工業(yè)機(jī)器人核心零部件技術(shù)壁壘高

• 薛圳揚(yáng) 2024年2月4日 來源：中研網(wǎng) 790 48
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工業(yè)機(jī)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(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，對于我國整個(gè)工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)器人本體制造，下游是系統(tǒng)集成。

圖表：機(jī)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(jī)器人行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》顯示：

工業(yè)機(jī)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(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化，對于我國整個(gè)工業(yè)機(jī)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(jī)器人的精度和負(fù)載。精密減速器是連接伺服電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，它負(fù)責(zé)把伺服電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)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(jī)器人最重要的零部件，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心部件“關(guān)節(jié)”就是由它構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)都要用到不同的減速器產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人對減速器的精度、負(fù)載和壽命等要求極高，其技術(shù)壁壘是工業(yè)機(jī)器人核心零部件中最高的一個(gè)，是對工業(yè)機(jī)器人本體性能影響程度最高的核心零部件。

大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)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(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)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(jī)械精密部件，材料、熱處理工藝和高精度加工機(jī)床缺一不可。我國減速器研究起步較晚，核心難點(diǎn)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(diǎn)在各項(xiàng)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(jī)的技術(shù)難點(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器三部分組成，是工業(yè)機(jī)器人主要的動(dòng)力來源。伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)將從控制器接收到的信息分解為單個(gè)自由度系統(tǒng)能夠執(zhí)行的命令，再傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(伺服電機(jī))，伺服電機(jī)將收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)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(jī)上，與電機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈編碼器也轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)將編碼信號(hào)送回控制器，控制器據(jù)以判斷伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、位置信息。一般來說，工業(yè)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)搭配一個(gè)伺服電機(jī)，即一臺(tái)六軸工業(yè)機(jī)器人搭配6套伺服電機(jī)。

伺服電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著重要作用，廣泛用于機(jī)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(yàn)等多個(gè)領(lǐng)域。其中，機(jī)床工具、電子設(shè)備制造和工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)伺服應(yīng)用比例較高。隨著未來機(jī)器人零部件實(shí)現(xiàn)突破，我國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)將迎來快速發(fā)展期，伺服系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將繼續(xù)向電子設(shè)備制造、工業(yè)機(jī)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(jìn)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(dá)27.2%，禾川占比達(dá)4.2%。內(nèi)資品牌持續(xù)采取定制化與價(jià)格策略搶占外資品牌份額，在部分細(xì)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(yīng)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(jī)器人控制系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人的大腦，對機(jī)器人的性能起著決定性的影響，主要任務(wù)是控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。它同時(shí)具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，控制器與本體一樣，一般由機(jī)器人廠家自主設(shè)計(jì)研發(fā)，以保證穩(wěn)定性和維護(hù)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(jì)算與存儲(chǔ)能力，目前機(jī)器人控制器多采用計(jì)算能力較強(qiáng)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(jī)器人專用操作系統(tǒng)包括VxWorks(嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng))、Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平臺(tái)等，其中Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平臺(tái)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(yīng)用工藝算法，底層算法庫的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制算法即規(guī)劃運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位，負(fù)責(zé)控制機(jī)器人末端執(zhí)行器按照規(guī)定的軌跡達(dá)到指定地點(diǎn)。動(dòng)力學(xué)算法負(fù)責(zé)識(shí)別每一個(gè)姿態(tài)下機(jī)身負(fù)載物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使其保持最優(yōu)化輸出的狀態(tài)。應(yīng)用工藝算法即二次開發(fā)，針對不同行業(yè)的應(yīng)用工藝算法，只有在掌握底層算法的基礎(chǔ)上才能較好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用工藝算法。

國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人控制器市場多被日系及歐美品牌占據(jù)。控制器一般由機(jī)器人本體廠商自主設(shè)計(jì)研發(fā)，主流的機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(shí)達(dá)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(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告》。

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  2023-2028年中國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)深度分析與發(fā)展前景預(yù)測報(bào)告

  工業(yè)機(jī)器人是面向工業(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)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排...

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