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同学们你们对工业机器人有什么看法?2023-11-12 05:28

  根据机器人应用环境的不同,国际机器人联盟(IFR)将机器人分为工业机器人和服务机器人两类。其中,工业机器人主要指应用于生产过程与环境的机器人,包括人机协作机器人、工业移动机器人等;而服务机器人则指用于非制造业、服务于人类的各种机器人,主要包括家用服务机器人和公共服务机器人。

  目前来看,国内在自然灾害应对和公共安全事件方面对特种机器人有着相对突出的需求,因此中国电子协会根据我国实际情况将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。

  1)工业机器人:指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,在工业生产加工过程中代替人类来自动控制执行某些单调、频繁和重复的长时间作业。主要包括焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和净室机器人等。

  2)服务机器人:指在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人,主要包括家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。其中,公共服务机器人指在除医学领域外的农业、金融、物流、教育等公共场合为人类提供一般性服务的机器人。

  3)特种机器人:指代替人类从事高危环境和特殊工况的机器人,主要包括军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人。

  根据中国电子协会测算,2019年全球机器人市场规模达到294.1亿美元,2014-2019年CAGR约为12.3%。其中,工业机器人的市场规模约为159.2亿美元,服务机器人94.6亿美元,特种机器人40.3亿美元。工业机器人占整个机器人市场的比例约为54%,超过服务机器人与特种机器人之和,是机器人市场的主力军。2019年我国机器人市场规模约为86.8亿美元,2014-2019年的平均增长率达到20.9%。其中工业机器人57.3亿美元,服务机器人22亿美元,特种机器人7.5亿美元;我国的业机器人占比约为66%,遥遥领先于服务机器人与特种机器人。

  目前,世界范围内对工业机器人并没有统一定义的概念。国际上关于工业机器人的定义主要来源于几个较大的行业组织:1)国际标准化组织(ISO);2)美国国家标准局(NBS);3)美国机器人协会(RIA);4)日本产业机器人协会(JIRA);5)中国电子协会(CIE)。

  其中ISO对工业机器人的定义是“自动控制的、可重复编程、多用途、移动或固定式的操作机,可对三个或三个以上轴进行编程,应用于工业自动化”,该定义也被IFR与不少国内的上市公司所引用。综合各组织的定义,工业机器人的特征主要有三:1)自动控制;2)可编程;3)在工厂中代替人类进行劳动。

  按功能划分,工业机器人可分为包装、上下料、喷涂、搬运、焊接、洁净室、码垛、装配等,其中以搬运与上下料/焊接与钎焊/装配与拆卸为主,其在全球市场的规模分别达18.30/8.20/4.90万台,占比为48.16%/21.58%/12.89%;在中国市场的规模分别为6.35/3.54/2.81万台,占比48.85%/27.23%/21.62%。不管从全球还是从全国来看,这三类工业机器人合计都占了80%以上市场份额。

  按机械结构划分,工业机器人可分为多关节机器人、平面多关节机器人、坐标机器人、圆柱坐标机器人、并联机器人、工厂用物流机器人(AGV)等,其中以多关节型/平面多关节/坐标机器人为主。多关节型机器人在全球和中国均占60%以上的市场份额,几乎可应用于所有工业领域,以焊接、装配和搬运领域应用最多,其中汽车制造业是多关节工业机器人增长的主要需求驱动力。

  多关节型机器人、坐标机器人、平面多关节机器人分别在全球市场中占比约为66.84%、13.29%、16.58%,在中国市场中占比约为66.13%、15.88%、15.37%。

  从需求端来看,汽车制造业是工业机器人的最大市场,2018年汽车制造业购买的工业机器人约占总销量的30%;电子产品需求占比约为25%。2019年汽车制造业需求占据总销量的比例略有下滑(2019:28%);电子产品紧随其后,占比约为24%;金属业位居第三,占比约为12%;塑料与化工排列第四,占比约为5%。汽车制造及电子产品用工业机器人占比下滑反映了2019年全球汽车需求明显下挫,以及电子产品在中美贸易摩擦中受到的较大影响。

  工业机器人及成套设备的上游包括控制器、伺服系统、减速机等零部件领域;中游为整机制造行业;下游则是系统集成环节,以自动化设备生产商(即系统集成商)为主,涵盖焊接、机械加工、装配、搬运、分拣、喷涂等生产领域;终端客户包括汽车、电子、金属、塑料、食品、生化等行业。工业机器人本体是机器人产业发展的基础,而下游机器人系统集成则是工业机器人工程化和大规模应用的关键。

  1)产业链上游主要为伺服系统、减速器、控制器等核心零部件和齿轮、涡轮、蜗杆等关键零部件子行业。减速器、伺服系统(包括伺服电机和伺服驱动)及控制器是工业机器人的三大核心零部件,直接决定工业机器人的性能、可靠性和负荷能力,对机器人整机起着至关重要的作用。

  2)产业链中游是工业机器人整机制造,工业机器人整机制造的技术主要体现于:①整机结构设计和加工工艺,重点解决机械防护、精度补偿、机械刚度优化等机械问题;②结合机械本体开发机器人专用运动学、动力学控制算法,实现机器人整机的各项性能指标;③针对行业和应用场景,开发机器人编程环境和工艺包,以满足机器人相关功能需求。

  3)产业链下游主要面向终端用户及市场应用,包括系统集成、销售代理、本地合作、工业机器人租赁、工业机器人培训等第三方服务,主要依据客户的需求进行自动化设备的研发设计与生产制造等业务。

  控制器、伺服系统(包括伺服驱动和伺服电机)、减速器等核心零部件占机器人整机产品成本的70%左右。其中,减速器占整机成本约36%,伺服占约24%,控制器占约12%,而本体和其他部分占整机成本的比例分别为15%和13%。这些核心零部件的生产目前主要被外资品牌垄断,核心零部件国产化率较低是制约中国工业机器人行业发展的主要瓶颈。

  近年来机器人相关技术发展迅速,主要涉及的方面包括工程材料、机械控制、传感器、自动化、计算机等。在技术创新方面,主要围绕人机协作、人工智能和仿生结构三个重点展开。综合来看,智能化、柔性化是当前工业机器人技术的主要发展方向。