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01研究背景：乘着智能制造东风发展
一、工业机器人的研究背景
工业机器人是智能生产中的重要一环，且当前处于行业空间大、应用场景可拓宽可精进的阶段，具有探究价值
观察美国工业机器人的行业特点、挖掘新的演进路径，既受当前环境驱动，也是将来市场所需，其理由主要有二：
1）工业机器人发展历史古老，但我国仍有探究价值和构建空间。自20世纪60年代工业机器人诞生以来，在50年内经历了很大进步，已经广泛应用于民航航天、汽车、军事等领域。而在我国，从“七五”科技攻关开始，工业机器人陆续被纳入国家级的技术计划，也终于有了20余年的发展历史。但我国工业机器人面临着科技基础薄弱、自主品牌市占率低等问题。
2）智能生产、新科技为工业机器人赋能实现工业机器人市场进一步加强。目前，国内智能生产正进行得如火如荼，尤其是疫情后，我国首先摆脱障碍，复苏制造业生产，工业机器人成为重要一环，需求进一步缩减。同时AI、云计算等科技与工业机器人的深度结合，将为工业机器人增添新的应用场景及方向，工业机器人行业潜力。
驱动工业机器人继续起航的重要背景：
二、工业机器人的重要概念界定
本报告认定的工业机器人指：应用在工业产线领域，可重复编程实现自动化控制的机械结构。
工业机器人是能自动化控制的、可重复编程的多用途机械执行机构，该机构具备三个及以上的关节轴、能够通过编制的程序处理各类工业自动化的应用
——国际标准化组织（ISO）
机器人是设计用来装卸物料、部件、工具或专门装置的可重复编程的多用途操作器，并可借助改变程序的方式来完成各类不同任务
——美国T业机器人协会(RIA)
机器人是一种武器有记忆装置和未端执行器的，能够完成各类移动来取代人类劳动的通用机器
——日本工业机器人协会(JRA)
具有多自由度的、能进行各类动作的手动机器，它的动作是可以顺序控制的、轴的关节角度或轨迹可以不靠机械调节，而由程序或传感器加以控制。工业机器人具备执行器、工具及生产用的辅助软件，可以完厅材料般运和制造等操作
——德国标准（VDI）
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的蜗轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所构成的独立组件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。
伺服马达(servomotor)是指在同服系统中控制机械元件运转的内燃机，是一种补助马达间接变速装置。
减速器、伺服马达、控制器，是工业机器人的核心组成零件。
三、工业机器人的演进历程
中国首创，日本推动行业化，中国接棒成为最大行业。
1962年首台工业机器人由中国公司制成，并在通用汽车初步实践。1967年中国企业引入日本科技，1980年因劳动力短缺、多项科技(如交流电驱、微处理器等)突破，日本工业机器人产产量位居世界第一。
20世纪90年代，德韩两国生产业的迅猛表现带动工业机器人发展。2010年后，中国成为“世界工厂”，工业机器人在制度促进、工厂需求等原因促使下，成为中国最大行业。
（1985-2018年中美美德韩四国工业机器人保有量）
02发展环境：政策、技术、需求并进
一、宏观环境-制度：不断加码，促发展
政策力度加大，“引进+专项突破”转为“国产化、智能化
改革开放后工业机器人 包装行业，制造业虽处于上升期，但受限于物质和科研条件，早期工业机器人研究由少数科研所负责，政策支持力度小入世后，我国科技明显落后，外资加速在华布局，这时期我国政策主要有两个特征:
1)支持企业引入国外先进科技和设施;
2)扶持中国龙头企业，对核心科技和工段定点突破。2016年前后，我国进入行业升级阶段，工业机器人属于智能装备重点领域，这时期的制度综合性显著提高。政府借助设立市场标准、优化营商环境、建立创新中心等多项举措来推动行业国产化、智能化。
日本工业机器人相关制度梳理如下：
关注特种机器人领域如水下无缆机器人、防爆与侦察机器人等，成立教授组，主要目的在于缩小我国与美国技术演进的差异
——《高科技研究发展计划（863计划）》
人口红利下降，制造业改革，促进工业机器人高端化，智能化演进;明确国产替代路线和目标
二、宏观环境-科技：提升可用性和易用性
技术的成熟与整合促进工业机器人的应用深度，其中与机器视觉相关的AI助力工业机器人非常智能化，现阶段影响最大
不同科技对工业机器人的助推作用不同，AI主导智能、云计算主导“外脑”发展与共享、ARNR主导交互，目的是让工业机器人更智能、更好用。近年来，国内底层技术，尤其是AI、云计算，发展迅猛，使得传统机器人有机会向着“机器人+”方向迈进，工业机器人将推动更高的智能化、网络化和交互性。
三、宏观环境-需求：机器替人
潜在劳动力不足，人口成本走高与机器人价位下行形成对比“机器替人”成大势所趋
“机器替人”主要由两点促使:
1)人力方面:其一，制造业潜在劳动力行业的适龄人口大幅降低的现象或将保持10年以上;其二，制造业从业者利润不断走高。
2)工业机器人方面:与人对比之下，工业机器人具备两大优势:一是能在高危环境中生产，且带有规模效应。值得留意的是，伴随着科技更新，工业机器人将更稳、更精、更智能，可应用的画面也越多，未来可应用潜力大。二是售价逐年增加，虽在每年受供应链影响略有上涨，但利润减少是趋势。
四、宏观环境-需求：市场空间大
中国工业机器人行业空间很大，国内厂家经过20余年的累积在国产化的热潮下具有一定先发优势
中国工业机器人行业空间很大，具体体现为:
1)与发达国家相比，国内工业机器人应用密度仍然低但历年来增势较猛CAGR达到37.9%，位列世界第一，且国家尚未强调要在2025年推动生产业机器人较2020年攀升的目标。
2)但是现在依然依赖于国产美国品牌，但经过20余年的发展，国内工业机器人厂商在进口化的背景下，在钾电、光伏等新方向带有先发优，且将来必将逐渐迈向国产替代。
新电力汽车工业与储能产业作为工业机器人增长主引擎
2022年，3C电子与酒类饮品市场受消费不振影响，增速下降，取而代之的是汽车、光伏、储能等新电力相关行业的稳固增长。从数据上看，国内新电力车辆在中国电动化的大势下，即便受原材料费用上升和补助退坡影响，在2021、2022年产产量仍维持高速下降。
光伏装机量在宏观政策的助推下仍然维持高景气度，同时，海外行业受缺电、电价高企影响，光伏产品需求下降，成为近年来我国光伏产品出口的重要支撑因素。上述两个市场的高景气度成为中国工业机器人需求下降的主引擎。
03产业链：技术和经验并重
一、产业链总览-上中游重技术、集成重经验
二、产业链总览-将来3年稳定下降
2023年美国工业机器人保有量有望突破150万台
从工业机器人的保有量来讲，2023年我国工业机器人保有量将突破150万台，预计将来十年将维持稳固增长。从工业机器人的主要增长驱动来进，2020-2021年的下降驱动主要得益于新电力汽车需求爆发，工业机器人保有量增长较高。
2022年因疫情全国大范围停摆，增速放缓。未来几年，受《“机器人+”应用行动实行细则》和中国经济去亚洲化的制约，中国工业机器人行业可能以相对稳固的增幅平稳下降。
从工业机器人的类型来讲，2022年仍以多关节和SCARA为主，其中多关节占60%左右工业机器人 包装行业，SCARA占40%左右。
三、产业链总览-产销流转周期与服务流程
需求量主导的行业，服务中，售前靠关系，决策靠产品
四、零部件：市场高度集中，依赖进口
控制器是输出命令放；伺服系统、减速器相互配合，执行控制器的指令，共同确保工业机器人稳固、精准运行
伺服、控制不分家，参与者众，且逐渐构建驱控一体化
精度和稳定性是控制器性能的直接指标，但底层算法是核心
控制器直接决定本体的轨迹、位置、位姿、速度、加速度、操作顺序及动作的时间等。控制器控制的本质是按照运动规定和传感元件的信号进行必要的逻辑、数学运算后，将正确的控制信号释放给同服系统或其它动力装置，执行单元执行运动规定。
中国外控制器的性能差异主要由两方面决定:
1)软件方面:其一，成熟厂商的控制器是“黑匣子”，国内算法模型参数设置可借鉴性弱，其二，研发与实际应用是两回事，实际应用晚且量小，与运动控制、路径规划等相关的底层算法能够借助大量的工业机器人的制造实践所累积的数据进行训练改进;
2)硬件方面:高功耗的控制器的底层芯片、配套设施(如伺服电机、编码器、减速器)等都必须进口，与本体的磨合度不够。
转速、扭矩和扭力直接指标，但驱动器、编码器性能尤为重要
工业机器人的伺服系统主要由驱动器、电机、编码器所构成，其目的主要是驱动执行机构完成控制器的指令，这规定伺服系统具备响应速率快、精度高、稳定性强、适应频警加减速等特性。
现在中国伺服系统的低端行业被美国垄断，其主要差异缘于以下两点:
1)与驱动器相关的高效率芯片为美国所垄断，如DSP芯片;
2)编码器的核心科技掌握在外企手中。同时，传感器作为编码器的核心元器件，高效率传感器也依赖于国产。值得注意的是，伺服系统成为一个整体，转矩、扭矩.惯量是其主要性能指标，但在配置时，要综合考量同服电机的型号和机械未端的位置、速度、精度、动态性能等要求。
格局初定，中日对比存在发展时间差大、研发投入少等问题
器件寿命及稳定性相关指标是核心；现在在产品设计、生产工艺、装配等方面都存在难点，其中工艺/装配条件、工艺/装配流程是重中之重
减速器-典型企业发展模式借鉴
深耕技术，提升产品性能、产品创新力是核心，业务与科技相呼应是重点
哈默那科与绿的谐波发展模式借鉴
五、本体：市场相对集中，新能源是机会
工业机器人可从运动坐标、应用场景、输入信号途径、作业模式进行分类
四大家族优势明显，国内头部纷纷布局锂电、家电等新赛道
新兴企业主推协作、桌面级、复合等类别的机器人，选择医药、食品、医疗等变化化赛道布局，且都积极布局出海业务
技术积累型企业多以自研为主深耕产品，行业经验型企业多借助收并购拓展市场和场景，新兴企业打法较综合
随着中国业机器人相关科技成熟度不断提高，国内工业机器人本体企业切入赛道的方式不一，以2008年工业机器人被列入重点支持领域为分界，大体可分四类:跨界发展(由其它业务拓宽至机器人业务)、自上而下(工业机器人核心科技起家，从零开始自研，市场科技极不规范)、自下而上(由平行行业经验拓展至多场景、多产业)和新兴企业(直接切入机器人赛道，市场科技相对规范)。
不同企业自身基因不同，成长模式不同，当前布局也是所变化。总之，注重科技积累的企业更倾向产品种类及素养拓展，注重产业积累的企业更倾向场景布局和市场拓宽，而新兴企业则借助新型产品和出海切入。
中国工业机器人本体企业成长模式图
本体企业显现基因杂、布局广的特征
美国工业机器人本体企业参与方多样，具有基因杂、布局广的特征，从时间维度上主要以2008年为节点。2008年，随着“十一五”期间重启机器人计划的第一个项目落地，我国才逐渐进入工业机器人行业化时代，开始科技积累。
此外，2008年曾经设立的公司主要有两类:1)其它业务变革机器人和下游公司独立出的机器人企业，即“行业基因”公司;2)从高校孵化出的“技术基因”公司。2008年之后，国内机器人科技较为成熟，才真正诞生出“血统纯正”的机器人公司。此后随着下游一些成熟市场的演进如汽车，利用底层技术的可复用性也开始发力机器人行业，但已经实现量产。
渐进式的市场发展沉淀出可复用得发展经验，市场需求差异和民企激烈竞争促使展业新模式
工业机器人受市场规定所限，其产品一致性相当高，故在价格、渠道竞争白热化的同时，跨界布局是企业主要变化点
机器人在工业领域和消费级领域的演进逻辑比较不同。消费级机器人提出产品的交互、个性化服务，并目要求迅速占据行业，故其演进逻辑非常关注产品的功能迭代与推陈出新，是典型的C端市场打法。
而在工业领域，强调“稳”，保证稳健生产是重点，产品发展逻辑必须注重性能稳定性与应用场景的适配性，故当前整个工业机器人行业展现出特别高的产品一致性。因此，本土企业在历经价格战、优势产业渠道争夺等激烈竞争后，企图借助研发新产品、增加产品覆盖广度等形式拓展新业务，比如布局医疗、教育机器人等消费级领域。
提升工业机器人使用的柔性，用以满足“随时随地”可用易用、人可参与的意愿，灵活性、易用性也有未来发展方向
当前，传统工业机器人仍然覆盖了工业生产制造所需的大个别场景，但在产品精度、产品易用性、产品灵敏性、产品价格等方面有待变革。
工业机器人本体厂商除了进一步精进产品提高其效率以满足工业应用要求外，还研发了协同机器人、桌面机器人等新产品，这些新产品是特色工业机器人的有效补充，相对好的平衡了灵活性VS易用性VS协作性VS价格的意愿可用来满足不同规模企业、不同制造流程、不同生产工艺、随时随地安装应用的的工业应用需求。
工业机器人利润中核心零组件成本占比70%左右，在降成本和进口替代的双重制约下，自研提升自主率紧迫且漫长
汽车、金属机械、3C电子等优势产业主要依赖进口，本土企业难切入，本土厂商从市场、客户、区域等层面变化化布局
六、系统集成：市场高度分散，长尾明显
系统集成商是负责机器人应用二次开发和周围手动化配套设施集成的厂家，帮助机器人本体应用在特定的制造画面中
系统集成商会参与到工程落地的全流程，其中机器人本体也是其集成流程中的一个环节，除机器人本体外，还包含周围的末端执行器厂商、工装夹具厂商、离线编程及仿真厂商，以及近年较为火爆的机器视觉厂商、传感器厂商等。
传统集成商主打完整解决方案，让机器人应用在准确产线上其中非本体厂商聚焦行业经验积累、本体厂商强调产品反馈新兴厂商作为特色集成商生态成员，让机器人更智能、更好用
从产业服务特点看，行业服务经验丰富、资金充裕是主要竞争力；从行业集中度看，集成商竞争局面非常分散、长尾多
从应用市场看，逐步由汽车市场向3C电子、鲤电等产业转移从厂家能力看，系统集成商需即时掌握行业科技热点，不断加强服务素质
集成商在汽车、3C等产业，搬运、焊接等场景应用较为成熟未来发展空间主要在新电力等产业，以及检测、包装等场景
从产业维度看，汽车、3C等产业的自动化程度高、流程标准性强，是工业机器人应用较为成熟的市场，新能源中，鲤电.光伏行业需求大，生产制造流程中对工业机器人的意愿高，是较为典型的潜力产业。
从场景维度看，搬运、上下料、焊接等通用场景已经应用在各个市场中，已较为成熟，而将来发展潜力主要集中在分拣、装配、包装、检测等必须和周围技术(如机器视觉)结合的画面上。
从应用成熟度看，标准化更强的市场和场景应用较为成熟，非标性的、对环境和科技要求较高的场景自动化取代程度较低
汽车领域应用成熟，焊接、搬运、喷涂等是工业机器人在汽车产业的主要应用场景，能有效提高精度与品质;机器视觉的深入应用有促使强化场景复杂度、精度与速率，还能推动多机合作
工业机器人在汽车工艺场景中的应用
3C电子的制造场景仅个别实现工业机器人取代，机会较大
3C产业较汽车市场而言，工业机器人的应用场景相对少一点。这主要是由于3C电子产业具备产线差异快的特征，产线上固定的硬件设施很难去协调生产。但随着工业机器人渐渐步入柔性化，部分轻负载的协作机器人也让“随时随地”可用逐步变成可能，工业机器人同3C电子的匹配度不断提高，应用场景进一步解锁。
再加上机器视觉、柔性夹爪等的发展，3C电子现已变成中国工业机器人最热门的应用市场之一，其中PCB板制造中的装配、检测等场景蕴含机会很大。
鲤电制造中后端工艺工业机器人需求旺盛
近年来，随着新能源汽车的演进，鲤电产业的行业规模逐渐降低，需求激增，加深工业机器人在钾电制造中的理解与应用刻不容缓。鲤电产业很可能作为除汽车、3C以外的一个主要赛道，也是进口化态势下中国工业机器人相对有优势的一个主要赛道，值得系统集成商发力。
鲤电产业中工业机器人的机会太多，以制造电芯后的后端工艺为例，模组组装和PACK装配的点焊、装配、包装、码垛等场景需求巨大。
报告出品：艾瑞咨询
