業(yè)擴張。

專注創(chuàng)新 長期深耕

一直以來，昊志機電高度重視研發(fā)創(chuàng)新工作，其研發(fā)投入占營業(yè)收入年均達10%以上，通過加大研發(fā)投入力度、搭建創(chuàng)新服務(wù)平臺、引進高端創(chuàng)新人才、完善科研創(chuàng)新體制等措施，大大提升了產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新能力，掌握了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機器人核心技術(shù)，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。截至2019年年底，公司研發(fā)人員達240人，占員工總?cè)藬?shù)的19%，打造了一支研發(fā)實力強、結(jié)構(gòu)梯隊比較合理的科研人才隊伍。公司堅持走自主創(chuàng)新道路，承擔了工業(yè)強基2016專項、2017國家重點研發(fā)計劃“重大科學儀器設(shè)備開發(fā)”重點專項等多個國家級和省部級項目，成功掌握了超高速氣體靜壓軸承設(shè)計技術(shù)、高速電主軸振動抑制技術(shù)、防塵密封技術(shù)、高精度直驅(qū)電機技術(shù)等先進技術(shù)，擁有有效授權(quán)專利493項，其中發(fā)明專利73項，獲得國家專利獎優(yōu)秀獎1項。

昊志機電辦公大樓

昊志機電市場總監(jiān)孟治國先生（右四）上臺領(lǐng)獎現(xiàn)場

昊志機電諧波減速器榮獲2019年中國國際機器人“創(chuàng)新產(chǎn)品獎”頒獎現(xiàn)場

為進一步提升公司科研能力，更好地滿足生產(chǎn)需求，公司從國內(nèi)外引進500多臺先進機床設(shè)備，并通過設(shè)計科學合理的工藝流程及無數(shù)次的試驗和摸索，不斷優(yōu)化工藝路線和工藝參數(shù)，提升過程控制能力，形成了精密微孔加工技術(shù)等一系列國內(nèi)領(lǐng)先、成熟穩(wěn)定、合理高效的精密加工技術(shù)。此外，公司制定了完整的裝配流程和工藝規(guī)范，對裝配流程中每一程序所用工具、檢具及裝配、檢測方法、技術(shù)規(guī)格等進行嚴格要求和控制，在確保整機性能的基礎(chǔ)上，可靠地完成原材料的硬度、組織、力學性能以及產(chǎn)品或零配件的外形、粗糙度、精度、輸出性能、質(zhì)量平衡性、電氣性能等各項參數(shù)的測試和檢驗，保證了產(chǎn)品的一致性和可靠性。

攻堅克難 結(jié)出碩果

諧波減速器研發(fā)是昊志機電重點科研攻關(guān)項目，在項目研發(fā)過程中，科研人員遇到了諸多技術(shù)難題：

一是諧波減速器的柔剛輪齒形設(shè)計問題。齒形設(shè)計的好壞直接關(guān)系到諧波減速器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性、回轉(zhuǎn)精度和使用壽命，研發(fā)團隊從諧波減速器中柔輪的運動原理出發(fā)，結(jié)合仿真分析以及數(shù)學上的高斯擬合推算出了剛輪的齒形，再利用共軛原理推導出了柔輪的齒形，然后經(jīng)過一定的修形手段最終確定了齒形輪廓。這種輪廓與其他品牌的齒廓相比具有嚙合率高、零側(cè)隙的優(yōu)點。

二是諧波減速器回轉(zhuǎn)精度問題。雖然通過齒形設(shè)計在理論上保證了諧波減速器有很高的回轉(zhuǎn)精度，但在實際加工過程中，不可避免地出現(xiàn)各種各樣的加工誤差，使得在裝配成整機的時候出現(xiàn)了諧波減速器回轉(zhuǎn)精度差的問題。為解決這一問題，研發(fā)團隊運用灰色系統(tǒng)理論找到了對回轉(zhuǎn)精度影響較為關(guān)鍵的幾個零部件，并對其加工精度進行了準確的控制，采用面包板數(shù)據(jù)中切片的方法將耦合在一起的數(shù)據(jù)進行分割，最終找到了一套合理的裝配準則，形成了回轉(zhuǎn)精度較高的諧波減速器。

三是諧波減速器壽命問題。由于柔輪在工作中會出現(xiàn)周期性的變形，導致在實際工作過程中柔輪很容易出現(xiàn)疲勞斷裂，嚴重影響產(chǎn)品使用壽命。為提高諧波減速器使用壽命，研發(fā)團隊從材料疲勞斷裂的微觀本質(zhì)出發(fā)，采用了合理的熱處理工藝，使得柔輪材料的晶粒度更精細，材料內(nèi)部的晶格缺陷更少，同時也盡最大可能消除材料內(nèi)部的位錯源，通過使用合理的表面處理使得晶粒的取向和其受力方向一致，在保證柔輪材料具有足夠韌性的同時，又提高了強度，大大提升了諧波減速器的使用壽命。

昊志機電研發(fā)的諧波減速器系列

昊志機電在諧波減速器研發(fā)過程中，積極響應(yīng)政府關(guān)于機器人發(fā)展的政策和要求，重點圍繞機器人關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化進行技術(shù)攻關(guān)，目前已開發(fā)出一系列機器人用的諧波減速器，基本上滿足了工業(yè)機器人對于諧波減速器的需求。將人工智能里面的算法引入到諧波減速器的設(shè)計、加工和裝配上來，使得傳統(tǒng)的一些解析方法無法確定的難題得到了攻克。比如，將灰色系統(tǒng)理論應(yīng)用到諧波減速器的整機回轉(zhuǎn)精度技術(shù)攻關(guān)上，將機器學習應(yīng)用到諧波減速器的壽命預(yù)測上，將正交試驗和面包板數(shù)據(jù)應(yīng)用到諧波減速器的裝配規(guī)則上。經(jīng)過全體科研人員的不懈努力，最終開發(fā)出在回轉(zhuǎn)精度和壽命上達到國際先進水平的諧波減速器，打破了國外產(chǎn)品壟斷，降低了國內(nèi)工業(yè)機器人生產(chǎn)成本，有力地促進了我國工業(yè)機器人的發(fā)展。公司諧波減速器與主流品牌指標對比具體見表1、表2：

表1 昊志機電諧波減速器與主流品牌減速器傳動精度對比

表2 昊志機電諧波減速器與主流品牌減速器壽命對比

政企合作 未來可期

新冠肺炎疫情的爆發(fā)，在給人民生產(chǎn)和生活帶來嚴 重負面影響的同時，也為工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展和重塑智能經(jīng)濟生態(tài)提供了難得的契機，未來幾年，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)有望迎來新一輪增長，企業(yè)“機器換人”步伐加快，無人車間、無人工廠將不斷涌現(xiàn)，智能經(jīng)濟時代加速來臨。

但是，從廣東機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，也存在一些迫切需要補齊的短板。一是工業(yè)機器人核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件比較欠缺。目前廣東人工智能單位70%專注于應(yīng)用層、19%專注于技術(shù)層，核心理論研究基礎(chǔ)薄弱，在核心零部件方面比如工業(yè)機器人嚴重依賴的芯片90%以上依賴進口，機器人裝機方面需要的伺服電機、減速器和驅(qū)動器80%仍依賴進口。二是工業(yè)機器人專業(yè)人才結(jié)構(gòu)性缺失。主要表現(xiàn)為，廣東工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)人才需求大于供給，既懂技術(shù)又懂管理的高端復(fù)合型人才比較缺乏。三是工業(yè)機器人相關(guān)企業(yè)配合不緊密，缺乏數(shù)據(jù)、平臺和標準的支撐。目前廣東工業(yè)機器人企業(yè)之間的通信標準往往不兼容，使得相互之間無法互通，形成了一個個的“信息孤島”，無法滿足人工智能技術(shù)對優(yōu)化建模數(shù)據(jù)的需求。

昊志機電作為我省工業(yè)機器人關(guān)鍵部件重點研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)之一，擁有較強的研發(fā)生產(chǎn)能力，在業(yè)界具有較高的知名度和影響力，為推動全省工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了積極的貢獻。今后，公司將按照國家和廣東省有關(guān)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決策部署，把加快推進工業(yè)機器人關(guān)鍵零部件、重大裝備等核心技術(shù)攻關(guān)作為一項重要任務(wù)持續(xù)推進，力爭在更多方面取得突破，有力支撐全省機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開政府在政策上的大力扶持，特別是需要加強政產(chǎn)學研用的合作，形成縱向聯(lián)動、橫向協(xié)同的發(fā)展模式，共同推進產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)，促進科研成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展新動能、新優(yōu)勢。為此，昊志機電建議政府科技管理部門發(fā)揮好統(tǒng)籌協(xié)調(diào)作用，聚焦廣東工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展短板與不足，進一步強化政策支持力度，培育良好的機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。一是加大研發(fā)投入力度，力爭在核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件方面加快取得突破。重點要發(fā)揮好大企業(yè)研發(fā)核心技術(shù)的領(lǐng)軍作用，支持企業(yè)與高等院校、國家重點實驗室聯(lián)合開展工業(yè)機器人核心基礎(chǔ)軟硬件技術(shù)攻關(guān)，掌握一批核心技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。二是推進工業(yè)機器人公共平臺建設(shè)。重點加快工業(yè)機器人檢驗評測、產(chǎn)品認證、知識產(chǎn)權(quán)等專業(yè)技術(shù)平臺建設(shè)，大力發(fā)展互聯(lián)化、服務(wù)化、定制化的協(xié)同設(shè)計云公共服務(wù)平臺，建設(shè)工業(yè)機器人基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與安全檢測平臺等基礎(chǔ)支撐平臺，進一步完善技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)、質(zhì)量等標準體系。三是加大招才引智力度。面向海內(nèi)外引進一批工業(yè)機器人領(lǐng)軍人才、戰(zhàn)略科學家和技術(shù)研發(fā)人才，集聚工業(yè)機器人高端智力資源。通過整合利用資本、人才、技術(shù)、平臺等各類機器人創(chuàng)新資源和要素，全鏈條、系統(tǒng)性推進機器人技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，孵化出更多優(yōu)秀的機器人項目，進一步提升廣東工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)外的競爭力和影響力。