國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人走高精度，硬件和軟件達(dá)不到要求，只得依賴進(jìn)口，而進(jìn)口零部件成本高！然而用國產(chǎn)的，雖價(jià)格便宜，但穩(wěn)定性對(duì)比國外還存在一定差距。

隨著中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人也開始逐步登上市場舞臺(tái)，希望能分得一杯羹。然而，最近有消息顯示，一臺(tái)165kg焊接機(jī)器人成本國內(nèi)約為29.9萬元，國外大約為16.86萬元，如此大的成本差距，如何競爭？

機(jī)器人成本差距超10萬

我國工業(yè)機(jī)器人主要集中在本體和集成端，原因在于核心零部件缺失嚴(yán)重抬高國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人成本，制約行業(yè)發(fā)展。從成本上來看，核心零部件占工業(yè)機(jī)器人成本大頭，約72%左右。多軸工業(yè)機(jī)器人的成本構(gòu)成中，機(jī)械本體約占22%；伺服系統(tǒng)約占24%；減速器系統(tǒng)約占36%；控制系統(tǒng)約占12%；其他外設(shè)約占6%。

關(guān)鍵基礎(chǔ)部件中，減速器控制器在國內(nèi)大部分知名機(jī)器人本體制造企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，但和國際水平仍有差距；而另兩個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)部件——伺服電機(jī)和減速器，仍大量依賴進(jìn)口。全球減速器行業(yè)集中度很高，兩家日本公司納博特斯（Nabtesco）和哈默納科（HarmonicDrive）控制的全球機(jī)器人減速器市場超過75%，包括ABB、FANUC、KUKA、MOTOMAN在內(nèi)的國際主流機(jī)器人廠商的減速器均由以上兩家公司提供。國內(nèi)機(jī)器人市場主要采購以上兩家企業(yè)的減速器，但采購成本往往較高，這成為了制約國產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展的主要瓶頸之一。

國產(chǎn)機(jī)器人比進(jìn)口機(jī)器人貴，原因在零部件上。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年中國釹鐵硼永磁材料產(chǎn)業(yè)市場分析及投資前景預(yù)測報(bào)告》，目前一臺(tái)165kg焊接機(jī)器人成本國內(nèi)約為29.9萬元，而國外大約為16.86萬元。零部件成本差異是造成國內(nèi)外機(jī)器人成本差距的最大因素，其中減速器是成本差異最大部分，國內(nèi)和國外成本比達(dá)到4.4，控制器的國內(nèi)外成本比,達(dá)2.6，伺服電機(jī)（驅(qū)動(dòng)）的國內(nèi)外成本比為1.68（1.95）。國內(nèi)的材料消耗也更大，如在永磁同步伺服電機(jī)中釹鐵硼材料成本，國內(nèi)單體用量比國外高接近1倍。工業(yè)機(jī)器人零部件亟需國產(chǎn)化突破，并且是規(guī)模化量產(chǎn)的突破，否則沒有意義。

精密減速器：機(jī)器人不能缺失之痛

減速器對(duì)機(jī)器人意味著什么？精密減速器，是一種精密的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。精密減速器是工業(yè)機(jī)器人最重要的零部件工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心部件“關(guān)節(jié)”就是由它構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)都要用到不同的減速機(jī)產(chǎn)品。

按結(jié)構(gòu)不同，工業(yè)機(jī)器人用精密減速器可以分為五類，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機(jī)器人最主流的精密減速器。精密減速器按照結(jié)構(gòu)的不同，可以分為諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器五類。在精度、扭矩、剛度、傳送效率等衡量減速器的各個(gè)性能指標(biāo)上，它們各有不同。其中，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機(jī)器人最主流的精密減速器

RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機(jī)器人中使用最主要的減速器，RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的趨勢(shì)。世界75%的精密減速器市場被日本的HarmonicaDrive和Nabtesco占領(lǐng)，其中Nabtesco生產(chǎn)RV減速器，約占60%的份額，HamonicaDrive生產(chǎn)諧波減速器，約占15%的份額。RV減速機(jī)主要用于20公斤以上的機(jī)器人關(guān)節(jié)，諧波用在20公斤以下機(jī)器人關(guān)節(jié)。RV減速器不像諧波減速器那樣隨著使用時(shí)間的增長，運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低，在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的趨勢(shì)。但由于RV減速機(jī)組成零件更復(fù)雜，承載強(qiáng)度更高，不光制造難度要比諧波減速機(jī)大，其生產(chǎn)線投資規(guī)模遠(yuǎn)大于諧波減速機(jī)。

我國精密減速器為起步晚，逆襲挑戰(zhàn)重重。相比日本巨頭幾十年的積淀，中國的工業(yè)機(jī)器人用精密減速器研究開始較晚，技術(shù)不成熟，形成了精密減速器不能自給自足的局面，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。RV減速器需要傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計(jì)上使用了過定位結(jié)構(gòu)，加工十分困難。看似簡單的RV減速器，實(shí)則是對(duì)我國工業(yè)基礎(chǔ)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。昂貴進(jìn)口的通用機(jī)床不一定能生產(chǎn)出精密零部件，不是僅僅引進(jìn)幾臺(tái)進(jìn)口設(shè)備就可以生產(chǎn)制造出來的，沒有吃透相關(guān)材料、熱處理、工藝等是不可能生產(chǎn)出精密減速器的。國內(nèi)有部分公司在技術(shù)水平上取得了重大突破，目前也未形成較大的銷售規(guī)模。

國內(nèi)涉足RV精密減速器的公司有上市公司秦川機(jī)床、上海機(jī)電、巨輪股份，新三板公司有唯一標(biāo)的恒華股份，非上市公司有南通振康、恒豐泰、武漢精華、上海精華、山東帥克等，涉足諧波減速器的有非上市公司蘇州綠的諧波傳動(dòng)科技有限公司、北京中技美克諧波傳動(dòng)有限公司等。

伺服電機(jī)：國產(chǎn)替代空間最大

機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常由伺服電機(jī)以及伺服驅(qū)動(dòng)器組成。除了可以進(jìn)行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進(jìn)行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)充馬達(dá)間接變速裝置，它將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，可使控制速度、位置精度非常準(zhǔn)確。

機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求非常嚴(yán)格，交流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。機(jī)器人對(duì)伺服電機(jī)的嚴(yán)格要求：

1）快速響應(yīng)性，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好。

2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大，在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。

3）控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號(hào)的變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)成正比或近似成正比，調(diào)速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。

4）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短，以配合機(jī)器人的體形。

5）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受數(shù)倍過載。交流伺服驅(qū)動(dòng)器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。

目前國內(nèi)高端市場主要被國外名企占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國產(chǎn)替代空間大。目前國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場近80%的市場份額，主要來自日本和歐美。其中，日系產(chǎn)品以約50%的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機(jī)、安川、三洋、富士等，其產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價(jià)比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢(shì)。未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級(jí)的影響，將保持較快增長，國產(chǎn)替代空間還很大。

國產(chǎn)伺服產(chǎn)品將重現(xiàn)國產(chǎn)發(fā)頻器癿光輝歷程，進(jìn)口替代加速前行。起步相對(duì)較早的國產(chǎn)變頻器已經(jīng)在OEM市場取得較好成績，而國產(chǎn)伺服產(chǎn)品技術(shù)正在不斷進(jìn)步，我們認(rèn)為本土伺服產(chǎn)品未來有望復(fù)制國產(chǎn)變頻器的發(fā)展路線，在OEM進(jìn)口替代市場取得較大突破。

中國內(nèi)較大的伺服品牌市場包括上市公司埃斯頓、匯川技術(shù)、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、和利時(shí)、新時(shí)達(dá)，新三板公司北超伺服。其中，匯川技術(shù)提供的機(jī)器人解決方案中伺服電機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)自給，新時(shí)達(dá)、埃斯頓部分型號(hào)機(jī)器人開始使用自行研制的控制器和伺服系統(tǒng)，北超伺服能夠?yàn)榭蛻籼峁╇姍C(jī)與驅(qū)動(dòng)器一體化產(chǎn)品。

控制器：與國際差距最小的機(jī)器人零部件

機(jī)器人控制器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心大腦。控制器的主要任務(wù)是對(duì)機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的操作空間坐標(biāo)和關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換，完成機(jī)器人的軌跡規(guī)劃任務(wù)，實(shí)現(xiàn)高速伺服插補(bǔ)運(yùn)算、伺服運(yùn)動(dòng)控制。機(jī)器人控制器由機(jī)器人控制器硬件和機(jī)器人控制器軟件組成。機(jī)器人控制器的軟件部分是工業(yè)機(jī)器人的“心臟”，隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人從下位機(jī)到上位機(jī)的應(yīng)用軟件方面都有了不同程度的研究成果。

控制器的市場份額基本和機(jī)器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成較大市場份額。控制器、軟件與本體一樣，一般由機(jī)器人廠家自主設(shè)計(jì)研發(fā)。目前國外主流機(jī)器人廠商的控制器均為在通用的多軸運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā)，各品牌機(jī)器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此控制器的市場份額基本和機(jī)器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢(shì)。

國內(nèi)企業(yè)機(jī)器人控制器產(chǎn)品已經(jīng)交為成熟，是機(jī)器人產(chǎn)品中與國外產(chǎn)品差距最小的關(guān)鍵零部件，國內(nèi)控制器與國外產(chǎn)品存在的差距主要在控制算法和二次開發(fā)平臺(tái)的易用性方面。控制系統(tǒng)的開發(fā)涉及較多的核心技術(shù)，包括硬件設(shè)計(jì)，底層軟件技術(shù)，上層功能應(yīng)用軟件等，隨著技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，國內(nèi)機(jī)器人控制器所采用的硬件平臺(tái)和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺(tái)的易用性方面。

未來幾年中國國產(chǎn)機(jī)器人將得到快速發(fā)展，國產(chǎn)機(jī)器人控制器應(yīng)用市場面臨較好的發(fā)展契機(jī)，尤其是在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域深耕多年的企業(yè)。機(jī)器人軸數(shù)越多，對(duì)控制器性能要求也越高：機(jī)器人自由度的高低取決于其可移動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)目，關(guān)節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準(zhǔn)度也越高，其所使用的伺服電機(jī)數(shù)量就相對(duì)較多，即越精密的工業(yè)型機(jī)器人所用的伺服電機(jī)數(shù)量愈多。一般每臺(tái)多軸機(jī)器人由一套控制系統(tǒng)控制，也意味著控制器性能要求越高。隨著中國工業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展，具有較強(qiáng)研發(fā)能力的公司會(huì)具備更強(qiáng)的競爭優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)濟(jì)型本體是國產(chǎn)機(jī)器人本體的發(fā)展方向

機(jī)器人本體是什么？機(jī)器人本體屬于設(shè)備集成的范疇。按照機(jī)械結(jié)構(gòu)分，機(jī)器人本體可分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人及其他。不同種類或行業(yè)的機(jī)器人，對(duì)技術(shù)指標(biāo)有不同的側(cè)重要求。如汽車行業(yè)的焊接機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)型機(jī)器人本體有較高精度和速度和要求，而碼垛類機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人則對(duì)負(fù)載能力要求比較高，應(yīng)用于電子行業(yè)較多的SCARA機(jī)器人則對(duì)精度和速度要求比較高。全球工業(yè)機(jī)器人市場主要為關(guān)節(jié)型全球工業(yè)機(jī)器人。

機(jī)器人本體企業(yè)可以有效整合上游零部件企業(yè)和下游系統(tǒng)集成商。機(jī)器人本體制造商負(fù)責(zé)工業(yè)機(jī)器人支柱、手臂、底座等部件與精密減速器等零部件生產(chǎn)加工組裝及銷售，應(yīng)用和集成可以本體企業(yè)自己實(shí)施，也可以給集成商來完成，本體企業(yè)具有有效整合上游零部件和下游系統(tǒng)集成商的入口能力。國際上的工業(yè)機(jī)器人本體制造商包括庫卡、ABB、發(fā)那科、安川電機(jī)等。國內(nèi)包括新松機(jī)器人、廣州數(shù)控、銳奇股份、埃斯頓、埃夫特、佳士科技、亞威股仹等。國內(nèi)大多數(shù)機(jī)器人本體公司以采購集成為主。

經(jīng)濟(jì)型本體是國產(chǎn)機(jī)器人本體的發(fā)展方向。國外機(jī)器人行業(yè)伴隨汽車行業(yè)的成長，而且汽車行業(yè)對(duì)機(jī)器人精度、效率和穩(wěn)定性要求都非常高。在汽車領(lǐng)域，國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)短期不能和國外企業(yè)競爭。開發(fā)應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)以外一般制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)型機(jī)器人是國產(chǎn)機(jī)器人本體現(xiàn)階段的發(fā)展方向。經(jīng)濟(jì)型本體包括低成本的六軸通用機(jī)器人和三、四軸專用機(jī)器人。經(jīng)濟(jì)型本體分為兩類：

1）國產(chǎn)核心零部件可以突破，國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)可以批量化生產(chǎn)降低成本的通用六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人；

2）應(yīng)用于某一領(lǐng)域的專用機(jī)器人，如用于電子行業(yè)的SCARA機(jī)器人、桌面機(jī)器人就屬于經(jīng)濟(jì)型本體中的專機(jī)，這類專用機(jī)器人通常三、四軸（國外通常稱為機(jī)械手）。

在電子、家電制造、金屬制造、塑料化工、食品等行業(yè)，外資機(jī)器人企業(yè)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和客戶基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)并不明顯，客戶更加注重機(jī)器人產(chǎn)品的性價(jià)比，這是國產(chǎn)機(jī)器人的超車機(jī)會(huì)。

“伺服系統(tǒng)”、“控制器”、“核心算法”、“精密減速器”,以及“應(yīng)用和集成技術(shù)”這五大核心技術(shù)被稱為機(jī)器人本體的“成功五要素”。國內(nèi)機(jī)器人本體要發(fā)展的好，在這五大領(lǐng)域至少要有2個(gè)是擅長的。首先伺服系統(tǒng)和控制器這兩塊要吃透，然后在核心算法方面需要做到比較好。高精度機(jī)械傳動(dòng)（即減速機(jī)）可以采用外購。應(yīng)用和集成可以本體企業(yè)自己實(shí)施，也可以給集成商來完成。