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摘要

工業(yè)機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，在智能制造領(lǐng)域，工業(yè)機器人作為集智能化、數(shù)字化、自動化等多種先進技術(shù)于一體的工業(yè)自動化裝備，在數(shù)字工廠、智能工廠等現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)體系中扮演重要角色。在我國社會人口結(jié)構(gòu)老齡化、人力成本上升等多種因素的影響下，推動智能制造轉(zhuǎn)型升級是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢和必要舉措，制造企業(yè)對工業(yè)機器人的旺盛需求是長期趨勢。提高工業(yè)機器人的研發(fā)制造水平和實現(xiàn)工業(yè)機器人的大規(guī)模應(yīng)用既是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障，也是推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的重要環(huán)節(jié)。

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工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

圖1：工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

工業(yè)機器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器人。工業(yè)機器人依靠自身動力能源和定位控制能力來實現(xiàn)各種工業(yè)加工制造功能，能夠代替人工完成部分繁重、單調(diào)體力勞動或有害作業(yè)環(huán)境下工作。工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游。上游是工業(yè)機器人的核心零部件，中游工業(yè)機器人本體制造，下游為工業(yè)機器人的系統(tǒng)集成和主要應(yīng)用領(lǐng)域。

（一）工業(yè)機器人核心零部件

在工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈中，上游零部件是工業(yè)機器人技術(shù)核心與難點，是工業(yè)機器人成本最高和產(chǎn)業(yè)利潤最厚的環(huán)節(jié)。其中，工業(yè)機器人最核心的三大零部件分別是控制器、伺服系統(tǒng)、減速機，共占據(jù)工業(yè)機器人整體生產(chǎn)成本的70％以上。除三大核心零部件之外，工業(yè)機器人主要零部件還包括傳感器與末端執(zhí)行器。

1．控制器

控制器被稱為“工業(yè)機器人的大腦”，由控制柜、示教柜等硬件坨和控制算法、編程程序等軟件構(gòu)成�？刂破髦饕�任務(wù)是接受并處理工業(yè)機器人工作過程的全部信息，根據(jù)操作任務(wù)的要求驅(qū)動機械臂中的各個伺服電機，引導(dǎo)機器人按照要求的每個動作的位置、姿態(tài)和軌跡實現(xiàn)其運動。

2．伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，常被視為“工業(yè)神經(jīng)系統(tǒng)”。在工業(yè)機器人中，伺服系統(tǒng)通過接受并精確執(zhí)行控制器發(fā)出的運動指令，完成工業(yè)機器人的多軸運動控制。在構(gòu)成方面，伺服系統(tǒng)由伺服電機、伺服驅(qū)動器、伺服編碼器三部分組成。其中，伺服電機是執(zhí)行機構(gòu)，用于驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié)從而實現(xiàn)運動。為與機器人體型相匹配并滿足機器人的運行性能需求，工業(yè)機器人伺服電機須具備小體積集成和大功率的應(yīng)用的技術(shù)能力。伺服驅(qū)動器是接收控制器發(fā)出的指令，并驅(qū)動電機工作的裝置。伺服編碼器是伺服系統(tǒng)的反饋裝置，用來反饋伺服電機的信號并依此精確調(diào)速，控制伺服電機達到最佳工作狀態(tài)，從而提升伺服系統(tǒng)精度。目前國內(nèi)伺服系統(tǒng)市場的高端市場由日本和歐美等國外品牌占據(jù)較大市場份額，國產(chǎn)品牌的競爭力正逐步提升。

3．減速器

減速器是一種精密的動力傳達機構(gòu)，作用在于降低轉(zhuǎn)速、傳遞更大的扭矩，滿足工業(yè)機器人在重復(fù)執(zhí)行相同的動作時的定位精度和重復(fù)定位精度，確保機器人平穩(wěn)精確運行。由于減速器決定工業(yè)機器人的精度和負載，工業(yè)機器人對減速器性能的要求很高，所使用的減速器都是高精密減速器，其中RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機器人主流使用的減速器。精密減速器制造對材料、設(shè)備、工藝等多個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格要求，具有很高的技術(shù)壁壘和投資成本，在工業(yè)機器人零部件中占據(jù)最大成本份額。日本的納博特斯克和哈默納科兩家公司在該領(lǐng)域技術(shù)積累雄厚，先發(fā)優(yōu)勢明顯，包括我國在內(nèi)的全球工業(yè)機器人用精密減速器長期為日企所壟斷。

4．傳感器

工業(yè)機器人使用各式各樣傳感器來理解和測量周圍環(huán)境中物體的幾何和物理特性。傳感技術(shù)的應(yīng)用能幫助機器人能夠精準(zhǔn)感知、敏捷運動、自主決策，實現(xiàn)更大的操作靈活性，更好的勝任各種任務(wù)。工業(yè)機器人常見的傳感器可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器，內(nèi)部傳感器用于獲取機器人自身狀態(tài)信息，然后為控制單元反饋信息，例如視覺傳感器、位移傳感器、角度傳感器、速度傳感器、位置傳感器等；外部傳感器主要獲取機器人所外部環(huán)境信息以及自身與環(huán)境之間的相互信息，常見的外部傳感器有距離傳感器、接近傳感器、視覺傳感器等。

5．末端執(zhí)行器

工業(yè)機器人末端執(zhí)行器又被稱為機械手，是裝在工業(yè)機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件，是機器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)，被稱為機械臂的“業(yè)務(wù)端”。常用的專用末端執(zhí)行器根據(jù)工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域來定制設(shè)計成特定的構(gòu)成形狀，實現(xiàn)對對圓盤類、長軸類、不規(guī)則形狀、金屬板類等不同形狀、大小和重量的各類工件的抓取、搬運、上下料等工作。

（二）工業(yè)機器人本體

工業(yè)機器人本體是工業(yè)機器人的機座和執(zhí)行機構(gòu)，即工業(yè)機器人的原樣和自身，主要由傳動部件、機身及行走機構(gòu)、臂部、手部五部分構(gòu)成。工業(yè)機器人本體一般不能直接使用，需要下游系統(tǒng)集成廠商根據(jù)不同應(yīng)有場景和用途進行二次開發(fā)才能投入到最終的工業(yè)生產(chǎn)中去。根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的不同，本體可分為多關(guān)節(jié)機器人、水平多關(guān)節(jié)機器人（SCARA）、并聯(lián)機器人、協(xié)作機器人、直角坐標(biāo)型機器人。工業(yè)機器人本體分類介紹如下表所示。

表1：工業(yè)機器人本體分類介紹

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

（三）工業(yè)機器人系統(tǒng)集成與應(yīng)用

工業(yè)機器人下游包括工業(yè)機器人系統(tǒng)集成和工業(yè)機器人的應(yīng)用行業(yè)兩大部分。工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商負責(zé)將標(biāo)準(zhǔn)機器人（本體）變?yōu)閼?yīng)用機器人，應(yīng)用于焊接、噴涂、上下料 、搬運、機械加工等工業(yè)自動化領(lǐng)域。系統(tǒng)集成廠商也需要根據(jù)終端客戶面對復(fù)雜工業(yè)場景的具體需求進行針對性的產(chǎn)品設(shè)計和定制化開發(fā)，為客戶提供可適應(yīng)各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化、個性化成套裝備。經(jīng)過系統(tǒng)集成商開發(fā)后的機器人成為終端產(chǎn)品應(yīng)用市場，根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的不同可劃分為汽車制造、電子電氣、金屬加工、食品飲料、倉儲物流等領(lǐng)域。

表2：工業(yè)機器人應(yīng)用分類介紹

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

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中國工業(yè)機器人市場分析

（一）中國工業(yè)機器人應(yīng)用市場分析

中國在2011年－2021年工業(yè)機器人年度安裝量總體呈現(xiàn)大幅增長趨勢，十年間安裝量增長超過5倍，年均增長率達142％。尤其是在2017年我國工業(yè)機器人年安裝量大幅躍升，并在之后的年份持續(xù)維持高位，即使在2020年面臨疫情等復(fù)雜嚴(yán)峻的外部形勢下工業(yè)機器人安裝數(shù)量仍能逆勢增長，并于2021年安裝數(shù)量達26．8萬臺，上升到新的高度。通過分析工業(yè)機器人安裝量增長態(tài)勢可以看出我國工業(yè)自動化智能化水平在2017年開始提速，企業(yè)高質(zhì)量生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展進程加快，即使面臨疫情等外部不利因素沖擊下仍工業(yè)機器人仍表現(xiàn)出強勁的需求水平，彰顯制造業(yè)在智能制造體系下快速復(fù)工復(fù)產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)擴展的勃勃生機，顯現(xiàn)我國工業(yè)發(fā)展的強大韌性和活力。

圖2：2011年－2021年中國工業(yè)機器人年安裝量（萬臺）

來源：國際機器人協(xié)會（IFR）

從近三年我國工業(yè)機器人分應(yīng)用行業(yè)安裝量來看，電子／電氣行業(yè)是工業(yè)機器人應(yīng)用最多的領(lǐng)域，工業(yè)自動化排名第二，金屬和機械領(lǐng)域位列第三，橡膠和塑料、食品、醫(yī)藥和化妝品領(lǐng)域工業(yè)機器人安裝量相對較少。根據(jù)《2021中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，工業(yè)機器人已在37個國民經(jīng)濟行業(yè)大類， 102 個行業(yè)中類中得到應(yīng)用。汽車制造業(yè)是工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域最寬泛、應(yīng)用成熟度最好的領(lǐng)域。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車的需求量不斷增大與汽車制造的技術(shù)轉(zhuǎn)型升級催生了汽車制造廠對工業(yè)機器人的大量需求。汽車車身的薄零件的焊接與裝配、汽車車身表面的噴漆、汽車燈具的涂膠、汽車輪胎組裝需要用到不同類型的工業(yè)機器人，汽車整車生產(chǎn)中大量沖壓、焊接、涂膠、激光檢測等工序大多也是由工業(yè)機器人完成。中國是3C制造大國，計算機類、通信類和消費類電子產(chǎn)品占據(jù)全球70％產(chǎn)能，3C電子產(chǎn)品是工業(yè)機器人另一大主要應(yīng)用市場。

圖3：2019年－2021年中國工業(yè)機器人分應(yīng)用行業(yè)年度安裝量（萬臺）

來源：國際機器人協(xié)會（IFR）

全球范圍內(nèi)，2021年工業(yè)機器人年度安裝量排名前五的市場分別是中國、日本、美國、韓國和德國。其中，中國工業(yè)機器人年度安裝量達26．8臺，遙遙領(lǐng)先于世界其它主要工業(yè)國家，是全球最大的工業(yè)機器人采用國。

圖4：2021年工業(yè)機器人安裝量最多的15個國家排名（萬臺）  

來源：國際機器人協(xié)會（IFR）

全球工業(yè)機器人安裝量五年內(nèi)增幅超過60％。受新冠疫情影響全球安裝量在2019、2020連續(xù)兩年下降后，于2021年復(fù)蘇強勁，全球安裝總量在2021年超過50萬臺，創(chuàng)造歷史新高。我國工業(yè)機器人安裝量在五年內(nèi)大幅增加，全球占比也迅速攀升，2021年中國工業(yè)機器人安裝量占比全球超過半數(shù)，當(dāng)之無愧地成為全球工業(yè)機器人最大市場。

圖5：2015年－2021年中國與世界其他國家（地區(qū)）工業(yè)機器人安裝量對比（萬臺）  

來源：國際機器人協(xié)會（IFR）

（二）中國工業(yè)機器人市場品牌競爭力分析

從中國工業(yè)機器人市場的品牌結(jié)構(gòu)來看，目前我國工業(yè)機器人由外資品牌占據(jù)市場較大份額，發(fā)那科、ABB、庫卡、安川電機等工業(yè)機器人四大家族以及愛普生、雅馬哈等品牌憑借長期的技術(shù)沉淀和高性能的產(chǎn)品在中國市場銷量領(lǐng)先。我國國產(chǎn)工業(yè)機器人品牌近些年來發(fā)展迅速，在近年來國家強調(diào)自主創(chuàng)新的推動作用下競爭力明顯提升，以埃斯頓、博時股份、匯川技術(shù)為代表，已具備一定規(guī)模和實力，許多科技巨頭、制造業(yè)龍頭企業(yè)也紛紛入局，加快在核心零部件、本體制造等領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)，縮小與國外工業(yè)機器人頭部企業(yè)的差距，國產(chǎn)機器人替代進程加快。

圖6：2020中國工業(yè)機器人市場競爭格局

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

表3：2021年中國工業(yè)機器人企業(yè)排行榜（前10名）

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

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觀點小結(jié)

（一）發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)將有力推動中國從制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變

在我國原有制造業(yè)成本比較優(yōu)勢逐步削弱、新的產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢尚未形成的新舊交替期，發(fā)展工業(yè)機器人能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的工業(yè)能力，更好應(yīng)對人口老齡化和工業(yè)生產(chǎn)中用工成本上升的不利因素，助力我國制造業(yè)從規(guī)模、速度的發(fā)展軌道轉(zhuǎn)向質(zhì)量、效益的發(fā)展軌道，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向中高端邁進。

（二）工業(yè)機器人未來會更多在高精度工業(yè)場景落地應(yīng)用

隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級進程的不斷加速，工業(yè)領(lǐng)域的自動化轉(zhuǎn)型和新興領(lǐng)域涌現(xiàn)出的產(chǎn)品加工進一步引致對工業(yè)機器人大量需求。因此，我國機器人產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展重點在于面向汽車、高端裝備、精密儀器、半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域開發(fā)工業(yè)機器人本體和關(guān)鍵零部件系列化產(chǎn)品，推動國產(chǎn)工業(yè)機器人在高精度工業(yè)場景產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

（三）新興技術(shù)推動工業(yè)機器人加速創(chuàng)新發(fā)展、升級換代

隨著新一代信息技術(shù)、新材料技術(shù)與工業(yè)機器人開發(fā)深度融合，工業(yè)機器人智能化、數(shù)字化水平程度大幅提高并且設(shè)備更加安全可靠。工業(yè)機器人不再依賴固定的外界環(huán)境做勞動力代替的重復(fù)性工作，適應(yīng)力強、靈敏度高、支持和人在同一場景協(xié)同精準(zhǔn)工作的人機協(xié)作機器人能極大提高工作效率，成為工業(yè)機器人應(yīng)用場景的革新者與破局者，引領(lǐng)工業(yè)機器人發(fā)展新潮流。

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作者 ｜ 火石創(chuàng)造 李佩  審核 ｜ 火石創(chuàng)造 馮雷 殷莉

       原文標(biāo)題 : 產(chǎn)研發(fā)布 | 我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈全景分析