其中,工业机器人产业链的关键环节为上游核心零部件,占据了工业机器人整机大部分的成本和利润,也是技术上 的核心和难点,是影响机器人性能最重要的部分。控制器、伺服电机、减速器这三大核心零部件的成本占工业机器 人总成本约 70%,其中减速器占整机成本约 35%,伺服占整机成本约 20%,控制器占整机约 15%,而本体和其他部 分仅占整机分别为 15%、15%。
(二)析产业链各个环节竞争图谱,国产化率均不高
1、核心零部件——控制器:工业机器人大脑,与本体绑定
控制器作为工业机器人三大零部件之一,是工业机器人的大脑,对机器人的性能起着决定性的影响。工业机器人控 制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹,操作顺序及动作的时间等。
国内工业机器人控制器市场多被日系及欧美品牌占据。由于控制器的“神经中枢”地位和门槛相对较低,成熟机器人 厂商一般自行开发,以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器和本体绑定效应强,市场份额基本跟机器人本体一致。主流的机器人厂商均有自己的控制系统与之匹配,国内工业机器人控制器市场多被日系及欧美品牌占据。以发 那科、安川、库卡、ABB 为代表的四大家族普遍采用自产自用的生产模式,其在中国工业机器人控制器市场的占比 与其在本体市场的占比基本保持一致,达 40%以上。
控制器硬件芯片依赖进口,软件算法差距较大。经过多年的沉淀,国内厂商的控制器硬件方案已经达到国际性水准, 但物料受到限制,底层芯片依赖进口,国内尚无研发基础。在软件上,国际工业机器人品牌起步较早,经验与数据 非常丰富,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有一些差距。
2、核心零部件——伺服:中高端市场为国外企业垄断
伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统,由伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分组成,是工 业机器人主要的动力来源。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可使控制速度,位置 精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
根据《伺服与运动控制》的统计与预测,2018 年年底伺服市场规模 93.8 亿元,同比增长 4.7%。较 2015 年底,复合 年增长率达 13.2%,预计 2021 年中国伺服市场将突破 100 亿元。伺服电机在工业自动化中发挥着重要作用,广泛用 于电子设备制造、工业机器人、机床、包装机械、印刷机械等多个领域。根据《伺服与运动控制》的统计,2018 年 机器人占伺服系统下游应用的 9.3%。
目前我国伺服电机中高端市场主要被国外企业垄断,进口产品在我国工业机器人伺服市场上占有率达 70%以上,他 们主要来自日本和欧美。其中,日系产品以超过 50%的市场份额雄踞首位,其著名品牌包括安川、松下、三菱电机、 三洋等,这些都是老牌的日本工业自动化设备生产商,技术上都很全面,其产品以良好的性能价格比和较高的可靠 性获得了稳定且持续的客户源。以西门子、施耐德、博世力士乐等为代表的欧美品牌产品过载能力高,动态响应好, 驱动器开放性强,但价格昂贵,体积重量大,在高端设备和生产线方面比较有竞争力。
国产伺服电机技术相对落后,产品主要在中低端领域。目前我国企业在中低端伺服领域已经可以实现大规模量产, 以性价比的优势满足中小型和经济型用户的需求,例如汇川技术、埃斯顿、英威腾、华中数控、广州数控等企业的 伺服驱动器及电机产品已相继进入批量化生产阶段。
3、核心零部件——减速机:技术壁垒最高,国产化率最低
精密减速器是工业机器人最重要的零部件,工业机器人运动的核心部件“关节”就是由它构成,每个关节都要用到不 同的减速器产品。减速器是多个齿轮组成的传动零部件,利用齿轮的啮合改变电机转速,改变扭矩及承载能力,也 可实现精密控制。工业机器人对减速器的精度、负载和寿命等要求极高,其技术壁垒是工业机器人核心零部件中最 高的一个,是对工业机器人本体性能影响程度最高的核心零部件。
工业机器人一般使用 RV 减速器和谐波减速器,其中 RV(Rotate Vector)减速器是由一个行星齿轮减速器的前级和 一个摆线针轮减速器的后级组成。其中谐波减速器属于齿轮减速器的一种。
精密减速器制造因其对材料、设备、工艺等多个环节都有严格要求,而造成极高的投资和技术壁垒。正因如此,当 前全球工业机器人减速器市场呈寡头垄断格局,行业集中度较高。其中,日本纳博特斯克(Nabtesco)是生产 RV 减 速器的世界巨头,约占 60%的全球减速器市场份额,在中/重负荷工业机器人领域,其 RV 减速器产品在全球 RV 减 速器市场占有率更是高达 90%以上。哈默纳科(Harmonic)则在谐波减速器领域拥有绝对优势,约占 15%的全球减 速器市场份额。除此之外,住友市场份额也有 10%,旗下产品包括 FINECYCLO 系列零齿隙精密摆线减速器等。全 球减速器市场呈现出以日本企业一派独大的高度集中化局面。
相比日本企业,国内企业切入减速器领域的时间较短,国产厂商技术水平仍有待提高。GGII 数据显示,国内机器人 减速器 70%以上的市场份额被外资减速器企业垄断,国产化率不足 30%。在减速器国产化进程中,尽管目前已有苏 州绿的、来福、南通振康、秦川机床、中大力德等多家减速器厂商实现量产,市场接受度逐年提升,但与日系两大 家依然存在一定的差距,主要体现在产品的综合性能,如精度、稳定性和使用寿命等。
4、本体:硬件技术趋于成熟,国产替代有望加速