工业机器人工业链能够分为上中下流：
上游是要害零部件出产厂商，首要是减速器、操控体系和伺服体系；
中游是机器人本体，即机座和履行组织，包含手臂、腕部等，部分机器人本体还包含行走结构，是机器人的机械传统和支撑根底。依照结构方法，本体能够区分为直角坐标、球坐标、圆柱坐标、关节坐标等类型；
下流是体系集成商，依据不同的运用场景和用处进行有针对性地体系集成和软件二次开发，国内企业都会集在这个环节上。出产出来的机器人只要经过体系集成之后，才干投入到下流的轿车、电子、金属加工等工业，为终端客户所用。
全体来看，工业机器人的总本钱中，中心零部件的份额挨近70%，其间减速器、伺服电机和操控器占比别离为32%、22%和12%。
工业机器人中心零部件及本体本钱占比
我国工业机器人减速器商场格式
我国工业机器人伺服体系商场格式
我国工业机器人操控体系商场格式
2017 年我国工业机器人商场格式
中心零部件技能是机器人本体企业的中心竞赛力
1.减速器：工业机器人不可或缺的明珠
（1） 技能剖析：RV 与谐波减速器占有干流方位
伺服电机因为脉动信号的驱动，本身具有调速功用，那么机器人为何需求减速器？
因为工业机器人需求重复、可靠地完结很多工序使命，对其定位精度和重复定位精度要求很高，因而需求专门的减速器以确保精度。减速器的另一效果是传递负载：当负载较大时，伺服电机功率有限导致输出扭矩较小，此刻需求经过减速器来进步扭矩。此外，伺服电机在低频作业下简略发热和出现低频振荡，关于长期和周期性作业的机器人这都不利于确保其准确、可靠地作业。
精细减速器的存在使伺服电机在一个适宜的速度下作业，并准确地将转速降到机器人各部位需求的速度，进步机械体刚性的一起输出更大的力矩。与通用减速器比较，机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于操控等特色。
工业机器人用精细减速机首要分为5类，不同类型的精细减速机在传动功率、减速比方面各不相同。衡量精细减速机的首要方针包含：改变刚度、传动精度、发动转矩、空程、背隙、传动差错、传动功率等。
现在，很多运用于多关节机器人的减速器首要有两种：RV减速器和谐波减速器。比较于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和反转精度。因而在关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的方位；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部；二者之间适用的场景不同，归于相得益彰的联络。而行星减速器一般用在直角坐标机器人上。
RV（Rotary Vector）减速器
在摆线针轮行星传动的根底上开展而来，结构首要分为两级：榜首级为渐开线圆柱齿轮传动，第二级为摆线针轮行星传动，包含转臂曲柄、摆线轮、针齿壳，特色在于接受大负载的一起确保高精度。因而，其技能难点首要在于工艺和装置方面：
1.资料成型技能。RV减速齿轮需求具有耐磨性和高刚性，关于资料成型进程提出了较高要求，尤其是资料化学元素操控、外表热处理方面。
2.精细加工及装置技能。RV减速器的减速比较高，具有无侧隙、微进给的特色，这就需求特别部件加工和精细装置技能。
RV减速器结构拆分
作业原理：1.榜首减速部：伺服电机的旋转从输入齿轮传递至正齿轮，按二者的齿数比进行减速；曲轴直接与正齿轮相连，以相同的转速旋转。
2.曲轴部：曲轴旋转，带动偏疼部的RV齿轮进行偏疼运动。
3.第二减速部：另一方面，针齿数目比RV齿轮的齿数多1个；假如曲轴旋转1圈，RV齿轮与针齿触摸的一起进行1圈的偏疼运动，使得RV齿轮沿着相反方向旋转1个齿数的间隔，并经过曲轴传递至输出轴，完结减速。而全体减速比为榜首、第二减速部的减速比之积。
RV减速器作业原理
谐波减速器
依据行星齿轮传动开展起来，由波发作器、柔轮、刚轮和轴承组成。其作业原理在于依托波发作器使柔轮发生可控弹性变形，而柔轮比钢轮少N个齿轮位。因而，当波发作器转一圈，柔轮移动N个齿轮位，发生了所谓的错齿运动，然后完结了自动波发作器与柔轮的运动传递。谐波减速器是经过柔轮的弹性变形来完结传动，其优势是传动比大、零部件数目少；其缺陷是弹性变形回差大，这就不可避免地会影响机器人的动态特性抗冲击才干等。
谐波减速器结构拆分
从国内外产品技能方针来看，国外产品信息相对完善，每种标准对应的各技能方针都有准确的数值出现。而国内在这方面略显短缺，标明国内企业在检测才干方面的缺乏，短少严厉的质量管理体系。现在，国产减速器还存在两方面的问题：1.产品系列不健全。日本纳博具有全系列产品，根本上能够运用于一切范畴。依据纳博官网的发表，其RV-N系列产品还处于专利保护期，而国内产品系列相对残损；2.共同性问题。国产减速器在实践运用环境下的功用，与实验室功用无法彻底匹配，单个产品存在漏油、精度下降一级状况，是阻止国产减速器进军高端商场的原因之一。
从RV减速器的技能方针来看，比照纳博RV-E系列和南通振康的产品，能够看到在同一输出转速和输入功率下，二者的输出扭矩规划适当，阐明国内产品在传动功率上现已能够与国外比美。可是工艺水平是约束RV减速器开展的首要原因，例如非标特别轴承是RV减速器的精细组织，其空隙需依据零部件加工尺度动态调整。为了结构紧凑，薄壁角触摸球轴承精度要求较高，加预紧力后轴承的游隙为零。因而，往后需求在传动精度、改变刚度等方面加强研究。
从谐波减速器的技能方针来看，国内的姑苏绿的和中技克美的减速比规划与日本哈默纳科水平适当，产品功用根本满意要求，现在现已很多运用于国产机器人。而国外产品在输出扭矩、均匀寿命和共同性等技能方针上仍然占有优势。
（2）国产化进程：国内企业订单频传，加速进口代替
国产企业布局活跃，有望首先打破。减速器是限制下降国产工业机器人本钱最重要的要素，尽管现在国产工业机器人减速器研制困难重重，可是全体产品的质量在逐步进步，在一些中心方针上现已到达世界水平，其高性价比现已得到了部分国内企业的认可，例如新松机器人、埃夫特等企业均开端运用南通振康的RV减速机产品。现在国内公司现已开端活跃布局精细减速机事务，首要上市公司包含双环传动、秦川机床、上海机电和巨轮股份等，非上市公司包含南通振康、中技克美、北京谐波等。
国内企业减速机事务推动顺畅，订单频传。2017年以来，减速器国产化进程显着加速，依据中大力德布告的发表，公司将于2019年末之前向伯朗特供货RV减速器不低于30000套；依据布告的发表，埃夫特将收购双环传动的RV减速器一万套；依据公司官网的发表，南通振康将别离向上海欢颜、埃夫特批量供给减速器。依据上海机电年报的数据，旗下的纳博精机于2015年10月投产，现在现已到达10万台产能，并于2017年5月开端完结单月盈余，方针提前到达20万台的产能。除此之外，中技克美成为国内榜首家上市的谐波减速器企业，产能2万套，其间50%-60%用于军工范畴。秦川机床、中大力德、来福谐波也别离开发了系列产品，进入量产阶段。
2017年我国大陆区域减速器出货量核算（台）
（3）需求测算：未来减速器事务有多大的空间？
减速器商场测算逻辑：依据IFR的猜测，依照类型区分未来工业机器人需求量，进一步按每种类型的机器人所需的RV和谐波减速器数量，来猜测全体商场需求和空间。
2016年我国机器人销量已挨近全球商场份额的30%，接连四年成为全球最大的工业机器人商场。依据世界机器人工业协会IFR的猜测，未来几年我国机器人职业销量有望保持25%-30%左右的增速。咱们以IFR猜测下限25%的增速，以2017年14万台为基数进行测算。到2020年，我国作业机器人销量有望到达27万台。
别的，依据MIR发布的2017年我国工业机器人商场份额，按类型来区分，六轴多关节机器人、SCARA机器人、关节型手臂、协作机器人和DELTA机器人的占比别离为67.8%、21.2%、6.05%、2.89%、2.05%。咱们依照各种类型工业机器人所需减速器类型和数量进行区分。一般状况下，六轴多关节机器人需求4套RV减速器和2套谐波减速器；SCARA机器人包含4个谐波减速器；关节型手臂和协作机器人类型较多，咱们依照4轴多关节机器人核算，大约每套需求3个RV减速器和1个谐波减速器；而DELTA机器人的电机装置在固定基座上，咱们依照其需求1个谐波减速器核算。
由此，咱们能够得出以下减速器需求量测算公式：
RV减速器数量=六轴多关节机器人*4+（关节型手臂+协作机器人）*3；
谐波减速器数量=六轴多关节机器人*2+（关节型手臂+协作机器人*1+SCARA机器人*4+DELTA机器人*1。
依据咱们的测算成果，到2020年RV减速器商场需求81.5万台，谐波减速器需求63.3万台，全体商场需求量有望到达144.8万台。当时，一台RV减速器的价格约5000-6000元左右，而谐波减速器价格约2000元；而在2015年，RV减速器和谐波减速器的均匀价格别离为8000元、3000元。减速器的国产化进程，促成了曩昔三年国外品牌的降价，当时价格尽管还存在下降空间，但现已挨近其出产本钱，未来价格紧缩的空间相对较小，因而咱们估量未来RV和谐波减速器的价格别离在4000元和1500元左右。依据上述核算进程，2018-2020年间，国内减速器商场空间别离有望到达31.71、36.76、42.63亿元。
2017年我国工业机器人商场份额（按机型）
国内工业机器人用减速器需求测算（万台）
2.伺服电机与操控器，相得益彰的中心零部件
（1）伺服电机：国产代替空间最高
伺服体系下流运用范畴很多。在20世纪70年代，跟着微处理器技能、大功率高功用半导体功率器材技能和电机永磁资料制作工艺的开展和性价比不断进步，沟通伺服体系逐步替代直流伺服体系成为干流产品。而国产沟通伺服体系在中心技能方面已获得打破，国内外距离已显着缩小。现在伺服体系的运用范畴首要会集于机床，但近几年电子制作业和机器人职业的兴起，催生了很多职业需求。2016年，机器人占伺服体系下流运用的9%。咱们以为，跟着未来机器人零部件完结打破，我国工业机器人职业将迎来快速开展期，伺服体系的运用范畴也将由机床向机器人歪斜。
2016年伺服体系的下流运用
这儿咱们需求着重的是，伺服电机并不彻底等于伺服体系，但后者的运用环节能很大程度上反映伺服电机的下流运用。完好的伺服体系包含伺服电机、伺服编码器和伺服驱动器三个部分。
伺服驱动器又被称为伺服操控器，效果类似于变频器之于沟通马达，一般是经过速度环、方位环、电流环别离对伺服电机的转速、方位、转矩进行相应操控，完结高精度的传动体系定位。伺服编码器是装置在伺服电机结尾用来丈量转角及转速的一种传感器，现在自控范畴常用的是光电编码器和磁电编码器。作为伺服体系的信号反应设备，编码器很大程度上决议了伺服体系的精度。
伺服电机作为履行元件，效果是将伺服操控器的脉冲信号转化为电机滚动的角位移和角速度，首要由定子和转子构成，定子上有两个绕组，励磁绕组和操控绕组。其内部的转子是永磁铁或感应线圈，转子在由励磁绕组发生的旋转磁场效果下滚动。机器人的关节驱动离不开伺服电机，关节越多，其柔性和精度就越高，所要求运用的伺服电机数量就越多。机器人对伺服电机的要求较高，有必要满意快速呼应、高发动转矩、动转矩惯量比大、调速规划宽，要习惯机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运动等条件。
伺服电机能够分为沟通（AC）和直流（DC）两大类。详细来看，直流电机又分为有刷和无刷电机，前者本钱低，但会发生电磁搅扰，对环境有要求。因而它能够用于对本钱灵敏的一般工业和民用场合。而沟通伺服电机与直流电子比较，首要长处包含：（1）无电刷和换向器；（2）惯量小，快速呼应；（3）适用于大力矩环境；（4）定子绕组散热便利。现在工业机器人中运用较多的是沟通伺服电机。
伺服编码器内部结构
无刷直流电机内部结构
沟通伺服电机也称为无刷电机，分为同步和异步电机。异步电机负载时的转速与所接电网的频率之比不是稳定联络，有较高的作业功率和较好的作业特性，从空载到满载规划内挨近恒速作业，能满意大多数工农业出产机械的传动要求。而同步电动机的功率因数能够调理，最高滚动速度低，且跟着功率增大而快速下降，因而适合做低速平稳作业的运用。在不要求调速的场合，运用同步电动机能够进步作业功率。到现在为止，高功用的伺服体系大多选用永磁同步型沟通伺服电动机，典型出产厂家如德国伦茨、路斯特、西门子、日本安川等公司。
现在一般伺服电机都寻求高精度、高可靠性、高热容量、高刚度、轻量化和高呼应性等功用。世界上首要伺服电机厂家的电机手册也一般会收录机械时间常数、电器时间常数、发热时间常数、滚动惯量和过载运动才干等参数，这些都是伺服电机的首要参阅方针。
（2）操控器：与世界距离最小的零部件
操控器是机器人的大脑，首要担任发布和传递动作指令。其首要使命是对机器人的运动规划，以完结机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的彼此转化，完结高速伺服插补运算、伺服运动操控。
操控器分为硬件结构和软件结构。硬件方面，现在商场现已研制了依据多CPU的分级分层操控体系。以典型的DSP操控器为例，该操控器选用模块化结构，以工业PC作为体系的硬件途径，经过DSP操控卡完结对机器人多个自由度的操控，进步了机器人操控器的运动操控功用。
软件方面，又分为上位机PC部分和下位机运动操控部分。其间，上位机模块首要功用是对体系的可调参数进行设置，对机器人的正、逆运动学建模求解，并把运动操控卡与操控程序在逻辑上连接起来。下位机模块由主控程序、运动程序和通讯程序构成，完结高速伺服插补运算、伺服运动操控。
机器人操控器硬件结构
机器人操控器软件结构
竞赛格式：硬件距离较小，难点会集于软件。操控器本质上便是一个数据处理器，跟着半导体技能的老练，半导体芯片的性价比越来越高，因而操控器在硬件上并无太高门槛。在机器人的中心零部件中，操控器的技能难度是最低的，国内企业开发的操控器产品现已能够满意大部分功用要求。但操控器的中心在于算法要与机器人本体相匹配。现在，国外干流机器人厂商的操控器均是依据运动操控途径进行自主研制，以确保匹配性，导致国内企业操控器没有构成竞赛优势。能够说，国产操控机在硬件上与国外距离不大，距离首要是算法和兼容性方面。
2015年国内机器人操控器销量商场份额
体系集成商的中心优势在于人才及职业堆集
相较于机器人本体供货商，机器人体系集成供货商还要具有产品规划才干、对终端客户运用需求的工艺了解、相关项目经历等，供给可习惯各种不同运用范畴的标准化、个性化成套配备。
体系集成商处于机器人工业链的下流运用端，为用户供给规划方案，要具有产品规划才干、对终端客户运用需求的工艺了解、相关项目经历等，供给可习惯各种不同运用范畴的标准化、个性化成套设备。与单元产品的供货商比较，体系集成商还要具有产品规划才干、项目经历，并在对用户职业深刻了解的根底之上，供给可习惯各种不同运用范畴的标准化、个性化成套配备。
体系集成商具有商场途径优势，可快速参加机器人研制及出产队伍。与国内本体厂商面临国外企业强壮的竞赛不同，国内体系集成商具有本乡的许多优势，包含途径优势、价格优势、工程师盈利等。体系集成商以往是从国外或许少部分从国内购臵机器人整机，依据不同职业或客户的需求，拟定解决方案。
非标项目，不能批量仿制。体系集成项目对错标准化的，每个项目都不相同，不能100%仿制，因而比较难上规划。能上规划的一般都是能够仿制的，比方研制一个产品，定型之后就很少改了，每个类型产品都相同，经过出产和出售就能很多仿制上规划。并且因为需求垫资，集成商一般要考虑一起施行项目的数量及规划。
要了解相关职业工艺。因为机器人集成是二次开发产品，需求了解下流职业的工艺，要完结从头编程、布放等作业。国内体系集成商，假如聚集于某个范畴，一般能够获得较高职业壁垒，生计没问题。可是相同因为职业壁垒，很难完结跨职业拓宽事务，经过并购也行不通，因而规划做大很难。机器人体系集成商本来就该是小的，最少现阶段国内集成商规划都不大。
体系集成商的中心竞赛力是人才，其间，最为中心的是出售人员、项目工程师和现场装置调试人员，出售人员担任拿订单，项目工程师依据订单要求进行方案规划，装置调试人员到客户现场进行装置调试，并终究交给客户运用。简直每个项目都对错标的，不能简略仿制上量。
因而体系集成商实践是轻财物的订单型工程服务商，中心财物是出售人员、项目工程师和装置调试人员，因而，体系集成商很难经过并购的方法扩张规划。
工业链布局完善才干做大做强
四大家族在工业机器人职业从上游零部件、中游本体到下流体系集成均有布局。像KUKA机器人事务分为本体和体系集成两大块，发那科经过外延并购布局体系集成事务。工业机器人是载体，详细职业运用是焦点，两者兼具的话，本体和体系集成构成联动，途径彼此促进，有望提高产品在职业的影响力，分到更大的商场份额。
国内本体企业在工业链上布局是做大做强的仅有途径。2017年国产品牌机器人销量为3.78万台，按均匀单价10万核算，商场规划仅37.8亿。排名靠前的埃夫特、埃斯顿等机器人销量才2000多台，出售额远低于四大家族企业，即便未来几年销量翻番，出售额也较难做到很大。一起详细职业自动化解决方案是机器人的落脚点，是当时各家争夺的焦点。体系集成重视售后服务，本乡企业呼应快，服务强度大，竞赛优势比较显着。依据咱们前面的测算，体系集成是本体商场规划的3倍左右，因而体系集成事务有助于快速提高出售额，翻开下流商场，提高品牌影响力。2018年工业机器人本体和体系集成商场总和将打破千亿规划。国内上市公司如埃斯顿、新松、快克股份等重视工业链布局，有望在竞赛中包围。
体系集成商向本体或零部件延伸能够提高职业竞赛力，有用改进赢利率。四大要素决议集成商规划小。体系集成项目对错标准化的，每个项目都不相同，不能100%仿制，所以比较难上规划，能上规划的都是能够仿制的，比方研制一个产品，定型后就很少改了，每个类型产品都相同，经过出产和出售就能很多仿制上规划。并且因为需求垫资，集成商一般要考虑一起施行项目的数量及规划。
但近年来体系集成商也走到了一个“分水岭”，因为硬件产品价格逐年下降、赢利也越来越薄，仅靠项目带动硬件产品的出售形式现已成为曩昔时。一起，进入体系集成这个范畴的门槛越来越低，竞赛随之就更为剧烈，赢利逐年下降。大部分体系集成商本身仅仅规划、拼装出产线，而出产线上所需机器人本体、传感器、伺服体系、操控体系等90%以上的原资料均是外购，这样全体产线价格比较同行很难有竞赛力。因而部分中心部件克己能够有用的下降本钱，提高本身竞赛力，打造职业的护城河。
因而国内公司要想做大做强，能够挑选自上而下或许自下而上的开展形式，工业链布局完善的企业有望享有更多的职业盈利，分到更大的蛋糕。
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