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摘要

工業(yè)機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，在智能制造領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人作為集智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的工業(yè)自動(dòng)化裝備，在數(shù)字工廠、智能工廠等現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)體系中扮演重要角色。在我國(guó)社會(huì)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(dòng)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和必要舉措，制造企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的旺盛需求是長(zhǎng)期趨勢(shì)。提高工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)制造水平和實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用既是未來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的保障，也是推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、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(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

圖1：工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜

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工業(yè)機(jī)器人是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人依靠自身動(dòng)力能源和定位控制能力來(lái)實(shí)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(dòng)或有害作業(yè)環(huán)境下工作。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游。上游是工業(yè)機(jī)器人的核心零部件，中游工業(yè)機(jī)器人本體制造，下游為工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)集成和主要應(yīng)用領(lǐng)域。

（一）工業(yè)機(jī)器人核心零部件

在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中，上游零部件是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)核心與難點(diǎn)，是工業(yè)機(jī)器人成本最高和產(chǎn)業(yè)利潤(rùn)最厚的環(huán)節(jié)。其中，工業(yè)機(jī)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(jī)，共占據(jù)工業(yè)機(jī)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(jī)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(chēng)為“工業(yè)機(jī)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(jī)器人工作過(guò)程的全部信息，根據(jù)操作任務(wù)的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂中的各個(gè)伺服電機(jī)，引導(dǎo)機(jī)器人按照要求的每個(gè)動(dòng)作的位置、姿態(tài)和軌跡實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)。

2．伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)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(jī)器人中，伺服系統(tǒng)通過(guò)接受并精確執(zhí)行控制器發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令，完成工業(yè)機(jī)器人的多軸運(yùn)動(dòng)控制。在構(gòu)成方面，伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服編碼器三部分組成。其中，伺服電機(jī)是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的關(guān)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。為與機(jī)器人體型相匹配并滿(mǎn)足機(jī)器人的運(yùn)行性能需求，工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)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(dòng)器是接收控制器發(fā)出的指令，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的裝置。伺服編碼器是伺服系統(tǒng)的反饋裝置，用來(lái)反饋伺服電機(jī)的信號(hào)并依此精確調(diào)速，控制伺服電機(jī)達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而提升伺服系統(tǒng)精度。目前國(guó)內(nèi)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)的高端市場(chǎng)由日本和歐美等國(guó)外品牌占據(jù)較大市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)品牌的競(jìng)爭(zhēng)力正逐步提升。

3．減速器

減速器是一種精密的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，作用在于降低轉(zhuǎn)速、傳遞更大的扭矩，滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人在重復(fù)執(zhí)行相同的動(dòng)作時(shí)的定位精度和重復(fù)定位精度，確保機(jī)器人平穩(wěn)精確運(yùn)行。由于減速器決定工業(yè)機(jī)器人的精度和負(fù)載，工業(yè)機(jī)器人對(duì)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(jī)器人主流使用的減速器。精密減速器制造對(duì)材料、設(shè)備、工藝等多個(gè)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(jī)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(shì)明顯，包括我國(guó)在內(nèi)的全球工業(yè)機(jī)器人用精密減速器長(zhǎng)期為日企所壟斷。

4．傳感器

工業(yè)機(jī)器人使用各式各樣傳感器來(lái)理解和測(cè)量周?chē)�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(jī)器人能夠精準(zhǔn)感知、敏捷運(yùn)動(dòng)、自主決策，實(shí)現(xiàn)更大的操作靈活性，更好的勝任各種任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人常見(jiàn)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(jī)器人自身狀態(tài)信息，然后為控制單元反饋信息，例如視覺(jué)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(jī)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(jiàn)的外部傳感器有距離傳感器、接近傳感器、視覺(jué)傳感器等。

5．末端執(zhí)行器

工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器又被稱(chēng)為機(jī)械手，是裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件，是機(jī)器人與環(huán)境相互作用的最后環(huán)節(jié)，被稱(chēng)為機(jī)械臂的“業(yè)務(wù)端”。常用的專(zhuān)用末端執(zhí)行器根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)定制設(shè)計(jì)成特定的構(gòu)成形狀，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)圓盤(pán)類(lèi)、長(zhǎng)軸類(lèi)、不規(guī)則形狀、金屬板類(lèi)等不同形狀、大小和重量的各類(lèi)工件的抓取、搬運(yùn)、上下料等工作。

（二）工業(yè)機(jī)器人本體

工業(yè)機(jī)器人本體是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即工業(yè)機(jī)器人的原樣和自身，主要由傳動(dòng)部件、機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)、臂部、手部五部分構(gòu)成。工業(yè)機(jī)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(chǎng)景和用途進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)才能投入到最終的工業(yè)生產(chǎn)中去。根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，本體可分為多關(guān)節(jié)機(jī)器人、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人（SCARA）、并聯(lián)機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人、直角坐標(biāo)型機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人本體分類(lèi)介紹如下表所示。

表1：工業(yè)機(jī)器人本體分類(lèi)介紹

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（三）工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成與應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人下游包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用行業(yè)兩大部分。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成商負(fù)責(zé)將標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人（本體）變?yōu)閼?yīng)用機(jī)器人，應(yīng)用于焊接、噴涂、上下料 、搬運(yùn)、機(jī)械加工等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。系統(tǒng)集成廠商也需要根據(jù)終端客戶(hù)面對(duì)復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景的具體需求進(jìn)行針對(duì)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和定制化開(kāi)發(fā)，為客戶(hù)提供可適應(yīng)各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化、個(gè)性化成套裝備。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)集成商開(kāi)發(fā)后的機(jī)器人成為終端產(chǎn)品應(yīng)用市場(chǎng)，根據(jù)應(yīng)用行業(yè)的不同可劃分為汽車(chē)制造、電子電氣、金屬加工、食品飲料、倉(cāng)儲(chǔ)物流等領(lǐng)域。

表2：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用分類(lèi)介紹

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中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)分析

（一）中國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)分析

中國(guó)在2011年－2021年工業(yè)機(jī)器人年度安裝量總體呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)，十年間安裝量增長(zhǎng)超過(guò)5倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)142％。尤其是在2017年我國(guó)工業(yè)機(jī)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(shì)下工業(yè)機(jī)器人安裝數(shù)量仍能逆勢(shì)增長(zhǎng)，并于2021年安裝數(shù)量達(dá)26．8萬(wàn)臺(tái)，上升到新的高度。通過(guò)分析工業(yè)機(jī)器人安裝量增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)可以看出我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化智能化水平在2017年開(kāi)始提速，企業(yè)高質(zhì)量生產(chǎn)高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程加快，即使面臨疫情等外部不利因素沖擊下仍工業(yè)機(jī)器人仍表現(xiàn)出強(qiáng)勁的需求水平，彰顯制造業(yè)在智能制造體系下快速?gòu)?fù)工復(fù)產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)擴(kuò)展的勃勃生機(jī)，顯現(xiàn)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大韌性和活力。

圖2：2011年－2021年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人年安裝量（萬(wàn)臺(tái)）

來(lái)源：國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)（IFR）

從近三年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人分應(yīng)用行業(yè)安裝量來(lái)看，電子／電氣行業(yè)是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最多的領(lǐng)域，工業(yè)自動(dòng)化排名第二，金屬和機(jī)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(jī)器人安裝量相對(duì)較少。根據(jù)《2021中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示，工業(yè)機(jī)器人已在37個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)大類(lèi)， 102 個(gè)行業(yè)中類(lèi)中得到應(yīng)用。汽車(chē)制造業(yè)是工業(yè)機(jī)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(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車(chē)的需求量不斷增大與汽車(chē)制造的技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)催生了汽車(chē)制造廠對(duì)工業(yè)機(jī)器人的大量需求。汽車(chē)車(chē)身的薄零件的焊接與裝配、汽車(chē)車(chē)身表面的噴漆、汽車(chē)燈具的涂膠、汽車(chē)輪胎組裝需要用到不同類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器人，汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn)中大量沖壓、焊接、涂膠、激光檢測(cè)等工序大多也是由工業(yè)機(jī)器人完成。中國(guó)是3C制造大國(guó)，計(jì)算機(jī)類(lèi)、通信類(lèi)和消費(fèi)類(lèi)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(jī)器人另一大主要應(yīng)用市場(chǎng)。

圖3：2019年－2021年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人分應(yīng)用行業(yè)年度安裝量（萬(wàn)臺(tái)）

來(lái)源：國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)（IFR）

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

圖4：2021年工業(yè)機(jī)器人安裝量最多的15個(gè)國(guó)家排名（萬(wàn)臺(tái)）  

來(lái)源：國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)（IFR）

全球工業(yè)機(jī)器人安裝量五年內(nèi)增幅超過(guò)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(qiáng)勁，全球安裝總量在2021年超過(guò)50萬(wàn)臺(tái)，創(chuàng)造歷史新高。我國(guó)工業(yè)機(jī)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(guó)工業(yè)機(jī)器人安裝量占比全球超過(guò)半數(shù)，當(dāng)之無(wú)愧地成為全球工業(yè)機(jī)器人最大市場(chǎng)。

圖5：2015年－2021年中國(guó)與世界其他國(guó)家（地區(qū)）工業(yè)機(jī)器人安裝量對(duì)比（萬(wàn)臺(tái)）  

來(lái)源：國(guó)際機(jī)器人協(xié)會(huì)（IFR）

（二）中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)品牌競(jìng)爭(zhēng)力分析

從中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的品牌結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人由外資品牌占據(jù)市場(chǎng)較大份額，發(fā)那科、ABB、庫(kù)卡、安川電機(jī)等工業(yè)機(jī)器人四大家族以及愛(ài)普生、雅馬哈等品牌憑借長(zhǎng)期的技術(shù)沉淀和高性能的產(chǎn)品在中國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)量領(lǐng)先。我國(guó)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人品牌近些年來(lái)發(fā)展迅速，在近年來(lái)國(guó)家強(qiáng)調(diào)自主創(chuàng)新的推動(dòng)作用下競(jìng)爭(zhēng)力明顯提升，以埃斯頓、博時(shí)股份、匯川技術(shù)為代表，已具備一定規(guī)模和實(shí)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(guó)外工業(yè)機(jī)器人頭部企業(yè)的差距，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人替代進(jìn)程加快。

圖6：2020中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局

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表3：2021年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)排行榜（前10名）

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觀點(diǎn)小結(jié)

（一）發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將有力推動(dòng)中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變

在我國(guó)原有制造業(yè)成本比較優(yōu)勢(shì)逐步削弱、新的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)尚未形成的新舊交替期，發(fā)展工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的工業(yè)能力，更好應(yīng)對(duì)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(guó)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(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向中高端邁進(jìn)。

（二）工業(yè)機(jī)器人未來(lái)會(huì)更多在高精度工業(yè)場(chǎng)景落地應(yīng)用

隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程的不斷加速，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化轉(zhuǎn)型和新興領(lǐng)域涌現(xiàn)出的產(chǎn)品加工進(jìn)一步引致對(duì)工業(yè)機(jī)器人大量需求。因此，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)在于面向汽車(chē)、高端裝備、精密儀器、半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域開(kāi)發(fā)工業(yè)機(jī)器人本體和關(guān)鍵零部件系列化產(chǎn)品，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人在高精度工業(yè)場(chǎng)景產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

（三）新興技術(shù)推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人加速創(chuàng)新發(fā)展、升級(jí)換代

隨著新一代信息技術(shù)、新材料技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人開(kāi)發(fā)深度融合，工業(yè)機(jī)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(jī)器人不再依賴(lài)固定的外界環(huán)境做勞動(dòng)力代替的重復(fù)性工作，適應(yīng)力強(qiáng)、靈敏度高、支持和人在同一場(chǎng)景協(xié)同精準(zhǔn)工作的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人能極大提高工作效率，成為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的革新者與破局者，引領(lǐng)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展新潮流。

—END—

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(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈全景分析