發展工業機器人必須突破機器人核心零部件技術難題

中國工業機器人市場被國際巨頭占據，其中很重要的原因就是減速器、伺服電機、控制器等核心零部件大多依靠進口，從而使得國產品牌機器人成本相比國外品牌機器人并無多大優勢。

國產機器人游走中低端

自2013年以來，我國已成為全球最大的機器人消費國，連續3年穩居世界工業機器人市場頭把交椅；與此同時，國產工業機器人產量也呈現出爆發式增長的趨勢。各地推動機器換人和自動化技術改造給工業機器人產業帶來了巨大市場，但是國產機器人關鍵零部件一直“受制于人”的現象卻始終沒有太大的突破。

業內將整個機器人產業鏈分成上中下三個層次：上游是核心零部件，主要是減速機和控制系統，這相當于機器人的“大腦”；中游是機器人本體，即機器人的“身體”；下游則是系統集成商，依賴上游和中游的核心設備做集成品。

不僅高中端核心零部件依賴進口，工業機器人產業全球重要專利申請人中也不見中國本土企業的身影。據了解，日本的安川電機公司和發那科公司分別以5823項4512項專利申請位居全球前兩位，ABB有2231項、三星2016項、日立1907項。這也進一步驗證了中國工業機器人目前產能相對偏中低端。對中國工業機器人產業而言，還需在技術和產品上優化升級。若想要在核心零部件方面要想從本質上獲得突破，都需要付出更多的耐心和投入，尤其是減速機，期待越大，壓力越大，同時前景也可觀。

可喜的是，隨著高新技術產業的蓬勃興起，我國的機器廠商逐漸意識到工業機器人減速機在機器人主機里的重要性和必要性，期望打破國外RV減速機的壟斷，降低機器人主機成本，找到國產機器人的出路。

對于我國機器人關鍵零部件生產企業來說，還有一大利好消息。工業和信息化部副部長辛國斌表示，將進一步整合產業創新資源，推動建立機器人創新中心，重點支持關鍵零部件質量及可靠性能的提升，同時開展機器人試點示范、推廣應用和人才培育。另外，不少地方政府對實施機器換人和智能裝備升級都給予財政資金補貼。此舉可在一定程度上降低企業升級的高成本，推動機器人產業發展步伐。

控制器、伺服電機和減速器

工業機器人三大核心零部件控制器、伺服電機、減速機是制約中國機器人產業的主要瓶頸，占到機器人成本的70%。

• 控制器
  

控制器國內外差距最小。控制器是機器人的大腦，發布和傳遞動作指令。包括硬件和軟件兩部分：硬件就是工業控制板卡，包括一些主控單元、信號處理部分等電路，國產品牌已經掌握；軟件部分主要是控制算法、二次開發等，國產品牌在穩定性、響應速度、易用性等還有差距。

控制器的問題在于，由于其“神經中樞”的地位和門檻相對較低，成熟機器人廠商一般自行開發控制器，以保證穩定性和維護技術體系。因此控制器的市場份額基本跟機器人本體一致。國際上也有KEBA、倍福、貝加萊這樣提供控制器底層平臺的廠商。因此在當前環境下國內專業研發控制器的企業會比較艱難。

控制器的機會在于標準化和開放性。現有的機器人控制器封閉構造，帶來開放性差、軟件獨立性差、容錯性差、擴展性差、缺乏網絡功能等缺點，已不能適應智能化和柔性化要求。開發模塊化、標準化機器人控制器，各個層次對用戶開放是機器人控制器的一個發展方向。我國863計劃也已經立項。機器人接口統一是大趨勢，未來可能會出現提供控制器模塊的平臺型企業。

• 伺服電機
  

伺服電機競爭激烈，外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執行單元，是影響機器人工作性能的主要因素。伺服電機主要分為步進、交流和直流，機器人行業應用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機與控制器關聯緊密。

伺服系統外資企業占據絕對優勢。日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場。2014年，伺服系統市場TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據高端，整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低于10%左右。

我國伺服系統自主配套能力已現雛形。較大規模的伺服品牌有20余家。國產產品功率范圍多在22KW以內，技術路線上與日系產品接近。從市場規模來看，2014年伺服電機在所有應用行業規模68億人民幣，增速為8.3%；其中機器人增速高達50%，迅速成長為伺服系統應用中排名第六的行業，以4.2億的業績，占市場份額6.2%。

控制器和伺服系統關聯緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩定性、價格、服務，從服務和性價比入手是國內企業突破的方向。但這需要對運動控制領域長期深入的研究，大量資金投入和長時間的市場驗證，對技術、資金、人才要求都較高，國內上市公司如新松、新時達、匯川技術、廣州數控、埃斯頓等具備類似的條件。

• 減速機
  

機器人減速機市場高度壟斷，普及期國產減速機無法實現全面進口替代。減速機用來精確控制機器人動作，傳輸更大的力矩。分為兩種，安裝在機座、大臂、肩膀等重負載位置的RV減速機和安裝在小臂、腕部或手部等輕負載位置的諧波減速機。RV減速機被日本納博特斯克壟斷，諧波減速機日本哈默納科占絕對優勢。

• 諧波減速機結構相對簡單，僅有三個基本零部件，加上哈默納科的專利早已到期，國產諧波減速機跟國外相比差距不算大。無錫綠的的諧波減速機已經在國產機器人上面有廣泛應用。
  

• RV減速機核心難點在于基礎工業和工藝。RV減速機是純機械的精密部件，材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。我國在這幾個方面長期落后，并非單靠某個企業所能解決。要將200多個零部件組合在一起，精度要求苛刻，零部件之間的公差匹配需要多年經驗積累。
  

• 國內的秦川、雙環轉動、綠的、來福、諧波傳動等，在近些年在研發技術已取得一定的自主研發的創新成績，但性能攻堅依然任重道遠。國際上，目前日系減速器的知名度最高，除卻排名分列一二的哈默納科和納博特斯克外，還有住友、新寶等品牌同樣頗受歡迎。在國內，也有綠的、來福、力克精密、秦川機床、南通振康、恒豐泰、雙環傳動等廠家。不過，目前國內的減速器產品和進口貨相比還有一定的差距。雖然近幾年我國制造業企業的實力普遍在上升，減速器生產廠家已經可以購買哈默納科、納博特斯克使用的高端加工設備，但業內人士表示，在設計、材料、熱處理、加工工藝等方面，國內廠家還存在不足。

  南京斯瑞恩機電總經理侯松川曾表示，諧波減速器的鋼齒輪加工工藝，哈默納科已經做到了一分鐘(加工)兩個工件，國內目前很多還在采用傳統的插齒工藝，慢絲工藝；RV減速器擺線的加工，納博特斯克使用了最新的成形磨和展成法，每分鐘可以加工兩至三件產品，而國內的效率還非常低，不具備量產的條件。但即便如此，國產減速器領域依舊存在著一批追趕者。

綜上，我國工業機器人的三大核心零部件要想從本質上獲得突破，都需要付出更多的耐心和投入，尤其是減速機，期待越大，壓力越大，同時前景也可觀。同時我國的工業機器人技術人才也很稀缺。

國產機器人企業

在國內機器人技術的自主研發方面,我國還需加大對關鍵技術的投入和研發。

• 廣州數控機器人策略。廣州數控的策略是組建自己的系統集成團隊,直面應用企業,以此尋求市場突破。此舉,一方面利于解決系統集成商從慣性上青睞外資品牌、不愿嘗試國產機器人的問題;另一方面,接通機器人企業和應用企業的溝通橋梁,利于調整機器人研發生產。
  

• 埃斯頓公司是為數不多的具有控制器、交流伺服、減速器等機器人核心零部件自主知識產權的國產廠商，生產的各類核心部件產品廣泛應用在自動化控制領域，市占率在國產品牌中均名列前茅。“經過多年的研發和投入，公司的工業機器人及智能制造系統產品在焊接、碼垛、上下料、折彎等領域具有明顯的優勢。部分產品如折彎機器人及其工作單元，技術已達到國際領先水平。”埃斯頓董事長吳波說。
  

• 新時達在機器人本體的控制與驅動技術上具有自主知識產權，自主研發了六自由度工業機器人、SCARA、網絡型伺服系統等創新產品。公司董事長紀翌介紹，公司的SCARA機器人對標的是國際品牌，自產的機器人本體今年上半年銷售數量已突破千臺，確立了在國內機器人與運動控制行業的技術領先地位。“目前核心零部件的關鍵技術正在取得重大突破，部分實現了小批量的行業應用，減輕產業核心零部件的對外依賴性。”國內某減速器廠家負責人表示，這既能降低國產機器人的成本，也將打破國外品牌的制約。
  

• 新時達發行可轉債成功募集資金8.8億元。“從未來發展趨勢看，公司機器人產品產能不足，可轉債募投項目之一就是為了解決公司機器人產品產能不足的問題。”公司有關負責人表示。不少機器人企業借助資本市場構建了完整的產業鏈布局。今年6月，新時達以4.05億元收購了以研發、制造及銷售伺服驅動器及其他運動控制系統產品起家的之山智控，貫通了智能制造裝備領域控制層、驅動層、執行層、設備層、工程應用等各個物理層，打造“核心部件—本體—應用—信息化”的完整產業鏈發展格局。
  

• 埃斯頓2016年通過定增融資9.5億元，用于機器人智能制造系統研發和產業化、機器人智能化工廠升級改造等項目。“目前公司機器人本體產能大約在2000套/年，在手訂單充足，但出現產能緊張的情況。公司已為快速擴張的市場做好了產能準備，正在建設中的180畝工業機器人和智能制造產業園產能規劃為15000套機器人。”埃斯頓董事長吳波介紹。在提升產能的同時，埃斯頓今年完成了全資收購英國TRIO、控股德國M.A.i.、參股美國BARRETT公司等多項海外投資并購，提前布局行業前沿技術，并開發了基于TRIO控制器+ESTUN伺服系統的運動控制完整解決方案。
  

• 此外，科大智能去年相繼收購了永乾機電、華曉精密及冠致自動化，完成了“智能移載機械臂(手)—AGV(腳)—柔性生產線(身)”于一體的完整產業鏈布局。
  

近兩年，工業機器人下游需求火爆，本體生產制造商規模日益增大，帶動了國產核心零部件廠商的發展，不過，多位業內人士指出，零部件國產替代面臨的問題一方面是市場占有率較低，另一方面則是質量可靠性與穩定性仍有待提高。

一位大型上市公司高管表示，公司目前給高端客戶設計的完整解決方案中，采購的工業機器人核心零部件主要來自外資企業。“我們無法承受自身產品方案與采購的國產產品之間質量和性能問題疊加可能引發的風險。除非客戶明確要求國產化，在核心零部件上我們仍傾向于采購外資企業產品。”

不過，該人士表示，國產工業機器人產品具有較高的價格優勢，應用于中低端制造業領域的規模越來越大。“國內龐大的中低端制造業市場規模為國產工業機器人發展提供了機遇。加上高端領域局面逐漸打開，未來中國工業機器人產業將繼續保持高速增長。”

國產減速機公司：

• 渭河工模具
  

陜西渭河工模具有限公司是陜西省機器人減速器工程中心，國家機器人減速器智能制造車間建設示范項目以及中國機器人產業聯盟成員單位。由于該企業曾為軍工企業，因此很長時間沒有進入大眾視野，近兩年才開始進入民用市場。據介紹，渭河工模具的機器人減速器產品為RV減速器。

• 格力智能裝備技術研究院
  

珠海格力智能裝備有限公司是格力電器旗下的全資子公司，成立于2015年9月，是一家集研發、生產、銷售、服務于一體的智能裝備生產企業。目前，格力智能裝備的產品覆蓋了伺服機械手、工業機器人、智能倉儲裝備、智能檢測、換熱器專用機床設備、無人自動化生產線體、數控機床等10多個領域，超百種規格產品。其研發的RV減速器也多次在各大展會中展出。

• 大族電機
  

大族精密傳動諧波減速器團隊以理論計算及有限元分析為基礎，結合尖端的檢測系統獲取海量的測試數據利用多目標回歸優化手段，成功突破雙圓弧的非標設計難點，研發出具有突破性的諧波減速產品。

• 臺邦
  

臺邦電機工業有限公司來自臺灣，其在大陸建立的銷售一部是一家集精密齒輪傳動系列產品研發、生產、銷售一體化的專業廠家。目前主營產品有：感應電機、可逆電機、剎車電機、剎車調速電機、力矩電機、直流電機、蝸輪蝸桿電機等。

據了解，渭河此前生產精密齒輪，具備較強的研發實力；而格力、大族、臺邦擁有雄厚的資金實力和大規模生產的能力，時機成熟就可以大批量生產，對于國產減速器行業來說都是不可多得的生力軍。

正因有如此多的新興力量加入，才使得國產減速器未來的發展更加值得期待。即使現階段國產產品還存在諸多不足，但業內人士普遍認為在2至3年內，國產減速器就可以完全達到日系產品的水平。