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1、2022年机器人行业深度报告一、工业机器人自动化的明珠1、工业机器人，智能制造的代言人工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，主要用于代替人工从事柔性生产环节，是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种机器。目前工业机器人已有较完整的产业链，大致可分为原材料、核心零部件、本体制造、系统集成服务等环节：最上游原材料：主要包括钢材、铸铁、铝合金及少量塑料制品和各种电子元器件。核心零部件：包括控制系统、伺服电机、精密减速器、及传感器等。工业机器人本体制造：机器人的结构和功能设计及实现。系统集成：按照客户需求，进行产线的设计和组装。控制器、伺服电机以及减速器是构成工业机器人的三大核心
2、零部件。三大核心零部件的性能、稳定性很大程度上决定了工业机器人的性能与稳定性。由于核心零部件的生产技术壁垒较高，大多关键技术被少数公司垄断，使得机器人生产商在采购时议价能力不足，采购价格较高。控制器是工业机器人的“大脑”。控制器负责将动作指令发布和传递给执行机构。由硬件和软件两部分构成：硬件就是工业控制板卡，包括一些主控单元、信号处理部分等电路；软件主要是控制算法、二次开发等。伺服系统是工业机器人的“动力源”。伺服系统通常由伺服电机和伺服驱动器组成，主要负责将接收到的电压信号转变为转矩与转速以驱动控制对象。减速器是工业机器人的“关节”。减速器是核心零部件中技术壁垒最高的一环，也是工业机器人中成
3、本占比最大的零部件，主要起到匹配转速与传递转矩的作用。减速器分为谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器，其中工业机器人主要使用的是谐波减速器与RV减速器。工业机器人可以按机械结构、坐标形式以及程序输入方式等进行分类。根据坐标形式的不同，工业机器人可以分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、多关节型和平面关节型等。其中，多关节型（六轴工业机器人）与平面关节型（SCARA型机器人）最为常见，被广泛的应用在了汽车、3C行业中。2、工业机器人于美国发源，于日本兴盛工业机器人诞生于美国，兴盛于日本。1959年，发明家德沃尔与约瑟夫英格伯格联手制造出第一台工业机器人,
4、它结构和功能都十分简单，只能进行简单的重物搬运。但由于失业率高、工会阻挠等原因，工业机器人并未在美国生根发芽。日本由于其各方面的优势，接过了美国的接力棒，成为了工业机器人产业的引领者，目前日本已经形成了从上游核心零部件到中游本体制造再到下游系统集成的完整产业链。其中，最有名的公司莫过于“工业机器人四大家族”中的发那科与安川，以及减速器龙头哈默纳科以及纳博特斯克。中国工业机器人产业起步较晚。虽然早在20世纪70年代，科技部就将工业机器人列入了科技攻关计划，原机械工业部也牵头组织了点焊、弧焊、搬运等工业机器人相关领域的攻关，但由于当时国内人口红利正盛，市场需求不足，工业机器人产业的发展出现了较长时
5、间的停滞。等到2010年以后，市场重新将目光投向该领域时，日德等制造强国已经建立起了完善的产业链，在市场竞争中占据了先发优势。国内工业机器人无论是本体还是核心零部件，都与国外巨头存在着巨大的差距。2010年以后，国内的工业机器人产业开始全面发展。当前，国内的工业机器人仍以本体制造的组装为主，零部件尚需要大量进口，且产品主要定位在中低端市场。3、协作机器人、特种机器人、人形机器人协作机器人：更安全，更适应未来商用、家用空间。工业机器人随着技术进步逐步小型化，分化出具备安全、柔性、与人协作特点的协作机器人。机器人下游行业中，汽车是20kg以上应用场景，家电、3C在4kg左右，半导体行业在12kg左
6、右。在轻负载工作环境下，安全性得到保障，可实现机器人与人在同一空间内进行协同工作的机器人协作机器人应运而生。协作机器人与工业机器人最大的区别在于安全性，当触碰障碍物时会自动停下。现多家公司正在开发环境感应技术,已有试用机型可实现碰撞前停止运行。其他区别包括：应用场景不同，工业机器人精度更高，末端速度在7.8ms,负载大；协作机器人注重灵活性，对编程要求低，可拖拽示教（精度更低）。特种机器人：针对特殊高危场景的解决方案。特种机器人指除工业机器人、公共服务机器人和个人服务机器人外的机器人，主要应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用，辅助和/或代替人执行任务。2021年特种机器人销售额占
7、全球机器人市场的28.17%,占国内机器人市场的7.93%o特种机器人分类：（1）根据行业分类：农业机器人、电力机器人、建筑机器人、物流机器人、医用机器人、护理机器人、康复机器人、安防与救援机器人、军用机器人、核工业机器人、矿业机器人、石油化工机器人、市政工程机器人和其他行业机器人。（2）根据功能分类：采掘、安装、检测、维护、维修、巡检、侦察、排爆、搜救、输送、诊断、治疗、康复、清洁等。（3）根据使用的空间分类：地面机器人、地下机器人、水面机器人、水下机器人、空中机器人、空间机器人和其他机器人。（4）根据运动方式分类：轮式机器人、履带式机器人、足腿式机器人、蠕动式机器人、飞行式机器人、潜游式机
8、器人、固定式机器人、喷射式机器人、穿戴式机器人、复合式机器人和其他运动方式机器人。人型机器人是旨在模仿人类外观和行为的机器人，被誉为机器人皇冠上的明珠。人形机器人的挑战难度是业界公认最高的，对基础三大要素包括规划、控制和感测所对应的装置要求非常高。特斯拉首席执行官马斯克称TesIaBot有望在2023年投入生产，其将用来填补劳动力缺口。人形机器人目前主流的技术路线包括以下几种：（1）以本田Asimo为代表的传统电控+控制方法。该方法在控制方面通过力控+位置控制实现，使用传统电机驱动和传统的机械结构，本质类似于意大利I1.T的iRonCub与力控的结合。（2）以波士顿动力A1.tas为代表的液压
9、驱动+控制方法。液压驱动可以实现仿人机器人运动的极致，目前在运动能力上首屈一指。（3）以Agi1.ity的Cassie为代表，重心上移的新方式，腿很细，上半身较大，该方式可以节约功耗。人形机器人供应链：（1）齿轮：小仿人可选传统齿轮、精密性齿轮、谐波齿轮；（2）驱动器（电机）：国产电机与海外电机相差不大，得益于军工电机转民用；（3）传感器：用于感知设备驱动器内部的转速、位置的传感器，目前以进口为主，技术被老牌海外企业掌握；（4）芯片：均以海外供应商为主，小仿人可以用国产主控芯片。主控芯片：写入电机、舵机、速度驱动器算法的芯片。常用的包括英特尔的x86系列芯片（有部分集成控制无法使用GPU,因而
10、仍在使用传统的CPU）、基于A1.计算的A1.处理芯片，如英伟达芯片、高通的强A1.算力处理器。国产选择较少；（5）传感器：国产化率较高，其中超声传感器、红外传感器（障碍物检测）、视觉传感器（双目、多目）等基本可以实现国产化。力矩传感器以海外为主。二、安装量已居第一，自主品牌正迎头赶上1、我国成为机器人生产消费大国，21年全球市场超千亿20112020工业机器人安装量保持10%以上年增速，劳动力替代及制造业升级双逻辑加持，长期向好趋势不变。其中中国十年复合增速超25%,2013年中国超过日本成为世界最大的机器人使用国，近20年来安装量占比从0%提升至44%o以我国机器人单台价格中位数15万元估
11、计，全球2021年市场规模为1200亿元。2020年疫情得到控制后，海内外制造业需求爆发，我国机器人行业进入为期2年的增长期，月均产量越过3万台大关。仅在2022年4月后，因长三角疫情而陷入负增长。我国机器人密度稳步提升，但与发达国家仍有差距。根据IFR数据统计，2019年全球工业机器人平均保有量已达到113台/万人，其中新加坡最高，已达到918台/万人，日本364台/万人，中国187台/万人。从每万制造人员使用量上来看，达到日本水平还有1X空间。机器人下游应用仍以电子、汽车为主，锂电、仓储增速居前。绝对数值上，工业机器人早期主要应用于汽车制造业的焊接、喷涂线，后小型工业机器人（含SCARA.
12、DE1.TA）在3C行业因成本优势快速替代人力的重复劳动。近年受“双碳政策驱动”，锂电池板块快速扩产，锂电池生产工艺中叠片、焊接、封装等工序，因一致性需求使用机器人较多，后道检测、组装和PACK主要依赖机器人进行大负载抓取、搬运提升自动化水平。仓储环节则主要由AGV.中大型堆垛机器人组成。我国工业机器人进出口均价差距大，高端机型更加明显。目前因为国产机器人核心零部件（控制器、伺服系统、减速器等）精度及一致性落后于进口品牌，单个细节的误差最终累积到整体误差上使得国产品牌难以与外资机器人竞争，只能在价格上让步。22Q1喷涂机器人进出口差价达4.1万美元，多功能机器人进出口差价达4500美元。2、四
13、大家族锁定高端市场，国产双星率先突围“四大家族”全球市占率超50%,国内市占率超40%,自主品牌埃斯顿及汇川技术各占4%o“四大家族”承袭原有机床、伺服系统、焊接设备技术优势，机器人领域继续占据鳌头。国内品牌埃斯顿、汇川技术快速成长，在2021年销量均突破1万台，进入中国工业机器人销量前十。前者以6关节机器人为主、后者以SCARA机器人为主，现均向多种负载、全产品系列方向迈进，有望成为真正替代“四大家族”的国产机器人品牌。实际应用积累knowhow是艰难的一关。机器人行业自身周期成长双属性，周期属性与通用自动化及中国自身信用周期相关，而成长性主要来自于制造业升级及劳动替代。后疫情时代，下游各细
14、分行业龙头公司不会因为短期的经济周期波动而暂缓内部的产线升级，同样以宁德时代为首的锂电池厂商扩产方兴未艾，现“四大家族”机器人订单已排产至2023年中后。“四大家族”机器人供不应求给国产龙头品牌提供了切入高端下游应用场景的机会。过去国产机器人品牌的应用场景具有单一化、长尾化的特点，缺乏长时间完整生产线自动化的know-how积累，在高端应用场景往往难以满足全方位的需求，因而只能以工作站的形式在特点工位进行人力替代。以锂电池行业为例，其既涉及焊接，又涉及小工件高速节拍搬运，也涉及大工件重负载搬运，需要全品类焊接机器人、堆垛机器人、SCARA机器人的配套。以电池盒焊接工序为例，铝合金焊接需使用搅拌
15、摩擦焊，需要重型负载机器人搭载径轴搅拌器，施加强压力配合高温融化材料再进行摩擦焊，在自身圆周运动的同时保持整体路径的直线。相似的成长路径，埃斯顿承袭控制器、汇川技术承袭伺服系统，快速响应能力助力国产替代。埃斯顿在机器人成长之路上与发那科相近，其拥有20年折弯机床数控系统开发经验，15年折弯机床伺服系统，后收购Trio和C1.oos完善其控制系统及焊接相关技术。汇川技术具备变频器、伺服系统、编码器、P1.C&HMI.视觉系统等产品矩阵，可全方位理解运动控制，并具有高度一致性和稳定性。在具备机器人核心零部件自主生产能力外，埃斯顿与汇川技术在配合客户阶段，可支持人员数量及反应速度上较外资品牌优势大。
16、国产品牌正不断丰富自身技术及产品系列，从长尾的非标场景逐步往大批量的标准化场景应用，替代外资品牌。O三、控制器、伺服电机、减速机，三核心零部件决定机器人性能1、三核心零部件占据成本70%工业机器人的核心零部件包括控制器、伺服系统、减速器，决定了工业机器人的精度、稳定性、负荷能力等重要性能指标。核心零部件是产业链中壁垒最高的环节，占机器人成本的70%o控制器是工业机器人的“大脑”，一般占总成本的15%左右；伺服系统是工业机器人的“动力源”，一般占总成本的20%左右。减速器是工业机器人的“关节”，减速器一般占总成本的35%左右。2、控制器：工业机器人的大脑控制系统是决定机器人性能的关键要素，接收来自其他各组元的信号、根据已编程的系统进行处理后，向各组元发出指令，从而控制各组元的运行，它是工业机器人实现特定功能的中枢单元。目前常用的控制系统从结构上分为三类：以单片机为核心的控制系统，以可编程控制器（P1.C）为核心的控制系统，以及基于工业个人计算（I
