工業機器人核心零部件技術壁壘高

1、產業鏈分析

工業機器人產業鏈上游是核心零部件：包括減速器、伺服系統、控制器;中游是機器人本體制造，下游是系統集成。

圖表：機器人產業鏈全景圖

資料來源：中研普華產業研究院

根據中研普華研究院撰寫的《2023-2028年中國工業機器人行業深度分析與發展前景預測報告》顯示：

工業機器人核心零部件技術壁壘較高，成本占比也較大。因此，零部件供應能夠實現國產化，對于我國整個工業機器人產業發展至關重要。

2、減速器

精密減速器決定工業機器人的精度和負載。精密減速器是連接伺服電機和執行機構之間的中間裝置，它負責把伺服電機高速運轉的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，并傳遞更大的轉矩。精密減速器是工業機器人最重要的零部件，工業機器人運動的核心部件“關節”就是由它構成，每個關節都要用到不同的減速器產品。工業機器人對減速器的精度、負載和壽命等要求極高，其技術壁壘是工業機器人核心零部件中最高的一個，是對工業機器人本體性能影響程度最高的核心零部件。

大量應用在關節型機器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。RV減速器由于具有更高的剛度和回轉精度，一般放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置，而諧波減速器一般放置于放置在小臂、腕部或手部。

從具體技術來看，減速器屬于純機械精密部件，材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。我國減速器研究起步較晚，核心難點在于建立起背后龐大的配套工業體系。RV減速器制造核心難點在各項工藝的密切配合，包括：齒面熱處理、加工精度、零件對稱性、成組技術、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結果是產品的磨損和壽命。諧波減速機的技術難點主要體現在柔輪壽命和加工精度上。

國產諧波減速器進步相對明顯、國產RV減速器接受度不斷提高。從產品類型來看，國產諧波減速器進步相對明顯，目前已經涌現如綠的、來福、大族精密等優質廠商;RV減速器有較高的技術和投資門檻，具備量產能力的廠商也不在少數，例如南通振康、雙環、中大力德等。

3、伺服系統

伺服系統由伺服驅動器、伺服電機、編碼器三部分組成，是工業機器人主要的動力來源。伺服驅動器負責將從控制器接收到的信息分解為單個自由度系統能夠執行的命令，再傳遞給執行機構(伺服電機)，伺服電機將收到的電流信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象，實現每一個關節的角度、角速度和關節轉矩的控制。編碼器作為伺服系統的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統精度。編碼器安裝在伺服電機上，與電機同步旋轉，電機轉一圈編碼器也轉一圈，轉動的同時將編碼信號送回控制器，控制器據以判斷伺服電機的轉向、轉速、位置信息。一般來說，工業機器人的每個關節都會搭配一個伺服電機，即一臺六軸工業機器人搭配6套伺服電機。

伺服電機在工業自動化中發揮著重要作用，廣泛用于機械、冶金、電力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研試驗等多個領域。其中，機床工具、電子設備制造和工業機器人等行業伺服應用比例較高。隨著未來機器人零部件實現突破，我國工業機器人行業將迎來快速發展期，伺服系統的應用領域也將繼續向電子設備制造、工業機器人等新興領域深入。

國內廠商自主研發的伺服系統開始進入快速發展階段，國產伺服系統憑借產品質量和技術水平的優化，在國內市場中的份額占比持續增長。2023年前三季度，匯川技術市占率達27.2%，禾川占比達4.2%。內資品牌持續采取定制化與價格策略搶占外資品牌份額，在部分細分市場上表現出明顯的競爭優勢，隨著本土廠商在產品技術及市場推廣上的提升，優質內資品牌正在加速崛起。

圖表：2023Q1-Q3中國伺服系統主要供應商市場份額

資料來源：MIR，中研普華產業研究院

3、控制器

機器人控制系統相當于機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響，主要任務是控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡，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。在工業機器人領域，控制器與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發，以保證穩定性和維護技術體系。

控制器硬件核心在于芯片，為了保證控制系統具有足夠的計算與存儲能力，目前機器人控制器多采用計算能力較強的ARM系列、DSP系列、Intel等系列芯片。軟件包括操作系統和算法庫兩部分，機器人專用操作系統包括VxWorks(嵌入式實時操作系統)、Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平臺等，其中Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平臺為使用較多的開源操作系統。算法庫包括底層算法庫以及應用工藝算法，底層算法庫的運動學控制算法即規劃運動點位，負責控制機器人末端執行器按照規定的軌跡達到指定地點。動力學算法負責識別每一個姿態下機身負載物的轉動慣量，使其保持最優化輸出的狀態。應用工藝算法即二次開發，針對不同行業的應用工藝算法，只有在掌握底層算法的基礎上才能較好地實現應用工藝算法。

國內工業機器人控制器市場多被日系及歐美品牌占據。控制器一般由機器人本體廠商自主設計研發，主流的機器人廠商均有自己的控制系統與之匹配，國內工業機器人控制器市場多被日系及歐美品牌占據。以發那科、安川、庫卡、ABB為代表的四大家族普遍采用自產自用的生產模式，其在中國工業機器人控制器市場的占比與其在本體市場的占比基本保持一致，達40%以上。國內企業控制器尚未形成市場競爭力，部分本體生產廠家的控制器需要通過外購國外廠商，如KEBA、TRIO等。但在發展過程中仍然涌現出一批具有代表性的企業，比如固高科技、匯川技術、眾為興(新時達子公司)、埃斯頓、華中數控等企業較有優勢。

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