高端裝備之工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)透視
官方數(shù)據(jù)披露：中國連續(xù)四年成為全球最大的工業(yè)機器人市場，據(jù)國際機器人聯(lián)合會IFR的報告，2017年，中國工業(yè)機器人銷量11萬臺，同比增長31%，約占全球銷量的1/3。目前，中國的機器人制造商正在擴大其在國內(nèi)市場的份額，2018年~2020年，中國機器人的年銷售量預(yù)計每年平均增15%~20%。今天本文帶您全面透視高端裝備的另一個細分領(lǐng)域工業(yè)機器人行業(yè)。
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)
工業(yè)機器人的發(fā)展和應(yīng)用，是我國制造業(yè)走向高端化和智能化的重中之重。目前我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速成長和國產(chǎn)替代的雙重重要特征。
工業(yè)機器人
工業(yè)機器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。
工業(yè)機器人組成結(jié)構(gòu)
工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度。動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進行控制。
工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈
工業(yè)機器人行業(yè)上游是核心零部件，主要的是減速機和控制系統(tǒng)，這相當(dāng)于機器人的大腦，中游是機器人本體，就是機器人的身體，下游是系統(tǒng)集成商，國內(nèi)企業(yè)都集中在這個環(huán)節(jié)上。工業(yè)機器人上游零部件行業(yè)主要是減速機、伺服電機、變頻器、控制器等，其中減速器、伺服電機及伺服系統(tǒng)在工業(yè)機器人成本中所占比重較大，分別為39%，28%，本體制造占比為22%。雖然減速機、伺服系統(tǒng)在工業(yè)機器人成本中所占比重較大，但國內(nèi)減速機、伺服電機等關(guān)鍵零部件發(fā)展相對滯后，KUKA機器人示教器維修，技術(shù)水平較低，產(chǎn)品穩(wěn)定性差，與國外產(chǎn)品相比存在不少差距，導(dǎo)致國內(nèi)工業(yè)機器人減速機、伺服電機等零部件主要依賴進口，國內(nèi)企業(yè)工業(yè)機器人生產(chǎn)成本較高，競爭力較弱。
產(chǎn)業(yè)鏈上游的核心零部件
伺服電機
電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)是工業(yè)機器人的必不可少的關(guān)鍵零部件，是利用各種電機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機器人本體，以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構(gòu)，通常由伺服電機以及伺服驅(qū)動器組成。除了可以進行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。其核心技術(shù)分為兩大類。
1)信號接插件的可靠性。國產(chǎn)伺服需要繼續(xù)改進，而且接插件的小型化、高密度化也是趨勢，與伺服電機本體的集成設(shè)計是個很好的做法，目前日系的伺服電機很多就是這樣設(shè)計的，方便安裝、調(diào)試、更換。
2)編碼器的高精度。尤其工業(yè)機器人上用的多圈絕對值編碼器，目前嚴(yán)重依賴進口，是制約我國高檔伺服系統(tǒng)發(fā)展的重要瓶頸之一。編碼器的小型化也是伺服電機小型化繞不過去的核心技術(shù)。縱觀日系伺服電機產(chǎn)品的更迭，都是伴隨著電機磁路和編碼器的協(xié)同發(fā)展升級。
控制器
工業(yè)機器人控制器是機器人控制系統(tǒng)的核心大腦。控制器的主要任務(wù)是對機器人的正向運動學(xué)、逆向運動學(xué)求解，以實現(xiàn)機器人的操作空間坐標(biāo)和關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換，完成機器人的軌跡規(guī)劃任務(wù)，實現(xiàn)高速伺服插補運算、伺服運動控制。
控制系統(tǒng)的開發(fā)涉及較多的核心技術(shù)，包括硬件設(shè)計，底層軟件技術(shù)，上層功能應(yīng)用軟件等，隨著技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗的積累，國內(nèi)企業(yè)機器人控制器產(chǎn)品已經(jīng)較為成熟，是機器人產(chǎn)品中與國外產(chǎn)品差距最小的關(guān)鍵零部件，國內(nèi)機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，差距主要在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。
減速器
工業(yè)機器人核心部件減速器是機械傳動的核心，機器人的速度、精度都與減速器有關(guān)，工業(yè)機器人使用的減速器主要包含：諧波減速器、RV減速器。
產(chǎn)業(yè)鏈中下游的核心零部件
機器人本體廠商的工作主要是生產(chǎn)機器人本體，負責(zé)機器人關(guān)鍵零部件生產(chǎn)、控制算法、開發(fā)環(huán)境設(shè)計等工作。
工業(yè)機器人的發(fā)展模式
根據(jù)國際經(jīng)驗來看，國內(nèi)的機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展更接近于美國模式，即以系統(tǒng)集成商為主，單元產(chǎn)品外購或貼牌，為客戶提供交鑰匙工程。與單元產(chǎn)品的供應(yīng)商相比，系統(tǒng)集成商還要具有產(chǎn)品設(shè)計能力、項目經(jīng)驗，并在對用戶行業(yè)深刻理解的基礎(chǔ)之上，庫卡機器人，提供可適應(yīng)各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化、個性化成套裝備。工業(yè)機器人的大規(guī)模普及將為國內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)集成商帶來發(fā)展機遇。中國機器人產(chǎn)業(yè)化模式較可行的是從集成起步至成熟階段采用分工模式：即美國模式(集成)-日本模式(核心技術(shù))-德國模式(分工合作)。
中國，作為工業(yè)機器人市場上的主力軍，存在著系統(tǒng)集成商普遍規(guī)模較小，年產(chǎn)值不高，面臨強大的競爭壓力。從相關(guān)市場數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)階段國內(nèi)集成商規(guī)模都不大，銷售收入1個億以下的企業(yè)占大部分，能做到5個億的就是行業(yè)的佼佼者，10個億以上的全國范圍屈指可數(shù)。從國內(nèi)機器人市場發(fā)展現(xiàn)狀看，有兩類企業(yè)將在未來行業(yè)大發(fā)展的背景中勝出：一類是有很強技術(shù)研發(fā)底蘊，項目經(jīng)驗豐富的行業(yè)企業(yè)，KUKA機器人維修，另一類是在某些行業(yè)有一定的項目經(jīng)驗，又具備十分強勁的產(chǎn)業(yè)資源整合力的企業(yè)。而從發(fā)達國家的十分成熟的產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)生思路來看，后者將代表著我國工業(yè)機器人的未來及方向。