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2023机器人行业深度研究报告:机器人行业展望四大逻辑利好产业链发展

时间:2023-09-18 来源:客户案例

  原标题:2023机器人行业深度研究报告:机器人行业展望四大逻辑利好机器人产业链发展

  今天分享的是机器人行业系列深度研究报告:《2023机器人行业产业深度研究报告:机器人行业展望四大逻辑利好机器人产业链发展》。(报告出品方:华宝证券)

  自 2013 年起,我国已成为全世界最大的工业机器人消费国。从每年新增工业机器人安装数 量上看,自 2013 年起,中国新增数量已超过其他主要国家、达到 3.7 万台,成为全世界最大的 工业机器人消费市场,且近几年新增安装数量的增速高于其他主要国家。从占比上看,2021 年中国机器人市场规模占全球比例已达 33%,新增工业机器人数量占全球比例已达 52%。根据 中国电子学会、IFR 预测,由于中国对机器人科技和产业高质量发展格外的重视,中国机器人行业将进 一步发展壮大,2022-2024 年中国机器人市场规模将分别达到 174 亿美元、210 亿美元、251 亿美元,2022-2024 年中国机器人市场规模 CAGR 预计为 20%,超过全球预计增速(13%)。

  尽管我国是工业机器人消费大国,但从供给端上看,日本是全球机器人(尤其是工业机器 人)市场的主角。从供给视角来看,尽管我国已形成学科齐全的机器人研发体系、从零部件 生产到机器人应用的完整产业链,但仍处于产业化的初期阶段,而日本与欧洲已经实现了传感 器、控制器、精密减速机等核心零部件完全自主化,美国在 AI 大模型的开发和应用上已走在世 界前列。例如在工业机器人销量上,瑞士的 ABB、德国的库卡(KUKA)、日本的发那科(FANUC) 和安川电机(YASKAWA)4 家生产商(被称为“四大家族”)占据着工业机器人 58%的市场份 额,且在机器人本体制造、相关技术和服务、核心零部件等多方面拥有显著优势。根据 IFR《全 球机器人报告》,日本是全世界排名第一的工业机器人制造国,2021 年生产的机器人数量占全 球总量的 45%。

  我国工业机器人以六轴多关节机器人、SCARA 机器人为主,主要 应用于搬运、焊接和装配

  根据前文分析,按照机器人的用途和功能,三大类型机器人可以继续向下细分,工业机器 人包括加工、装配、包装机器人等,服务机器人包括个人/家用服务机器人和公共服务机器人(商 业服务机器人),特种机器人包括军事机器人、场地机器人等。按照机械结构,工业机器人又可 被分为垂直关节型、平面关节型、并联机器人、直角坐标型等,前三种属于多关节机器人,其 中垂直关节型、平面关节型一般为串联机器人,协作机器人也属于串联机器人的一种。不同应 用场景应用的机器人的机械结构略有差异,同时不同机械结构的机器人主要应用领域也会有所 差异。

  我国工业机器人以六轴多关节机器人、SCARA 机器人为主,应用场景主要为搬运、焊接 和装配。从结构上看,中国工业机器人市场需求主要以六轴多关节机器人、SCARA 机器人为 主,2022 年合计占比约为 90%,其中小六轴、大六轴、SCARA 机器人占比分别为 37%、26%、 27%。从功能上看,尽管工业机器人运用场景广泛,但我国工业机器人主要用于搬运、焊接和 装配等应用环节,此类应用的机器人占比约为 82%。

  我国服务机器人以家用服务机器人为主,商用服务机器人以商用 清洁机和终端配送为主

  我国服务机器人市场以家用服务机器人为主。根据中商情报网数据,2021 年我国家用服务机器人市场规模约为商用(公共) 服务机器人市场规模的 2 倍,因此我国服务机器人市场以家用服务机器人为主,而家用服务机器人又主要以扫地机器人和其他用于室内家庭地板清洁的机器人数量最多,其他类型如园艺机器人、割草机器人在海外更受欢迎。

  商用服务机器人相比家用服务机器人增速更快,类型以商用清洁机和终端配送为主,主要应用在餐厅、酒店场景。不论是全球还是中国,近几年商用服务机器人市场规模增速均较快,下游应用领域主要包括餐饮、酒店、医疗、养老、家政、消防、物流等。根据IFR 数据,2021年全球专业 (商用) 服务机器人的销售额增长了37%,远高于消费 (家用) 服务机器人增速9%。根据亿欧智库统计数据(仅统计市场规模较大的商用清洁、终端配送和讲解引导机器人市场规模),中国2019-2022年商用服务机器人CAGR为95%,远高于服务机器人整体增速(34%前文 IFR 数据)。商用服务机器人领域,全球主要以运输和物流、餐饮服务领域的商用服务机器人为主,且以上两个领域的商用服务机器人增速较快。国内市场则以商用清洁机器人为主,其次是终端配送机器人,商用清洁机器人、讲解引导机器人近几年增速较快:主要应用领域为餐厅和酒店。

  我国拥有较为完整的机器人产业链,上游核心零部件是产业链 中技术壁垒高、成本占比较大的环节

  我国机器人行业在经历数十年发展后形成完整的行业产业链,工业机器人行业按产业链分 为上游、中游、下游和终端应用。上游为控制器、伺服电机、减速器、智能芯片、传感器等核 心零部件生产;中游为工业机器人本体生产;下游是基于终端行业特定需求的机器人系统集成 商,主要用于实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能。终端应用主要由不同领域的 企业客户和个人消费者组成,形成巨大的机器人应用市场。

  从工业机器人成本构成来看,上游的三大零部件是产业链中技术壁垒高、成本占比较大的 环节。上游三大零部件控制器、伺服系统和减速器,成本占比分别为 12%、22%、32%,合计 成本占比为 66%。从盈利水平看,上游零部件的毛利率相对较高,其中减速器毛利率为 40%, 伺服系统为 35%,控制器为 25%;中游机器人本体毛利率最低、为 15%;下游系统集成毛利 率为 35%。

  机器人主要使用 RV 减速器和谐波减速器,市场均由日本厂商主导,国产化 进程不断推进

  减速器类似“肌腱”,属于机器人机械结构系统中的传动装置的一部分,是支撑机器人关 节的回转运动的关键部件。机器人的传动装置包括齿轮传动(圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、齿 轮链传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动等)、丝杠传动、行星齿轮传动、RV(Rotary Vector) 减速器传动、用柔性元件传动(谐波齿轮传动、绳传动和同步齿形带传动等)。不同的装置或组 合装置所支撑的运动形式,例如直线运动(伸缩、升降、直线移动)、旋转运动(回转运动、俯 仰运动)有所不同。其中,减速器是机器人关节回转运动都必须使用的关键部件。它是一种精 密的动力传达装置,具有匹配转速和专递转矩的作用,其利用齿轮的速度转换器,使伺服电机 在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的 同时输出更大的力矩。

  谐波减速器主要用于机器人的手腕驱动,RV 减速器主要用于机器人的机身驱动。谐波减 速器是谐波齿轮传动装置的简称,这种减速器的传动精度高、结构简单、使用方便,但其结构 刚性不及 RV 减速器,故多用于机器人的手腕驱动。RV 减速器是旋转矢量减速器的简称,是由 行星齿轮减速和摆线针轮减速组合而成的减速装置,结构刚性好、输出转矩大,但其内部结构 比谐波减速器复杂、制造成本高、传动精度略低于谐波减速器,故多用于机器人的机身驱动。 一般而言,中等负载的六轴工业机器人第一关节至第三关节更可能使用 RV 减速器,即基座、 大臂、肩部等重负载位置搭载 RV 减速器,其余部位更可能使用谐波减速器,负载更高的机器 人更多地使用 RV 减速器,反之则更多地使用谐波减速器。

  我国 RV 减速器市场体量约在 40 亿元左右,谐波减速器市场体量约在 20 亿元左右,在工 业机器人领域,整体来看谐波减速器的应用量更高,但总体价值量上差别不大。根据中商产业 研究院数据,2021 年我国 RV 减速器市场规模为 42.9 亿元,预计 2025 年市场规模达 60 亿元, 2021-2025 年间 CAGR 为 8.75%;2022 年我国谐波减速器市场规模约 21 亿元,预计 2025 年 市场规模有望超过 30 亿元,2022-2025 年 CAGR 为 16.49%。高工机器人产业研究所(GGII) 数据显示,2022 年中国工业机器人 RV 减速器与谐波减速器使用量分别为 45.94 万台与 63.96 万台,假设减速器价格变化较小且忽略不同型号减速器价格的差异,按照 RV 减速器每台 2350 元的价格(表 8 案例中的 RV 减速器平均价格,2019 年数据)、谐波减速器每台 1631.95 元/ 台(表 8 案例中的谐波减速器价格,2019 年数据),可简单估算出 2022 年工业机器人领域 RV 减速器、谐波减速器市场规模分别为 10.80 亿元、10.44 亿元,两者大致相当。

  无论是在 RV 减速器还是谐波减速器领域,日本厂商市场占有率均为第一,市场集中度很高。 日本纳博特斯克公司(Nabtesco Corporation)既是 RV 减速器的发明者,又是目前全球最大、 技术最领先的 RV 减速器生产企业,世界著名的工业机器人几乎都使用其生产的 RV 减速器。 RV 减速器的国产厂商主要有双环传动、珠海飞马、中大力德、南通振康、秦川机床等。日本 哈默纳科(Harmonic Drive System)公司是全球最早研发生产谐波减速器的企业,同时也是目 前全球最大、最著名的谐波减速器生产企业。谐波减速器的国产厂商主要有绿的谐波、来福谐 波、同川科技(汉宇集团)、大族传动等。由于减速器在设计、材料、设备、工艺、装配人员等 方面存在技术壁垒,因此国产的减速器在产品规格、性能、使用寿命等方面与日本这两家顶级 公司的产品存在一定差距,同时叠加品牌壁垒、销售渠道壁垒等原因,通常只能用于要求不高 的机器人领域。

  整体来看减速器行业国产化率不断提升,其中谐波减速器国产化率略高于 RV 减速器。根 据 GGII 数据显示,减速器行业国产化程度不断提升,2022 年国产化率近 42%。从不同类型上 看,国产谐波减速器替代趋势相对明显,国产 RV 减速器接受度正在提高。根据上文 2022 年 两个减速器市场份额估算,RV 减速器国产化率约 32%,谐波减速器国产化率为 44%。之所以 有区别,简单来说,是由于谐波减速器相对于 RV 减速器更容易做到及格水平,RV 减速器零部 件多、结构更为复杂,对设计、加工工艺、装配的要求更为苛刻,中间的一点小误差累积到最 终产品上会被放大,而关键的材料、工艺、技术和经验主要被国外厂商掌握,产线设备投资相 比谐波更高,国内厂商量产难度较高。目前,国内谐波减速器已接近国外龙头,在加工技术方 面难点已基本攻克,满足常规使用,但在批量生产品控、极端使用下的产品、柔轮材料、制造 设备等方面仍存在攻克难点;RV 减速器现阶段相比日本产品的精度、耐磨性仍有差距。

  整个伺服系统发挥了“心脏”与“肌肉”等功能,是机器人驱动系统的重要组成部分,是经由闭环控制的方式达到对一个机械系统的位置、速度和加速度的控制。伺服系统又被称为随动系统,其主要任务是按照上级控制命令的要求,对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制灵活方便,一般结构为三个闭环控制,即电流环、速度环和位置环。因此对于机器人来说,其需要灵活改变位姿,绝大多数运动轴都需要有任意位置定位功能,因此需要使用伺服驱动系统。按使用道用性程度,伺服系统分为通用和专用两类。通用与专用伺服系统下游略有差异。其中通用伺服系统可以在不同行业广泛应用,其下游应用广泛。专用伺服系统一般是根据不同行业需求定制化开发,提供专业化产品,主要为交流电伺服以外的其他品类伺服,下游应用领域包括风力发电、矿山机械、缆车索道、电梯等。按照功率大小,目前可以分为小型伺服、中型伺服和大型伺服系统。按驱动方式分,有电气、液压和气压等伺服驱动形式,伺服系统的发展经历了由液压、气动到电气驱动的过程。

  伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码要组成,伺服驱动器、伺服电机成本占比较高。伺服系统的主要性能指标包括编码器分辨率、电机过载能力、电机最高转速、频率响应速度,这些指标反映了伺服产品的定位精准度、性能、稳定性。其中,定位精准度跟编码器的选择有关,性能跟驱动硬件的运算能力和程序源价值有关,稳定性跟电机材质及零部件有关。

  伺服驱动器作用类似于变频器之于交流马达,一般是通过速度环、位置环、电流环分别对 伺服电机的转速、位置、转矩进行相应控制,实现高精度的传动系统定位,通常被安装在控制 柜内。驱动器的形式取决于驱动电机的类型,例如机器人电机多使用直流伺服电机以及交流伺 服电机,因此常用的机器人驱动器就是直流伺服电动机驱动器以及同步式交流伺服电动机驱动 器。直流伺服电动机驱动器调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高、过载能力强;同步式 交流伺服电动机驱动器则有着转矩转动惯量比高等优势。在过去,一个电动机就需要一个驱动 器,但随着驱动技术的发展,驱动器由单轴控制向多轴控制发展,一个驱动器可同时控制多个 电动机。伺服驱动器核心构成主要包括主控制器和电力电子板、信号处理和通信板,即控制模 块+通信模块。就驱动器而言,主要看芯片性能。

  伺服电机是伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服 电机作为执行元件,作用是将伺服控制器的脉冲信号转化为电机转动的角位移和角速度,其主 要由定子和转子构成。机器人的关节驱动离不开伺服电机,关节越多,其柔性和精度的要求就 越高,所需的伺服电机数量就越多。机器人对伺服电机的要求较高,必须满足快速响应、高启 动转矩、大动转矩惯量比、宽调速范围,同时又要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加 减速运动等要求。机器人以使用无刷直流电机(BLDC)为主流。如今一般伺服电机都追求高 精度、高可靠性、高热容量、高刚度、轻量化和高响应性等性能,例如空心杯电机、伺服电缸、 无槽无刷电机等或将成为未来机器人领域伺服电机的发展趋势。就电机而言,主要看转速、功 率、扭矩、震动、噪音、加/减速度、尺寸、寿命、响应时间等。

  工业机器人领域伺服系统产品逐渐向模块化、高性能化、智能化和网络化方向发展。模块 化(集成化)即用一体化集成的思路实现结构的简化以及效率的提高,包括“多轴合一”“控制 +驱动”“驱动+传动关节”等一体化形式,例如当前较多企业(如汇川技术、绿的谐波)已推 出机电一体化、驱控一体化模组,可以降低厂商部件采购种类,减少安装环节、提高集成效率、 减少成本,以及实现缩小体积、减轻重量和提高性能等。高性能化体现在伺服系统的可靠性、 高动态响应能力、快速精准定位,具体方向包括芯片运算能力的提升、电机控制算法的优化、 编码器技术的升级。智能化则指伺服产品在控制、编程功能上的集成性,让其能够独立完成 位置、速度控制,自动增益调整等功能。网络化则主要指构建总线型伺服,现场总线是 一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多 结点的数字通信技术。随着国内对大规模分布式控制装置的需求增加,伺服系统网络化 成为未来发展的必然趋势。

  中游:大小六轴、SCARA 等机型以及汽车、电子等行业机器人国 产化率提升空间较大

  国内工业机器人市场集中度较高,2022 年 CR5 超过 50%,但 2023 年上半年集中度略有 下滑,竞争格局有重塑趋势。我国工业机器人市场仍以外资品牌为主,市场集中度较高,2022 年前五企业市场份额占比为 51%。机器人四大家族 FANUC、ABB、安川和 KUKA 合计占比超 四成,国产龙头以埃斯顿、汇川技术等为代表,2022 年市场份额占比分别为 3%、2%,分别 在六轴机器人、SCARA 机器人领域具备一定规模和技术实力。但在 2023 年上半年,竞争格局 有变化趋势,根据 MIR 统计,由于 2023 年上半年下游需求端的萎靡,近半数工业机器人企业 销量呈同比下滑态势,CR5 占比低于 50%,国产机器人埃斯顿进入 TOP5 的第二位,汇川则 超越安川登上第六位,埃斯顿则挤入前十,本体市场销量正在向头部品牌靠拢,市场格局迎来 重塑,行业加速洗牌。

  我国服务机器人行业的市场集中度极高,国产化率也较高。我国服务机器人虽然起步较晚, 但在技术和产业化水平方面与国外公司差距较小,部分产品(家用清洁机器人,送餐机器人等) 市场化应用已经领先于全球,具备先发优势。扫地机器人、陪伴机器人、清洁机器人、仓储物 流机器人、导览机器人、送餐机器人、酒店机器人、医疗机器人等已在多领域落地应用。在服 务机器人领域,市场集中度很高,从家用服务机器人——扫地机器人,商用服务机器人——餐 饮机器人、商用清洁机器人为代表产品来看,2021 年扫地机器人、餐饮机器人 CR1 均超过 45%, 市场 CR4 均超过 80%,商业清洁机器人 CR1 甚至高达 70%。此外从市场份额结构来看,以上 三个细分市场基本被国产厂商所占据。

  本体厂商倾向于自研控制器,其次是自研伺服,减速器一般外采。之所以外采减速器,由 上文分析可知,不论是 RV 还是谐波减速器,行业壁垒均较高,初期投入大,本体厂商一般不 会选择自研。而大部分厂商自研控制器主要是因为:首先,在工业机器人发展初期,销量较少, 没有供应商愿意为工业机器人行业研发控制器,故本体厂商各自为营,形成了封闭垂直模式— —自己研发控制系统,借助非开放式的通讯协议控制其它核心部件;其次,机器人控制器及其 带来的周边生态圈是各大机器人厂商的核心竞争力,只有底层核心平台是自主研发的,才能不 断的去完善行业所需要的各种工艺包。因此本体厂商倾向于自研控制器,但这也导致各家控制 器的编程语言互不兼容,工艺文件没有办法做到通用,每家机器人本体商只为特定的大客户提 供深度服务甚至自己包揽集成业务。

  未来工业机器人将向轻型化、柔性化方向发展,服务机器人的认知智能水平将进一步提升。 随着智能制造的发展未来工业领域将对机器人的体积、重量、灵活度提出更高要求,工业机器 人将向小型化、轻型化、柔性化方向发展,例如协作机器人、人形机器人等。随着深度学习、 抗干扰感知识别、自然语言理解等人工智能关键技术取得突破性进步,服务机器人的认知智能 水平将大幅提升,服务领域和服务对象将进一步拓展,可进一步关注相关 AI 技术在机器人领域 的应用,以及人形机器人在商业服务场景中的发展。

  下游:国内系统集成行业集中度低、国产化率高,行业商业模式 已向“日+美并行”模式转变

  系统集成商是负责机器人应用二次开发和周边自动化配套设备集成的厂商,帮助机器人本 体应用在特定的生产场景中。尽管机器人一般为标准化产品,但只有机器人本体是不能完成任 何工作的,需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。因此机器人在实际应用中需要针对现 场的集成开发,包括工装夹具、现场使用的焊枪、喷枪等配套硬件或软件,针对机器人本体及 其外围环境设备完整系统的调试开发,以上过程称为机器人的系统集成。工业机器人系统集成 商处于机器人产业链的下游使用端,为终端客户提供使用解决方案,其负责工业机器人应用二 次开发和周边自动化配套设备的集成,是工业机器人自动化应用的重要组成。相较于机器人本 体供应商,机器人系统集成供应商需要具有产品设计能力、理解终端客户应用需求的工艺、相 关项目经验等,并可提供适应各种不同应用领域的标准化、个性化成套装备。

  在世界范围内的机器人产业化过程中,系统集成有 3 种发展模式——日本模式、欧洲模式、 美国模式,国内已向“日+美并行”模式转变。在日本,机器人本体制造厂商以开发新型机器 人和批量生产优质产品为主要目标,并由其子公司或社会上的工程公司负责制造各个行业需要 的机器人成套系统,完成交钥匙工程。在欧洲,机器人本体制造商承担系统集成的工作,即不 仅要生产机器人,还要为用户设计开发机器人系统。美国则是以系统集成商为主,采购与成套 设计相结合,美国国内基本上不生产普通的工业机器人,客户需要机器人时,通常由工程公司 进口,再自行设计、制造配套的外围设备,完成交钥匙工程。过去我国与美国、欧洲模式类似, 少数机器人公司负责“本体制造+系统集成”,大部分机器人公司集中在机器人系统集成领域, 单元产品(机器人本体)采用外购或贴牌,为客户提供交钥匙工程。但随着本土机器人技术的 崛起,我国机器人产业化的模式逐渐从集成方向向行业分工的方向转变,转向“日+美并行” 的模式。

  机器人系统集成行业集中度较低、竞争较为激烈,机器人本体企业也有布局系统集成服务。 机器人系统集成项目具有非复制性、跨行业施工、资金回收周期长等特点,同时机器人系统集 成商实际上是轻资产的订单型工程服务商,核心资产是销售人员、项目工程师和安装调试人员, 因此集成商要实现规模化比较困难、且很难通过并购的方式扩大规模。反映在市场格局上,当 前国内系统集成商规模普遍偏小、集中度低,根据 MIR 2019 年的统计数据,规模不足 1 个亿 的工业机器人系统集成商占比为 96.8%,且分散于汽车、3C 等多个应用领域,大型系统集成 商使用国外品牌的产品较多。由于工业机器人属于相对标准化的通用型产品,终端应用上同类 型产品的替代是个比较漫长的过程,因此为了拓展产品下游用户,不少机器人本体企业也会以 布局部分行业或部分应用的系统集成业务来推动本公司机器人品牌的扩张,已布局系统集成的 本体企业包括四大家族、新时达、埃斯顿、埃夫特、新松机器人等。

  机器人系统集成国产化率较高、达到 80%,但本土集成商主要集中在低端工艺场景。据 MIR 统计,2019 年本土工业机器人系统集成商占据了全国 80%的集成市场。从行业上看,外 资工业机器人系统集成商主要集中于汽车整车行业,电子行业则主要被本土工业机器人系统集 成商占据。从工艺结构上看,本土工业机器人系统集成商垄断低端工艺段、领先中端工艺段, 如搬运、码垛等系统集成领域;外资工业机器人系统集成商主要集中在高端工艺段和中端工艺 段,如焊接、装配、铆接和检测等系统集成领域。但本土工业机器人系统集成商正在不断渗透 高端市场,如汽车整车行业,本土工业机器人系统集成商已经突破了汽车焊装领域,挤占了部 分外资集成商的市场份额。

  通用机械行业存在 3-4 年周期性波动的历史趋势,工业机器人行业或将在今年迎来新一轮 的上涨周期。通用机械属于设备产品,是下游投资扩产时购买的资本品,与下游景气度和需求 相关。根据金属切削机床、叉车、工业机器人等通用机械设备 2008 年以来月度产量同比的历 史数据变化,可以推断出通用机械存在 3-4 年的周期。上一轮周期自 2019 年三季度左右开始, 周期顶在 2021 年一季度,根据历史周期规律推测,工业机器人或将在今年迎来新一轮的上涨 周期。

  我国劳动力供给上人口红利的逐渐消失,将进一步推高劳动力成本,机器替代人力将成为 未来发展趋势。经济快速发展以及人力短缺背景下,我国制造业城镇单位就业人员平均工资逐 年走高,2011-2021 年间复合增长率达 9.7%,2021 年年平均工资已达 9.2 万元。假设未来制 造业人员年均工资按十年 CAGR 为 8%计算,同时按照特斯拉对 Optimus 价格的规划(2 万美 元,按照美元对人民币汇率为 7,折合人民币 14 万元),预计在 2025 年,制造业就业人员平 均工资将超过一台 Optimus 的价格。在机器人成本降低以及智能化、通用化程度不断提升的背 景下,机器人替代人力将是长期趋势。

  1. 机器人是一种自动化设备或工具,当前处于第三代智能机器人的L3发展阶段

  3. 我国拥有较为完整的机器人产业链,上游核心零部件是产业链中技术壁垒高、成本占比较大的环节

  1.机器人是一种自动化设备或工具,当前处于第三代智能机器人的 L3 发展阶段

  机器人是一种自动化设客或工具,主要特征有二-具备类人或类生物的智能或功能,且自主最事自主地执行任务。目前尽管关于机器人的研究非常广泛和深入,但对于机器人还没有一个统一的定义。从多家机构或标准对机器人的定义总结来看,机器人是一种能够半自主或全自主工作的自动化设备,即这种设备能够通过编程和自动控制来执行任务,具备与人或生物类似的智能能力。

  机器人具备人的特长和机器的特长。机器人可以捕助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作,提高工作效率质量,服务人美生活,扩大延伸人的活动及能力范围。但与此同时,机器人并不是在简单意义上替代人工的劳动,而是综令了人的特长和机器特长,既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力,又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。

  机器人主要由传感、控制、机械三大部分组成,又可细分为感知系统、控制系统、驱动系 统、机械/执行机构、交互系统。当前机器人的经典架构设计遵循感知-控制-执行的反馈控制框 架,主要由传感、控制、机械三大部分组成,因此其具有感知、执行等基本能力。与人或生物 的组成部分进行类比,可将机器人结构细分为感知系统(感官系统中的感受)、控制系统(大 脑系统)、驱动系统(心脏、肌肉)、机械/执行机构(身躯、四肢)、交互系统(感官系统中的 交流)。

  全球机器人行业的发展经历了四个阶段,目前处于智能应用期。全球机器人行业的发展经 历了萌芽阶段(20 世纪 40-50 年代)、初级阶段(20 世纪 60-70 年代)、迅速发展阶段(20 世 纪 80-90 年代)、智慧化阶段(21 世纪初-至今)等四个阶段。当前阶段,随着感知、计算、控 制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域 的深入应用,机器人领域的服务化、智能化、通用化趋势日益明显。其中美国、日本、德国等 都是机器人的研发和制造大国,无论是在基础研究还是产品研发、制造方面,都居世界领先水 平。在日本,机器人的关键性部件—减速器是遥遥领先的,并且已经形成了技术壁垒;德国则 在原材料、本体零部件具有很大的优势;美国当前在人形机器人方面、机器人 AI 技术方面引领 潮流。

  国内工业机器人行业发展起步晚于国外,目前处于产业形成阶段,下一步将向产业深化迈 进。国内主要经历了三个发展时期——技术准备阶段(1970-1990 年)、产业孕育阶段 (1990-2009 年)、产业形成阶段(2009 年-至今)。在 2000 年之前,国内主要以技术研究、 市场探索为主。进入 21 世纪后,国内工业机器人技术及产业才得到迅猛发展。2000 年-2010 年,在汽车等主要使用在领域较为低迷的情况下,国内工业机器人年均销量仅为数千台,这一阶 段主要是外资在加速布局国内市场,而国内供应商主要做集成和代理。2010-2017 年,随着下 游汽车、3C 等行业需求的高速增长,工业机器人销量超过万台,一些内资集成企业发展到了 一定程度,并开始向中上游拓展。同时国家对机器人支持补贴政策的密集出台,以及长尾市场 的逐渐打开,中国工业机器人产销量呈爆发式增长。2018-2019 年受贸易摩擦影响以及补贴减 少,国内汽车、3C 电子等主要的机器人应用下游受到影响,机器人需求放缓。近年来,伴随 新能源等行业快速扩产,机器人行业抓住历史机遇切入相应细分行业,在相关行业应用上占据 先发优势。总的来说,与美、日、德等机器人强国相比,中国仍更多处于机器人产业链的中下 游,主要是本体制造、系统集成、二次开发、定制性部件和售后服务等环节。

  机器人技术进代已走过两代,当前处于第三代智能机器人的发展过程中。第一代的机器人指能通过离线编程或示救操作生成程序,并再现动作的机器人。所使用的技术和数控机床相似。第二代机器人装备有少量传感器,能获取环境、对象的简单信息和进行简单的推理,可适当调整动作和行为,故称为感知机器人或低级智能机器人。第三代机器人具有高度的自适应能力.它有多种感知机能,可通过复杂的推理,做出判断和决策,自主决定机器人的行为,具有相当程度的智能,故称为智能机器人.

  若按照智能等领来看,目前的智能机器人还处于“骑智能”状态,正不断在 L3 阶段深化发展、同时向L4阶费迈进。根措《智能机器人(第二版)》(陈黄祥) 一书中的分类,将机器人智能等级分为 LO-L4 第5个等级阶段,同时标明了相应阶段中机器人在知识获取、知识反馈.知识应用、知识创新中的自主性,是完全依靠机器人自身还是完全或部分依赖人为操控。目前的智能机器人还处于“弱智能”状态、整体发展至 L3 阶段,随着以物联网、云计算、深度学习等为代表的新一代信息技术的快速发展。机器人将不断在 L3 阶段深化发展、并向L4 阶段迈进。

  根据制造目的的不同,机器人可分为工业机器人、服务机器人和神种机器人。中国于 2021年正武实施的新国标 GB/T 39405-2020 从五个维度对机器人进行分美,包括应用领域、运动方武、使用空间、机城结构以及编程和控制方式。根播应用领域,机器人可分为五大类,包括工业机器人,个人/家用服务机器人、公共服务机器人《商业服务机器人)、特种机器人和其他应用领域机器人,其中个人/家用服务机器人、公共服务机器人 (商业服务机器人) 可归属于服务机器人大类。本文主要讨论工业机器人、联务机器人。

  全球机器人市场主要以工业机器人、服务机器人为主,我国机器人市场以工业机器人为主。 根据中国电子学会及 IFR 数据,2021 年全球工业机器人、服务机器人、特种机器人市场规模 分别为 175 亿美元、172 亿美元、82 亿美元,占比分别为 41%、40%、19%。预计工业机器 人 2022-2024 年间市场规模 CAGR 为 9%,服务机器人、特种机器人 2022-2024 年市场规模 CAGR 分别为 16%、18%。根据中国电子学会 2021 年数据,中国工业机器人、服务机器人、 特种机器人市场规模分别为 75 亿美元、49 亿美元、18 亿美元,占比分别为 53%、35%、13%。 2017-2021 年间服务机器人、特种机器人的规模增速高于工业机器人。与全球不一样机器人 市场规模发展趋势类似,根据中国电子业协会和 IFR 的预测,2022-2024 年间工业机器人市场 规模将仍维持 CAGR 为 15%的速度增长,但服务机器人、特种机器人市场规模增速将高于工 业机器人,两者该期间 CAGR 将分别达到 25%、24%,服务机器人市场规模与工业机器人的 差距将缩小。我国三种类型机器人市场规模在 2017-2022 年间的 CAGR 均高于全球。

  无论是从产量还是销量上看,中国工业机器人近两年增速有所放缓。根据 Wind 以及萝卜 投研数据,2017-2022 年工业机器人产、销量 CAGR 分别为 28%、14%。2020-2021 年,由 于疫情因素、机器替代人的需求增加,以及国产替代叠加新能源等行业大规模扩产等因素,工 业机器人产销量均有大幅度提升;近两年产销增速放缓,今年上半年表现疲软,主要受到下游 应用市场需求走低以及渠道商降库存的影响。

  海量/完整电子版/报告下载方式:公众号《人工智能学派》返回搜狐,查看更加多