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高（gāo）端裝備（bèi）之工業機器人產業（yè）透視

2018-7-23 來（lái）源：金石興機器人學院作者：

官方數據披露：中國（guó）連續四年成為全（quán）球最大（dà）的工業機器人市場，據國際（jì）機器人聯合會IFR的報（bào）告，2017年，中國工業機器人銷量（liàng）11萬（wàn）台，同（tóng）比增（zēng）長（zhǎng）31%，約占全球銷量的1/3。目（mù）前，中國的機器人製造商正在擴大其在國內市場的份額，2018年~2020年，中（zhōng）國機器（qì）人的年銷售量預計每年平（píng）均增15%~20%。今天本文帶您全麵透（tòu）視高（gāo）端裝（zhuāng）備的另一個（gè）細分領域——工業機器人行業。

工業機器（qì）人產（chǎn）業

工業機器人的發展和（hé）應用，是我國製造業走向高端化（huà）和（hé）智能化（huà）的重中（zhōng）之重。目前我國工業機器人產業呈現“快速成長”和“國產替代”的雙重重要特征。

工業機器人

工業機器人是麵向工業領域的多關節（jiē）機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力（lì）和控製（zhì）能力來實現各種功能（néng）的（de）一種（zhǒng）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，現代的工業機器人還可以根據人工智能技術製定的原則綱領行動。

工業機器人組成結構

工業機器人由主（zhǔ）體、驅（qū）動係統和控製係統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包（bāo）括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人（rén）有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度。動係統包括動力裝置和傳動機構，用（yòng）以使執行機構產生相應的動作。控製係統是按照輸入的程（chéng）序對驅動係統（tǒng）和（hé）執行機構發出指令信號，並（bìng）進行控製（zhì）。

工業機（jī）器人的產業鏈

工業機器人行業上遊是核心零部件，主要的是減速機和控製係統（tǒng），這相當於機（jī）器人的“大腦”，中遊是機器人本體，就是機器人的“身體”，下遊是係統集成商，國內企業都集中在這個環節上（shàng）。工業機器人上（shàng）遊零部件行業主（zhǔ）要是減速機、伺服電機、變頻（pín）器、控製器等，其中減速器、伺（sì）服電機及伺服係統在工業機器人成本中所占比重較大，分別為39%，28%，本（běn）體製造占比為22%。雖然減（jiǎn）速（sù）機、伺服係統在工業機器人成本中所占比重較大，但（dàn）國內減速機、伺服電機等關鍵零部件發展相（xiàng）對滯後，技術水平較低（dī），產品穩定性差，與國外產品（pǐn）相比存在不少差距，導致國內工業機器人（rén）減速機、伺服電機等零部件（jiàn）主要依（yī）賴進口，國內企業工業機器人生產成本（běn）較高，競爭力較弱。

產業鏈上遊的核心零部件

伺服電機

電動（dòng）伺服驅（qū）動係統是工業機器人的必（bì）不可（kě）少的關鍵零部件，是利用各種電機產生的力矩（jǔ）和力，直接或間接地驅（qū）動機器人本體，以獲得（dé）機器人的各種運動（dòng）的執行機構，通常由（yóu）伺服電機以及伺服驅動器組成。除了可以進行速度與轉矩控製外，伺服係統還可以進行精確、快速、穩定的位置控製。其核心技術分為兩大類。

1)信（xìn）號接插件的可靠性。國產伺服需要繼續改（gǎi）進，而且接插件（jiàn）的（de）小型化、高密度化（huà）也是趨勢，與伺服電機本體的集成設計是個很好的做法，目（mù）前日係的伺服電（diàn）機很多就是這樣設計的，方便安裝、調（diào）試、更換。

2)編碼器的高精度（dù）。尤其工業機器人（rén）上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴重依賴（lài）進口，是製約我（wǒ）國高檔伺服係統發展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的（de）核（hé）心技術。縱觀日係伺服電（diàn）機產品的更迭，都（dōu）是伴隨著電機磁路（lù）和編碼器的協同（tóng）發展升級。

控製器

工業（yè）機器人（rén）控製器是機器人控製係統的核心大腦（nǎo）。控製器的主要任務是對機器人的（de）正向運動學、逆向運動學求解（jiě），以實現機器人（rén）的操作空間坐標和（hé）關節空間坐標的相互轉換，完成機器（qì）人的軌跡規（guī）劃任務，實現高速伺服插補運算、伺服運動控製（zhì）。

控製係統的（de）開發涉及較多的核心（xīn）技術，包括硬件設計，底層軟件技術，上層功能應（yīng）用軟件等，隨著技術和應用經（jīng）驗的積累（lèi），國內企業機器人控製器產品已經較為成熟，是（shì）機器人產品中與國外產品差距最小的關鍵零（líng）部件，國內機器人（rén）控（kòng）製器所采用的硬件平台和國外（wài）產品相比並沒有太大（dà）差（chà）距，差距主要在控製算法和二次開發（fā）平台的易用（yòng）性方麵。

減速器

工業機器人核心部件減速器（qì）是機械傳動的核心，機器人的速度、精度都與減速器有關，工業機器人使用的減速器主要包含：諧波減速器、RV減速器。

產業鏈中下遊的核心（xīn）零部（bù）件

機器人本體廠商的工作主要是生產機器人（rén）本體，負責機器人（rén）關鍵零部件生產、控製算（suàn）法、開發環境設計等工作。

工（gōng）業機器人的發展模式

根據國際經（jīng）驗來看（kàn），國內的機（jī）器人產業發展更接近於美國模式（shì），即以係統（tǒng）集成商為主，單（dān）元產品外購或貼牌，為客戶提供交（jiāo）鑰匙（shí）工程。與單元產（chǎn）品的供應商相（xiàng）比，係統集成商還要具有產品設計能力、項目（mù）經（jīng）驗，並在對用戶行業深刻理解的（de）基礎之上，提供可適應各（gè）種不（bú）同應用領域的標準化、個性化成套裝備。工業機器（qì）人的大規模普（pǔ）及將為（wéi）國內相（xiàng）關係統集成（chéng）商帶來發展機遇。中國機器人產業化模式較可行的是從集成起步至成熟階段采用分工模式：即美國模式(集成)-日本模式(核心（xīn）技術（shù）)-德國模式(分工（gōng）合作)。

中國，作為工業機器人市（shì）場上的主力軍，存在著係（xì）統集成商普遍規模較小，年產值不高，麵臨（lín）強（qiáng）大的競爭壓力。從相關市場數據來看，現階段（duàn）國內集成商規模都不大，銷售（shòu）收入1個億以下的企業占大部分，能做到5個億的就是行業的佼佼者，10個億以上的全國範圍屈（qū）指可數。從國內機器人市（shì）場發展現狀看，有兩類企業將（jiāng）在未來行業大發展的背景中勝出：一類是有很強技術研發底蘊，項（xiàng）目經驗豐（fēng）富的行業企業，另一（yī）類是在某些行業有（yǒu）一定（dìng）的項目經（jīng）驗，又具（jù）備十分強（qiáng）勁的產業資源整合力的（de）企業。而從發達國家的十分成熟的“產業技術聯盟”發生思路來看，後者將代表著（zhe）我（wǒ）國工業（yè）機器人的未來及方向。

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