2019年中国并联机器人行业概览.pdf

1 报告编号19RI0474 头豹研究院 | 工业机器人系列概览 400-072-5588 2019 年 中国并联机器人行业概览 报告摘要 工业研究团队 并联机器人是工业机器人的细分品类，指手臂含有 组成闭环结构杆件的机器人。并联机器人主要由动 平台、静平台和至少两个独立的运动支链构成，有 两个或两个以上自由度，具备运动速度快、刚度大、 精度高等优点， 在应用上与串联机器人可形成互补， 主要用于集成机械设备及生产线中的高速分拣和包 装环节。 2018 年， 中国并联机器人的出货量为 3,500 台左右。未来随着下游应用行业自动化改造需求逐 步释放，并联机器人有望实现大规模应用落地。 热点一：全球制造业格局正发生深刻变化 热点二：劳动力成本上升，机器人发展空间广阔 热点三：政策红利推动并联机器人应用规模提高 西方发达国家为转变经济发展方式，纷纷制定“再工业 化”战略，旨在重振制造业，一些发展中国家也在积极参 与国际产业分工， 承接产业及资本转移， 扩大发展空间。 为应对巨大的发展挑战，中国国务院发布中国制造 2025战略规划，指出要不断激发制造业发展活力和创 造力，建设制造强国。其中，并联机器人是轻工制造业 实现战略性升级的主要手段。 在劳动力人口逐渐减少和老龄化趋势下，劳动力成本持 续上涨。随着人口红利减退，20-24 岁年轻劳动力规模 急剧下滑，中国劳动力优势正在不断弱化。年轻劳动力 整体受教育程度提高，对工作环境、待遇等要求提高， 普遍不愿意从事简单流水线工作，制造型企业面临严峻 的招工难问题，机器人发展空间广阔。 自 2012 年以来， 国家部委制定了一系列政策促进机器人 产业发展。2014 年起，各级地方政府纷纷出台了针对机 器人研发和应用的补贴政策。政府补贴政策的出台可刺 激下游应用行业释放机器人采购需求。尤其是日化、食 品等利润率水平偏低的行业，其机器人需求不强，应用 补贴能够直接刺激企业增加使用机器人。 中国并联机器人销量，2014-2023年预测 625 973 1,508 2,350 3,500 4,970 7,057 10,022 14,231 20,207 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 2014 2015 2016 2017 2018预测 2019预测 2020预测 2021预测 2022预测 2023预测 台 中国并联机器人销量 年复合增长率 2014-2018年 53.8% 2018-2023年预测 42.0% 来源：头豹研究院编辑整理 文晗 邮箱： csleadleo分析师 行业走势图 相关热点报告 工业机器人系列概览 2019 年中国建筑机器人行业 概览 工业机器人系列概览 2019 年中国仓储物流机器人 行业概览 工业机器人系列概览 2019 年中国自动送货机器人 行业概览 2 报告编号19RI0474 目录 1 方法论 . 5 1.1 研究方法 . 5 1.2 名词解释 . 6 2 中国并联机器人行业市场综述 . 8 2.1 中国并联机器人行业定义及分类 . 8 2.2 全球及中国并联机器人行业发展历程 . 9 2.3 中国并联机器人行业市场现状 . 10 2.4 中国并联机器人行业产业链 . 11 2.4.1 上游分析 . 11 2.4.2 中游分析 . 12 2.4.3 下游分析 . 13 2.5 中国并联机器人行业市场规模 . 14 3 中国并联机器人行业驱动与制约因素 . 14 3.1 驱动因素 . 1 4 3.1.1 全球制造业格局正发生深刻变化，智能化转型被提升至战略地位 . 14 3.1.2 劳动力成本上升，机器人发展空间广阔 . 15 3.1.3 政策红利推动并联机器人应用规模提高 . 16 3.2 制约因素 . 1 7 3.2.1 缺乏专业技术人才 . 17 3.2.2 应用成本高，不具备大规模应用条件 . 18 4 中国并联机器人行业政策及监管分析 . 18 3 报告编号19RI0474 5 中国并联机器人行业市场趋势 . 20 5.1 国产并联机器人形成服务优势，逐步替代国外品牌 . 20 5.2 下游自动化改造需求持续释放 . 21 5.3 随着工业 4.0 时代开启，机器人将大有作为 . 21 6 中国并联机器人行业竞争格局分析 . 22 6.1 中国并联机器人行业竞争格局概述 . 22 6.2 中国并联机器人行业典型企业分析 . 23 6.2.1 阿童木机器人 . 23 6.2.2 翼菲自动化 . 25 6.2.3 广州数控 . 26 4 报告编号19RI0474 图表目录 图 2-1 并联机器人运动结构 . 8 图 2-2 并联机器人类别（根据自由度划分） . 9 图 2-3 全球及中国并联机器人行业发展历程 . 10 图 2-5 中国并联机器人销量，2014-2023 年预测 . 14 图 3-1 中国制造业城镇单位就业人员平均工资，2013-2017 年 . 16 图 3-2 机器人产业补贴政策 . 17 图 4-1 中国并联机器人行业政策 . 20 图 5-1 中国电子信息制造业市场规模，2013-2017 年 . 21 图 6-1 中国并联机器人行业代表企业 . 23 5 报告编号19RI0474 1 方法论 1.1 研究方法 头豹研究院布局中国市场， 深入研究 10 大行业， 54 个垂直行业的市场变化， 已经积累 了近 50 万行业研究样本，完成近 10,000 多个独立的研究咨询项目。 研究院依托中国活跃的经济环境，从机器人、伺服电机、计算机视觉等领域着手， 研究内容覆盖整个行业的发展周期，伴随着行业中企业的创立，发展，扩张，到企 业走向上市及上市后的成熟期， 研究院的各行业研究员探索和评估行业中多变的产 业模式，企业的商业模式和运营模式，以专业的视野解读行业的沿革。 研究院融合传统与新型的研究方法， 采用自主研发的算法， 结合行业交叉的大数据， 以多元化的调研方法， 挖掘定量数据背后的逻辑， 分析定性内容背后的观点， 客观 和真实地阐述行业的现状， 前瞻性地预测行业未来的发展趋势， 在研究院的每一份 研究报告中，完整地呈现行业的过去，现在和未来。 研究院秉承匠心研究， 砥砺前行的宗旨， 从战略的角度分析行业， 从执行的层面阅 读行业，为每一个行业的报告阅读者提供值得品鉴的研究报告。 头豹研究院本次研究于 2019 年 7 月完成。 6 报告编号19RI0474 1.2 名词解释 杆件：用于连接相邻关节的刚体。 轴：用于定义机器人以直线或回转方式运动的方向线。 自由度：用以确定物体在空间中独立运动的变量（最大数为 6） 。 移动平台：可使移动机器人实现运动的全部部件的组装件。 负载： 在规定的速度和加速度条件下， 沿着运动的各个方向， 机械接口或移动平台处可 承受的力。 末端执行器：为使机器人完成其任务而专门设计并安装在机械接口处的装置。 移动副：一种低副，在平面内是一种相对移动。如果在 XY 平面内，那么它在 X 或 Y 方 向的移动即为自由度。 转动副： 也称为回转副， 运动副的一种， 通常以字母 R 来表示。 转动副允许两个构件绕 公共轴线作相对转动。 球副：组成运动副的两构件能绕着球心作三个独立相对转动的运动副。 滚珠丝杆： 是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件， 其主要功能是将旋转运动转 换成线性运动， 或将扭矩转换成轴向反复作用力， 同时兼具高精度、 可逆性和高效率的 特点。 滑鞍：目前多数加工中心横梁上面的结构部分，大多采用滚珠丝杆结构。 刚度：材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。 正逆解： 正解指通过给定机器人各关节的角度， 计算出机器人末端的空间位置。 逆解指 已知机器人末端的位置和姿态，计算机器人各关节的角度值。 码垛：把物品堆放整齐。 减速器： 在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置， 利用齿轮的速度转7 报告编号19RI0474 换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大的转矩，主要分为 RV 减速器 和谐波减速器。 伺服系统：是机器人主要的动力来源，由伺服电机、伺服驱动器、编码器三部分组成， 伺服系统按照指令做出位置、速度及转矩的跟随控制，是机器人核心部件之一。 3C 电子： 计算机 （Computer） 、 通讯 （Communication） 和消费电子产品 （Consumer Electronic）三类电子产品的简称。 工业 4.0：最早由德国提出，指利用信息化技术促进产业变革的时代，即智能化时代。 弧分：量度角度单位。 SCARA 机器人：具有两个平行的回转关节，以便在所选择的平面内提供柔顺性的机器 人。 8 报告编号19RI0474 2 中国并联机器人行业市场综述 2.1 中国并联机器人行业定义及分类 根据机器人与机器人装备词汇GB/T 12643-2013 国家标准，并联机器人是工业机 器人的细分品类， 指手臂含有组成闭环结构杆件的机器人。 并联机器人由动平台、 静平台和 至少两个独立的运动支链构成，具有两个或两个以上自由度。每条运动支链分别由移动副、 转动副、滚珠丝杆、连杆、滑鞍、支链体和伺服电机等部件组成。各支链分别通过所属连杆 一端布置的移动副与动平台相连，并由在支链体上滑动的球副和转动副与静平台相连。 与传统串联机器人的开发式结构不同， 并联机器人其中一个轴的运动不会改变另一个轴 的坐标原点， 驱动单元与末端执行器之间用连杆等构件形成多闭环， 驱动单元全部布置在一 端，能量从驱动单元输入，经过支链传递到末端执行器，最终通过末端执行器如刀具、抓手 等做功（见图 2-1） 。并联机器人具有运动速度快、刚度大、精度高等优点，在应用上与串 联机器人可形成互补，常用于集成机械设备及生产线中的高速分拣及包装环节。 图 2-1 并联机器人运动结构 来源：头豹研究院编辑整理 并联机器人种类多样，形式复杂，根据自由度差异，可分为 2-6 自由度并联机器人（见 图 2-2） 。 9 报告编号19RI0474 图 2-2 并联机器人类别（根据自由度划分） 来源：头豹研究院编辑整理 2.2 全球及中国并联机器人行业发展历程 1959 年，美国工程师恩格尔伯格研究出世界上第一台工业机器人。随后工业机器人开 始在美国、日本推广应用，工业机器人技术逐渐成熟（见图 2-3） 。1972 年，中国开始研制 工业机器人。在工业机器人发展初期，串联机器人由于结构简单、运动空间大、工作方式灵 活等特点，一直占据市场主流。1985 年，瑞士洛桑联邦大学 Clavel 博士研究出一款三自由 度空间平移并联机器人（即 Delta 并联机器人） 。Delta 并联机器人具有承载能力强、运动 耦合弱、力控制容易等优点，受到了广泛应用。1999 年，瑞士 ABB 机器人公司（以下简称 “ABB 公司” ）设计出一款用于高速输送机上工件分拣的 Delta 机器人 FlexPicker，该机器 人带有抓取工件的真空吸盘以及一套自主研发的视觉系统。2010 年，日本发那科公司开发 出基于机器视觉的工业机器人， 该款机器人最高负载达 12kg， 广泛用于食品与制药生产线。 2012 年，随着 ABB 公司 Delta 并联机器人专利解禁，大批机器人企业开始研制并联 机器人。2013 至 2014 年，中国并联机器人行业开始进行第一轮淘汰，规模较大的并联机 器人企业开始成型， 小规模企业由于缺乏核心技术被清出市场。 工业机器人的发展需要理论 支持，自 2014 年开始，中国清华大学、北京航空航天大学、东北大学、天津大学、哈尔滨 工业大学、 大连理工大学、 中国科学院沈阳自动化所等高等院校机构陆续开展了机器人技术 方面的研究，研究内容包括位置正逆解求解、工作空间分析、运动控制器设计等。随着核心10 报告编号19RI0474 零部件的技术难点被逐一攻克， 进口零部件逐渐被国产件替代， 并联机器人的国产化进程正 不断加速。 图 2-3 全球及中国并联机器人行业发展历程 来源：头豹研究院编辑整理 2.3 中国并联机器人行业市场现状 中国并联机器人市场主流的并联机器人为具备 3 个空间自由度和 1 个转动自由度的 Delta 机器人，业内通常称其为“3+1 轴并联机器人” 。由于具有重量轻、精度高，灵活性 强等特点， 搭配视觉定位系统后可快速完成工件的拾取、 码垛等操作， “3+1 轴并联机器人” 在食品、3C 电子、制药行业受到高度关注。从产品结构上来看，Delta 系列并联机器人占 据并联机器人市场 60%-70%的比重， 2 自由度并联机器人占据 20%的比重， 其余并联机器 人类型还未实现规模化应用落地。 相较其它的工业机器人类型， 并联机器人体量较小， 但发 展势头迅猛，2018 年行业销量平均增速达 50%左右。近年来，国产并联机器人企业不断追 赶国际领先并联机器人企业， 基础技术实力得到充分提升， 并联机器人龙头企业 2018 年销 量增速甚至达到 200%-300%，国产并联机器人所占市场比重超过 40%，国外并联机器人 品牌市场比重正不断减少。但并联机器人现正面临造价偏高导致应用规模无法扩大的问题， 未来并联机器人企业还需进一步寻求降低生产成本途径，以吸引下游应用企业释放需求。 11 报告编号19RI0474 2.4 中国并联机器人行业产业链 中国并联机器人行业产业链可分为上、中、下游三部分（见图 2-4） 。产业链上游环节 参与者主要为机器人零部件制造商； 产业链中游主体为机器人本体制造商； 产业链下游由系 统集成及应用领域构成。 图 2-4 中国并联机器人行业产业链 来源：头豹研究院编辑整理 2.4.1 上游分析 并联机器人产业链上游为机器人零部件制造， 参与者为中国与国外零部件制造商。 并联 机器人生产所需要的零部件包括伺服电机、控制器、减速器、变频器、编码器、工业相机及 其他设备。 其中核心零部件为伺服电机、 控制器和减速器， 其性能直接决定了并联机器人的 综合性能，具有技术含量高、利润高等特点。 伺服电机：伺服电机是并联机器人的“心脏” ，起到控制机械元件运转速度和精度的作 用。依托长期技术积累，日本、欧美品牌在中国伺服电机市场占据着主导地位，包括松下、 三菱电机、安川等代表品牌。中国发展势头较好的伺服电机品牌包括埃斯顿、汇川技术、华12 报告编号19RI0474 中数控等， 受产业升级影响， 国产伺服电机品牌近年来长期保持着稳定增长态头， 技术实力 得到逐步提升。 控制器： 并联机器人主要由控制器来控制传送带的工件。 基于视觉系统的并联机器人还 带有工业相机， 工业相机是用于捕获在传送带上移动的复杂工件， 通过图像处理技术获取工 件的形状和位置信息后将此类信息传递给控制器。 控制器的软件算法主要由中游机器人企业 自主开发。 减速器：减速器可分为谐波、RV 减速器（即摆线针轮减速器）两种类型，起到提高并 联机器人负载能力及运动速度等性能指标的作用。谐波减速器可用于负载小的并联机器人， 特点是体积小、重量轻、运动精度高、单级传动比大。RV 减速器可用于负载大的并联机器 人，相比谐波减速器，其疲劳强度、刚度更高，寿命更长，没有累计误差。据头豹研究院统 计， 全球精密减速器市场 70%的市场份额由日本 Harmonica Drive 和 Nabtesco 两家企业 占据。 相比日本， 中国在机器人用精密减速器技术层面的积累还需要一定时间沉淀， 国产减 速器还未实现自给自足，对进口依赖较大。 核心零部件成本占到了并联机器人总成本的 70%以上。近年来，在国家政策的积极引 导与企业自身努力下， 机器人核心零部件关键技术不断取得突破， 国产化率持续提升， 国产 替代进口的趋势加强。相比进口零部件，国产零部件的价格普遍要便宜 40%左右，使用国 产零部件可大幅降低并联机器人生产成本， 从而能吸引更多中小企业采用并联机器人。 由于 核心零部件的国产化率正在大幅提升， 市场发展已相对成熟， 上游参与企业议价能力正在弱 化。 2.4.2 中游分析 并联机器人行业产业链中游为机器人本体制造， 参与主体为机器人本体制造商， 主要从13 报告编号19RI0474 事机器人机构设计和软件系统开发的工作。 现阶段， 视觉系统应用需求增多， 促使更多机器 人本体制造商开始自主开发控制器算法。 在并联机器人轴数增多的趋势下， 运动控制精度要 求持续提高，拥有较强控制器算法开发能力的机器人制造商具备更大市场竞争优势。 机器人本体制造商的商业模式有两种类型： （1） 机器人的应用和集成由机器人本体制造 商自己实施，这种商业模式利润高，但需要自行开辟销售渠道； （2）机器人本体制造商将本 体销售给系统集成商， 借助系统集成商的销售渠道出货， 利润较薄但出货量大， 大多数机器 人制造商会选择以该商业模式拓展市场。 机器人本体制造商在整个产业链中起到承上启下的作用， 大型机器人本体制造商通常具 备软硬件结合能力， 可建立自身销售渠道， 不通过下游系统集成商销售产品， 议价能力较高。 2.4.3 下游分析 并联机器人行业产业链下游为系统集成及应用领域， 参与者为系统集成商及各应用领域 的企业。 系统集成商向中游机器人本体制造商采购不同功能的工业机器人后， 再根据行业终 端客户需求， 进行工业机器人应用二次开发和周边自动化配套设备集成， 制定符合生产需求 的解决方案。系统集成商是并联机器人实现商业化、规模化的关键，在整个产业链中拥有最 强的议价能力。 从下游应用领域来看，并联机器人主要用于日化、3C 电子、食品、制药等轻工行业的 装配、搬运、包装、分拣等环节。从消费量上来看，3C 电子行业对并联机器人的消费量最 大。此外，在劳动力成本逐步上涨趋势下，日化、食品行业对机器人替代人工的需求正逐渐 上升。 14 报告编号19RI0474 2.5 中国并联机器人行业市场规模 随着全球制造业格局重大调整， 劳动力成本不断上升， 中国政府大力引导和支持并联机 器人行业的发展。 在中国制造业产业转型升级和工业 4.0 智能制造的大背景下， 下游制造行 业对并联机器人的需求正不断释放。 中国并联机器人销量从 2014 年的 625 台增长至 2018 年的 3,500 台，年复合增长率达到 53.8%（见图 2-5） 。得益于机器人产业长期的政策红利 和机器释放人力的需求日益高涨， 预计到 2023 年中国并联机器人销量有望超过 2 万台， 年 复合增长率在未来五年还将保持在 42.0%左右，有望成为工业机器人细分领域中增长速度 最快的机器人产品。 图 2-5 中国并联机器人销量，2014-2023 年预测 来源：头豹研究院编辑整理 3 中国并联机器人行业驱动与制约因素 3.1 驱动因素 3.1.1 全球制造业格局正发生深刻变化，智能化转型被提升至战略地位 制造业是国民经济的主体， 中国制造业自改革开放以来取得了瞩目成就， 但与世界先进15 报告编号19RI0474 水平相比，中国制造业在自主创新能力、产业结构水平、信息化程度方面仍有不小差距。当 今在移动互联网、 云计算、 大数据等新一代信息技术不断进步的背景下， 全球制造业发展形 势和格局正面临新的变革。2008 年全球金融危机及欧债危机发生后，欧美、日本等发达国 家和地区为转变经济发展方式，纷纷制定“再工业化”战略，旨在重振制造业，夯实实体经 济基础。与此同时，部分发展中国家也在积极参与国际产业分工，承接产业及资本转移，扩 大发展空间。 基于全球制造业格局的重大调整， 中国制造业转型升级迫在眉睫， 为应对巨大的发展挑 战，中国国务院于 2018 年发布中国制造 2025战略规划，指出要不断激发制造业发展 活力和创造力，建设制造强国，尤其提到： （1）加快发展智能制造装备和产品，组织研发具 有深度感知、智慧决策、自动执行功能的工业机器人； （2）加快汽车、食品、电子等行业生 产设备的智能化改造，提高智能制造能力； （3）推进制造过程智能化，加快工业机器人在生 产过程中的应用。 智能制造是传统制造业实现转型升级的关键， 在政策的激励下， 以工业机 器人为代表的智能装备研发和产业化将逐渐提速。 随着新一代信息技术与制造技术已形成融 合发展势头，并联机器人未来在轻工制造领域的前景可观。 3.1.2 劳动力成本上升，机器人发展空间广阔 在劳动力人口逐渐减少和老龄化趋势下， 传统制造业劳动力成本持续上涨。 根据国家统 计局数据显示，中国制造业城镇单位就业人员平均工资由 2013 年的 46,431 元增至 2017 年的 64,452 元，年复合增长率达 8.5%（见图 3-1） 。中国制造业城镇单位就业人员平均工 资现已全面超过拉美国家。 随着人口红利减退， 20-24 岁年轻劳动力规模急剧下滑， 中国劳 动力优势正在不断弱化。 此外，90 后、00 后年轻劳动力整体受教育程度提高，对工作环境、待遇等要求随之提16 报告编号19RI0474 升， 从事简单流水线工作的意愿较低， 致使制造型企业面临严峻的招工难问题。 招工难问题 带来的一大后果是制造型企业一线员工平均年龄不断上涨，年龄在 40 岁以上的一线员工人 数占比甚至超过半数。目前功能较简单的 2 轴并联机器人单价成本在 10 万元以下，随着并 联机器人成本逐渐下降到人工成本平均水平， 并联机器人将逐渐替代一线员工从事日常流水 线工作，未来发展空间广阔。 图 3-1 中国制造业城镇单位就业人员平均工资，2013-2017 年 来源：国家统计局，头豹研究院编辑整理 3.1.3 政策红利推动并联机器人应用规模提高 自 2012 年以来，国家部委制定了一系列政策促进机器人产业发展。2014 年起，各级 地方政府纷纷出台了针对机器人研发和应用的补贴政策。2014 至 2015 年间，共有 77 项 地方政府机器人支持政策出台，全国超过 36 个城市将机器人产业作为发展重点，补贴不仅 发放给机器人制造商还会按照一定比例发放给采购或租赁机器人的企业。从补贴结构上来 看， 中央出台的补贴多为研发补助， 地方政府出台的多为应用补贴， 应用补贴比重大于研发 补助，且一般补助规模在百万元以上。 政府补贴政策的出台可刺激下游应用行业释放机器人采购需求， 尤其是日化、 食品等利17 报告编号19RI0474 润率水平偏低的行业， 其机器人需求不强， 应用补贴能够直接刺激企业增加使用机器人， 为 扩大并联机器人的应用规模增添驱动力。 图 3-2 机器人产业补贴政策 来源：头豹研究院编辑整理 3.2 制约因素 3.2.1 缺乏专业技术人才 并联机器人行业属于技术密集型行业， 由于技术覆盖范围广， 对具备装备机械、 自动化 系统、 人工智能等专业知识背景的复合型人才需求较高。 专业技术人才的匮乏对中国并联机 器人市场的发展造成了一定制约。 （1）中国高校开设机器人工程专业时间不长：中国工信部在 2013 年发布的关于推 进工业机器人产业发展的指导意见提出具体发展目标：到 2020 年，工业机器人装机量将 达到 100 万台。要达到这一目标，大约需要 20 万名工业机器人从业人员。中国高等院校开18 报告编号19RI0474 设机器人专业的时间普遍在 2014 年之后。2015 年，东南大学率先设立了“机器人工程” 专业，截至目前，中国共有 85 所本科院校开设机器人工程专业，但由于开设时间不长，机 器人行业人才培养机制仍不够成熟，机器人高端人才数量不足。 （2）专业人才相关项目经验不足：由于并联机器人在投入应用时，必须与日化、3C 电 子、 食品、 制药等行业制造工艺紧密结合， 具备相关项目经验的专业人才更容易理解客户需 求， 方能为客户提供可适应生产环境的个性化成套装备。 现阶段， 并联机器人行业尚未实现 大规模应用落地，与整体机器人专业人才不足存在直接关系。 3.2.2 应用成本高，不具备大规模应用条件 并联机器人在实际应用中面临造价过高导致下游行业需求释放慢的问题， 体现在以下两 个方面： （1）造价高于串联机器人，价格优势不足：与串联机器人相比，应用最多的 3+1 轴并 联机器人的造价普遍在 10 万元上下，而国产水平关节机器人单价为 2-3 万元，进口水平关 节机器人单价在 5 万元左右。 在运动速度上， 并联机器人虽占优势， 但