昊志机电：专注谐波减速器研发 助力机器人智能化升级

文/拓晓瑞

2006年12 月，广州市昊志机电股份有限公司（以下简称“昊志机电”）在广州开发区永和经济区正式成立，是一家专业从事高精密机电一体化核心功能部件研发设计、生产制造、销售与维修服务的环保型高新技术企业。2016年3月，昊志机电在深交所创业板上市。公司以中高端数控机床及机器人核心功能部件，新能源汽车和节能环保领域的燃料电池压缩机、曝气鼓风机、直驱类高速风机等产品为核心，以精密零配件制造为支撑，以配套维修服务为特色，通过坚持不懈的技术攻关和持之以恒的品质管理，构建了数控机床和机器人核心功能部件及直驱类高速风机三大业务板块，研制了包括谐波减速器、燃料电池压缩机、曝气鼓风机、直驱类高速风机、数控金属/玻璃雕铣机电主轴、数控车床主轴/电主轴、超声波电主轴等数十个系列上百种产品，并稳步向其他核心功能部件行业扩张。

专注创新 长期深耕

一直以来，昊志机电高度重视研发创新工作，其研发投入占营业收入年均达10%以上，通过加大研发投入力度、搭建创新服务平台、引进高端创新人才、完善科研创新体制等措施，大大提升了产品研发创新能力，掌握了一批具有自主知识产权的机器人核心技术，并实现产业化。截至2019年年底，公司研发人员达240人，占员工总人数的19%，打造了一支研发实力强、结构梯队比较合理的科研人才队伍。公司坚持走自主创新道路，承担了工业强基2016专项、2017国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”重点专项等多个国家级和省部级项目，成功掌握了超高速气体静压轴承设计技术、高速电主轴振动抑制技术、防尘密封技术、高精度直驱电机技术等先进技术，拥有有效授权专利493项，其中发明专利73项，获得国家专利奖优秀奖1项。

昊志机电办公大楼

昊志机电市场总监孟治国先生（右四）上台领奖现场

昊志机电谐波减速器荣获2019年中国国际机器人“创新产品奖”颁奖现场

为进一步提升公司科研能力，更好地满足生产需求，公司从国内外引进500多台先进机床设备，并通过设计科学合理的工艺流程及无数次的试验和摸索，不断优化工艺路线和工艺参数，提升过程控制能力，形成了精密微孔加工技术等一系列国内领先、成熟稳定、合理高效的精密加工技术。此外，公司制定了完整的装配流程和工艺规范，对装配流程中每一程序所用工具、检具及装配、检测方法、技术规格等进行严格要求和控制，在确保整机性能的基础上，可靠地完成原材料的硬度、组织、力学性能以及产品或零配件的外形、粗糙度、精度、输出性能、质量平衡性、电气性能等各项参数的测试和检验，保证了产品的一致性和可靠性。

攻坚克难 结出硕果

谐波减速器研发是昊志机电重点科研攻关项目，在项目研发过程中，科研人员遇到了诸多技术难题：

一是谐波减速器的柔刚轮齿形设计问题。齿形设计的好坏直接关系到谐波减速器运转平稳性、回转精度和使用寿命，研发团队从谐波减速器中柔轮的运动原理出发，结合仿真分析以及数学上的高斯拟合推算出了刚轮的齿形，再利用共轭原理推导出了柔轮的齿形，然后经过一定的修形手段最终确定了齿形轮廓。这种轮廓与其他品牌的齿廓相比具有啮合率高、零侧隙的优点。

二是谐波减速器回转精度问题。虽然通过齿形设计在理论上保证了谐波减速器有很高的回转精度，但在实际加工过程中，不可避免地出现各种各样的加工误差，使得在装配成整机的时候出现了谐波减速器回转精度差的问题。为解决这一问题，研发团队运用灰色系统理论找到了对回转精度影响较为关键的几个零部件，并对其加工精度进行了准确的控制，采用面包板数据中切片的方法将耦合在一起的数据进行分割，最终找到了一套合理的装配准则，形成了回转精度较高的谐波减速器。

三是谐波减速器寿命问题。由于柔轮在工作中会出现周期性的变形，导致在实际工作过程中柔轮很容易出现疲劳断裂，严重影响产品使用寿命。为提高谐波减速器使用寿命，研发团队从材料疲劳断裂的微观本质出发，采用了合理的热处理工艺，使得柔轮材料的晶粒度更精细，材料内部的晶格缺陷更少，同时也尽最大可能消除材料内部的位错源，通过使用合理的表面处理使得晶粒的取向和其受力方向一致，在保证柔轮材料具有足够韧性的同时，又提高了强度，大大提升了谐波减速器的使用寿命。

昊志机电研发的谐波减速器系列

昊志机电在谐波减速器研发过程中，积极响应政府关于机器人发展的政策和要求，重点围绕机器人关键零部件国产化进行技术攻关，目前已开发出一系列机器人用的谐波减速器，基本上满足了工业机器人对于谐波减速器的需求。将人工智能里面的算法引入到谐波减速器的设计、加工和装配上来，使得传统的一些解析方法无法确定的难题得到了攻克。比如，将灰色系统理论应用到谐波减速器的整机回转精度技术攻关上，将机器学习应用到谐波减速器的寿命预测上，将正交试验和面包板数据应用到谐波减速器的装配规则上。经过全体科研人员的不懈努力，最终开发出在回转精度和寿命上达到国际先进水平的谐波减速器，打破了国外产品垄断，降低了国内工业机器人生产成本，有力地促进了我国工业机器人的发展。公司谐波减速器与主流品牌指标对比具体见表1、表2：

表1 昊志机电谐波减速器与主流品牌减速器传动精度对比

表2 昊志机电谐波减速器与主流品牌减速器寿命对比

政企合作 未来可期

新冠肺炎疫情的爆发，在给人民生产和生活带来严 重负面影响的同时，也为工业机器人产业发展和重塑智能经济生态提供了难得的契机，未来几年，工业机器人产业有望迎来新一轮增长，企业“机器换人”步伐加快，无人车间、无人工厂将不断涌现，智能经济时代加速来临。

但是，从广东机器人产业发展来看，也存在一些迫切需要补齐的短板。一是工业机器人核心技术和关键零部件比较欠缺。目前广东人工智能单位70%专注于应用层、19%专注于技术层，核心理论研究基础薄弱，在核心零部件方面比如工业机器人严重依赖的芯片90%以上依赖进口，机器人装机方面需要的伺服电机、减速器和驱动器80%仍依赖进口。二是工业机器人专业人才结构性缺失。主要表现为，广东工业机器人产业人才需求大于供给，既懂技术又懂管理的高端复合型人才比较缺乏。三是工业机器人相关企业配合不紧密，缺乏数据、平台和标准的支撑。目前广东工业机器人企业之间的通信标准往往不兼容，使得相互之间无法互通，形成了一个个的“信息孤岛”，无法满足人工智能技术对优化建模数据的需求。

昊志机电作为我省工业机器人关键部件重点研发和生产企业之一，拥有较强的研发生产能力，在业界具有较高的知名度和影响力，为推动全省工业机器人产业发展作出了积极的贡献。今后，公司将按照国家和广东省有关工业机器人产业发展的决策部署，把加快推进工业机器人关键零部件、重大装备等核心技术攻关作为一项重要任务持续推进，力争在更多方面取得突破，有力支撑全省机器人产业发展。

一个产业的发展离不开政府在政策上的大力扶持，特别是需要加强政产学研用的合作，形成纵向联动、横向协同的发展模式，共同推进产业核心技术攻关，促进科研成果产业化应用，构建产业创新发展新动能、新优势。为此，昊志机电建议政府科技管理部门发挥好统筹协调作用，聚焦广东工业机器人产业技术发展短板与不足，进一步强化政策支持力度，培育良好的机器人产业生态体系。一是加大研发投入力度，力争在核心技术和关键零部件方面加快取得突破。重点要发挥好大企业研发核心技术的领军作用，支持企业与高等院校、国家重点实验室联合开展工业机器人核心基础软硬件技术攻关，掌握一批核心技术，实现关键核心技术自主可控。二是推进工业机器人公共平台建设。重点加快工业机器人检验评测、产品认证、知识产权等专业技术平台建设，大力发展互联化、服务化、定制化的协同设计云公共服务平台，建设工业机器人基础数据与安全检测平台等基础支撑平台，进一步完善技术、产业、服务、质量等标准体系。三是加大招才引智力度。面向海内外引进一批工业机器人领军人才、战略科学家和技术研发人才，集聚工业机器人高端智力资源。通过整合利用资本、人才、技术、平台等各类机器人创新资源和要素，全链条、系统性推进机器人技术研发和产业发展，孵化出更多优秀的机器人项目，进一步提升广东工业机器人产业在国内外的竞争力和影响力。