球形齒輪讓機(jī)器人關(guān)節(jié)迎來 “革命時(shí)刻”

2025年6月，日本齒輪巨頭日精株式會(huì)社與兼松商社聯(lián)手，將山形大學(xué)多田隈理一郎教授團(tuán)隊(duì)的球形齒輪實(shí)現(xiàn)金屬化量產(chǎn)，這項(xiàng)入選“改變世界的一百項(xiàng)技術(shù)”的發(fā)明，正重構(gòu)機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)邏輯。

更令人振奮的是，中國(guó)企業(yè)同步實(shí)現(xiàn)突破——西安華拓科技自主研制出雙旋轉(zhuǎn)自由度球形齒輪，用鋁合金與“賽鋼”材料造出核心部件，依托自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，打破了高端關(guān)節(jié)技術(shù)的海外壟斷。

從日精的量產(chǎn)規(guī)劃到華拓的技術(shù)落地，球形齒輪的崛起絕非偶然。它直指機(jī)器人關(guān)節(jié)的核心痛點(diǎn)：如何在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高自由度？

傳統(tǒng)機(jī)器人若需實(shí)現(xiàn)雙自由度，需將兩套諧波/RV減速器組合，導(dǎo)致關(guān)節(jié)體積大、重量高、發(fā)熱嚴(yán)重——這正是人形機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)擬人化動(dòng)作的核心瓶頸。而球形齒輪的出現(xiàn)，從根本上解決了這一問題。

1、顛覆性設(shè)計(jì)

從“單軸疊加”到“多軸集成”球形齒輪通過帶齒狀凸起的球體與兩個(gè)“鞍形齒輪”嚙合，僅需兩軸輸入即可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸360°無約束旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)帶來三大突破：

·結(jié)構(gòu)*緊湊：相比傳統(tǒng)組合方案，體積減少50%以上，重量減輕30%，例如相機(jī)云臺(tái)采用球形齒輪后，可從“三框架結(jié)構(gòu)”簡(jiǎn)化為單一組件。

·雙自由度直接輸出：無需減速器疊加，直接實(shí)現(xiàn)正交旋轉(zhuǎn)同步運(yùn)動(dòng)，人形機(jī)器人頸部安裝后可同時(shí)完成俯仰與旋轉(zhuǎn)，動(dòng)作更接近人類。

·力矩密度躍升：華拓科技的金屬球形齒輪傳遞力矩比同體積諧波減速器高40%，且發(fā)熱減少60%，解決了重載場(chǎng)景下的散熱難題。

2、制造壁壘

球形齒輪的產(chǎn)業(yè)化并非易事，其復(fù)雜三維曲面加工精度要求達(dá)微米級(jí)，必須依賴五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床——這一被列為中國(guó)“卡脖子技術(shù)”的“工業(yè)母機(jī)”。日精株式會(huì)社通過定制刀具、優(yōu)化數(shù)控程序，才突破金屬化量產(chǎn)瓶頸；華拓科技則憑借自主研發(fā)的云數(shù)控系統(tǒng)與微型五軸機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了從設(shè)計(jì)到加工的全鏈條自主可控，其機(jī)床價(jià)格僅為國(guó)外同類產(chǎn)品的1/4，為技術(shù)普及奠定基礎(chǔ)。

球形齒輪的量產(chǎn)并非終點(diǎn)，而是機(jī)器人關(guān)節(jié)技術(shù)迭代的新起點(diǎn)。從日本日精的“產(chǎn)學(xué)商”協(xié)同模式，到中國(guó)華拓的“全鏈條自主”路徑，我們看到高端制造的競(jìng)爭(zhēng)核心已從單一產(chǎn)品轉(zhuǎn)向“技術(shù)研發(fā)+工藝突破+生態(tài)構(gòu)建”的綜合實(shí)力比拼。

對(duì)于行業(yè)而言，球形齒輪帶來的不僅是自由度的提升，更是設(shè)計(jì)思維的革新——從“多組件疊加”到“一體化集成”，從“仿制跟隨”到“原創(chuàng)突破”。隨著國(guó)產(chǎn)企業(yè)在諧波減速器、行星減速器、球形齒輪等核心部件領(lǐng)域的持續(xù)突破，未來我們有望看到更靈活、更智能、更具性價(jià)比的機(jī)器人產(chǎn)品，真正走進(jìn)工業(yè)車間與尋常家庭。

相關(guān)新聞