工业机器人的产业透视

       中国连续四年成为全球最大的工业机器人市场，据国际机器人联合会IFR的报告，2017年，中国工业机器人销量11万台，同比增长31%，约占全球销量的1/3。目前，中国的机器人制造商正在扩大其在国内市场的份额，2018年~2020年，中国机器人的年销售量预计每年平均增15%~20%。       工业机器人产业       工业机器人的发展和应用，是我国制造业走向高端化和智能化的重中之重。目前我国工业机器人产业呈现"快速成长"和"国产替代"的双重重要特征。       工业机器人       工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。       工业机器人组成结构       工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度，其中腕部通常有1~3个运动自由度。动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人的产业链       工业机器人行业上游是核心零部件，主要的是减速机和控制系统，这相当于机器人的"大脑"，中游是机器人本体，就是机器人的"身体"，下游是系统集成商，国内企业都集中在这个环节上。工业机器人上游零部件行业主要是减速机、伺服电机、变频器、控制器等，其中减速器、伺服电机及伺服系统在工业机器人成本中所占比重较大，分别为39%，28%，本体制造占比为22%。虽然减速机、伺服系统在工业机器人成本中所占比重较大，但国内减速机、伺服电机等关键零部件发展相对滞后，技术水平较低，产品稳定性差，与国外产品相比存在不少差距，导致国内工业机器人减速机、伺服电机等零部件主要依赖进口，国内企业工业机器人生产成本较高，竞争力较弱。       产业链上游的核心零部件       伺服电机       电动伺服驱动系统是工业机器人的必不可少的关键零部件，是利用各种电机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体，以获得机器人的各种运动的执行机构，通常由伺服电机以及伺服驱动器组成。除了可以进行速度与转矩控制外，伺服系统还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。其核心技术分为两大类。       1)信号接插件的可靠性。国产伺服需要继续改进，而且接插件的小型化、高密度化也是趋势，与伺服电机本体的集成设计是个很好的做法，目前日系的伺服电机很多就是这样设计的，方便安装、调试、更换。       2)编码器的高精度。尤其工业机器人上用的多圈绝对值编码器，目前严重依赖进口，是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈之一。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。纵观日系伺服电机产品的更迭，都是伴随着电机磁路和编码器的协同发展升级。       控制器       工业机器人控制器是机器人控制系统的核心大脑。控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解，以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换，完成机器人的轨迹规划任务，实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。       控制系统的开发涉及较多的核心技术，包括硬件设计，底层软件技术，上层功能应用软件等，随着技术和应用经验的积累，国内企业机器人控制器产品已经较为成熟，是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件，国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距，差距主要在控制算法和二次开发平台的易用性方面。       减速器       工业机器人核心部件减速器是机械传动的核心，机器人的速度、精度都与减速器有关，工业机器人使用的减速器主要包含:谐波减速器、RV减速器。       产业链中下游的核心零部件       机器人本体厂商的工作主要是生产机器人本体，负责机器人关键零部件生产、控制算法、开发环境设计等工作。       工业机器人的发展模式       根据国际经验来看，国内的机器人产业发展更接近于美国模式，即以系统集成商为主，单元产品外购或贴牌，为客户提供交钥匙工程。与单元产品的供应商相比，系统集成商还要具有产品设计能力、项目经验，并在对用户行业深刻理解的基础之上，提供可适应各种不同应用领域的标准化、个性化成套装备。工业机器人的大规模普及将为国内相关系统集成商带来发展机遇。中国机器人产业化模式较可行的是从集成起步至成熟阶段采用分工模式:即美国模式(集成)-日本模式(核心技术)-德国模式。       中国，作为工业机器人市场上的主力军，存在着系统集成商普遍规模较小，年产值不高，面临强大的竞争压力。从相关市场数据来看，现阶段国内集成商规模都不大，销售收入1个亿以下的企业占大部分，能做到5个亿的就是行业的佼佼者，10个亿以上的全国范围屈指可数。从国内机器人市场发展现状看，有两类企业将在未来行业大发展的背景中胜出:一类是有很强技术研发底蕴，项目经验丰富的行业企业，另一类是在某些行业有一定的项目经验，又具备十分强劲的产业资源整合力的企业。而从发达国家的十分成熟的"产业技术联盟"发生思路来看，后者将代表着我国工业机器人的未来及方向。