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摘要

工業機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，在智能制造領域，工業機器人作為集智能化、數字化、自動化等多種先進技術于一體的工業自動化裝備，在數字工廠、智能工廠等現代工業自動化生產體系中扮演重要角色。在我國社會人口結構老齡化、人力成本上升等多種因素的影響下，推動智能制造轉型升級是工業發展的必然趨勢和必要舉措，制造企業對工業機器人的旺盛需求是長期趨勢。提高工業機器人的研發制造水平和實現工業機器人的大規模應用既是未來實現工業自動化、數字化、智能化的保障，也是推動制造業轉型升級、構建現代產業體系的重要環節。

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工業機器人產業鏈分析

圖1：工業機器人產業鏈圖譜

來源：火石創造根據公開資料整理

工業機器人是應用于工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。工業機器人依靠自身動力能源和定位控制能力來實現各種工業加工制造功能，能夠代替人工完成部分繁重、單調體力勞動或有害作業環境下工作。工業機器人產業鏈分為上中下游。上游是工業機器人的核心零部件，中游工業機器人本體制造，下游為工業機器人的系統集成和主要應用領域。

（一）工業機器人核心零部件

在工業機器人產業鏈中，上游零部件是工業機器人技術核心與難點，是工業機器人成本最高和產業利潤最厚的環節。其中，工業機器人最核心的三大零部件分別是控制器、伺服系統、減速機，共占據工業機器人整體生產成本的70％以上。除三大核心零部件之外，工業機器人主要零部件還包括傳感器與末端執行器。

1．控制器

控制器被稱為“工業機器人的大腦”，由控制柜、示教柜等硬件坨和控制算法、編程程序等軟件構成�？刂破髦饕�任務是接受并處理工業機器人工作過程的全部信息，根據操作任務的要求驅動機械臂中的各個伺服電機，引導機器人按照要求的每個動作的位置、姿態和軌跡實現其運動。

2．伺服系統

伺服系統是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統，常被視為“工業神經系統”。在工業機器人中，伺服系統通過接受并精確執行控制器發出的運動指令，完成工業機器人的多軸運動控制。在構成方面，伺服系統由伺服電機、伺服驅動器、伺服編碼器三部分組成。其中，伺服電機是執行機構，用于驅動機器人的關節從而實現運動。為與機器人體型相匹配并滿足機器人的運行性能需求，工業機器人伺服電機須具備小體積集成和大功率的應用的技術能力。伺服驅動器是接收控制器發出的指令，并驅動電機工作的裝置。伺服編碼器是伺服系統的反饋裝置，用來反饋伺服電機的信號并依此精確調速，控制伺服電機達到最佳工作狀態，從而提升伺服系統精度。目前國內伺服系統市場的高端市場由日本和歐美等國外品牌占據較大市場份額，國產品牌的競爭力正逐步提升。

3．減速器

減速器是一種精密的動力傳達機構，作用在于降低轉速、傳遞更大的扭矩，滿足工業機器人在重復執行相同的動作時的定位精度和重復定位精度，確保機器人平穩精確運行。由于減速器決定工業機器人的精度和負載，工業機器人對減速器性能的要求很高，所使用的減速器都是高精密減速器，其中RV減速器和諧波減速器是工業機器人主流使用的減速器。精密減速器制造對材料、設備、工藝等多個環節都有嚴格要求，具有很高的技術壁壘和投資成本，在工業機器人零部件中占據最大成本份額。日本的納博特斯克和哈默納科兩家公司在該領域技術積累雄厚，先發優勢明顯，包括我國在內的全球工業機器人用精密減速器長期為日企所壟斷。

4．傳感器

工業機器人使用各式各樣傳感器來理解和測量周圍環境中物體的幾何和物理特性。傳感技術的應用能幫助機器人能夠精準感知、敏捷運動、自主決策，實現更大的操作靈活性，更好的勝任各種任務。工業機器人常見的傳感器可分為內部傳感器和外部傳感器，內部傳感器用于獲取機器人自身狀態信息，然后為控制單元反饋信息，例如視覺傳感器、位移傳感器、角度傳感器、速度傳感器、位置傳感器等；外部傳感器主要獲取機器人所外部環境信息以及自身與環境之間的相互信息，常見的外部傳感器有距離傳感器、接近傳感器、視覺傳感器等。

5．末端執行器

工業機器人末端執行器又被稱為機械手，是裝在工業機器人手腕上直接抓握工件或執行作業的部件，是機器人與環境相互作用的最后環節，被稱為機械臂的“業務端”。常用的專用末端執行器根據工業機器人的應用領域來定制設計成特定的構成形狀，實現對對圓盤類、長軸類、不規則形狀、金屬板類等不同形狀、大小和重量的各類工件的抓取、搬運、上下料等工作。

（二）工業機器人本體

工業機器人本體是工業機器人的機座和執行機構，即工業機器人的原樣和自身，主要由傳動部件、機身及行走機構、臂部、手部五部分構成。工業機器人本體一般不能直接使用，需要下游系統集成廠商根據不同應有場景和用途進行二次開發才能投入到最終的工業生產中去。根據機械結構的不同，本體可分為多關節機器人、水平多關節機器人（SCARA）、并聯機器人、協作機器人、直角坐標型機器人。工業機器人本體分類介紹如下表所示。

表1：工業機器人本體分類介紹

來源：火石創造根據公開資料整理

（三）工業機器人系統集成與應用

工業機器人下游包括工業機器人系統集成和工業機器人的應用行業兩大部分。工業機器人系統集成商負責將標準機器人（本體）變為應用機器人，應用于焊接、噴涂、上下料 、搬運、機械加工等工業自動化領域。系統集成廠商也需要根據終端客戶面對復雜工業場景的具體需求進行針對性的產品設計和定制化開發，為客戶提供可適應各種不同應用領域的標準化、個性化成套裝備。經過系統集成商開發后的機器人成為終端產品應用市場，根據應用行業的不同可劃分為汽車制造、電子電氣、金屬加工、食品飲料、倉儲物流等領域。

表2：工業機器人應用分類介紹

來源：火石創造根據公開資料整理

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中國工業機器人市場分析

（一）中國工業機器人應用市場分析

中國在2011年－2021年工業機器人年度安裝量總體呈現大幅增長趨勢，十年間安裝量增長超過5倍，年均增長率達142％。尤其是在2017年我國工業機器人年安裝量大幅躍升，并在之后的年份持續維持高位，即使在2020年面臨疫情等復雜嚴峻的外部形勢下工業機器人安裝數量仍能逆勢增長，并于2021年安裝數量達26．8萬臺，上升到新的高度。通過分析工業機器人安裝量增長態勢可以看出我國工業自動化智能化水平在2017年開始提速，企業高質量生產高質量發展進程加快，即使面臨疫情等外部不利因素沖擊下仍工業機器人仍表現出強勁的需求水平，彰顯制造業在智能制造體系下快速復工復產、轉產擴展的勃勃生機，顯現我國工業發展的強大韌性和活力。

圖2：2011年－2021年中國工業機器人年安裝量（萬臺）

來源：國際機器人協會（IFR）

從近三年我國工業機器人分應用行業安裝量來看，電子／電氣行業是工業機器人應用最多的領域，工業自動化排名第二，金屬和機械領域位列第三，橡膠和塑料、食品、醫藥和化妝品領域工業機器人安裝量相對較少。根據《2021中國工業機器人產業發展白皮書》顯示，工業機器人已在37個國民經濟行業大類， 102 個行業中類中得到應用。汽車制造業是工業機器人應用領域最寬泛、應用成熟度最好的領域。我國新能源汽車產業蓬勃發展，汽車的需求量不斷增大與汽車制造的技術轉型升級催生了汽車制造廠對工業機器人的大量需求。汽車車身的薄零件的焊接與裝配、汽車車身表面的噴漆、汽車燈具的涂膠、汽車輪胎組裝需要用到不同類型的工業機器人，汽車整車生產中大量沖壓、焊接、涂膠、激光檢測等工序大多也是由工業機器人完成。中國是3C制造大國，計算機類、通信類和消費類電子產品占據全球70％產能，3C電子產品是工業機器人另一大主要應用市場。

圖3：2019年－2021年中國工業機器人分應用行業年度安裝量（萬臺）

來源：國際機器人協會（IFR）

全球范圍內，2021年工業機器人年度安裝量排名前五的市場分別是中國、日本、美國、韓國和德國。其中，中國工業機器人年度安裝量達26．8臺，遙遙領先于世界其它主要工業國家，是全球最大的工業機器人采用國。

圖4：2021年工業機器人安裝量最多的15個國家排名（萬臺）  

來源：國際機器人協會（IFR）

全球工業機器人安裝量五年內增幅超過60％。受新冠疫情影響全球安裝量在2019、2020連續兩年下降后，于2021年復蘇強勁，全球安裝總量在2021年超過50萬臺，創造歷史新高。我國工業機器人安裝量在五年內大幅增加，全球占比也迅速攀升，2021年中國工業機器人安裝量占比全球超過半數，當之無愧地成為全球工業機器人最大市場。

圖5：2015年－2021年中國與世界其他國家（地區）工業機器人安裝量對比（萬臺）  

來源：國際機器人協會（IFR）

（二）中國工業機器人市場品牌競爭力分析

從中國工業機器人市場的品牌結構來看，目前我國工業機器人由外資品牌占據市場較大份額，發那科、ABB、庫卡、安川電機等工業機器人四大家族以及愛普生、雅馬哈等品牌憑借長期的技術沉淀和高性能的產品在中國市場銷量領先。我國國產工業機器人品牌近些年來發展迅速，在近年來國家強調自主創新的推動作用下競爭力明顯提升，以埃斯頓、博時股份、匯川技術為代表，已具備一定規模和實力，許多科技巨頭、制造業龍頭企業也紛紛入局，加快在核心零部件、本體制造等領域的技術攻關，縮小與國外工業機器人頭部企業的差距，國產機器人替代進程加快。

圖6：2020中國工業機器人市場競爭格局

來源：火石創造根據公開資料整理

表3：2021年中國工業機器人企業排行榜（前10名）

來源：火石創造根據公開資料整理

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觀點小結

（一）發展工業機器人產業將有力推動中國從制造大國向制造強國轉變

在我國原有制造業成本比較優勢逐步削弱、新的產業競爭優勢尚未形成的新舊交替期，發展工業機器人能夠實現更高層次的工業能力，更好應對人口老齡化和工業生產中用工成本上升的不利因素，助力我國制造業從規模、速度的發展軌道轉向質量、效益的發展軌道，推動產業結構向中高端邁進。

（二）工業機器人未來會更多在高精度工業場景落地應用

隨著制造業轉型升級進程的不斷加速，工業領域的自動化轉型和新興領域涌現出的產品加工進一步引致對工業機器人大量需求。因此，我國機器人產業未來發展重點在于面向汽車、高端裝備、精密儀器、半導體等高端領域開發工業機器人本體和關鍵零部件系列化產品，推動國產工業機器人在高精度工業場景產業化應用。

（三）新興技術推動工業機器人加速創新發展、升級換代

隨著新一代信息技術、新材料技術與工業機器人開發深度融合，工業機器人智能化、數字化水平程度大幅提高并且設備更加安全可靠。工業機器人不再依賴固定的外界環境做勞動力代替的重復性工作，適應力強、靈敏度高、支持和人在同一場景協同精準工作的人機協作機器人能極大提高工作效率，成為工業機器人應用場景的革新者與破局者，引領工業機器人發展新潮流。

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作者 ｜ 火石創造 李佩  審核 ｜ 火石創造 馮雷 殷莉

       原文標題 : 產研發布 | 我國工業機器人產業鏈全景分析