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  • 工业机器人上游高技术壁垒,格局改变正在进行时

    工业机器人行业在经历数十年发展后形成完整的行业产业链。上游零部件作为原材料对于工业机器人极为重要,三大核心零部件控制系统、伺服系统、减速器分别占总成本的 12%、22%、32%,合计成本占比近 7 成。

    控制系统

    工业机器人的控制器主要包括两个部分,第一是控制柜,控制柜中包含了多个 PLC 控制模块,用于控制机器人六轴或 N 轴的运动;第二是示教器,示教器是人机掌控的连接器,可用于编程和发送控制命令给控制柜以命令机器人运动。工业机器人控制系统的主要任务是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。

    控制器分为硬件和软件,核心技术为软件算法,与本体一样大部分均为品牌自主研制。控制器硬件方面国内外技术基本无异,软件算法方面国外企业较优势。国内外控制器差距在于软件的算法、反应速度、兼容性等方面。

    控制器下游应用广泛,前五大行业分别是工作机械(11.73%)、包装(11%)、纺织(9.59%)、工业机器人(9.11%)、半导体(7.43%),总共占比 48.86%。根据中国工业机器人销量预测,2021-2023年控制系统规模分别为67.9 亿元、74.6 亿元、78.4 亿元。

    伺服系统

    伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。伺服系统作为工业自动化的重要组成部分,是工业机器人的执行器。

    机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目,关节数愈多,自由度越高,位移精准度也越出色,所需使用的伺服电机数量就相对较多;简单而言,越精密的工业型机器人,其内的伺服电机数量越多。

    目前全球伺服系统以日本品牌为主导分为三大类,日系、欧美系、国产。日系代表有松下、安川、三菱、三洋等;欧系包括西子、施耐德等;国产企业有埃斯顿、汇川技术、雷赛智能以及中国台湾的台达等。国内企业市占率正逐年提升。

    近年来国内伺服系统行业发展迅速,广泛应用于电子制造、机床工具、纺织机械、包装机械、机器人等行业。伺服系统在电子制造行业应用量最大达17.7%;机床工具(16.1%)、纺织机械(10.4%)应用量位列第二、三名;包装机械和机器人行业分别占10%、8.7%;在2022-2023 年伺服系统市场将持续增速。

    减速器

    减速器决定工业机器人的精度和负载。减速器是连接伺服电机和执行机构之间的中间装置,它负责把伺服电机高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速目的,并传递更大的转矩。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。

    RV减速器和谐波减速器为工业机器人用的主流减速器。近年,国内谐波减速器的进步较为明显,国产谐波减速器行业涌现值得关注的企业,如绿的谐波表现亮眼,工艺技术水平已达国际水准。

    由于减速器作为承重,传动的零部件,磨损消耗速度较快,一台工业机器人需要 4-6套,使用寿命大约在两年。减速器的市场增量较为可观。

    (图片来源:同心智造网同心智造网

    减速器行业随着国产厂商的崛起如绿的谐波等,正逐步扩大市占率,在国内市场形成突围。国内伺服系统企业埃斯顿、汇川技术、雷赛智能的技术已达世界水平,有望实现进口替代。

    在零部件高技术壁垒上游领域,市场价值逐年扩大,国内企业的崛起正悄然改变着上游格局,值得我们拭目以待。

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