工業(yè)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(chǎn)業(yè)的主要瓶頸，占到機器人成本的70%。
圖表1：工業(yè)機器人三大核心零部件成本占比
控制器
控制器國內(nèi)外差距最小。控制器是機器人的大腦，發(fā)布和傳遞動作指令。包括硬件和軟件兩部分：硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號處理部分等電路，國產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握；軟件部分主要是控制算法、二次開發(fā)等，國產(chǎn)品牌在穩(wěn)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(jīng)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(fā)控制器，以保證穩(wěn)定性和維護技術(shù)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(huán)境下國內(nèi)專業(yè)研發(fā)控制器的企業(yè)會比較艱難。
圖表2：國內(nèi)機器人控制器市場份額
控制器的機會在于標準化和開放性。現(xiàn)有的機器人控制器封閉構(gòu)造，帶來開放性差、軟件獨立性差、容錯性差、擴展性差、缺乏網(wǎng)絡(luò)功能等缺點，已不能適應智能化和柔性化要求。開發(fā)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(fā)展方向。我國863計劃也已經(jīng)立項。機器人接口統(tǒng)一是大趨勢，未來可能會出現(xiàn)提供控制器模塊的平臺型企業(yè)。
市場規(guī)模方面，按十三五規(guī)劃到2020年我國機器人保有量80萬臺，假設(shè)國產(chǎn)機器人占50%的份額，控制器價格1.5萬元，算上更換及維護，國產(chǎn)控制器的市場規(guī)模在60-70億元。
伺服電機
伺服電機競爭激烈，外資掌握話語權(quán)。伺服電機在機器人中用作執(zhí)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(yè)應用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機與控制器關(guān)聯(lián)緊密。
伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對優(yōu)勢。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM（設(shè)備制造業(yè)）市場。2014年，伺服系統(tǒng)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(jù)高端，整體市場份額在30%左右。國內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%。
圖表3：2014年中國伺服系統(tǒng)前15名市場份額及銷售額
我國伺服系統(tǒng)自主配套能力已現(xiàn)雛形。較大規(guī)模的伺服品牌有20余家，主要有南京埃斯頓、廣州數(shù)控、匯川技術(shù)等。國產(chǎn)產(chǎn)品功率范圍多在22KW以內(nèi)，技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。
從市場規(guī)模來看，2014年伺服電機在所有應用行業(yè)規(guī)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(tǒng)應用中排名第六的行業(yè)，以4.2億的業(yè)績，占市場份額6.2%。
圖表4：2010-2014年中國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模
圖表5：2014年中國伺服系統(tǒng)下游行業(yè)規(guī)模TOP10
成長空間上，伺服電機整體上受宏觀經(jīng)濟影響明顯，未來5年將進入穩(wěn)定發(fā)展。4軸和6軸的多關(guān)節(jié)機器人占比上升，將帶來機器人用伺服的高速增長。預計十三五規(guī)劃期內(nèi)，機器人伺服系統(tǒng)占比將升至第一位，市場規(guī)模16億元。
圖表6：2015-2019年中國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模預測
圖表7：2019年伺服系統(tǒng)TOP10下游行業(yè)規(guī)模預測
控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價格、服務，從服務和性價比入手是國內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對運動控制領(lǐng)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(shù)、資金、人才要求都較高，國內(nèi)上市公司如新松、新時達、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類似的條件。
圖表8：國內(nèi)主要控制器、伺服電機研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)
減速機
機器人減速機市場高度壟斷，普及期國產(chǎn)減速機無法實現(xiàn)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(yōu)勢。
圖表9：減速機市場份額
諧波減速機結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jīng)在國產(chǎn)機器人上面有廣泛應用。
浙江嵊州有一家諧波減速機廠商——來福諧波，據(jù)悉通過20年軸承研發(fā)經(jīng)驗，并與南京信息工程大學相配合，成功研發(fā)出五大系列的高精度諧波減速器，有100多個型號的成熟產(chǎn)品可投放市場。來福諧波減速器在短短3年時間內(nèi)成功塑造國產(chǎn)品牌減速機形象，并且占據(jù)一定市場份額，部分產(chǎn)品因其良好性能與優(yōu)化性價比深受客戶好評。
RV減速機核心難點在于基礎(chǔ)工業(yè)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(yè)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(jīng)驗積累。
納博特斯克30年的經(jīng)驗，新產(chǎn)品開發(fā)出來還需要經(jīng)歷長達1年的測試調(diào)整才能上市。RV減速機的關(guān)鍵在于專業(yè)化社會分工。納博特斯克做最核心的曲軸、擺線輪，其他全部外包，熱處理加工、軸承等都選擇其國內(nèi)最好的企業(yè)合作，合作關(guān)系歷經(jīng)30年。這個嚴密的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)才是納博特斯克的核心競爭力，在把產(chǎn)品做到極致的同時，成本也容易控制。在RV減速機產(chǎn)品上不容易實現(xiàn)“彎道超車”。自1985年發(fā)明至今，納博減速機已經(jīng)在全球銷售超過500萬臺，對應機器人超過100萬臺。納博專利5年前已經(jīng)到期，但國際上做減速機的企業(yè)數(shù)量非常有限，主要機器人品牌都選擇跟納博合作。而國內(nèi)進軍減速機的企業(yè)已有10余家。
從市場規(guī)模來看，按2020年機器人保有量80萬臺，即增量約60萬臺計，一臺多關(guān)節(jié)工業(yè)機器人按軸數(shù)不同需要4-6個減速機，取中位數(shù)5個，則需要300萬個減速機。樂觀估計國內(nèi)企業(yè)拿到50%的市場份額，單臺減速機4000元計算，則規(guī)模在60億元，算上更換需求也不會超過70億元。
減速機價格呈下行趨勢。納博特斯克2013年跟上海機電合資以來，隨著國際機器人在中國產(chǎn)能加大和國產(chǎn)機器人的發(fā)展，其RV減速機價格逐漸下降。2016年常州工廠投產(chǎn)，還會有進一步下降空間。上海機電2015年年報披露，納博減速機收入1.34億元，同比增長52.3%；凈利潤3365萬元，同比增長55.5%。
圖表10：中國市場機器人減速機生產(chǎn)商
綜上，我國工業(yè)機器人的三大核心零部件要想從本質(zhì)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。
