1、2020 年深度行业分析研究报告内容目录1 工业机器人短期迎来拐点，长期空间广阔51.1 短期来看：工业机器人拐点已经来临51.2 长期来看：需求端+成本端+政策端驱动机器人需求增长102 上游核心零部件分析142.1 控制器152.1.1 功能：控制器是机器人的小脑，主要负责控制和协调机器人运动152.1.2 组成：控制器由硬件及软件两部分组成162.1.3 技术趋势：驱控一体化成为轻载型机器人的主要方向162.1.4 控制器市场格局与国内外差距182.2 伺服电机202.2.1 功能：伺服电机是工业机器人主要的动力来源202.2.2 伺服电机应用领域及规模测算212.2.3 市场格局：欧美
2、品牌占据高端市场、国产品牌聚焦低端市场222.2.4 国内外差距：国产伺服电机在稳定性和工作精度等指标上存在差距232.3 减速器242.3.1 功能：减速器是工业机器人的关节242.3.2 减速器应用领域及规模测算252.3.3 减速器市场格局：日本企业占据主导地位262.3.4 减速器国内外差距与原因293 中游本体制造分析313.1 多关节与 SCARA 机器人国产替代空间大313.1.1“四大家族”占据多关节机器人主要份额323.1.2 SCA RA 机器人分析333.2 我国工业机器人本体销量有望逐步提升354 下游系统集成分析364.1 系统集成呈现“小、散、弱”的局面364.2
3、非汽车行业机器人自动化率有望逐步提升38图表目录图 1：机器人产量：当月值5图 2：2018 年机器人下游市场应用6图 3：固定资产投资完成额:计算机、通信和其他电子设备制造业:累计同比6图 4：智能手机产量：当月值7图 5：智能手机出货量：当月值7图 6：汽车销量：当月值8图 7：汽车产量：当月值8图 8：新能源汽车产量:当月值9图 9：汽车制造利润总额：累计同比9图 10：汽车制造利润总额：单月同比9图 11：固定资产投资完成额:汽车制造业:累计同比10图 12：中国制造产品全球占比10图 13：中国机器人产量全球占比10图 14：2018 年工业机器人密度11图 15：工业机器人国产化率
4、提升空间大11图 16：我国人口结构12图 17：制造业职工平均工资12图 18：工业机器人产业链14图 19：工业机器人成本构成15图 20：工业机器人各产业链毛利率15图 21：机器人控制器16图 22：机器人控制器与本体16图 23：固高科技 GUC-T 系列总线型控制系统17图 24：固高科技拿云六轴驱控一体化控制系统18图 25：工业机器人伺服系统组成21图 26：2018 年我国伺服系统下游应用22图 27：2012-2018 年我国伺服系统市场规模统计及增长22图 28：2018 年我国伺服系统市场格局23图 29：精密减速器在工业机器人上的使用24图 30：谐波减速器示意图25
5、图 31：RV 减速器示意图25图 32：全球精密减速器市场格局27图 33：2018 年国内 RV 减速器市场格局28图 34：2018 年国内谐波减速器市场格局28图 35：工业机器人基本组成31图 36：2018 年国内工业机器人销量结构32图 37：2018 年我国工业机器人国产化率情况32图 38：全球机器人出货量35图 39：中国工业机器人销量36图 40：2018 年工业机器人下游系统集成各行业占比37图 41：2018 年工业机器人应用工艺分布37表 1：我国工业机器人成本回收期测算12表 2：工业机器人产业政策梳理13表 3：控制系统模块组成16表 4：工业机器人控制器市场规
6、模18表 5：主要工业机器人控制器厂商和产品19表 6：主要工业机器人伺服电机产品对比24表 7：工业机器人减速器市场规模26表 8：国内外谐波减速器产品对比29表 9：2018 年国产品牌多关节机器人 TOP1033表 10：SCARA 型机器人主要国产厂商34表 11：主要 SCARA 机器人产品对比34表 12：国外品牌机器人厂商及其在汽车行业客户情况381 工业机器人短期迎来拐点，长期空间广阔1.1 短期来看：工业机器人拐点已经来临工业机器人产量同比增速扩大，需求拐点已经来临。受到中美贸易摩擦以及宏观经 济下行影响，我国工业机器人需求从 2018 年开始出现明显放缓，2018 年 9
7、月至 2019 年9 月，我国工业机器人产量都处于同比下滑的状态。2019 年 10 月工业机器人产量同比增长 1.7%，结束了连续 13 个月的同比下滑。2019 年 11 月我国工业机器人产量为 16080 台， 同比增长 4.30%，环比增长 11.91%，机器人需求拐点已经来临。我们认为 2020 年汽车行业对工业机器人的需求保持相对平稳，但是在 5G 在带动下， 电子行业对于机器人的需求量有望明显增加。此外，随着食品、仓储、光伏等行业对于 自动化率需求的不断提升，这些行业对于机器人的需求也在逐步增加。综合来看，2020年工业机器人需求有望迎来复苏。图 1：机器人产量：当月值18000
8、200000400020000工业机器人产量:当月值（台）同比增速(右轴）40.0%30.0%20.0%10.0%0.0%-10.0%-20.0%-30.0% 资料来源：国家统计局，食品医疗、仓储物流和汽车电子等行业对于工业机器人需求快速提升。2018 年机器人下游应用市场中占比较大主要还是 3C 电子和汽车（汽车零部件、汽车整车和汽车电子）， 其中 3C 电子的占比约为 23%，汽车应用的占比约为 36%。但是受到汽车和手机销量下 滑的影响，2018 年我国汽车整车和 3C 电子对工业机器人的需求都出现了下滑。需求量 增长比较快的行业主要是食品医疗
9、、仓储物流和汽车电子等行业。2018 年食品医疗和仓 储物流等行业机器人市场规模增速都在 30%以上。图 2： 2018 年机器人下游市场应用资料来源：MIR DATE BANK，5G 带动计算机、通信及其他电子设备固定资产投资增长。受益于 5G 渗透率的逐步提升，从 2019 年 3 月份开始，计算机、通信以及其他电子设备等制造业固定资产投资逐 步回暖，计算机、通信和其他电子设备制造业固定资产投资完成额累计同比增速已提升 至 13.6%。2020 年 5G 建设将进一步加速，相应的设备需求量将显著增加，计算机、通 信及其他电子设备固定资产投资有望进一步提升。图 3：计算机、通信和其他电子设备
10、制造业固定资产投资完成额累计同比增速固定资产投资完成额:计算机、通信和其他电子设备制造业:累计同比固定资产投资完成额:计算机、通信和其他电子设备制造业:累计同比35%30%25%20%15%10%5%0%----032019-10-5%资料来源：国家统计局，目前国内正处于 4G 手机向 5G 手机过渡的时期，很多厂商的 4G 手机处于一个清库 存的阶段，但是 5G 手机的销量又还没有出现明显的增长，所以对于当前智能手机的产量 及销量都会有一定的影响。目前智能手机的产量依旧处于同比下滑的状态，但是
11、下滑的 趋势在不断的收窄。未来随着 5G 手机渗透率的提升，手机的产销量有望逐步提升。图 4：智能手机产量：当月值40000006000400020000智能手机产量：当月值（万台）增速30%25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%2016-03 2016-07 2016-11 2017-05 2017-09 2018-03 2018-07 2018-11 2019-05 2019-09资料来源：国家统计局，图 5：智能手机出货量：当月值70006000500040003000200010000智能手机出货量：当月值（台）增速80%60
12、%40%20%0%-20%-40%-60%---062019-03资料来源：国家统计局，2019 年被大家称为“5G 元年”，从 5G 网络到 5G 手机的更新换代都有体现。中国信 通院的数据显示，8 月份和 9 月份 5G 手机出货量分别为 21.9 万部和 49.7 万部，至 10 月 份国内 5G 手机出货量就达到了 249.4 万部，环比增长 401.81%。高通公司近日则表示， 预计全球智能手机制造商将在 2021 年销售 4.5 亿部 5G 手机，至少是 2020 年的两倍，并在 2022 年再销售 7.5
13、亿部。可见随着 5G 手机新机型的不断增多，5G 手机出货量也随之 大幅度增长。因此我们预计明年在 5G 手机换机潮的带动下，3C 电子产业对于工业机器 人的需求有望快速增长。受到宏观经济下行以及居民资金流向楼市等多重因素影响，居民购买汽车的意愿下 行，汽车的销量和产量都出现了较为严重的下滑，2018 年 7 月份开始，汽车销量开始出 现单月下滑，单月下滑的趋势一直持续至今。但是从 2019 年 6 月份开始，下滑的幅度开 始收窄。2019 年 10 月份，全国汽车销量下降幅度已经收窄至 4.03%，汽车产量的下降幅 度也收窄至 2.10%。根据乘用车市场信息联席会的预测，预计 2020 年我
14、国汽车销量同比增长 1%。所以预计明年汽车行业产销量有望边际改善。图 6：汽车销量：当月值350300250200150100500汽车销量：当月值（万台）增速30%25%20%15%10%5%0%-5%-10%-15%-20%----09资料来源：中汽协，图 7：汽车产量：当月值汽车产量：当月值（万台）增速35040%30030%25020%20010%1500%100-10%50-20%0-30%资料来源：国家统计局，2020-2025 年新能源汽车销量复合增速有望超过 30%。工信部就新能
15、源汽车产业发展规划（2021-2035 年）（征求意见稿）公开征求意见。征求意见稿提出，到 2025 年，新能源汽车市场竞争力将明显提高，动力电池、驱动电机、车载操作系统等关键技 术将取得重大突破，新能源汽车新车销量占比将达到 25%左右。假设 2025 年我国汽车销 量将达到 3000 万台，则到 2025 年新能源车销量 600 万辆以上。预计 2019 年新能源汽车销量可以达到 110-120 万辆，则 2020-2025 年新能源车销量年复合增速需要达到 33%左右。图 8：新能源汽车产量:当月值新能源汽车产量:当月值（万台）增速2520151050160%140%120%100%80
16、%60%40%20%0%-20%-40%-60%资料来源：国家统计局，汽车行业业绩逐步好转。汽车销量从 2018 年下半年开始下滑以后，汽车制造行业的利润也出现了显著的下滑。经过一年多的下滑后，汽车销量下滑速度明显收窄，行业的 业绩也开始逐步好转。从 2019 年三季度的情况看，汽车制造利润总额增速已经开始回正。 随着汽车需求的逐步回暖，汽车行业的业绩有望逐步好转。图 9：汽车制造利润总额：累计同比图 10：汽车制造利润总额：单月同比汽车制造利润总额：累计同比汽车制造利润总额：累计同比30%20%10%0%-10%-20%-30%-40%-50%-102016-11201
17、7-122019-01汽车制造利润总额：单月同比汽车制造利润总额：单月同比30%20%10%0%-10%-20%-30%-40%--032019-07资料来源：国家统计局，资料来源：国家统计局，由于汽车销量下滑，行业的盈利能力降低，下游整车厂和汽车零部件厂商都放缓了 固定资产投资。从今年 3 月份开始，汽车制造业固定资产投资完成额增速出现断崖式的下滑，至 2019 年 10 月，汽车制造业固定资产投资完成额累计同比增速是-0.3%，已有触 底迹象。我们预计随着传统汽车销量边际好转，新能源汽车在国家政策驱动下继续保持 较快增长，行业的盈利能力逐步恢
18、复，整车及零部件厂商投资意愿有望增强，汽车制造 业固定资产投资完成额有望继续保持增长。图 11：固定资产投资完成额:汽车制造业:累计同比固定资产投资完成额:汽车制造业:累计同比固定资产投资完成额:汽车制造业:累计同比25%20%15%10%5%0%-5%资料来源：国家统计局，1.2 长期来看：需求端+成本端+政策端驱动机器人需求增长需求端： 中国作为制造业大国，全球很多产品的主要产能都集中在中国。如全球 90% 的手机是中国制造，80%的空调和计算机是中国制造，70%的光伏电池是中国制造，60% 的彩电是中国制造。但是目前我国工业机器人产量在全球中的占比却只有 37%左右。未 来随着我国制造业
19、自动化率的逐步提升，对于工业机器人的需求量将显著提升。此外，中国制造业面临重大变革，以智能机器人为代表的智能装备成为通向工业 4.0 的突破口。智能制造是新一轮科技革命和产业变革的核心，是中国制造业转型升级的“新 动能”。以工业机器人为代表的智能装备旨在提高制造业效率、提高产品质量，从而降低 制造业的生产成本，成为制造业转型升级，通向工业 4.0 时代的重要突破口。图 12：中国制造产品全球占比图 13：中国机器人产量全球占比45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%中国机器人产量占比2001620172018资料来源：观察者网，资料来源：IFR，我国工业机
20、器人密度提升空间大。从工业机器人密度来看（每万名制造业员工拥有的机器人数量），2018 年新加坡工业机器人密度最高，达到 831 台，其次是韩国，达到 774 台，德国、日本以及美国等发达国家工业机器人密度也均在 200 台以上。中国是 140 台，略高于全球平均水平。作为一个制造业大国，对标其他发达国家，我国工业机器人密度还有非常大的提升空间。随着中国制造 2025国家战略的稳步实施，国内制造业 转型升级步伐将逐步加快，机器人密度将大幅增加，未来我国工业机器人市场潜力巨大。图 14：2018 年工业机器人密度9008007006005004003002001000工业机器人密度（台/万人）8
21、31714099新加坡韩国德国日本美国中国全球资料来源：IFR，机器人国产化率还有很大的提升空间。目前我国工业机器人本体及核心零部件的国产化率都较低，特别是在汽车和 3C 等对于精度和稳定性要求比较高的领域，大部分市场 份额都是被外资品牌占据，我国大部分本体都是集中码垛、上下料以及搬运等相对低端 的领域。2018 年我国机器人本体国产化率约为 27.9%，还有非常大的提升空间。未来随 着我国工业机器人技术的不断加强，国产化率有望逐步提升。图 15：工业机器人国产化率提升空间大%74.10%25.90%70.80%29.20%68.30%31.70%67.30%32.70%
22、73.20%26.80%72.10%27.9020000%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%外资占比国产占比资料来源：IFR，成本端：用工难、用工贵，机器人换人大势所趋。人口红利的逐渐消失，人工成本的不断攀升也进一步推进了“机器人换人”的趋势。从劳动力人口结构上来看，我国适 龄劳动力人口占比逐年下降，其中 2018 年 15-64 岁劳动人口占比为 71.2%，较 2017 年下 降了 0.62%。社科院发布的蓝皮书指出我国在自 2020 年后十年劳动年龄人口将年均 减少 790 万人，未来降幅将继续增加。从制造业人力成本角度
23、来看，我国制造业就业人员平均工资不断提高，截至 2018 年，制造业员工平均年薪达到了 72088 元，同比增长11.85%，人口成本不断攀升。劳动力人口的快速下降与人工成本的大幅上升对制造企业 的生存产生严重威胁，倒逼企业降低生产成本，提高生产效率。图 16：我国人口结构（万人）图 17：制造业职工平均工资65岁及以上15-64岁0-14岁15-64岁人口比例（%）8制造业人均工资（万元）05000002001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 201775%70%65%765432102009 2010 2011 2012 2013
24、 2014 2015 2016 2017 2018资料来源：国家统计局，资料来源：国家统计局，与此同时随着工业机器人国产化进程的加速带来工业机器人价格的下降，工业机器 人的生产效率明显高于人，工业机器人替代人力的成本优势将更加突显。一般来说，一 台工业机器人在生产线中可替代 3 名生产工人，其机器人本体与集成的价格大致相等。 以一台工业机器人使用年限为 8 年，维修费用为 1/10 工业机器人价格进行测算，可以推 算出 2018/2019 年我国工业机器人成本回收期大约为 3.04/2.26 年。随着国产工业机器人， 特别是减速器、伺服电机、控制器等核心零部件的实现国产化批量应用，将显著拉低工
25、 业机器人的应用门槛，工业机器人的价格将进一步下降。以工业机器人年降价幅度为 5%， 制造业职工平均工资未来增幅 7%为估计。预期至 2020 年，工业机器人的投资回收期能 够缩短至 2 年。表 1：我国工业机器人成本回收期测算201720182019E2020E机器人均价（万元/套）20161413系统集成价格（万元/套）33.3326.6723.3321.67工业机器人总成本（万元/套）53.3342.6737.3334.67制造业职工平均工资（万元）6.457.217.718.25一台机器人可替人工数3333人工成本总计（元）19.3421.6323.1424.76折旧年限8888折旧费
26、用（万元）4.173.332.922.71维修费用（万元）5.334.273.733.47总费用（万元）9.57.66.656.175节省费用（万元）9.8414.0316.4918.59投资回收期（年）5.423.042.261.87资料来源：IFR，中国电子学会，国家统计局，政策端：一系列产业政策为机器人产业发展提供充分保障。工业机器人的发展离不开国家政策的扶持。近几年，国家陆续出台多项政策支持机器人产业发展，尤其是 2009 年后政府明显加快了政策措施出台速度和力度，从顶层设计、财税金融、示范应用、人 才培养等多角度发力支持机器人产业发展，政策叠加效应为我国机器人产业营造了良好 的发展氛
27、围。表 2：工业机器人产业政策梳理时间 颁布主体 政策规划 相关内容 研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线，2015国务院中国制造 2025突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱 动器和减速器等智能核心装置，推进工程化和产业化。加快机械、航空、船舶、汽车、轻工、纺织、食品、电子等行业生产设备的智能化改造，提高精准制造、敏捷制造能力到 2020 年，自主品牌工业机器人年产量达到 10 万台，六轴及以工业和信息化机器人产业发展上机器人 5 万台以上；服务机器人年销售收入超过 300 亿元；实2016.03部
28、、国家发改规划（2016-2020现机器人在重点行业的规模化应用，机器人密度达到 150 以上。委、财政部年）关键零部件取得重大突破，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2016.12工信部、国家发 改委、国家认证 认可监督管理 委员会关于促进机器人 产业健康发展的通 知针对产业低水平重复建设、轻关键零部件制造问题，提出推动机 器人产业理性发展，加强零部件等关键短板突破，大力培育龙头 企业等2016.12工信部工业机器人行业 规范条件提出工业机器人本体生产企业年营收不低于 5000 万元或年产量不低于 2000 台套，集成应用企业年收入总额不低于 1 亿元2017.
29、05国标委、国家发 改委、科技部、 工信部国家机器人标准 体系建设指南到 2018 年，初步健全机器人标准体系，制修订 60 项机器人国家和行业标准；到 2020 年，建立起较为完善的机器人标准体系，累计制修订约 100 项机器人国家和行业标准明确围绕智能机器人基础前沿技术、新一代机器人、关键共性技2017.08科技部“智能机器人”重 点专项术、工业机器人、服务机器人、特种机器人 6 个方向，按照基础 前沿技术类、共性技术类、关键技术与装备类和示范应用类四个层次，启动 42 个项目，拟安排经费总概算约 6 亿元2017.11国务院国务院关于深化 “互联网+先进制 造业”发展工业互 联网的指导意
30、见围绕数控机床、工业机器人、大型动力装备等关键领域，实现智 能控制、智能传感、工业级芯片与网络通信模块的集成创新，形 成一系列具备联网、计算、优化功能的新型智能装备资料来源：国务院，工信部，科技部，2 上游核心零部件分析工业机器人产业链包括上游核心零部件、中游机器人本体和下游集成应用三部分。 上游是控制器、伺服电机、减速器、传感器、末端执行器等零部件的生产厂商，控制器、 伺服电机和减速器是工业机器人三大核心零部件；中游是本体生产商，负责工业机器人本体的组装和集成，即机座和执行机构，包括手臂、腕部等，部分机器人本体还包括行 走结构；下游是集成应用商，负责根据不同的应用场景和用途对工业机器人进行有
31、针对 性地系统集成和软件二次开发。其中，工业机器人产业链的关键环节为上游核心零部件，占据了工业机器人整机大 部分的成本和利润，也是技术上的核心和难点，是影响机器人性能最重要的部分。控制 器、伺服电机、减速器这三大核心零部件的成本占工业机器人总成本约 70%，其中减速器占整机成本约 35%，伺服占整机成本约 20%，控制器占整机约 15%，而本体和其他部 分仅占整机分别为 15%、15%。在所有核心零部件中，减速器的毛利率最高，达到 40%， 伺服电机和控制器毛利率分别为 35%和 25%。三大核心零部件的技术水平决定了工业机 器人的工作精度、负载、寿命，以及稳定性和可靠性等重要性能指标，谁掌握
32、了三大核 心零部件的技术和能力，谁就占领了工业机器人产业链的制高点，拥有很强的定价权。图 18：工业机器人产业链资料来源：江苏北人招股说明书，图 19：工业机器人成本构成图 20：工业机器人各产业链毛利率15%35%15%15%20%减速器 伺服电机 控制器 本体 其他50%40%30%20%10%0%40%35%35%25%15%控制器 伺服系统 减速器本体系统集成资料来源：OF week 机器人网，资料来源：智研咨询，关键环节受制于人，严重制约产业健康快速发展。虽然我国机器人产业已经取得了长足进步，但与工业发达国家相比，还存在较大差距。机器人产业链关键环节缺失，核 心技术创新能力薄弱。目前
33、我国工业机器人市场上游核心零部件的供应大部分被国外厂 商所占据，国内厂商大多集中在中游的机器人本体组装和下游的系统集成，承担系统二 次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作，使得国内机器人市场的巨大潜力带来 的产业红利被国外厂商占据。国内涉及减速器研发的企业有 10 余家左右，具备量产出货能力的仅 5-6 家，市场几乎被日企所垄断。控制伺服系统方面，国内企业有一定的自主 配套能力，国产品牌市场份额在 15%左右，高精度减速器、伺服电机和控制器等核心零 部件依赖进口导致我国高端机器人产品质量可靠性低，机器人推广应用难，市场占有率 低，企业“小、散、弱”问题突出，产业竞争力缺乏。国外工业机器人巨
34、头本身就是核 心部件的提供商，因此他们在零部件成本上拥有先天的成本优势和技术优势，另外他们 往往能以大的采购量和签署排他性协议获得比较优惠的采购价格，而国内的中小企业在 进口核心零部件时，往往要以显著高出国外厂商的价格购买减速器和伺服电机等核心零 部件，这些都严重削弱了国产品牌机器人的市场竞争力，使得国内机器人企业难以形成 规模优势。2.1 控制器2.1.1 功能：控制器是机器人的小脑，主要负责控制和协调机器人运动 控制系统是工业机器人的主要组成部分，其机能类似于人脑控制系统，支配着工业机器人按规定的程序运动，并记忆人们给予工业机器人的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其
35、控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对工 业机器人的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时发出报警信号。工业机器人控制 系统分为处理器和控制器两部分，处理器用来计算机器人关节的运动、监督控制器与传 感器协调动作，其功能相当于人类大脑。控制器从处理器中获取数据，控制驱动器的动 作，并与传感器反馈信息一起协调机器人的运动，其功能相当于人类小脑。图 21：机器人控制器图 22：机器人控制器与本体资料来源：众为兴官网，资料来源：高工机器人，2.1.2 组成：控制器由硬件及软件两部分组成控制器硬件核心在于芯片，为了保证控制系统具有足够的计算与存储能力，目前机 器人控制器多采用计算能力较强的 ARM
36、 系列、DSP 系列、Intel 等系列芯片。软件包括 操作系统和算法库两部分，机器人专用操作系统包括 VxWorks（嵌入式实时操作系统）、 Windows CE、嵌入式 Linux、C/OS-以及通用 ROS 平台等，其中 Windows CE、嵌入 式 Linux、C/OS-以及通用 ROS 平台为使用较多的开源操作系统。算法库包括底层算 法库以及应用工艺算法，底层算法库的运动学控制算法即规划运动点位，负责控制机器 人末端执行器按照规定的轨迹达到指定地点。动力学算法负责识别每一个姿态下机身负 载物的转动惯量，使其保持最优化输出的状态。应用工艺算法即二次开发，针对不同行 业的应用工艺算法，
37、只有在掌握底层算法的基础上才能较好地实现应用工艺算法。2.1.3 技术趋势：驱控一体化成为轻载型机器人的主要方向 总线型控制系统越来越普遍。以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快捷、稳定、有效的通信服务，基于现场总线的控制系统由控制模块、驱动模块和示教模块三部分组成，三者间的信号传输由电缆或网线完成。总线型控制系统三大模块功率不受限 制，具有实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩散等优点，但缺点在于传输速 度慢、硬件体积大、成本较高，因此适用于控制多个大型机器人的工业场景。发达国家 总线控制方式已经发展多年，具备比较成熟的总线产品和方案。国内控制器公司处于追 赶阶段，成效显著。例如
38、2015 年卡洛普推出基于实时以太网的总线型机器人控制器；2018 年，雷赛智能推出 EtherCAT & RTEX 总线方案，未来总线方案的控制器使用将越来越多。表 3：控制系统模块组成模块功能 控制模块即控制器，负责发出指令，实现用户思想的数字化和弱电化 即驱动器，负责提供动力，将弱电信号转换为强电信号，驱动模块主要用途在驱动模块示教模块于将弱电转换成强电过程中的各种优化，核心在于驱动算法 示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有独立的 CPU 及存储单元，与主计算机以串行通信方式实现信息交互资料来源：电子发烧友网，图 23：固高科技 GUC-T 系列 总 线型控制系统资
39、料来源：固高科技官网，驱控一体化成为轻载型机器人的主攻方向。相较于传统机器人较大的落地式控制柜，“驱控一体”能够将控制柜的体积缩小到台式机大小，从而节省了空间。因此，“驱控一 体”设备在轻载机器人上的使用具备优势，比如 SCARA 机器臂、并联机器臂、桌面型 小六轴机器人。这类机器臂所用关节功率较小，在 400W 左右，容易做集成化设计。而 且这些机器臂对空间的要求也会比较高，所以“驱控一体”的优点能得到充分体现。驱控一体化是巧妙地将伺服驱动技术、运动控制技术和机器视觉技术融合在一台机 器上，通过内部高速并行总线进行信息交换，充分满足细分行业的应用定制和工艺定制 要求。与总线型控制系统结构不同
40、的是，驱控一体控制系统将控制模块与驱动模块融合 在一起，两者以内部总线的方式进行通讯。内部总线的原理类似于数据共存，两者间不 需要任何电缆或网线进行信号传输。总线型控制系统的通讯速度为毫秒级，而驱控一体 控制系统能够实现千分之一毫秒级通讯速度，在速度和精度要求极高的场景下驱控一体 控制系统优势完全凸显。驱控一体控制系统优点在于通讯速度快、体积小、成本低，但 缺点是功率受限，不适用于汽车厂大型六轴机器人等工控场景。国内控制器领先企业固 高科技早在 2010 年便提出了驱控一体化的产品体系架极，并基于此承接了国家 863 计划。 公司推出的拿云六轴驱控一体机囊括了工业机器人控制系统开发平台、运动控
41、制器和六 轴伺服驱动器，具有体积小、功率密度高、集成度高等特点，提高了设备性能和可靠性。 新时代子公司众为兴推出的驱控一体控制器 QC400A，具备多轴直线插补，3D 空间圆弧 插补，轨迹跟随，平稳加减速，连续运动轨迹速度自适应功能、样条曲线教导，振动抑 制等功能。图 24：固高科技拿云六轴驱控一体化控制系统资料来源：固高科技官网，受益于我国的工业机器人市场强劲需求，工业机器人控制器需求量也呈现同步增长。 据 IFR 数据显示，假设：（1）以进口工业机器人控制器和国产工业机器人控制器价格分 别为 2 万元和 0.5 万元；（2）外资品牌使用进口控制器，国产机器人品牌使用国产控制器。 可以大致估
42、算出我国近年来的工业机器人控制器市场规模，2018 年我国工业机器人控制 器市场约为 20 亿元，现有空间有限，但前景广阔。表 4：工业机器人控制器市场规模200172018工业机器人总销量（万台）5.878.914.113.5外资品牌（万台）4.14.8610.39.1外资控制器均价（万元）22222国产品牌（万台）1.72.22.93.84.4国产控制器均价（万元）0.40.40.40.40.4合计8.8810.4813.1622.1219.96资料来源：CRIA，2.1.4 控制器市场格局与国内外差距国内工业机器人控制器市场多被日系及欧美品牌占据。控制器一般由机器人本体厂 商自主设计研发，主流的机器人厂商均有自己的控制系统与之匹配，国内工业机器人控 制器市场多被日系及欧美品牌占据。以发那科、安川、库卡、ABB 为代表的四大家族普 遍采用自产自用的生产模式，其在中国工业机器人控制器市场的占比与其在本体市场的 占比基本保持一致，达 40%以上。2018 年国内自主品牌机器人本体市场市占率达 32.3%， 而在工业机器人控制器市场
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