工业机器人核心零部件技术壁垒高

1、产业链分析

工业机器人产业链上游是核心零部件：包括减速器、伺服系统、控制器;中游是机器人本体制造，下游是系统集成。

图表：机器人产业链全景图

资料来源：中研普华产业研究院

根据中研普华研究院撰写的《2023-2028年中国工业机器人行业深度分析与发展前景预测报告》显示：

工业机器人核心零部件技术壁垒较高，成本占比也较大。因此，零部件供应能够实现国产化，对于我国整个工业机器人产业发展至关重要。

2、减速器

精密减速器决定工业机器人的精度和负载。精密减速器是连接伺服电机和执行机构之间的中间装置，它负责把伺服电机高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。精密减速器是工业机器人最重要的零部件，工业机器人运动的核心部件“关节”就是由它构成，每个关节都要用到不同的减速器产品。工业机器人对减速器的精度、负载和寿命等要求极高，其技术壁垒是工业机器人核心零部件中最高的一个，是对工业机器人本体性能影响程度最高的核心零部件。

大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。RV减速器由于具有更高的刚度和回转精度，一般放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而谐波减速器一般放置于放置在小臂、腕部或手部。

从具体技术来看，减速器属于纯机械精密部件，材料、热处理工艺和高精度加工机床缺一不可。我国减速器研究起步较晚，核心难点在于建立起背后庞大的配套工业体系。RV减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等，这些工艺总装公差总分配带来的结果是产品的磨损和寿命。谐波减速机的技术难点主要体现在柔轮寿命和加工精度上。

国产谐波减速器进步相对明显、国产RV减速器接受度不断提高。从产品类型来看，国产谐波减速器进步相对明显，目前已经涌现如绿的、来福、大族精密等优质厂商;RV减速器有较高的技术和投资门槛，具备量产能力的厂商也不在少数，例如南通振康、双环、中大力德等。

3、伺服系统

伺服系统由伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分组成，是工业机器人主要的动力来源。伺服驱动器负责将从控制器接收到的信息分解为单个自由度系统能够执行的命令，再传递给执行机构(伺服电机)，伺服电机将收到的电流信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，实现每一个关节的角度、角速度和关节转矩的控制。编码器作为伺服系统的反馈装置，很大程度上决定伺服系统精度。编码器安装在伺服电机上，与电机同步旋转，电机转一圈编码器也转一圈，转动的同时将编码信号送回控制器，控制器据以判断伺服电机的转向、转速、位置信息。一般来说，工业机器人的每个关节都会搭配一个伺服电机，即一台六轴工业机器人搭配6套伺服电机。

伺服电机在工业自动化中发挥着重要作用，广泛用于机械、冶金、电力、石油化工、船舶制造、航空航天、建筑、交通、科研试验等多个领域。其中，机床工具、电子设备制造和工业机器人等行业伺服应用比例较高。随着未来机器人零部件实现突破，我国工业机器人行业将迎来快速发展期，伺服系统的应用领域也将继续向电子设备制造、工业机器人等新兴领域深入。

国内厂商自主研发的伺服系统开始进入快速发展阶段，国产伺服系统凭借产品质量和技术水平的优化，在国内市场中的份额占比持续增长。2023年前三季度，汇川技术市占率达27.2%，禾川占比达4.2%。内资品牌持续采取定制化与价格策略抢占外资品牌份额，在部分细分市场上表现出明显的竞争优势，随着本土厂商在产品技术及市场推广上的提升，优质内资品牌正在加速崛起。

图表：2023Q1-Q3中国伺服系统主要供应商市场份额

资料来源：MIR，中研普华产业研究院

3、控制器

机器人控制系统相当于机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影响，主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。在工业机器人领域，控制器与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发，以保证稳定性和维护技术体系。

控制器硬件核心在于芯片，为了保证控制系统具有足够的计算与存储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、Intel等系列芯片。软件包括操作系统和算法库两部分，机器人专用操作系统包括VxWorks(嵌入式实时操作系统)、Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平台等，其中Windows CE、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS平台为使用较多的开源操作系统。算法库包括底层算法库以及应用工艺算法，底层算法库的运动学控制算法即规划运动点位，负责控制机器人末端执行器按照规定的轨迹达到指定地点。动力学算法负责识别每一个姿态下机身负载物的转动惯量，使其保持最优化输出的状态。应用工艺算法即二次开发，针对不同行业的应用工艺算法，只有在掌握底层算法的基础上才能较好地实现应用工艺算法。

国内工业机器人控制器市场多被日系及欧美品牌占据。控制器一般由机器人本体厂商自主设计研发，主流的机器人厂商均有自己的控制系统与之匹配，国内工业机器人控制器市场多被日系及欧美品牌占据。以发那科、安川、库卡、ABB为代表的四大家族普遍采用自产自用的生产模式，其在中国工业机器人控制器市场的占比与其在本体市场的占比基本保持一致，达40%以上。国内企业控制器尚未形成市场竞争力，部分本体生产厂家的控制器需要通过外购国外厂商，如KEBA、TRIO等。但在发展过程中仍然涌现出一批具有代表性的企业，比如固高科技、汇川技术、众为兴(新时达子公司)、埃斯顿、华中数控等企业较有优势。

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