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工業(yè)機器人行業(yè)概述

工業(yè)機器人的定義

智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。

工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，還可以根據(jù)人工智能技術制定的原則綱領行動。

工業(yè)機器人是智能制造領域的重要組成部分，可與焊接、切割、搬運上下料、涂層與封膠、裝配及拆卸等生產(chǎn)制造工藝相結合，廣泛用于汽車、3C、金屬加工、食品飲料、航空航天等行業(yè)。目前工業(yè)機器人在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

工業(yè)機器人工作場景展示

工業(yè)機器人的分類

機器人本體可分為多軸型、并聯(lián)型、直角坐標型、Scara型等。

多軸機器人示意圖

并聯(lián)機器人示意圖

直角坐標機器人示意圖

Scara機器人示意圖

（1）多軸型機器人

多軸機器人又稱單軸機械手，工業(yè)機械臂，電缸等，是以XYZ直角坐標系統(tǒng)為基本數(shù)學模型，以伺服電機、步進電機為驅(qū)動的單軸機械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動方式所架構起來的機器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標系中任意一點的到達和遵循可控的運動軌跡。多軸機器人采用運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運動軌跡的生成為多點插補方式，操作及編程方式為引導示教編程方式或坐標定位方式。

（2）并聯(lián)機器人

串聯(lián)機器人其串聯(lián)式結構是一個開放的運動鏈，其所有運動桿并沒有形成一個封閉的結構鏈。串聯(lián)機器人的工作空間大，運動分析比較容易可以避免驅(qū)動軸之間的耦合效應。但其機構各軸必須要獨立控制，并且需要搭配編碼器和傳感器來提高機構運動時的精準度。

而并聯(lián)機器人和傳統(tǒng)工業(yè)用串聯(lián)機器人在應用上構成互補關系，它是一個封閉的運動鏈。并聯(lián)機器人不易產(chǎn)生動態(tài)誤差，無誤差積累精度較高。另外其結構緊湊穩(wěn)定，輸出軸大部分承受軸向力，機器剛性高，承載能力大。但是，并聯(lián)機器人在位置求解上正解比較困難，而反解容易。

（3）坐標機器人

坐標機器人是能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多自由度的、運動自由度建成空間直角關系的、多用途的操作機。其工作的行為方式主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運動。坐標機器人采用運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運動軌跡的生成為多點插補方式，操作及編程方式為引導示教編程方式或坐標定位方式。

（4）Scara型機器人

SCARA機器人是一種圓柱坐標型的特殊類型的工業(yè)機器人。SCARA機器人有3個旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位和定向。另一個關節(jié)是移動關節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。

工業(yè)機器人發(fā)展歷程

工業(yè)機器人發(fā)展歷程

機器人可以代替人工，做一些復雜繁瑣的工作；在一些危險和工作環(huán)境較差的場合也經(jīng)?？吹綑C器人的身影。機器人已廣泛應用在各行各業(yè)中，為人類的生活提供諸多便利。

伴隨著第一次、第二次工業(yè)革命，各種機械裝置的發(fā)明與應用，工業(yè)機器人也呼之欲出。上世紀50、60年代，隨著機構理論和伺服理論的發(fā)展，機器人進入了使用化階段。1960年美國AMF公司生產(chǎn)了柱坐標型Versatran機器人，可作點位和軌跡控制，這是世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)上的機器人。

上世紀70年代，隨著計算機技術、現(xiàn)代控制技術、傳感技術、人工智能技術的發(fā)展，工業(yè)機器人得到了迅速發(fā)展。這段時期的機器人具有記憶、存儲能力，按相應程序重復作業(yè)，但對周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。這種機器人也被稱作第一代機器人。進入80年代，隨著傳感技術，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機器人——有感覺的機器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對象的部分有關信息，進行一定的實時處理，引導機器人進行作業(yè)。

第三代機器人是目前正在研究的“智能機器人”。它不僅具有比第二代機器人更加完善的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進行工作。智能機器人是智能制造的重要組成部分，是實現(xiàn)智能生產(chǎn)和打造智慧工廠的重要利器。

我國工業(yè)機器人發(fā)展歷程

（1）2000-2009年，產(chǎn)業(yè)萌動。

中國汽車產(chǎn)業(yè)制造水平相對落后，3C電子開始承接第三次全球產(chǎn)能轉(zhuǎn)移（日韓臺到中國），自動化程度較低。外資機器人巨頭普遍2000年前后進入中國,工業(yè)機器人年銷售數(shù)千臺,基本都是外資品牌,主要用于汽車行業(yè)。國內(nèi)企業(yè)以做外資的系統(tǒng)集成和代理商為主，極少數(shù)企業(yè)如沈陽新松有自研機器人本體。

（2）2010-2012年，產(chǎn)業(yè)風起。

以汽車、3C電子為代表的主要下游對自動化改造升級需求旺盛，通用產(chǎn)業(yè)市場逐步打開，市場出現(xiàn)跨越增長，年均復合增速63%，2012年工業(yè)機器人銷量超過2萬臺。外資優(yōu)勢明顯，四大家族地位確立，本土系統(tǒng)集成商發(fā)展壯大，國產(chǎn)核心零部件和本體企業(yè)開始出現(xiàn)。2012年我國機器人產(chǎn)業(yè)扶持政策頂層設計出臺，產(chǎn)業(yè)發(fā)展風起。

（3）2013-2017年，高速發(fā)展。

政策頂層設計傳導，地方政府密集出臺補貼政策，汽車、3C電子景氣度高，長尾市場逐步迅速打開，終端用戶使用機器人的意愿大幅提高，產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷5年高速增長，年均復合增速43%。2017年工業(yè)機器人銷量達到13.8萬臺，國內(nèi)企業(yè)數(shù)量爆發(fā)增長，由產(chǎn)業(yè)鏈下游向中上游拓展，直接和外資巨頭競爭。

（4）2018-今，回落調(diào)整。

直接面向市場的補貼大幅減少，疊加汽車、3C電子固定資產(chǎn)投資放緩，需求低迷，產(chǎn)業(yè)回落調(diào)整，市場正在加速觸底。我們根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研估算2018年中國工業(yè)機器人銷量在14萬臺左右（不同于IFR及CRIA口徑），對應本體市場規(guī)模約260億元，集成市場規(guī)模1100億元左右。其中，國產(chǎn)零部件、本體、集成均取得了長足的進步，國產(chǎn)化率持續(xù)提高，行業(yè)低端產(chǎn)能出清，國產(chǎn)競爭核心由“低價”轉(zhuǎn)向“高附加值”。

2000-2018年中國機器人發(fā)展四階段

市場分析

國產(chǎn)替代任重道遠

2018年1-12月，我國工業(yè)機器人產(chǎn)量達14.7萬臺，同比增長12.2%；其中12月份產(chǎn)量達11961臺。受國內(nèi)宏觀經(jīng)濟下行，下游汽車、3C、新能源等行業(yè)投資放緩和中美貿(mào)易戰(zhàn)的影響，國內(nèi)工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展壓力逐步顯現(xiàn)，6月、7月、8月增幅相比前幾個月35%的增速大幅下降。但工業(yè)機器人行業(yè)短期的增速放緩并不能改變機器代人的大趨勢。我國自動化改造空間巨大，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫切；人口紅利逐步消失，老齡化問題嚴重，勞動力出現(xiàn)短缺；疊加國家政策的大力支持，我國工業(yè)機器人行業(yè)未來發(fā)展空間仍然巨大。

中國工業(yè)機器人月產(chǎn)量（臺）

工業(yè)機器人國產(chǎn)品牌歷年市占率（%）

2018年國產(chǎn)品牌各應用領域市占率（%）

據(jù)CRIA與IFR統(tǒng)計，2018年中國工業(yè)機器人市場銷量達14.7萬臺，同比增長12.2%。外資品牌銷量10.3萬臺，同比增長71.9%；國產(chǎn)機器人達到3.8萬臺，同比增長29.8%。國產(chǎn)品牌市占率達26.8%，同比下降5.9個百分點，結束了近幾年不斷上升的趨勢。外資品牌工業(yè)機器人增速迅猛，國產(chǎn)品牌的工業(yè)機器人的市場份額出現(xiàn)了拐點。

在涂層及封膠、搬運及上下料、金屬加工領域，國產(chǎn)工業(yè)機器人品牌市占率分別為54.4%、36.6%、34.8%。國產(chǎn)優(yōu)勢相對明顯，國內(nèi)外機器人品牌競爭焦灼。

國產(chǎn)品牌有望在細分領域得到突破

2018年中國工業(yè)機器人市場搬運及上下料機器人銷量達6.3萬臺，同比增長57.5%，占比高達45.1%；焊接機器人銷售3.5萬臺，同比增長56.5%，占比達25.1%；裝配及拆卸機器人銷量同比增長71.2%，占比達20%，位居第三。搬運及上下料、焊接、裝配及拆卸三個細分領域所占份額達到90%以上。

在國產(chǎn)工業(yè)機器人市場中，搬運及上下料銷量同比增長40.8%，占比達61.4%；焊接銷量同比增長9.7%，占比達14.8%；裝配及拆卸銷量同比增長5.4%，占比達10.4%。

國產(chǎn)品牌搬運及上下料、焊接、裝配及拆卸分別占比61.4%、14.8%、10.4%；分別同比增長40.8%、9.7%、5.4%。搬運及上下料等領域技術壁壘較低，國產(chǎn)廠家占比較大，高于行業(yè)平均占比；焊接等領域要求精度較高，國產(chǎn)品牌低于行業(yè)平均占比，國產(chǎn)增速明顯低于行業(yè)增速。

2018中國工業(yè)機器人領域占比（%）

2018年國產(chǎn)品牌各應用領域占比情況（%）

分行業(yè)來看，2018年，國產(chǎn)工業(yè)機器人在電氣電子設備和器材制造行業(yè)的應用占比最高，達37.3%；金屬加工業(yè)占比29.4%，汽車制造業(yè)占比12.1%，塑料和化學制品業(yè)占比11.3%，四個細分行業(yè)占比超過90.0%。增速方面，金屬加工業(yè)增速高達92.2%，電氣電子行業(yè)增速達31.6%，而在汽車制造等行業(yè)，對工業(yè)機器人精度要求較高，國產(chǎn)品牌不具備競爭優(yōu)勢，增速較低。

中國工業(yè)機器人市場空間很大，各行業(yè)企業(yè)自動化改造的需求與日俱增，但國外品牌的工業(yè)機器人占據(jù)市場主導，國產(chǎn)品牌的市場份額正在被進一步擠壓，國產(chǎn)替代進程日益艱難。雖然整體上國產(chǎn)品牌相對落后，但在細分領域有望得到突破。從細分領域布局的戰(zhàn)略或許是國產(chǎn)機器人企業(yè)突破枷鎖的正確選擇。構建機器人產(chǎn)業(yè)鏈共榮生態(tài)圈，實現(xiàn)核心零部件廠商、本體廠商和系統(tǒng)集成商優(yōu)勢互補、共同發(fā)展是國產(chǎn)替代的必經(jīng)之路。

2018年國產(chǎn)品牌各細分行業(yè)占有率（%）

2018年國產(chǎn)品牌各細分行業(yè)銷量增速（%）

工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)展背景

工業(yè)機器人行業(yè)增長的動力主要源于：人口紅利消失，人工成本上升，工業(yè)機器人性價比提升；制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要；國家政策的大力支持。

近年來，中國人口結構發(fā)生了巨大變化，15-64歲勞動適齡人口占總人口的比重自2011年以來呈現(xiàn)逐步下滑的趨勢，2017年該比重已經(jīng)下滑至71.8%，相比2010年的最高點降低了2.7個百分點。另外，中國社會的老齡化問題更加嚴重，中國人口紅利逐步消失，目前已經(jīng)出現(xiàn)了劉易斯拐點。人口結構的變化，勞動力供給條件的變化顯著的推高了我國的勞動成本，不僅削弱了制造業(yè)的競爭力，對勞動密集型的產(chǎn)業(yè)同樣也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，也削弱了中國產(chǎn)品在全球市場的競爭力。

中國15-64歲人口占總人口的比重（%）

中國歷年出生率、自然增長率（%）

另一方面，中國近年來的人口出生率和自然增長率也呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，2017年比2016年出生人口減少了63萬人，人口出生率僅為12.4‰，同比降低0.5‰，這一數(shù)據(jù)比日本的出生率還要低。我國的人口自然增長率更是下降到5.3‰，長期的低生育水平直接加大了對未來我國勞動力不足的擔憂。

農(nóng)民工是我國城鎮(zhèn)化進程中的勞動力主力軍，然而近年來，農(nóng)民工群體也呈現(xiàn)出逐步老齡化的特征，農(nóng)民工平均年齡不斷提高，50歲以上農(nóng)民工所占比重提高較快。2017年農(nóng)民工平均年齡為39.7歲，比16年提高0.7歲。從年齡結構看，30歲以下的年青一代農(nóng)民工所占比重為29.9%，比16年下降2.0個百分點；40歲及以下農(nóng)民工所占比重為52.4%，比16年下降1.5個百分點；50歲以上農(nóng)民工所占比重為21.3%，比16年提高2.2個百分點，自2014年以來比重提高呈加快態(tài)勢。農(nóng)民工老齡化逐年加劇，直接影響了社會勞動力的供給，機器替代人工成為解決這一問題最為有效的方式，也是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必經(jīng)之路。

中國農(nóng)民工年齡構成（%）

中國制造業(yè)平均工資（元）

除了未來勞動力不足之外，中國制造業(yè)員工的平均工資則呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢，2017年已升至64452元，同比增長8.4%。勞動力成本不斷上升，用機器人代替人工也是更加經(jīng)濟、符合市場規(guī)律的必然選擇。目前，“世界工廠”正不斷的從中國向東南亞等其他國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移，中國改革開放初期借助人口紅利快速發(fā)展的條件已然不復存在。解決勞動力不足、勞動力成本上升的主要途徑就是智能制造，即生產(chǎn)過程的自動化、智能化產(chǎn)業(yè)升級。未來通過產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級更加注重質(zhì)量和效益的提升，“機器代人”的生產(chǎn)方式將會更加普遍。

國家政策

中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，必須向智能制造進軍。以大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等為代表的互聯(lián)網(wǎng)技術與制造業(yè)的結合是實現(xiàn)智能化的關鍵，工業(yè)互聯(lián)互通以實現(xiàn)智能生產(chǎn)，這也是中國走出中等收入國家陷阱的關鍵一步。

智能制造是“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃的重要發(fā)展方向，是未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，工業(yè)機器人是智能制造的關鍵設備，行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。近年來，國家出臺了一系列的政策支持和鼓勵中國工業(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)2016年國務院發(fā)布的《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，到2020年，我國工業(yè)機器人產(chǎn)量達到10萬臺，六軸及以上工業(yè)機器人年產(chǎn)量達到5萬臺以上；培育3家以上具有國際競爭力的龍頭企業(yè)；機器人密度達到150以上。

工業(yè)機器人行業(yè)部分國家政策

全球增速最快的工業(yè)機器人市場

中國自2013年起成為了全球工業(yè)機器人最大的市場，2017年，中國工業(yè)機器人銷量達14.1萬臺，同比增長62.1%，全球工業(yè)機器人銷量為38萬臺，中國占全球的比重高達37%。中國工業(yè)機器人銷量不僅總量較大，而且增速也比較快，2011-2017年銷量年均增速高達39.5%。

伴隨著中國人口老齡化的加劇，國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要，國家政策的大力支持，預計未來我國工業(yè)機器人行業(yè)將繼續(xù)保持快速發(fā)展。根據(jù)IFR預測，2020年中國工業(yè)機器人銷量將達到21萬臺，未來三年的年均增速約為25%，占全球的比重或?qū)⑦M一步提升，未來成長空間可期。

2017年我國工業(yè)機器人安裝量為138000臺，同比增長58.6%，自04年以來，安裝量平均增速高達45.6%。17年在全社會固定資產(chǎn)投資增速僅為個位數(shù)增長的背景下，受益于《中國制造2025》、《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》等產(chǎn)業(yè)政策的支持，國產(chǎn)工業(yè)機器人仍呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。

中國及全球工業(yè)機器人銷量

2018年，我國工業(yè)機器人銷售額達48億美元，同比增長24.1%。未來隨著生產(chǎn)方式向柔性、智能、精細轉(zhuǎn)變，對工業(yè)機器人的需求將呈現(xiàn)大幅增長。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的預測，到2023年，國內(nèi)市場規(guī)模將翻一番，進一步擴大到79.3億美元。

我國工業(yè)機器人密度（每萬名工人中的工業(yè)機器人數(shù)量）仍然較低，根據(jù)IFR最新公布的數(shù)據(jù)顯示，2017年中國工業(yè)機器人密度為97臺/萬人，位居全球第21位，首次超過全球平均機器人密度85臺/萬人。韓國以631臺/萬人連續(xù)七年蟬聯(lián)全球第一，新加坡（488臺/萬人）和德國（309臺/萬人）分列第二和第三。中國是全球工業(yè)機器人發(fā)展最有活力的地區(qū)，年均增速高達40%，并有望在2020年進入全球前十名。

中國機器人銷售額

2017年全球主要市場工業(yè)機器人密度對比（臺/萬人）

進出口方面，目前我國工業(yè)機器人進口仍遠高于出口，行業(yè)內(nèi)國外廠商仍占據(jù)主導優(yōu)勢，工業(yè)機器人“四大家族”（ABB、庫卡、發(fā)那科、安川電機）占據(jù)一半以上的市場。2016年我國工業(yè)機器人進口5.2萬臺，出口3萬臺，進口金額達8.8億美元，出口金額僅為1.5億美元。數(shù)量方面，雖然逆差仍較大，但是近年來有不斷縮小的趨勢。金額方面，主要是出口均價與進口均價相比不斷降低，導致進口金額仍遠高于出口金額。

中國工業(yè)機器人進出口數(shù)量（臺）

 

中國工業(yè)機器人進出口金額（萬美元）

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

產(chǎn)業(yè)鏈分析

從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)包括了上游核心零部件（減速器、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）、中游本體、下游系統(tǒng)集成。下游系統(tǒng)集成技術門檻相對最低，屬于我國工業(yè)機器人廠商率先切入的領域，隨后廠商逐漸向產(chǎn)業(yè)鏈中上游布局。我們按照國內(nèi)工業(yè)機器人廠商的布局順序來介紹產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化占比、相應版塊的廠商及其核心競爭力以及技術難點。

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈上游為核心零部件，主要包括減速機、控制器和伺服系統(tǒng)等。目前應用較多的減速機主要有諧波減速機和RV減速機，日本的納博特斯克和哈默納克占據(jù)工業(yè)機器人減速機領域70%以上的市場?？刂破鞣矫?，日本、德國、美國占據(jù)主導地位。伺服系統(tǒng)方面，日本、歐美、臺韓系占主導，國產(chǎn)品牌僅占15%左右，國內(nèi)企業(yè)不斷嘗試突圍，向核心零部件進口替代目標推進。

附加值最高的核心零部件大部分市場長期被國外廠商占據(jù)，但是近年來國內(nèi)廠商奮力追趕，RV減速機研發(fā)取得突破，未來有望進一步實現(xiàn)國產(chǎn)替代。南通振康、秦川機床、中大力德、錢江機器人和雙環(huán)傳動等企業(yè)已經(jīng)批量生產(chǎn)RV減速機。諧波減速機、伺服系統(tǒng)和控制器領域也開啟了國產(chǎn)替代的新時代。未來伴隨著研發(fā)的持續(xù)突破，我國核心零部件有望進一步實現(xiàn)自主可控。

中游為本體生產(chǎn)商，機器人本體可分為并聯(lián)型、關節(jié)型、直角坐標型、Scara型等。工業(yè)機器人四大家族優(yōu)勢明顯，占據(jù)一大半市場份額。國產(chǎn)品牌正努力追趕，逐步由中低端機器人向中高端機器人（如六軸、高精度、重負載）進行產(chǎn)品升級。新松機器人、埃斯頓、埃夫特、富士康、錢江機器人、廣州數(shù)控等企業(yè)在本體生產(chǎn)方面均具優(yōu)勢。

下游為系統(tǒng)集成商，可用于焊接、切割、搬運、上下料、涂層、封膠等生產(chǎn)制造領域。目前在系統(tǒng)集成服務的市場化應用方面鞏固優(yōu)勢逐步趕超外資品牌，在行業(yè)快速發(fā)展的大背景下國產(chǎn)品牌有望逐步崛起。拓斯達、敖博機器人、上海歡顏和珞石機器人等企業(yè)均是工業(yè)機器人領域的新貴。

工業(yè)機器人構造示意圖

工業(yè)機器人各環(huán)節(jié)成本占比

在工業(yè)機器人成本鏈上，上游核心零部件成本占比最高，達60%左右，減速機、伺服系統(tǒng)和控制器大概分別占30%、20%、10%。本體成本占比25%左右，系統(tǒng)集成的成本占比較低，僅有15%左右。

核心零部件

基本情況

工業(yè)機器人核心零部件包括減速器、控制器和伺服系統(tǒng)等。減速器是機械傳動的核心，機器人的速度、精度都與減速器有關，工業(yè)機器人使用的減速器主要是諧波減速器和RV減速器。

諧波減速器是一種由固定的內(nèi)齒剛輪、柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，是齒輪減速機中的一種新型傳動結構。利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。諧波減速器主要用于負載小的工業(yè)機器人或大型機器人末端幾個軸，用于小型機器人特點是體積小、重量輕、承載能力大、運動精度高，單級傳動比大。

諧波減速器構造圖          RV-E減速器構造圖

RV減速器由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成。RV傳動是新興起的一種傳動，它是在傳統(tǒng)針擺行星傳動的基礎上發(fā)展出來的，不僅克服了一般針擺傳動的缺點，而且具有傳動比范圍大、壽命長、精度保持穩(wěn)定、效率高、傳動平穩(wěn)等一系列優(yōu)點，在一定條件下具有自鎖功能。廣泛應用于工業(yè)機器人，機床，醫(yī)療檢測設備，衛(wèi)星接收系統(tǒng)等領域。一般而言，工業(yè)機器人每個關節(jié)都需要配備一臺減速器，即一臺六軸工業(yè)機器人需要配備6臺減速器。

機器人控制系統(tǒng)組成結構圖

控制器作為工業(yè)機器人最為核心的零部件之一，是工業(yè)機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響，在一定程度上影響著工業(yè)機器人的發(fā)展。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要是控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。

它同時具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。一般每臺多軸機器人由一套控制系統(tǒng)控制。

伺服系統(tǒng)原理圖及伺服電機示意圖

伺服系統(tǒng)通常由伺服電機和伺服驅(qū)動器組成，伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。一般而言，工業(yè)機器人每個關節(jié)都會搭載一個伺服驅(qū)動和伺服電機，即一臺六軸機器人需要搭載6套伺服系統(tǒng)。

市場情況

中國核心零部件市場競爭激烈，主要技術仍由外國品牌掌控，國產(chǎn)品牌在性能方面仍不及外資品牌。在減速器方面，納博特斯克、哈默納克、住友、ZF、Spinea等外資品牌領先，國內(nèi)上海機電、綠的、南通振康、巨輪股份、秦川機床、中大力德等公司均不斷突破。國產(chǎn)品牌技術水平的提升是實現(xiàn)國產(chǎn)替代的必經(jīng)之路，是突破重圍的關鍵。

減速器市場國內(nèi)外品牌競爭激烈，行業(yè)逐步進入紅海市場。減速器市場空間依然巨大，除納博（上海）20萬臺產(chǎn)能擴充計劃外，各大國產(chǎn)廠商均提出了擴產(chǎn)計劃。南通振康計劃到2021年，形成10萬臺/年減速器，擴產(chǎn)計劃最大。本體廠商錢江機器人也開始 RV減速器的自主研發(fā)，預計18年底到19年初開始自給。

日系的松下，三菱、安川電機和歐美系的西門子等企業(yè)占據(jù)伺服系統(tǒng)的主導。國產(chǎn)伺服電機大多是仿制日系伺服電機設計，功率多在3kw以內(nèi)，以中小功率為多，而5.5-15kw的中大功率伺服電機則比較少。國產(chǎn)品牌中，廣州數(shù)控、匯川技術、英威騰、埃斯頓、新時達、華中數(shù)控等企業(yè)伺服技術領先，但與外資品牌相比，仍然存在一定差距。

控制器方面，四大家族占據(jù)主導，國內(nèi)埃斯頓、新時達、固高等企業(yè)優(yōu)勢明顯。一般而言，大多數(shù)本體制造商可以自產(chǎn)控制器。近年來，國內(nèi)運動控制技術有了較快的發(fā)展。經(jīng)過多年的沉淀和技術積累，國內(nèi)機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，主要差距體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。隨著技術和應用經(jīng)驗的積累，國內(nèi)企業(yè)的機器人控制器產(chǎn)品相對較為成熟，是機器人產(chǎn)品中與國外產(chǎn)品差距最小的關鍵零部件。

本體制造

工業(yè)機器人的主要技術參數(shù)一般有自由度、定位精度及重復定位精度、工作范圍、最大工作速度和承載能力等。這些參數(shù)是工業(yè)機器人本體制造過程中重要的考量指標，是衡量一家廠商本體制造水平高低的標準。

工業(yè)機器人主要技術參數(shù)

目前在工業(yè)機器人本體市場上，以“四大家族”為代表的外資品牌在精度和承載能力等技術指標方面處于領先水平，國產(chǎn)品牌技術方面略顯弱勢，仍無法與之抗衡。但國產(chǎn)本體在價格方面較為便宜，眾多中小廠商在自動化改造過程中，更加注重性價比的高低，因此國產(chǎn)本體仍有一定的市場份額。但未來更加注重質(zhì)量和效益，不注重技術提升的本體廠商或?qū)⒈惶蕴?

國產(chǎn)工業(yè)機器人目前普遍能達到低于0.1毫米的運動精度，且負載能力、穩(wěn)定性、可靠均優(yōu)于人力，逐漸可以完成高強度精細工序，并能夠保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。比如，采用機器人拋光，成品率可從87%提高到93%。未來，國產(chǎn)替代有望進一步擴大，中國工業(yè)機器人市場潛力巨大，國產(chǎn)品牌崛起有望加速。

系統(tǒng)集成

工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商處于機器人產(chǎn)業(yè)鏈的下游應用端，為終端客戶提供應用解決方案，負責工業(yè)機器人應用二次開發(fā)和周邊自動化配套設備的集成，具有產(chǎn)品設計能力、對終端客戶應用需求的工藝理解、相關項目經(jīng)驗等，提供可適應各種不同應用領域的標準化、個性化成套裝備。

只有機器人本體是不能完成任何工作的，需要通過系統(tǒng)集成之后才能為終端客戶所用。因此，在注塑、沖壓、打磨、噴涂、裝配、焊接、精雕、壓鑄、組裝、上下料等制造領域，分別采用不同的系統(tǒng)集成解決方案，并形成了焊接機器人、上下料機器人、噴涂機器人、裝配機器人等適用于不同應用領域的工業(yè)機器人。

工業(yè)機器人重點企業(yè)介紹

在世界工業(yè)機器人行業(yè)中，以瑞士的ABB、德國的庫卡、日本的發(fā)那科和安川電機最為著名，并稱為工業(yè)機器人“四大家族”。它們在亞洲市場上同樣有著舉足輕重的地位，在中國工業(yè)機器人市場上占據(jù)大半江山，幾乎壟斷了機器人本體制造、焊接等高端領域。

ABB是一家由兩個歷史100多年的國際性企業(yè)（瑞典的ASEA和瑞士的BBC Brown Boveri）在1988年合并而成，位居全球500強。其業(yè)務涵蓋電力產(chǎn)品、離散自動化、運動控制、過程自動化、低壓產(chǎn)品五大領域，以電力和自動化技術最為著名。ABB擁有當今最多種類的機器人產(chǎn)品、技術和服務，是全球裝機量最大的工業(yè)機器人供貨商。

發(fā)那科（FANUC）創(chuàng)建于1956年，三年后首次推出了電液步進電機，進入70年代，得利于微電子技術、功率電子技術，尤其是計算技術飛速發(fā)展，發(fā)那科毅然舍棄了使其發(fā)家的電液步進電機數(shù)控產(chǎn)品而開始轉(zhuǎn)型。1976年研制成功數(shù)控系統(tǒng)，隨后又與SIEMENS公司聯(lián)合研制了具高水平的數(shù)控系統(tǒng)，并成為當今世界上數(shù)控系統(tǒng)、設計、制造、銷售實力最強的企業(yè)之一。

安川電機（YASKAWA）創(chuàng)立于1915年，是日本最大的工業(yè)機器人公司。1977年，安川電機運用自己的運動控制技術開發(fā)生產(chǎn)出了日本第一臺全電氣化的工業(yè)用機器人，此后相繼開發(fā)了焊接、裝配、噴漆、搬運等各種各樣的自動化作用機器人，并一直引領著全球產(chǎn)業(yè)用機器人市場。

庫卡（KUKA）于1898年在德國奧格斯堡建立，最初主要專注于室內(nèi)及城市照明，不久后開始涉足其他領域。1973年研發(fā)了名為FAMULUS的第一臺工業(yè)機器人。庫卡公司主要客戶來自汽車制造領域，同時也專注于向工業(yè)生產(chǎn)過程提供先進的自動化解決方案，更涉足于醫(yī)院的腦外科及放射造影。2017年1月6日，美的集團正式以37億歐元（約合292億人民幣）的價格完成了對于庫卡94.55%股份的收購。

工業(yè)機器人“四大家族”簡介

2018年，ABB機器人業(yè)務達627.76億元，是四大家族中機器人營收最大的公司，其次為發(fā)那科113.2億元，庫卡93.7億元，安川電機83.4億元。機器人業(yè)務收入增速方面，庫卡增速最快，2018年機器人營收同比增長20.9%；ABB機器人營收同比增長6.3%，保持穩(wěn)定增長；發(fā)那科機器人營收同比增長1.0%，增速較慢；而安川電機機器人營收同比降低9.1%，出現(xiàn)負增長。

2017年，四大家族在中國工業(yè)機器人市場上的市場份額高達57.4%，發(fā)那科占比最高，達17.8%，其次為庫卡14.0%，ABB13.5%，安川電機12.1%，而其他外資品牌僅占9.7%。2017年四大家族在中國的市占率進一步加大，國產(chǎn)機器人品牌面臨較大壓力。

2017年中國機器人市場外資品牌占比（%）

近年來，四大家族不斷加大在中國的業(yè)務布局，持續(xù)擴張產(chǎn)能并且將發(fā)展重點瞄準了中國市場。一方面，是出于高端行業(yè)的未來發(fā)展前景較好，四大家族對機器人行業(yè)景氣度的信心充足。另一方面，中國作為全球機器人最大需求市場，其地位日益重要，未來成長空間較大。

工業(yè)機器人“四大家族”在中國的布局情況

工業(yè)機器人發(fā)展趨勢

工業(yè)機器人正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化方向發(fā)展。工業(yè)機器人智能化，即讓機器人有感覺、有知覺，能夠迅速、準確地檢測及判斷各種復雜的信息。隨著執(zhí)行與控制、自主學習與智能發(fā)育等技術進步，機器人將從預編程、示教再現(xiàn)控制、直接控制、遙操作等被操縱作業(yè)模式，逐漸向自主學習、自主作業(yè)方向發(fā)展。

通過標準化模塊組裝制造工業(yè)機器人將成為趨勢。當前，各個國家都在研究、開發(fā)和發(fā)展組合式機器人，這種機器人將由標準化的伺服電機、傳感器、手臂、手腕與機身等工業(yè)機器人組件標準化組合件拼裝制成。

研究新型機器人結構是未來發(fā)展趨勢。新型微動機器人結構可以提升工業(yè)機器人的作業(yè)精度、改善工業(yè)機器人的作業(yè)環(huán)境。研制新型工業(yè)機器人結構將成為適應工作強度高、環(huán)境復雜作業(yè)的需求。

我國工業(yè)機器人的大部分核心部件為自主研發(fā)和生產(chǎn)，在同類產(chǎn)品中價格優(yōu)勢明顯，性價比較高。且供貨周期短，服務響應水平及時，在金屬形成等領域行業(yè)應用經(jīng)驗豐富。但我國在工業(yè)機器人領域起步較晚，產(chǎn)業(yè)主要在中下游行業(yè)，生產(chǎn)和銷售規(guī)模較小。

整體來看，我國工業(yè)機器人核心零部件國產(chǎn)化的趨勢已經(jīng)開始初步顯現(xiàn)，但技術和經(jīng)驗積累還需要一定時間，大多數(shù)企業(yè)還處于小批量生產(chǎn)和推廣應用階段。因此，培育具有國際競爭力的龍頭企業(yè)，帶動中小企業(yè)向“專、精、特、新”方向發(fā)展，形成集群效應，增強產(chǎn)業(yè)競爭合力，將是未來我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展努力的方向。