谐波减速器结构、型号、竞争格局及企业性能指标对比分析

工程与艺术的结晶。

减速器又称减速机，在原动机和工作机或执行机构之间起降低转速和增加扭矩 的作用，主要应用在机械传动领域。通常减速器把电动机、内燃机等高速运转 的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传 递更大的扭矩，以实现原动机和执行机构之间的传动。 按照控制精度划分，减速器可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动减 速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器回程间隙 小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端 领域。精密减速器种类较多，主要包括谐波减速器、RV 减速器、精密行星减速 器等。

谐波减速器是目前人形机器人关节旋转执行器的主流方案。谐波减速器具有体 积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间下正常工作的优点，但相比 RV 减 速器、精密行星减速器，负载能力不足。目前人形机器人负载需求较低，但对 执行器的体积、重量、控制精度等指标有较高要求，因此谐波减速器是目前人 形机器人关节旋转执行器的主流方案，未来随着降本需求，在一些精确度或减 速比需求不高的关节，也有可能替换为行星减速器。以特斯拉 Optimus 初代产 品为例，其共有旋转关节 14 个，包括肩部 6 个、肘部 2 个、腰部 2 个、髋部 4个；每个旋转关节均由无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器构成。 人形机器人未来或为谐波减速器带来超千亿的新增市场。参考特斯拉方案，假 设 2024 年起人形机器人实现从 0 到 1 的跨越，且谐波减速器价格随着用量的提 升呈逐步下降趋势，根据预测，到 2030 年人形机器人产量有望达到 66 万台， 对应谐波减速器市场将由 2024 年的 0.9 亿元增长至 115 亿元，远期当人形机器 人的产量进一步提升到千万台级别时，对应谐波减速器的市场规模将达到千亿 级。

目前全球主要谐波减速器厂家均采用和哈默纳科较为类似的分类方式：根据柔 轮设计不同，将型号分为杯型(Cup，命名中一般带有字母 C，在部分企业的型 号命名规则中也直接省略)、帽型（Hat，命名中一般带有字母 H）两种大类。 两种柔轮的顶部均为柔性齿轮，区别在底部的刚性部分：杯型柔轮其底部为杯 底结构，帽型柔轮底部为中空外翻型结构。

在柔轮一致的情况下，根据产品零部件集成程度，一般分为元件型和模组型 （组件型），其中：

元件型只包括谐波减速器三大基本零部件，柔轮、钢轮及波发生器，给予使 用者最大程度的设计自由度；模组型是在元件型的基础上增加了支撑轴承及相应的输入输出结构，以提高 产品的易组装性。

全球市场中，除了基础款帽型、杯型谐波减速器外，还有众多衍生型号，例如： 高扭矩型（命名中一般带字母 G）：相比基础款谐波减速器，在保持尺寸和 重量不变的情况下，提供更高的扭矩标准。 短筒型（命名中一般带字母 D）：又称超薄型，柔轮长短较基础款较短，从 而降低产品整体厚度，但会牺牲一定的性能； 轻量型（命名规则不统一）：相比基础款谐波减速器，在保持尺寸和峰值扭 矩不变的情况下，降低产品的重量； 帽型谐波减速器根据其输入输出结构不同，又可分为中空型（内部中空便于 内部走线）、输入轴型（波发生器自带输入轴）等。杯型谐波减速器柔轮 底部为非中空，因此输入输出结构较为固定，衍生型号较少，一般采用法 兰输出和驱动轴输入的结构。 本质上以上衍生型号也属于杯型或者帽型谐波减速器，但分别又有不同的特殊 性能或结构。

以国内谐波减速器企业来福谐波各系列为例：和杯型基础款 LSS 系列相比， LSG 杯型高扭矩系列扭矩承载能力提升约 30%，LSN 杯型轻量型号重量减轻约 24%，LSD 杯型超薄型号厚度降低约 28%。

除杯型、帽型产品外，根据公开信息显示，行业中仅哈默纳科、北京谐波传动 技术研究所、中技克美推出了行业稀缺的平板型产品。传统杯型、帽型产品， 由于其柔轮由柔性齿轮部分+刚性底部构成，目前其整机设计已达到扁平的极限。 为进一步降低厚度，哈默纳科抛弃了传统柔轮结构，推出了平板型产品，其原 理是将传统柔轮的刚性底部切除，仅保留柔性齿轮部分，将原本用于输出的刚 性底部用与柔轮齿数相同的第二钢轮替代，因此大大缩短了柔轮长度而降低整 机厚度，目前其 14 型号厚度仅为 10.5mm。国内企业北京谐波传动技术研究所、 中技克美也拥有平板型产品。

谐波减速器性能关键性能指标受型号、规格、柔轮设计等因素的影响，差别较 大，为对比方便，我们选取不同厂家的相近机型进行对比。以下选择我国市占 率排名前十的国产品牌，统一型号为杯形柔轮标准筒结构、非高扭矩系列、规 格 20（对应日本新宝体系规格为 50）、减速比 100 的产品进行横向比较，其 中较为关键的指标为： 平均负载转矩最大值：指减速器可长时间运行的最大转矩。评价减速器的强 度指标之一，越大强度越高。 瞬间最大转矩：指减速器能够承受的最大转矩。评价减速器的强度指标之一， 越大强度越高。 最大背隙：指将减速器刚轮、输入端(波发生器)固定,在输出端(柔轮)施加±2% 额定转矩时,输出端会有一个微小的角位移量。评价减速器的精度指标之一， 越小精度越高。 角传动精度：指将任意旋转角度传递至输入时，理论上输出旋转角度与实际 输出旋转角度的差值。评价减速器的精度指标之一，越小精度越高。 可以看到国内企业目前在平均负载转矩、瞬间最大转矩等强度指标上已经可以 媲美甚至优于哈默纳科，精度指标中的角传动精度也基本都能达到和哈默纳科 同一水平，但在最大背隙上仍还有一定差距。哈默纳科最大背隙为 9 弧秒，国 内少数企业可达到 10 弧秒，大部分在 20 弧秒及以上。