工業(yè)機器人核心零部件技術(shù)壁壘高

• 薛圳揚 2024年2月4日 來源：中研網(wǎng) 790 48
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工業(yè)機器人核心零部件技術(shù)壁壘較高，成本占比也較大。因此，零部件供應能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，對于我國整個工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

1、產(chǎn)業(yè)鏈分析

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈上游是核心零部件：包括減速器、伺服系統(tǒng)、控制器;中游是機器人本體制造，下游是系統(tǒng)集成。

圖表：機器人產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

資料來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

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

工業(yè)機器人核心零部件技術(shù)壁壘較高，成本占比也較大。因此，零部件供應能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，對于我國整個工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。

2、減速器

精密減速器決定工業(yè)機器人的精度和負載。精密減速器是連接伺服電機和執(zhí)行機構(gòu)之間的中間裝置，它負責把伺服電機高速運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。精密減速器是工業(yè)機器人最重要的零部件，工業(yè)機器人運動的核心部件“關(guān)節(jié)”就是由它構(gòu)成，每個關(guān)節(jié)都要用到不同的減速器產(chǎn)品。工業(yè)機器人對減速器的精度、負載和壽命等要求極高，其技術(shù)壁壘是工業(yè)機器人核心零部件中最高的一個，是對工業(yè)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(guān)節(jié)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(zhuǎn)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(shù)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(yè)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(shù)、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結(jié)果是產(chǎn)品的磨損和壽命。諧波減速機的技術(shù)難點主要體現(xiàn)在柔輪壽命和加工精度上。

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

3、伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器、伺服電機、編碼器三部分組成，是工業(yè)機器人主要的動力來源。伺服驅(qū)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(tǒng)能夠執(zhí)行的命令，再傳遞給執(zhí)行機構(gòu)(伺服電機)，伺服電機將收到的電流信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象，實現(xiàn)每一個關(guān)節(jié)的角度、角速度和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的控制。編碼器作為伺服系統(tǒng)的反饋裝置，很大程度上決定伺服系統(tǒng)精度。編碼器安裝在伺服電機上，與電機同步旋轉(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)一圈編碼器也轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)動的同時將編碼信號送回控制器，控制器據(jù)以判斷伺服電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、位置信息。一般來說，工業(yè)機器人的每個關(guān)節(jié)都會搭配一個伺服電機，即一臺六軸工業(yè)機器人搭配6套伺服電機。

伺服電機在工業(yè)自動化中發(fā)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(lǐng)域。其中，機床工具、電子設備制造和工業(yè)機器人等行業(yè)伺服應用比例較高。隨著未來機器人零部件實現(xiàn)突破，我國工業(yè)機器人行業(yè)將迎來快速發(fā)展期，伺服系統(tǒng)的應用領(lǐng)域也將繼續(xù)向電子設備制造、工業(yè)機器人等新興領(lǐng)域深入。

國內(nèi)廠商自主研發(fā)的伺服系統(tǒng)開始進入快速發(fā)展階段，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)憑借產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平的優(yōu)化，在國內(nèi)市場中的份額占比持續(xù)增長。2023年前三季度，匯川技術(shù)市占率達27.2%，禾川占比達4.2%。內(nèi)資品牌持續(xù)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(xiàn)出明顯的競爭優(yōu)勢，隨著本土廠商在產(chǎn)品技術(shù)及市場推廣上的提升，優(yōu)質(zhì)內(nèi)資品牌正在加速崛起。

圖表：2023Q1-Q3中國伺服系統(tǒng)主要供應商市場份額

資料來源：MIR，中研普華產(chǎn)業(yè)研究院

3、控制器

機器人控制系統(tǒng)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(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。在工業(yè)機器人領(lǐng)域，控制器與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發(fā)，以保證穩(wěn)定性和維護技術(shù)體系。

控制器硬件核心在于芯片，為了保證控制系統(tǒng)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(tǒng)和算法庫兩部分，機器人專用操作系統(tǒng)包括VxWorks(嵌入式實時操作系統(tǒng))、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(tǒng)。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(guī)劃運動點位，負責控制機器人末端執(zhí)行器按照規(guī)定的軌跡達到指定地點。動力學算法負責識別每一個姿態(tài)下機身負載物的轉(zhuǎn)動慣量，使其保持最優(yōu)化輸出的狀態(tài)。應用工藝算法即二次開發(fā)，針對不同行業(yè)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(xiàn)應用工藝算法。

國內(nèi)工業(yè)機器人控制器市場多被日系及歐美品牌占據(jù)?？刂破饕话阌蓹C器人本體廠商自主設計研發(fā)，主流的機器人廠商均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配，國內(nèi)工業(yè)機器人控制器市場多被日系及歐美品牌占據(jù)。以發(fā)那科、安川、庫卡、ABB為代表的四大家族普遍采用自產(chǎn)自用的生產(chǎn)模式，其在中國工業(yè)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(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭力，部分本體生產(chǎn)廠家的控制器需要通過外購國外廠商，如KEBA、TRIO等。但在發(fā)展過程中仍然涌現(xiàn)出一批具有代表性的企業(yè)，比如固高科技、匯川技術(shù)、眾為興(新時達子公司)、埃斯頓、華中數(shù)控等企業(yè)較有優(yōu)勢。

欲了解更多行業(yè)的市場數(shù)據(jù)及未來行業(yè)投資前景，請點擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報告《2023-2028年中國工業(yè)機器人行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預測報告》。

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