智能工厂里，工业机器人机械臂上下飞舞，日复一日地完成抓取、焊接、搬运等重复性精密作业。每一次精准挥臂，都高度依赖着一个核心部件——RV（旋转矢量）减速机。作为工业机器人的“关节”，它直接决定了设备的运行精度、负载能力和使用寿命，也是业内公认的“硬骨头”——制造精度要求以微米计，使用寿命要上万个小时。RV减速机曾长期依赖进口，制约我国智能制造产业发展。
北京工业大学机械与能源工程学院教授张跃明，就是啃下这块“硬骨头”的人。深耕精密传动领域近30年，张跃明带领团队从不足20平方米的实验室起步，历经无数次试错攻坚，最终打磨出性能达到国际先进水平的国产RV减速机。依托北工大京津冀协同创新转化体系，他带领团队搭建起“北京源头研发、亦庄中试孵化、河北规模量产”的完整产业链路，为工业机器人换上了自主可控的国产“关节”。
如今，年过花甲的张跃明干劲不减当年，正带领团队向着新一代减速机技术发起攻关，要蹚出一条中国高端制造的突围之路。
破“卡”寻路
“很多人不懂RV减速机是什么，其实它就是工业机器人的‘关节’。你看，机器人能做精密焊接、精准搬运工作，在每个角度灵活转动，靠的就是减速机。”6月初的一个午后，记者在北工大科技园一间办公室里，见到了刚刚外出谈完合作的张跃明。很难想象，眼前这位挎着包、满脸朝气的科学家，已经从教学岗位上退休。
本该在家享清闲的张跃明，反倒更忙了——从学校退休后，他来到了自己做科技转让的公司，全职负责科技转化和技术研发工作。这间不大的办公室里，案头满是标注着精度参数的设计图纸，还有半拆开的RV减速机样机。
“这个‘关节’可不好做。”张跃明随手拿起桌上的样机，摩挲着壳体上细密的齿纹，“一台工业机器人一般有五六个这样的‘关节’，每个‘关节’都需要减速机。减速机的成本约占机器人整机的三分之一，它的精度、寿命、刚性直接决定了机器人的性能好坏。”
跟随张跃明的讲述，时光倒转至2012年。那时，国内工业机器人产业刚刚起步，很多企业跃跃欲试想做国产机器人，可走到减速机这一步就卡了壳——全球RV减速机市场几乎被国外一家公司垄断，“价格人家说了算，说涨价就涨价，说断供就断供。”
令张跃明印象深刻的是，在一场行业研讨会上，国内一家机器人企业老总曾跟他吐槽：“我们本体能做，控制系统能做，就是这个核心‘关节’，现在还完全依赖进口。”
这句话像一根刺，扎在张跃明的心上。
“不是国内没有人尝试，而是当时的RV减速机大多停留在实验室样机阶段，始终过不了精度保持性和大批量生产的一致性这两道关。”张跃明拿起其中一个摆线轮零件说明，“你看，这个零件上有30多个齿，齿廓曲线只要差几微米——也就是头发丝直径的十几分之一，经过五六个机器人‘关节’层层传递，最后机器人末端的误差就会放大几十倍，满足不了生产要求。而且在生产中减速机要求工作上万个小时，减速机磨损超过一定指标，整个机器人就废了。”
张跃明给记者算了一笔账：那时候，国外的一台RV减速机报价一万多元，运到国内要卖两万多。可如今，国产“关节”的价格直接打了五折。经过十余轮迭代优化，产品重复定位精度、刚性、精度保持性、连续运行寿命等核心性能指标，都达到了国际水平。国内RV减速机产量逐年快速提高，但产品仍然供不应求。
亮眼的产业化成果背后，是十余年默默无闻的坚守。2014年，张跃明带领团队面向RV减速机设计技术等发起科研攻关。起步之初，团队面临“没有成熟理论、没有适配工艺、没有专用设备”的困境，一直处于枯燥的理论攻坚阶段：日复一日推演力学公式、优化齿形曲线、验算零件受力变形，一点点搭建适配国产加工工艺的摆线轮理论体系……无数个深夜，张跃明伏案校对参数、修正设计，把晦涩抽象的力学原理，逐步转化为可落地、可加工、可测试的机械结构。
“基础研究就是坐冷板凳，沉得住气、守得住寂寞，才能创造出成果。”这是张跃明常和团队成员讲的话。
团队也曾长期陷入技术瓶颈，零件结构匹配失衡、传动精度存在固定偏差，多个难题叠加，研发进度一度停滞。
关键的转折，往往就藏在不经意间。有一次，张跃明赴外地出差参加行业会议，吃完晚饭沿着海边散步，可脑子里全是实验室卡了几个月的“摆线轮修形”难题，绕不开，也放不下。
一台RV减速机包括大大小小很多个零件。其中，摆线传动可实现小体积、大速比传动，其摆线轮外圈形状决定了减速机的精度和寿命。而工业机器人的特点是经常来回摆动，时快时慢，急加速急减速，运动方向不确定、运动速度不均匀。这种运动模式和汽车轮毂那种大多数沿一个方向转动的磨损不同，在其他机械运动中很少见。
“那阵子我们一直卡在接触应力分布不均匀的问题上，磨损总是降不下来。”可就是那次海边散步，张跃明走着走着突然想到：既然整个齿廓的应力分布不匀，可以考虑零件变形通过齿廓修形改变应力分布，进而达到改善齿面磨损的效果。
想通这点，困扰团队大半年的死结瞬间解开——此前，大家拼命打磨单个零件的加工精度，却始终忽略了整机工作时多零件协同受力、变形、动态传动等需要提前补偿的问题，这恰恰就是样机精度不稳、用一段时间就快速衰减的根本原因。
“海风一吹脑子特别清醒，一下子就通了。”开完会后，张跃明定了最快的一班车往回赶。回想起那段经历，张跃明笑了，“做科研就是这样，有时候熬几个月都想不通，可能突然一个灵感就通了。”
科研工作者都知道，灵感不是天上掉下来的，是天天苦想、夜夜琢磨，攒出来的。
沉心铸芯
2018年，是张跃明团队攻坚路上最关键、最艰难的一年，也是国产RV减速机从理论可行迈向产业化可用的转折点。
当年，团队已成功搭建完整的设计理论体系，数百组数据验算全部达标，但由于实验室和实际生产在工艺制造上存在差距，首批实体样机试制完成后，各类制造问题集中爆发，和进口产品仍存在差距。
大半年时间里，团队反复试制、调试、测试，一次次改动设计、优化工艺，却始终无法彻底解决精度衰减问题。大量人力、物力、财力持续消耗，攻坚却迟迟看不到突破的希望。
质疑声随之而来。就连张跃明自己也在怀疑：国外几十年的技术积累摆在那里，是不是国产工艺根本做不出高端RV减速机？团队坚持死磕原创，纯属白费功夫。还有人劝张跃明顺势妥协，照搬成熟进口结构，快速出产品、做产值，没必要跟自己较劲。
越是艰难时刻，张跃明的态度越是笃定。在他看来，仿制照搬看似走捷径，却永远只能跟在别人身后，解决不了根本的“卡脖子”问题。“我们做科研不是为了交差、凑成果，是为产业做真技术、留底气。”他一次次稳住团队情绪，带着大家沉下心来复盘每一次试验、每一组数据，不遗漏任何一处细微偏差。
那一年的清明假期，张跃明把自己关在实验室里，反复拆解失效样机、比对运行差异、复盘工艺漏洞。
此后，张跃明干脆开启了连轴转模式：白天，他带队逐件排查零件公差、逐步优化热处理与装配工序，手把手指导团队成员拆解样机、分析误差根源；晚上，其他人下班了，他独自留在实验室，复盘海量试验数据，微调齿形参数、重构传动补偿逻辑，有时熬到凌晨，双眼布满红血丝，他依旧紧盯屏幕一丝不苟。
对着磨损快、应力不均、精度低这几个痛点，团队咬着牙逐一攻坚：特种耐磨材料改了多版配方，热处理工艺调了十几次参数，整机装配逻辑推倒重来，还补上了动态误差补偿模块。光是核心零件的摆线轮，就磨了整整两个月，前后做了几十次试验，一次次推翻重来，一点点往最佳方案靠，终于摸出了完全适配加工工艺的生产路径。
熬完一整个春夏，改版后的样机终于拿出了手，所有指标全达标：精度不飘了，磨损降了，寿命够了，完全满足工业化量产要求。
国产“关节”还接受了国际巨头企业的极限工况测试——双倍负载，拉长连续运行时间，模拟制造业最恶劣的生产环境。团队都清楚：机会只有一次！过了就是过了，不过就是功亏一篑。张跃明说，业内都知道，就算是成熟的进口高端产品，过这关都没那么容易，稍有不慎就会前功尽弃。
张跃明给团队提了要求：零容错。“我们做国产替代，不做‘差不多能用’的产品，要做就做世界一流的产品。市场只认实力，不认‘国产凑合’的牌子。”
最终结果出来了——这款从底层理论、结构设计到加工工艺全自主的国产RV减速机，通过了全部测试，全程运行稳定，没有一次故障，精度衰减符合要求，稳稳拿到了进军全球高端市场的入场券。
匠耕致远
一朝破局背后的韧劲，其实早已烙印在张跃明的人生底色中。
20世纪80年代，国内市场经济快速发展，计算机、经贸、金融等专业热度飙升，是学子争相报考的热门方向。彼时，成绩稳居年级前列的张跃明却选择了机械制造专业——在旁人眼中晦涩难懂的力学演算、图纸绘制、结构设计，对他而言，充满了乐趣。
从大学开始，张跃明就扎进了机械制造的知识堆里：大部分时间都泡在图书馆深耕专业知识，教材被翻得卷了边。也正因如此，他练就了扎实的数理功底和机械设计能力。
稳扎稳打，1997年，张跃明从清华大学精密仪器与机械学系毕业拿到博士学位，同年进入北京工业大学做博士后，成了北工大建校以来第一批博士后科研人员。随后，他留校任教，在精密传动领域深耕。
“时至今日，我依然十分感谢学校在科技成果转化上给予的大力扶持，推动实验室科研成果快速落地生产线。”张跃明说。北工大依托京津冀协同布局搭建转化通道，联动区域龙头企业、高校与科研院所，共建共性技术研发平台、中试基地及检测共享平台，开放核心技术资源，打通各类创新要素流通渠道。该校还持续深化“北京研发+津冀制造+区域应用”“高校创新+企业转化”协同模式，提速科技成果转化进程。
除去张跃明创办的企业，北工大聚焦环境治理、智慧城市、新一代信息技术、智能制造装备、新材料等重点产业赛道，搭建起“国家级平台引领、市级平台支撑、产学研协同攻坚”的科创体系，助推众多校内教师创办的科技企业稳步发展、成长壮大。
从业近30年来，张跃明始终坚守这样的信念：论文要写在车间的机床上，技术要落到产业的需求里。不同于大多数科研人员“重论文”的治学路数，他从入行那天起就不爱待在象牙塔里，而是常年往工厂跑。从印刷机高端核心装备到精密数控机床零部件研发，每一个项目，他都跟着生产线走，亲力亲为盯调试、改工艺。
2019年，是张跃明团队产业化落地的关键节点，这一年第一条量产线正式投产，首批一万套RV减速机下线，经过第三方检测，所有核心指标全部达标。
当时市场上对国产减速机信任度很低，虽然产品核心指标都达标，但是很多企业不敢用。“大家都习惯了买进口产品，就算国产的便宜一半，谁也不敢第一个吃螃蟹。”张跃明带着团队，一家一家上门推销，“我们给企业免费送样机，承诺免费试用三个月，不好用不要钱，性能不达标我们自己再拉回去。”
国内一家做汽车焊接机器人的企业，之前一直用进口RV减速机，每年采购成本达到几千万元。张跃明反复推荐后，他们抱着试试看的心态，装了十套张跃明团队的产品，运行了大半年，精度一点不比进口的差。企业负责人这才决定替换国产减速机！
口碑很快传了出去。越来越多的企业开始上门求合作，从汽车焊接、物流搬运到新能源装备，订单越来越多，原来的小生产线不够用了，公司又在京外建设了新的量产基地，把生产线从原来的年产1万台，一步步扩到年产3万台、8万台。到2025年，基地的产能已经突破了15万台，成为国内为数不多能大规模量产高端RV减速机的本土企业。
更让张跃明骄傲的是，他们的产品不仅满足了国内市场，还走出了国门，卖到了欧洲，获得了国际市场的认可。
除了科技研发和技术转化，张跃明对人才培养十分上心。从开始攻关RV减速机到现在，张跃明团队前后培养了50多名研究生，绝大多数都留在了机械领域，很多都成了团队的技术骨干。“我们这一代人把RV减速机这块‘硬骨头’啃下来了，接下来还要靠年轻人接着往前走，高端制造的突围不是一代人就能完成的，需要一代接一代人接着干。”
年过花甲的张跃明，脚步从来没停下来：如今，他又盯上了新的“硬骨头”：下一代机器人新型“关节”，更高精度、更大负载的减速机，满足人形和工业机器人的需求，为下一代机器人的发展积蓄力量。
张跃明说，现在我们突破了RV减速机的“卡脖子”技术，接下来还要加快做更好、更全的系列产品，不断满足国内产业升级的需求。
“以前我们跟着国外的技术路线走，未来需要我们有自己的技术路线，引领世界。”阳光透过窗户，洒落在张跃明的案头上，新一代减速机结构设计图纸已经展开。细密的线条稳稳勾勒着中国高端制造的轮廓，一如张跃明这30年的科研路，每一步都走得扎实。
