原创 | 文BFT机器人
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摘要
工业机器人智能化发展趋势:
1）“5G+大数据+A”成为工业机器人发展的重要方向，5G上云为工业机器人提供高速网络支持，大数据与AI加速提升机器算力与智能化水平
2）人机协作水平不断提升，充分释放机器人与人协作的效率优势;
3）智能化、模块化发展方向使得机器人将从预编程、示教再现控制、直接控制、遥操作等被操纵作业模式，逐渐向自主学习、自主作业方向发展。
服务机器人国产化替代逐步深入:
1）谐波减速器方面，目前国内谐波减速器龙头企业绿的谐波开始国产替代，在自主品牌机器人方面深入超60%，为国产第一品牌。
2）A芯片领域发展较快，自主芯片领域中芯国际、华虹集团、华润微电子等本士晶圆制造商都可以满足生产需求，受限还比较小
埃斯顿-国产机器人引导者，多项技术接近国际领先水平：
埃斯顿成功培育三大核心业务:工业自动化系列产品、工业机器人系列产品、工业数字化系列产品，产品线包括全系列交流伺服系统，变频器，PLC，触摸屏，视觉产品和运动控制系统。
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2.1 工业机器人及服务机器人定义及分类
- 工业机器人主要由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成，主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3-6个运动自由度，其中腕部通常有1-3个运动自由度:驱动系统包括动力装置和传动机构，核心为减速器以及伺服电机，用以使执行机构产生相应的动作:控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
- 关于工业机器人的分类，国际上没有指定统一的标准，可按负载重量、控制方式、自由度、结构、应用领域等划分。按照结构形态分为多关节机器人、直角坐标机器人、SCARA机器人、并联机器人、协作机器人，而按照应用分类的结果如下图。
- 根据国际机器人联合会对服务机器人的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。服务机器人可分为个人(家庭服务机器人和服务机器人两大种类。个人(家庭)服务机器人包括家政机器人、休闲娱乐机器人以及助老助残机器人，而专业机器人则包括物流机器人、防护机器人、场地机器人、商业服务机器人和医疗机器人。
- 服务机器人的主要功能包括导航定位、运动控制和人机交互，涉及的主要技术分别为SLAM(定位和地图创建)、液压控制/电机控制、人工智能技术。
1）导航定位技术使服务机器人能够感知周围环境，并自主规划路径进行移动，目前的扫地机器人、送餐机器人、配送机器人等的核心就是导航定位技术。
2）运动控制技术则赋予了服务机器人按需求进行运动的能力，核心技术包括控制传感器、伺服舵机、减速器等，舵机机器人就是以运动控制技术为核心的服务机器人。
3）人工智能技术大幅提高了服务机器人的智能化程度，不仅使机器人具备了基本的语言沟通能力、图像识别能力,甚至赋予了机器人情感交流和强大的逻辑计算能力。
2.2 机器人行业发展历程
机器人主要经历了三代发展历程，即程序控制机器人、自适应机器人和智能机器人。
- 第一代，程序控制机器人。第一代机器人完全按照事先装入到存储器中的程序步骤进行工作，如果任务或环境发生变化，就要重新设计程序。这类机器人主要模拟人的运动功能，执行拿取、搬运、包装、机械加工等固定工作。
- 第二代，自适应机器人。第二代机器人配备了传感器，通过视觉、触觉、听觉等传感器获取作业环境和操作对象信息，由计算机对这些信息进行处理与分析，对机器人发出动作指令。这类机器人能够随环境变化来调整自身行为，可应用于焊接装配、搬运等工作。
- 第三代，智能机器人。第三代机器人具有类人特征，除了运动和自适应调整功能，还具有感知交互和思维能力，能够灵活多变地自主处理复杂问题。现有机器人仅具有部分智能化功能，真正的智能机器人尚处于研发之中。
2.3 机器人行业发展趋势一一工业机器人
新兴技术推动发展，人机协作或成未来焦点
“5G+大数据+AI”
- 5G:5G的发展将为工业机器人“互联”“上云”提供高速网络支持。机器人可以将大量的数据和信息处理在云端运行，减少本地机器人的执行任务;其次，机器人与机器人之间可以互相协同工作，提高工作效率。目前，工业机器人“四大家族”已经开始布局工业云平台。
- 大数据:大数据服务可监测工业机器人的生命健康，分析工业机器人的工作效率。
- 人工智能:人工智能技术的发展将促使工业机器人更加“智能”，能完成更加复杂的工作，例如无序抓取。
“人机协作”
- 2021年，协作机器人赛道成为焦点，融资不断。节卡、艾利特、越疆科技、珞石、大族等企业都获得了过亿融资。
- 协作机器人应用场景不断更新，不仅可以应用于工业领域，还可以应用于商用服务领域，协作人工执行更加复杂的任务。
行业应用横向拓宽，国产化进度有望加速
“行业应用”
- 目前工业机器主要用于电气电子设备和器材和汽车制造业，而这些行业对于工业机器人的整体要求更高，因此市场主要被国际厂商占领。而要求相对较低的一般工业企业也有应用工业机器人的需求。
- AGV、ACR小车可以广泛应用于物流业、运输业、各类制造业等。而目前仍有一半得到企业未使用智能物流仓储设备，截止2020年，71%的企业未使用AGV设备。
“国产化”
- 中小企业是中国工业机器人开拓的重点。一方面，在一半工业领域中，中小企业数量众多，但中小企业的需求容易被国际厂商所忽略:另一方面，中小企业的要求也相对较低，中国厂商的技术和产品可以满足中小企业的要求，而且中国厂商的产品在价格上也更有优势。协作机器人应用场景不断更新，不仅可以应用于工业领域，还可以应用于商用服务领域，协作人工执行更加复杂的任务。
- 国内工业机器人龙头企业也在开拓海外市场，包括设立研发中心，收并购海外企业，和海外公司进行战略合作，产品出口等。
根据中国产业经济信息网相应内容报告，未来工业机器人发展仍有以下趋势:
工业机器人技术高度集中，国际巨头的引领和带动作用明显
- 工业机器人巨头企业主要集中在日本、美国、德国等工业发达的国家，如日本发那科(FANUC)、安川电机(Yaskawa)、川崎重工(KawasakiHeavy)，德国库卡公司，瑞ABB公司等。
它们在工业机器人领域有着长期深入的技术积累，以及紧跟时代的创新能力，逐渐形成了各具特色的技术创新路线和产品，并构建了核心竞争力。德国工业机器人的研究和应用在世界上处于领先地位，韩国也在不断发力。
国内企业接力科研院所，逐渐成为我国工业机器人技术创新的主力
- 我国在工业机器人领域的研究主体早期主要集中在高校和科研院所，如哈尔滨工业大学、清华大学、北京航空航天大学等，但随着我国机器人市场的不断扩大，尤其是2013年跃居全球首位以来，越来越多的企业参与其中，以下游的系统集成作为切入点，不断提升技术创新能力，逐步开展中上游的技术研发和产品开发，取得了不俗的成绩，国产机器人的市场份额也在不断扩大。
- 在日益增长的市场需求推动下，我国工业机器人技术创新的主力逐渐从高校和科研院所转移到企业。沈阳新松机器人自动化股份有限公司、广州数控设备有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司、安徽埃夫特智能装备股份有限公司、上海新时达电器股份有限公司、广东拓斯达科技股份有限公司、哈尔滨博实自动化股份有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司是我国工业机器人代表性的企业。
工业机器人正在向智能化、模块化方向发展
- 工业机器人智能化，即让机器人有感觉、有知觉，能够迅速、准确地检测及判断各种复杂的信息。随着执行与控制自主学习与智能发育等技术进步，机器人将从预编程、示教再现控制、直接控制、遥操作等被操纵作业模式，逐渐向自主学习、自主作业方向发展。
- 短期，虽然服务机器人产业整体仍然处于发展早期阶段，但市场刚需是持续存在的，同时服务机器人的形态及服务场景是丰富多样 的。从目前各公司的发展经验来看，以点切入再逐步将业务扩展成面是较为可靠的发展路径。机器人很难在现阶段实现通用性，针 对具体垂直领域需求将业务做深才能真正实现价值。
- 长期，服务机器人的价值除替代人和协助人完成工作，还可在未来与其他终端设备互联互通，实现数字化。以人工智能云计算、物联网等为代表的技术将带动服务机器人产业向智能化、创新化、数字化方向迅速迈进。机器人未来有望成为场景数据的入口和连接者，成为实现全场景数字化和云端协同一体化的重要环节。
2.4 机器人发展中外对比:工业机器人外资品牌占据主要市场份额
目前我国工业机器人市场外资品牌占据主要市场份额。根据MIR DATABANK数据，2021年一季度，FANUC、ABB、安川、爱普生合计占比超五成，国产龙头以埃斯顿、众为兴、汇川技术等为代表，起步时间较早，已具备一定规模和技术实力。
据中商产业研究院数据，2021年中国工业机器人销量占全球销量的比重为52.88%，预计2022年中国工业机器人销量占全球销量的比重将提升至56.19%。
受到技术和人才因素影响，当前中国的机器人市场依旧由外资品牌占主导地位，但是中国自主品牌工业机器人市场份额逐步提升，并逐步出现国产替代的趋势。
近年来，随着我国在机器人领域的快速发展，我国自主品牌工业机器人市场份额也在逐步提升，与外资品牌机器人的差距在逐步缩小。2019年，自主品牌工业机器人在市场总销量中的比重为31.25%，比上年提高3.37个百分点。
（图：2017-2019年中国自主品牌工业机器人市场份额变化）
2.4 机器人发展中外对比: 服务机器人各核心零部件中外各有优势
核心零部件一:减速器
- 整体来看，绿的谐波招股书数据显示，全球减速器行业中，谐波减速器行业龙头为哈默纳科，RV减速器的全球行业龙头为纳博斯特克。上述两家公司占据了全球工业机器人减速器约70%的市场份额。
- 谐波减速器方面:竞争格局相对稳定，在机器人用谐波减速器领域，哈默纳科全球市场占有率超过80%，目前国内谐波减速器龙头企业绿的谐波开始国产替代，在自主品牌机器人方面透过超60%，为国产第一品牌，目前全球市场份额仅次于哈默纳科。
- RV减速器方面:垄断格局明显，目前大部分市场份额仍然被纳博特斯克占据，国产RV减速器的整体市占率还不高。近年来，南通振康、双环传动、中大力德和秦川机床等国产RV减速器企业正在逐步崛起。
核心零部件二:同服系统
我国伺服系统产业起步较晚，随着制造业向工业自动化发r展的趋势明显，同时人口红利逐步下降，伺服系统得到了快速发展。2020年我国同服系统市场规模为164.38亿元预计2025年达到295.38亿元。
在市占率方面，日本和欧美国家企业占据了我国较大的市场份额。日系品牌占据了超过50%的市场份额，安川电机松下电机、三菱电机、三洋电机等品牌垄断了我国中小型OEM市场，而在大型伺服市场上，西门子、伦茨、路斯特、倍福、博世力士乐、施耐德等欧系品牌也掌握着传统优势。
核心零部件三:电机控制器
竞争格局方面，欧美日厂商占据了市场绝大多数份额，日厂商发那科市场份额最高，达到18%。国内企业控制器尚未形成市场竞争力，工业机器人控制器国产率不足20%，代表性的企业有新松机器人、新时达、汇川技术等。
核心零部件四:芯片
芯片龙头入局机器人动作频频，本土品牌加速布局国产替代:目前可用于机器人的芯片方案很多，高端产品还是以国际品牌为主，但本土品牌已在加速布局国产替代，尤其在AI芯片领域发展最快。另外，自主芯片对制程工艺的要求不高，中芯国际、华虹集团、华润微电子等本土晶圆制造商都可以满足生产需求，因此受限还比较小
报告编辑：智能机器人系统
报告出品方：天风证券
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