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工业机器人行业调研分析报告(1)——汇桔研究院出品

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目录


1 工业及机器人简介

1.1 工业机器人概念

1.2 工业机器人分类

1.3 工业机器人构成

2 工业机器人发展综述

2.1 工业机器人迭代过程

2.2 工业机器人发展概况

2.3 工业机器人市场份额

2.4 工业机器人市场规模

2.5 工业机器人相关政策

3 工业机器人产业链分析

3.1 核心零部件

3.2 本体

3.3 系统集成

4章 工业机器人行业竞争对手分析

4.1 国外企业

4.2 国内企业

5章 工业机器人国内专利调查

5.1 工业机器人专利申请态势与技术生命周期

5.2 工业机器人专利法律状态

5.3 工业机器人专利申请地域

5.4 工业机器人专利核心申请人

5.5 工业机器人技术分析

第6章 相关建议

 


图清单

图表 1 工业机器人坐标形式分类及特点

图表 2 工业机器人应用场景分类及特点

图表 3 工业机器人结构示意

图表 4 工业机器人迭代过程

图表 5 工业机器人各国发展程度

图表 6 工业机器人四大家族全球市场份额

图表 7 工业机器人中国市场份额

图表 8 工业机器人全球销量(亿美元)

图表 9 工业机器人全球销量(万台)

图表 10 工业机器人中国销量(万台)

图表 11 2019 年中国工业机器人销量占比

图表 12 工业机器人国产品牌占有率

图表 13 工业机器人下游应用领域

图表 14 工业机器人产业链

图表 15 工业机器人各模块成本

图表 16 减速器图解

图表 17 工业机器人减速机市场份额

图表 18 伺服电机

图表 19 伺服驱动器

图表 20 中国工业机器人伺服系统市场份额

图表 21 国内伺服系统发展阶段

图表 22 伺服驱动抑制振动技术国内专利情况

图表 23 控制器

图表 24 中国工业机器人控制器市场份额

图表 25 工业机器人中游

图表 26 中国工业机器人品牌商系统集成占比

图表 27 工业机器人产业链全景

图表 28 工业机器人行业竞争对手

图表 29 沈阳新松研发架构

图表 30 沈阳新松专利技术地图

图表 31 沈阳新松工业机器人领域专利技术方向

图表 32 广州数控专利技术地图

图表 33 广州数控工业机器人领域专利技术方向

图表 34 中国工业机器人专利申请趋势

图表 35 中国工业机器人专利申请趋势

图表 36 中国工业机器人专利法律状态

图表 37 中国工业机器人专利申请来源地

图表 38 中国工业机器人专利省市分布

图表 39 中国工业机器人专利核心申请人

图表 40 中国工业机器人专利地图


 

附表清单

表格 1 中国部门相关政策 

表格 2 机器人产业标准 

表格 3 中国工业机器人总发展规划路线 

表格 4 工业机器人主要发展模式 

表格 5 工业机器人四大家族基本信息 

表格 6 国内工业机器人企业基本信息 

表格 7 工业机器人国内专利检索要素表 


一、工业及机器人简介

1.1 工业机器人概念

   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,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。

1.2 工业机器人分类

  机器人的分类方式很多,按照程序输入方式可以分为编程输入型和示教输入型。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型机器人示教方法有两种,一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演。另一种是由操作者直接带领执行机构,按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。


图表 工业机器人坐标形式分类及特点

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资料来源:易观智库


   按照坐标形式分类,可以将机器人分成直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节型四类。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可以完成升降、回转和伸缩动作,具有一个旋转轴和两个平移轴;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩,具有两个旋转轴和一个平移轴;关节型的臂部有多个转动关节,其中又可以细分为平面关节和多关节机器人,通常由大小两臂和立柱等机构组成,大小臂之间用铰链连接形成肘关节。


图表 2 工业机器人应用场景分类及特点

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   工业机器人按照应用场景的不同,主要可分为:焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人、处理机器人和搬运机器人等。焊接机器人进一步分弧焊和点焊;装配机器人主要用于零部件装配;喷涂机器人则主要分为涂装、点胶和喷漆;处理机器人主要运用于打磨抛光领域;搬运机器人分为上下料、搬运和码垛。我国目前工业机器人主要集中在中低端,以运用于搬运类的上下料的三轴和四轴机器人为主,运用于汽车制造、焊接等较高端的六轴以上机器人占比低。


1.3 工业机器人构成

工业机器人主要由本体、伺服电机、减速器、控制器、传感器等核心零部件构成,操作系统包括伺服系统、控制系统、视觉系统等,具备在高危环境下生产效率高、稳定性强、精度高等特点。


图表 3 工业机器人结构示意

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工业机器人的本体是指机体结构和机械传动系统,也是机器人的支承基础和执行结构。机体结构即机身或机械手臂,机械传动系统由核心零部件减速机、伺服电机和控制器等组成。通过将机器人本体、机器人控制软件、机器人应用软件、机器人周边配套设备等有机结合起来,应用于喷涂、搬运、焊接、上下料等具体的实际工作,可形成具有对应功能的喷涂机器人、搬运机器人、焊接机器人等。


二、工业机器人发展综述

2.1 工业机器人迭代过程


图表 4 工业机器人迭代过程

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资料来源:易观智库


(1)第一代是示教再现机器人,主要由机器人本体、运动控制器和示教盒组成,操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程,并保存示教信息。当机器人自动运行时,由运动控制器解析并执行存储的示教程序,使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动,连续轨迹再现的控制方法,可以完成直线和圆弧的连续轨迹运动,然而复杂曲线的运动则由多段圆弧和直线组合而成。由于操作的容易性、可视性强,所以在当前工业中应用最多。

(2)第二代是离线编程机器人,该机器人编程系统是采用离线式计算机实体模型仿真技术,首先建立起机器人及其工作环境的实体模型,再采用实际的正逆解算法,通过对实体模型的控制和操作,在离线的情况下进行路径规划,然后通过编程对实体模型进行三维动画仿真,以检验编程的正确性,最后将正确的代码传递给机器人控制柜,以控制机器人运动,完成了离线编程。

(3)第三代是智能机器人,它除了具有第一代和第二代的特点以外可带有各种传感器,这类机器人对外界环境不但具有感觉能力,而且具有独立判断、记忆、推理和决策的能力,能适应外部对象、环境协调地工作,能完成更加复杂的动作。在工作时通过传感器获得外部的信息,并进行信息反馈,然后灵活调整工作状态,保证在适应环境的情况下完成工作。此机器人用在弧焊和搬运工作中较多。


2.2 工业机器人发展概况

   早在1954 年美国乔治·德沃尔设计出第一台电子可编程序的工业机器人,并于1961 年发表了该项专利,1962 年美国通用汽车公司投入使用,标志着第一代机器人诞生。从此,机器人开始成为人类生活中的现实,随后日本使工业机器人得到迅速的发展。机器代人热潮使工业机器产业得到快速发展。20 世纪80 年代,世界工业生产技术上的高度自动化和集成化高速发展,同时也使工业机器人得到进一步发展,并在这个时期工业机器人对世界整个工业经济的发展起到了关键性作用。


图表 5 工业机器人各国发展程度

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资料来源:易观智库


   目前,世界上工业机器人无论是从技术水平上还是从已装配的数量上都日趋成熟,优势集中在以日、德为代表的少数几个发达的工业化国家,已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。韩国在服务类机器人上的发展较为优秀,而美国则侧重于医疗和军事机器人等方面。我国工业机器人尽管在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,特别是在制造工艺与整套装备方面,缺乏高精密、高速与高效的减速机、伺服电动机、控制器等关键部件。


2.3 工业机器人市场份额


图表 6 工业机器人四大家族全球市场份额

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图表 7 工业机器人中国市场份额

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来源:易观智库


   在工业机器人全球市场中,日本、德国的工业机器人水平全球领先,四大家族为全球主要的工业机器人供应商,这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。从全球来看,日本和欧洲是工业机器人的主要产地,ABB、发那科(FANUC)、库卡(KUKA)和安川电机(YASKAWA)这四家企业是工业机器人的四大家族,成为全球主要的工业机器人供货商,2015 年四大家族工业机器人收入合计约为60亿美元,占据全球约50%的市场份额。


2.4 工业机器人市场规模

2.4.1 全球市场规模


图表 8 工业机器人全球销量(亿美元)

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图表 9 工业机器人全球销量(万台)

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资料来源:IFR


   根据国际机器人联合会的报告,2017-2020年,全球工业机器人年均销售额预计为173 亿美元/ CAGR+10.81%,年均销量预计为39万台/ CAGR+12.45%。相比于2013-2016 年,年均销售额提升约55%,年均销量提升约70%。工业机器人需求景气向上,广泛应用于汽车、电子电气、金属和机械等领域,在机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势,是实现智能制造的基础,是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。


2.4.2 中国市场规模


图表 10 工业机器人中国销量(万台)

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图表 11 2019 年中国工业机器人销量占比

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资料来源:IFR

   

   中国市场居全球首位且份额持续扩大。中国自2013 年开始成为全球工业机器人第一大市场的位置,制造业“机器换人”需求旺盛,预计仍将保持快速增长。根据国际机器人联合会的报告,2017-2020 年,中国工业机器人年均销量预计为14.8 万台,年均复合增长率为21%。中国工业机器人销量占全球比例预计从2015 年的27%提升至2019 年的39%

图表 12 工业机器人国产品牌占有率

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图表 13 工业机器人下游应用领域

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资料来源:IFRGGII 


   根据GGII 统计数据,2016 年汽车行业是中国工业机器人应用最广泛的领域,占比达到38%。随后是3C、金属制造、塑料及化学制品、食品烟草饮料,占比分别约21%15%8%1%

   2015 年中国工业机器人销量达6.86 万台,其中国产2.04万台,进口4.81 万台,国产化率相比2013 年提升约6 个百分点。未来随着国内机器人企业的崛起,国产品牌份额有望获得进一步提升。


2.5 工业机器人相关政策

2.5.1政策

   中国政府政策支持主要从关键技术突破和国产化率两部分来支持机器人的发展。自2012 年以来国家科技部、国务院、工信部等从顶层设计角度为我国机器人的发展制定相应政策要求,这一方面有利于督促地方政府加快扶持发展地方机器人产业,另一方面,有利于激发机器人企业的创新动力。


表格 中国部门相关政策


时间

政策

内容

2012.4

科技部出台《智能制造科技发展“十二五”专项规划》和《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》

“十二五”期间将重点培育发展工业和服务机器人新兴产业。

2012.7

国务院印发《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》

重点发展自动控制系统、工业机人等感知、控制装置及其伺服、执行、传动零部件等核心关键技术。

2013.12

工信部《关于推动工业机器人产业发展的指导意见》

到 2020 年,形成较为完善的工业机器人产业体系,培育3-5 家具有国际竞争力的龙头企业和8-10 个配套产业集群;高端产品市场占有率提高到45%以上,机器人密度达到100 以上。大力发展机器人产业。

2016.3

《十三五规划纲要》

到 2020 年实现自主品牌工业机器人年产量达到10 万台,六轴及以上工业机器人年产量达到5 万台以上。

2016.4

工信部、发改委、财政部发布《机器人产业发展规划2016-2020》

平均无故障时间(MTBF)达到8 万小时,在关键零部件中取得突破。在六轴及以上工业机器人中实现批量应用,市场占有率达到50%以上。集成应用方面,完成30 个以上典型领域机器人综合应用解决方案,机器人密度达到150 以上。

2017.8

科技部《“智能机器人”重点专项指南》

围绕智能机器人基础前沿技术、新一代机器人、关键共性技术、工业机器人、服务机器人、特种机器人六个方向部署发展。



2.5.2 行业标准

   随着智能制造的进一步推广,国家补贴的持续注入,机器人行业规模也随之增大。但与此同时面临的便是由机器人零部件型号各异导致的通用性差,不匹配问题。2015 年工信部和国家标准化管理委员会发布的《国家智能制造标准体系建设指南(2015 年版)》中明确给出了机器人的数据格式、通信协议、编程和操作图形用户接口、机器人与生产线协同作业等标准。2017年由工信部发布的《工业机器人行业规范管理实施办法》于当年8月正式实施。


表格 机器人产业标准

时间

单位

行业标准

2015.12

工信部、国家标准化管理委员会发布《国家智能制造标准体系建设指南(2015 年版)》

提出智能制造标准体系框架,包括“基础”、“安全”、“管理”、“检测评价”、“可靠性”等5 类基础共性标准和“智能装备”、“智能工厂”、“智能服务”、“工业软件和大数据”、“工业互联网”等5 类关键技术标准以及在不同行业的应用标准。

2016.11

国家发展改革委、国家质检总局、工信部、国家认监委

首次发布“中国机器人认证(CR)”标志

2016.12

工信部

《工业机器人行业规范条件》

2016.12

中国机器人产业联盟

《中国机器人产业联盟标准公告》

2017.8

工信部

《工业机器人行业规范管理实施办法》正式实施


表格 3 中国工业机器人总发展规划路线

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墨鱼籽 3 周前
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工业机器人行业调研分析报告(1)——汇桔研究院出品
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墨鱼籽
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