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一、导读

机器人技术是高端智能装备和高新技术的代表，对于国家而言，机器人技术已成为衡量国家科技创新和高端制造水平的重要指标。因此，世界各国高度关注机器人产业，一些发达经济体甚至将其升至国家战略高度，争相出台相关政策，重点支持机器人产业发展。

为了帮助深刻理解工业机器人主要环节以及发展的机遇与挑战，经过与相关高校科研机构、行业企业、投资机构及行业协会主要负责人交流之后对驱动产业发展的因素、产业发展的主要机遇，针对目前我国不同区域产业发展阶段而提出了聚集发展相关产业的对策建议。

二、我国工业机器人发展的主要驱动力分析

中国近几年已经成为全球最大的机器人市场,占全球销量接近1/3。中国机器人市场近几年增速也显著高于国际水平。


1.市场整体需求持续上涨

我国是全球3C制造业中心,产能达到全球的70%,但自动化设备渗透率很低,约15%25%。随着近两年技术水平提升,加上性价比和本土化服务优势, ,给工业机器人带来了巨大的市场机遇。

2. 国产机器人整体实力加速提升

核心零部件占机器人全部成本的接近70%,国外品牌依然占绝对主导。以减速器为例,纳博特斯克和哈默纳科市场份额逐年小幅下降, 但2016年时仍旧占据73%的市场份额。近两年一大批国产减速器量产上市,并开始获得国产机器人本体厂商的应用。伺服系统国外市 场份额达到75%,控制器市场国外市场份额50%左右,仍有很大的国产替代空间。

3. 新兴技术快速发展

随着技术本身的进步,机器人也在朝着更强的感知能力、柔性控制、网络协作等方向发展。中国在感知、认知等技术方面创新氛围和资 
 本环境较好,与国外起点接近,使得国产机器人在新技术方面有很大机会。

三、工业机器人产业链主要发展机遇分析

1. 发展机遇（1）：工业流水线机器人市场最为成熟

在中国制造产业升级,机器换人的大背景下,近两年,3C、家电、食品等众多行业对机器人需求显著增长。负载10kg以下的小负载 多轴机械臂、DELTA并联机器人、SCARA机器人、协作机器人等过去相对小众、销量较少的轻型工业机器人,在这类行业应用较多, 近两年都实现了显著增长,复合增速普遍在40%以上,高于工业机器人整体增速。 


并联机器人四大技术指标:自身的重量,负载,重复定位精度,节拍速度,分别决定了机器人安装的难易程度,运用范围的广度、动作 完成的标准度以及完成工作的速度。国产并联机器人精度、自重、节拍速度等方面已经接近ABB等国外厂商,大负载方面还有些差距。 


大负载和视觉是近年并联机器人的主要发展方向。之前大部分并联机器人负载小于6KG,近两年也开始出现更大负载的产品。视觉可以 帮助机器人实现有选择的分拣与搬运,是并联机器人另一个发展方向,发那科的机器人很早就嵌入了视觉功能,国产机器人在视觉方面 
 比国外还有差距,但也在迅速追赶中。

2.发展机遇（2）：国产关键零部件正在追赶

√ 小负载减速器或实现国产替代

前几年，世界精密减速器75%的市场被日本的纳博特斯克(Nabtesco,后文简称纳博)和哈默纳科(Harmonic Drive,后文简称HD) 占领,其中纳博生产RV减速器,约占60%的份额,HD生产谐波减速器,约占15%的份额。

近两年,伴随着中国市场工业机器人更多需求很多来自小负载机器人, 对减速器的要求较之前的大负载机器人产品稍低,难得的市场窗口期,,国产减速器市场取得了较大的实质性突破。国产主要减速器厂商销量 增长明显,几乎都实现了翻番。

总体而言,虽然近几年我国制造业企业的实力普遍在上升,但在设计、材 料、热处理、加工工艺等方面还有一定差距,国内厂家主要提高方向是产品的噪音、寿命、温升、传动效率等方面。

√ 伺服电机初步具备自主配套能力

电动伺服驱动系统是由伺服电机以及伺服驱动器组成,是工业机器人的必不可少的关键零部件,是机器人的各种运动的执行机构。有数据显示,目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额。其中,日系产品以约50%的市场份额居首,欧系产品份额约30%。中国企业约占10%。

伺服电机主要可分为交流伺服系统和直流伺服两大类：1）多轴工业机器人主要使用交流伺服系统, 2）协作机器人则多使用直流伺服系统。

最近几年,受益于工业机器人市场整体快速增长,国产伺服也迎来新的机遇。我国具有规模
的伺服品牌企业有20余家,如汇川技术、埃斯顿、广州数控等。在伺服核心技术,信号接插件的可靠性,多圈绝对值编码器还没有形成突破。

√ 控制器与国外差距最小

机器人核心零部件中,控制器由机器人控制器硬件和控制软件组成,是机器人控制的核心大脑。

国内企业机器人控制器产品已经较为成熟,是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。国产和国外厂商基本平分市场。由于硬件大多都是外购,几乎都能买到相同的硬件,软件往往成为工业机器人控制器的核心,国内机器人控制器和国外厂商的差距,也主要在 控制算法和二次开发平台的易用性方面。

√ 控制器向“驱控一体化”发展

目前市面上的控制柜,驱动器和控制器处于分离的状态。驱控一体具 体指集成运动控制器、驱动器控制电路、工控机管理功能、示教盒的 CPU 处理及安全控制卡功能为一体的运动控制器。

在自动化应用水平逐步提高的趋势下,用户对控制系统和伺服驱动系统的需求越来越多样化、细分化、个性化。为使伺服驱动系统的设计更加功能化,驱动控制一体化成为伺服驱动系统的新发展方向。驱控一体化的 控制柜占用空间更小,成本更低,对于在向小型和轻量化发展的轻型工业机器人,有比较大的价值。

3. 发展机遇（3）：协作器人已经起步，发展迅猛

1996年,西北大学的两位教授(J. Edward Colgate and Michael Peshkin)首次 提出了协作机器人(cobot)的概念。2009年丹麦的优傲Universal Robot推出世界上第一台协作机器人UR5。

协作机器人可以用在工业领域,用于精密装配、检测、产品包装、拾取与放置、打磨、机床上下料等工作。同时,协作机器人并不局限 在工业领域应用,还可以用在商业领域,如医疗康复、物流仓储、餐饮等。

近两年全球协作机器人市场呈现高速增长态势。多个分析研究机构都预测, 未来几年内,全球协作机器人市场有望成长为百亿级市场。

协作机器人已成为业界关注的焦点。国内外主流厂商都陆续发布了协作机器人产品，当前国内外已有不少于30家的机器人厂商推出了协作机器人产品，主要用在轻工业领域，绝大多数负载不超过10KG。

目前很多小负载多轴机器人也在增加拖动示教、图形化编程、碰撞检测等功能,功能上在向协作机器人靠拢,应 用上和协作机器人有重叠。

ISO/TS 15066 标准等从设计层面就对协作机器人方面的安全性有了明确的要求,具体应用时也还需要根据情况对安全性进行评估，国产厂商在产品的安全性合规方面还比较欠缺。

4.发展机遇（4）：机器外骨骼主要应用在物流、医疗康复和军事

机械外骨骼又称动力外骨骼(Powered exoskeleton),是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置,这个装备跟随人的肢体运动,并提供额外的助力，在当前AI没有取得实质阶段,机器人难以在很多复杂工作中取代人。

通过机器外骨骼辅助人工作或减轻人的负担主要面向两大应用于物流搬运和重物举升，国内只有京东物流在2017年有所采用。

√ 工业领域外骨骼二大主要技术路线

一是以洛克希德马丁FORTIS为代表的无动力外骨骼,直接将力传到到地面,从而减轻人 的负荷。

二是以松下AWN03为代表的有动力外骨骼,通过能源驱动电机,在搬运时由电机提供助力,从而减轻人的负荷。

√ 机械外骨骼主要在三个领域的应用

1）医疗康复

帮助残疾人摆脱轮椅,进行行走的康复训练。以下肢外骨骼居多,也是公司和产品最多的外骨骼应用方向。比较著名例子是日本的Cyberdyne和以色列的Rewalk,两家公司都已经上市,但股价都在16年以后持续下跌。近两年国内也有多家公司研发此类产品。

2）物流工业机器人

提供给工人举重物时的助力,减轻长时间重体力劳动的疲劳,以全身外骨骼居多。工厂里举升重物工作,则容易造成对上臂的伤害。通过外骨骼也能使工人举起超越自身体力的重物, 从而使一些过去依赖机械的重物搬运,通过人力更高效的完成。松下、现代等都推出了相关产品。

3）军事

帮助士兵更快的行走并携带更重载重,增强士兵的单兵作战能力,多以全身外骨骼为主。例如美国雷神公司研发的HULC外骨 骼,已经被美军使用。中俄法等国军方也都有相关研究。

四、各地区发展工业机器人的思考和对策建议

总体来看，全国划分为6大区域：京津冀、长三角、粤港澳湾区、东北、中部和西部。长三角地区在我国机器人产业发展中基础最为雄厚，粤港澳湾区、京津冀地区机器人其次，东北地区虽有一定机器人产业先发优势，但近年来整体表现有限，中部和西部地区机器人产业发展基础则比较薄弱。

1. 有关省市发展工业机器人的建议

√ 第一是 树立科学的产业发展理念，掌握产业链全景情况，确定发展重点，加强政策对机器人产业发展的战略引导。

√ 第二是 搭建机器人关键技术协同创新资源公共服务平台，提升机器人产业自主创新能力，包括在机器人核心零部件和标志性产品层面做突破。

√ 第三是 加强对机器人领域高技能人才队伍培养建设，建立符合发展实际的多层次应用型人才教育培训体制，和机器人行业高端人才跟踪评估体系。

√ 第四是 拓宽机器人企业投融资渠道，研究建立机器人产业引导基金，提高面向机器人产业的财政支持效率。

√ 第五是 完善机器人产业标准和检测认证体系，建立统一的机器人产业标准体系，提高机器人检测认证的规范性、一致性和采信度。

√ 第六是 着重在某一领域机器人应用、或某些具有比较优势的核心零部件寻求整体性突破，不断促进创新和在专业技术上的积累，逐渐形成在该领域的产业聚集度和影响力。