中国机器人制造业整体及关键零部件产业技术水平分析剖析.docx

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中国机器人制造业整体及关键零部件产业技术水平分析剖析

2014年中国机器人制造业整体及关键零部件产业技术水平分析【图】

  国产机器人企业的技术水平既是国内企业能否享受行业景气的关键因素，也是推动国内工业机器人市场发展快慢的关键因素。

   工业机器人是集精密机械、控制技术、电机技术、传感器技术等于一体的技术密集型自动化设备。

通过对机器人产业链上国内外主要设备的技术指标进行梳理比较，确定我国机器人企业的技术水平。

   一、零部件类

   控制器、伺服电机、减速机是工业机器人三大关键零部件。

工业机器人成本构成如下图所示，控制器、伺服电机、减速机这三个主要零部件占总成本的六成。

它们之间的控制关系是：

运动控制器接收示教盒指令，将指令信号转换为路径控制信号，控制器将控制信号发送到伺服驱动，伺服驱动控制电机转动，电机通过减速机带动执行机构运动。

工业机器人成本构成

资料来源：

产业信息网整理

机器人关键零部件之间关系

   1、减速机

   减速机在三大关键零部件中技术开发难度最高，是纯精密机械部件，除了回转精度要求特别高外，还需要刚度和疲劳强度高，对材料和工艺水平要求高。

整体上产品要求高可靠性、高精度、大扭矩、大速比。

减速机在机器人本体成本构成中占比高达30%，减速机的国产化是工业机器人国产化过程中降低成本的关键。

   减速机生产企业主要是日本公司，纳博特斯克、哈默纳科、住友是其中的主要代表公司，现在纳博特斯克公司由帝人制机株式会社和纳博克株式会社于2003年合并组成。

纳博特斯克和哈默纳科两家公司占据工业机器人七成以上的减速机市场，纳博特斯克优势产品是RV减速机，哈默纳科的优势产品是谐波减速机。

其中日本纳博是一家从事尖端核心部件的跨国企业，主要从事静液压驱动装置、液压装置、减速装置及其部件的研发、制造。

自1985年发明至今，日本纳博的精密减速机累计已向全球销售400万台，2012年销售额达442亿日元（约合人民币30亿），营业利润达80亿日元（约合人民币6亿）。

日本纳博精密减速机扭矩大且精度高，高刚性且抗震性强，尤其产品质量保障期超长（根据不同应用领域环境从50年-100年），成为全球汽车工业机器人制造商的独家选择。

20多年来，日本纳博精密减速机全球市场占有率稳居60%，持续保持世界第一。

   国内减速机公司方面，非上市公司南通振康和苏州绿的发展较快，已推出相对成熟的产品；上市公司，上海机电通过合资入股方式介入减速机生产业务，双环传动和秦川发展减速机产品处在研发阶段。

   南通振康，传统主业是焊接机器人核心装置—送丝装置，目前开发出RV减速机产品，目标定位于工业机器人、精密机床、雷达、医疗器械等高端智能装备行业，目前产品正处在小批量市场试用推广阶段。

   苏州绿的谐波传动科技有限公司，从事精密谐波传动装置业务。

在谐波传动领域拥有12项国家发明专利和19项国家实用新型专利。

作为《机器人用谐波齿轮减速器》国家标准主要起草方，与其它单位合作编制《机器人用谐波齿轮减速器》国家标准。

   生产的谐波减速机，定位于机器人、航空航天、数控机床、半导体制造、精密机械驱动控制等领域。

目前机器人减速机产品处在市场推广阶段。

   上海机电，主业是电梯、印刷包装、液压包装等，通过和纳博特斯克成立合资公司上海纳博特斯克传动设备有限公司，上海机电出资26,211万日元（按当时汇率，约合人民币1900万元），占股51%，业务包括减速机贸易、销售和生产。

传动设备公司2013年度实现营业收入5,428.17万元，净利润925.15万元；2014年1-6月实现营业收入3,995.99万元，净利润824.58万元，运行情况良好。

   双环传动主营齿轮等产品，秦川发展主营机床、塑料机械等产品，目前两公司的减速机产品处在技术研发阶段。

   国产减速机在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小，但在扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显，由于材料和工艺水平差距，耐疲劳强度方面差距也比较明显。

预计国产减速机在未来一段时间主要发展方向在于技术突破和完善，市场方面，首先进入中低端工业机器人市场，在2016年以后才可能进入汽车生产线焊接机器人等高端产品，但减速机的国产化会大幅降低国产工业机器人成本。

   2、控制器

   中国产业信息网发布的《2014-2019年中国工业机器人市场全景评估及行业前景预测报告》指出：

控制器是机器人三大关键零部件中技术难度相对最低的。

控制器占机器人成本约10%，是机器人零部件方面国内企业技术差距最小的产品，国外机器人企业主要是自己配套研发生产，国内的新松、埃斯顿等企业也基本是自研配套。

控制器主要包括硬件和软件两部分，控制器的技术水平包括控制的高同步性、良好的操作性、高速高精度控制、同时控制的轴数。

硬件部分基本就是工业控制板卡，包括一些主控单元、信号处理部分等电路，国内外技术差异不大，技术难点主要在软件部分，包括软件实现的构建、控制算法、二次开发等。

安川的MP2200控制器能最多控制256轴，MP2000系列可控制轴数最多32轴。

   广州数控自主研发数控系统，在控制器方面取得全国领先。

固高科技已经开发出运动控制卡相应成熟产品，在PCbased控制器市场占有率接近一半。

固高控制器，控制器的价钱在每套2.5万元～3.5万元，2012年全年一共卖出约4000套机器人控制系统，涵盖了三轴、四轴、五轴、六轴等各类型号机器人。

   国产控制器已完全掌握硬件开发技术，功能基本能满足机器人的控制需求，但在控制轴数、快速性、稳定性等方面与国际品牌产品尚有一定差距。

   3、伺服电机

   伺服电机用于驱动机器人的关节，要求要有最大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。

伺服电机可以分为两大块，伺服驱动和电机。

   工业机器人精度要求高，使用的主要是高精度伺服电机；从电机种类上看，交流伺服电机占比较高。

目前在高精度伺服电机市场，日系、欧美系、台韩这三大系品牌占主导，自主品牌占比较低，仅15%左右。

欧系电机特点是过载能力和动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但价格昂贵。

而日系品牌其价格相对降低，但动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。

   国内高精度交流伺服电机仍处起步阶段，部分品牌已具备了一定的生产能力，主要面向中低端市场。

国产品牌伺服电机包括汇川技术、南京埃斯顿、华中数控广州数控等。

   汇川技术、南京埃斯顿等国内运动控制厂商的机器人伺服电机尚处于小批量试用阶段。

目前，我国在机器人伺服电机领域处于突破试用阶段，预计2015年～2016年，国内伺服电机企业逐步进入中低端机器人应用领域。

   二、本体

   本体本质上属于设备集成的范畴，但本体是工业机器人产业链上关键环节，本体技术水平高的企业，一搬拥有部分关键零部件核心技术，还可以逐步攻克其它关键零部件技术，拥有更高的核心竞争力；向下可以拓展系统集成业务市场，提高本体的市场占有率，并可以做大企业规模，提高整体盈利能力。

   工业机器人本体主要技术指标包括：

工作范围，负载，重复性精度，响应速度，自身总量，功耗等。

下文分别对国内外本体企业的关节型、SCARA型、并联型这三类主要机器人技术指标进行对比。

   1、关节型机器人

主要企业关节型机器人产品技术水平比较

   上表选取了关节型机器人的自由度、负载能力、工作范围、重复定位精度、和响应速度（以腕部响应速度代表）这几个主要指标进行比较。

   从表中可以看出，国外几大品牌关节型机器人在负载、工作范围、重复定位精度、响应速度等方面具有一定优势，但是国内主要机器人厂商的关节型机器人本体做的技术也已接近先进水平。

新松关节型机器人的负载能力、定位精度和响应速度等指标已基本达到ABB的水平。

广州数控关节机器人的定位精度和新时达的定位精度及响应速度均已达到国际先进水平。

   2、SCARA型机器人

   选取了SCARA型机器人的自由度、负载能力、工作范围、重复定位精度、和响应速度（以动作循环时间或位移速度）这几个主要指标进行比较。

   主要企业SCARA型机器人技术水平比较

   从表中可以看出，在SCARA型机器人技术水平方面，国内企业如众为兴产品在工作范围、重复定位精度和响应速度方面和国外先进产品有一定差距，但是产品性能已经接近国际先进水平。

精度方面与EPSON等公司还有一定差距，但其精度水平在电子等行业已经能够满足要求。

除了高精密机械装配外，众为兴产品技术指标能满足该机型实现大部分产品的装配、焊接、涂胶等需求。

   3、并联型机器人

   选取了并联型机器人的自由度、负载能力、水平到达距离、重复定位精度、和响应速度（以动作周期表示速度快慢）这几个主要指标进行比较。

主要企业并联型机器人技术水平比较

   从表中可以看出，在并联机器人技术方面，国内外水平差距已不大，工作范围、重复定位精度和响应速度等指标已经基本一致，技术差距水平较小。

   4）本体技术水平总结

   国产机器人本体技术水平，是国内工业机器人厂家能否享受行业景气度的关键。

不同种类或行业的机器人，对技术指标有不同的侧重要求。

比如汽车行业的焊接机器人对关节型机器人本体有较高精度和速度和要求，而码垛类机器人、搬运机器人则对负载能力要求比较高，应用于电子行业较多的SCARA机器人则对精度和速度要求比较高。

   从技术指标上来看，国产机器人本体在一定程度已经达到了国际先进水平，只是在超大负载、超高精度方面还不能做到国际机器人品牌水平，但差距已经不大。

这说明国产机器人本体水平已经能满足大部分行业的应用需求。

同时工业机器人的使用寿命在10年左右，机器人产品性能的稳定性和长期的可靠性还需要市场花时间来检验，以获取市场信任，但是国内企业普遍进入工业机器人市场较晚，除了少数积淀时间较长的企业，大部分企业至少需要2年时间才可能大规模进入高端市场。

   总体上来看，国产机器人本体的技术水平已经整体获得了突破，是能充分享受这一波长达十年的工业机器人市场高景气度，而且这波高景气度是多个行业带动的，中低端市场需求放量比较明显，有利于国内企业加速成长。

   三、机器人集成技术

   机器人集成技术是利用机器人本体和附属设备实现特定应用功能的设备集成。

技术水平主要体现在机器人本体上和附属设备的技术水平。

国内企业在机器人技术集成方面与国外基本处在同一水平，但国内有工程师成本低的人才红利优势。

   总体，从技术水平来看，国产厂家在零部件方面处在起步发展阶段，控制器技术差距水平较小，伺服电机逐步进入工业机器人中低端市场，减速机已经实现了技术突破，正处在小批量生产阶段。

国产机器人企业本体性能已经能完全满足中低端市场的需求，在高端市场也已经可以做到一定程度的替代，完全有条件从行业的高景气度中受益，国产机器人本体企业有望在未来两到三年发展壮大几家有国际竞争力的企业。