機器人按應用不同可分為工業(yè)機器人和服務機器人。工業(yè)機器人是一種能夠通過自動控制對各種作業(yè)進行控制的工業(yè)用機械,一般由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測裝置構成,是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。
工業(yè)機器人是先進制造技術和自動化裝備的典型代表,它是集機械、電子、自動控制、計算機、傳感器、人工智能、通訊與網絡等多學科先進技術于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。工業(yè)機器人在工業(yè)生產中能代替工人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè),或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè),例如在機械工業(yè)中的沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、零部件加工和簡單裝配、檢測等工序上,以及在核工業(yè)、航空航天等部門中,完成有害物質的搬運或工藝操作。
機器人在三種工況下最有發(fā)展?jié)摿Γ喝瞬荒芨傻模ㄈ缥kU工況、太空深海極端環(huán)境作業(yè)等)、人干不好的(如高精度復雜工藝)和人不愿干的(如單調重復性勞動、重體力勞動等)。發(fā)達國家的制造業(yè)中,工業(yè)機器人廣泛應用于不同門類的工業(yè)生產中。伴隨著自動化技術的不斷進步,機器人應用也從簡單勞動階段逐漸過渡到人機搭配,人機協(xié)調生產階段。
一、工業(yè)機器人行業(yè)概述
工業(yè)機器人目前已經廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流行業(yè)等諸多領域。2014年,ABB、發(fā)那科、庫卡、安川這四大家族機器人業(yè)務收入約55億美元,占了全球工業(yè)機器人約50%的市場份額,占中國高達70%的市場份額?v觀四大家族的機器人發(fā)展歷程,ABB和安川電機最早從事電力電機設備,發(fā)那科從事數控系統(tǒng)業(yè)務,庫卡專注于焊接設備生產,在逐漸掌握了機器人本體和核心零部件的生產技術后,逐漸成為機器人行業(yè)的巨頭。
工業(yè)機器人四大家族
近年來,www.whsntf.cn,我國工業(yè)機器人行業(yè)快速發(fā)展,目前已經成為全球工業(yè)機器人最重要的市場。隨著工業(yè)機器人廣泛應用于汽車、電子、金屬和機械等領域,機器人替代人工生產是未來制造業(yè)必然的發(fā)展趨勢,現(xiàn)階段,美日歐機器人產業(yè)已經進入智能化時代,而中國機器人產業(yè)還處于發(fā)展孕育期,發(fā)展勢頭迅猛。
我國工業(yè)機器人銷量與全球工業(yè)機器人銷量的對比
二、工業(yè)機器人產業(yè)鏈概況
工業(yè)機器人行業(yè)產業(yè)鏈由上游核心零部件、中游工業(yè)機器人本體、下游應用端系統(tǒng)集成組成。根據工信部《關于推進工業(yè)機器人產業(yè)發(fā)展的指導意見》,到2020年,要建立完善的智能制造裝備產業(yè)體系,產業(yè)銷售收入超過3萬億元,實現(xiàn)裝備的智能化及制造過程的自動化。隨著相關政策與資金的逐步落實,將有力促進我國工業(yè)機器人產業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展。
工業(yè)機器人產業(yè)鏈國內外公司分布
1、產業(yè)鏈上游零部件
工業(yè)機器人的核心零部件主要包括減速器、伺服電機和控制器。機器人的工作過程是由控制器發(fā)指令給伺服機構,驅動伺服電機旋轉,通過減速器執(zhí)行指令動作。三大核心零部件中技術門檻最高的是減速器,其次是伺服電機,最后是控制器。從成本角度來看,減速器、伺服電機和控制器的成本占機器人總成本的比例依次降低,它們共同決定了工業(yè)機器人的性能、質量和價格。
國內工業(yè)機器人零部件市場規(guī)模預估
受制于國內基礎工業(yè)的差距,國內在機器人關鍵零部件伺服電機、減速器、控制器等方面自主生產能力較弱,需要大量進口,因而削弱了國產機器人的整體成本優(yōu)勢。特別是核心零部件減速器,國內企業(yè)購買減速器的價格是國外企業(yè)的5倍左右。伺服電機、控制器等關鍵零部件的購買價格也高于國外同類產品。對國內機器人廠家而言,減速器與伺服電機目前難以突破的核心在于基礎工業(yè),如材料、熱處理工藝、精加工工藝等。而這些并不是機器人廠商所能決定的,需要國內整個基礎工業(yè)和加工水平的積累提升。
減速器
減速器是工業(yè)機器人生產中最核心的部件,占了一臺機器人總成本的35%之多。機器人用減速器主要分為諧波減速器和RV減速器。諧波減速器用于小型機器人或大型機器人的末端軸,其對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高,工藝復雜。日本的哈默納科(HarmonicDrive)公司在全球諧波減速器市場占有率高達80%。RV減速器適用于重載機器人,相比諧波減速器,RV減速器具有更高的疲勞強度、剛度和壽命。日本納博特斯克(Nabtesco)公司在RV減速器市場占有全球60%的市場份額。國內還沒有能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速機的企業(yè),這導致國內機器人成本較高,精密減速器成為制約國產工業(yè)機器人成本降低的第一因素。
伺服電機
機器人用伺服電機要求控制器與伺服之間的總線通訊速度快;伺服的精度高;另外對基礎材料有加工要求。伺服電機的主流供應商有日本的松下、安川和歐美的倍福、倫茨等,國內匯川技術等公司也占據一定的市場份額。
控制器
機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分,用于對機器人進行控制,以完成特定的工作任務。相對來講控制器是三大核心零部件中開發(fā)難度最低的,控制器由軟件和硬件兩部分構成,軟件是核心技術(如控制算法、系統(tǒng)構架等)。國內機器人本體廠商大多具備硬件研制技術,而軟件方面與國外成熟產品仍有差距。
2、產業(yè)鏈中游機器人本體
工業(yè)機器人本體按照機械結構可以分為直角坐標機器人、SCARA機器人、關節(jié)型機器人、并聯(lián)機器人等。
直角坐標機器人的三個軸運動相互獨立,結構簡單,控制方便,定位精度高,但運動速度低,占地面積較大,密封性差;SCARA機器人也叫水平多關節(jié)機器人,具有兩個旋轉運動軸和一個垂直運動軸,工作范圍大,占地面積小,但控制系統(tǒng)相對復雜;并聯(lián)機器人輕量、速度快,精度誤差不會累積,多用于拾取搬運等操作;關節(jié)型機器人可以實現(xiàn)多方向的自由運動,工作空間大,但控制涉及復雜耦合問題,是最通用也最復雜的一類機器人,一般設計為六軸或四軸,通過六個軸或者四個軸的耦合運動來完成某項指令功能;柔性機器人也稱人機交互機器人,是從機器人設計角度,使機器人避免隔離,能夠與人交互完成某項工作。
并聯(lián)機器人
關節(jié)型機器人
在機器人本體制造領域,ABB、發(fā)那科、庫卡、安川四大家族占據我國70%的市場份額,特別是相對高端的多關節(jié)機器人和SCARA機器人,90%以上的市場份額均被外資品牌占據,而相對簡單的直角坐標機器人國產品牌占比相對較高。
不同本體機器人的全球銷售情況
3、產業(yè)鏈下游系統(tǒng)集成
機器人系統(tǒng)集成是指在機器人本體上加裝夾具及其他配套系統(tǒng)以完成特定的使用功能。目前我國眾多企業(yè)集中在機器人系統(tǒng)集成這一塊。