机器人产业兴起核心零部件技术加速发展

时间: 2024-10-26 17:53:59 |   作者: 实力展示

  我国机器人产业高质量发展迅猛，已连续多年稳居全球最大机器人市场。在市场规模逐步扩大的同时，我们在关键核心零部件生产与技术创新方面也在努力突破，朝着完全自主可控的方向发展。

  当前，机器人产业已成为衡量现代科技和高端制造业水平的重要标志，是全球发展最快的新兴起的产业之一，备受各制造业强国的关注。我国也在抢抓机器人产业新一轮加快速度进行发展的窗口期，积极推动机器人产业高水平质量的发展，构建机器人产业集群，并且在减速机等关键核心零部件方面实现创新突破，朝着完全自主可控的方向发展。

  据国际机器人联合会统计多个方面数据显示，2022年全球工业机器人装机量达到53.1万台，再创历史上最新的记录。如在汽车制造领域，机器人保有量已突破100万台。随机器人与新一代信息技术深入融合，机器人自主性和适应性大幅度的提高，应用边界不断拓展，渗透到经济社会的方方面面。工业机器人不仅在汽车、电子等行业技术深化应用，还在冶金、化工、食品等行业加速推广，有力支撑人机一体化智能系统发展。

  我国机器人产业的发展更是迅猛，已连续多年稳居全球最大机器人市场。2023年1月18日工业与信息化部等十七部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》，提出到2025年制造业机器人密度较2020年实现翻番。据工业与信息化部统计，2022年中国机器人全行业营业收入超过1700亿元，继续保持两位数增长，工业机器人销量占全球的一半以上，连续10年居世界首位。2023年上半年工业机器人产量达到22.2万套，同比增长5.4%；服务机器人产量达到353万套，同比增长9.6%。

  随着我国机器人产业高质量发展，产业集聚加速形成，初步完成产业布局。环渤海地区的北京、天津、青岛等地一批优质企业和机构创造新兴事物的能力突出，服务机器人发展迅猛。长三角地区集聚了一批国际领先企业，形成较为完备的机器人产业链，工业机器人的产量位居全国前列。珠三角地区依托雄厚的制造业基础和完备的供应链优势，培育出一批深耕行业的企业，机器人产业化应用走在全国前列。东北地区的沈阳、哈尔滨等地是中国机器人产业的发源地，创新资源丰厚，产业基础雄厚。

  目前，北京、深圳、上海三地的机器人产业实力最为雄厚。以北京为例，正在快速推进规划建筑规模25万平方米的亦庄机器人产业园和30万平米的昌平机器人产业园，重点支持这两个产业集聚区的建设。仅仅北京经济技术开发区中，就已聚集百余家机器人企业，其中不乏知名的物流机器人公司代表，如京东公司；还有以SMC、软体、智瞳为代表的机器人核心零部件的产业机器人公司，全行业年产值已达75亿元。

  不同类型的机器人，所集成的技术也有所差异。但总体来说，机器人设备中高度集成了计算机、通讯、电气、机械、智能等各类技术，是技术高度密集型的设备。具体来看，机器人设备中的硬件，最重要的包含芯片、减速器、伺服电机、控制器、传感器等；软件包括机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等。机器人核心零部件主要有芯片、精密减速机、伺服电机、控制器。

  芯片主要负责机器人作业的数据计算和指令下达，市面常见的机器人芯片包括通用芯片和专用芯片两类。通用芯片面对机器人庞大的深度神经网络计算量有些吃力，但是其可移植性和延展性较好；专用芯片是专为AI计算设计的芯片，功率高，性能强大，但是整体处于研发早期阶段。

  精密减速机是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。用于人形机器人和工业机器人设备的精密减速器，主要是谐波减速器与RV减速器。从竞争格局来看，全球机器人减速器市场呈现高度集中状态，几乎被哈默纳科和纳博特斯克垄断，占据60%以上的市场占有率。我国在这一领域有相当技术突破和储备的企业，包括绿的谐波传动、双环传动、中大力德等等。得益于这一些企业的带动，近年来国内减速器市场国产化率持续提升。

  机器人的运动控制主要是通过控制器和伺服系统共同完成，而伺服系统最重要的包含伺服驱动器和伺服电机。运动控制器是根据指令和传感信息控制机器人达成目标的装置，由控制板卡和算法控制系统软件组成，技术路线包括PLC、PC-based和嵌入式控制器三种。相较于通用伺服，机器人用伺服系统对性能等各方面要求更高。机器人伺服系统通常指用于多轴运动控制的精密伺服系统，其对伺服系统的反应速度、体积、性能等诸多方面均提出更加高的要求。伺服电机大多数都用在驱动机器人的关节，从而控制速度和转矩，实现机器人精确、快速、稳定的位置移动。伺服电机技术壁垒较高，外资品牌占据了国内伺服系统市场的大部分份额，国产厂商正在发力追赶中。

  从市场格局方面来看，在工业机器人领域，发那科、库卡、ABB、安川电机四大家族在中国控制器市场的占比，与其在本体市场的占比基本保持一致，超过50%，国内部分企业控制器仍需外购。国内自主品牌本体市场市占率达32.8%，在控制器市场占有率也达到20%以上，出现了一批有代表性的企业，如汇川技术、埃斯顿、新时达、固高科技、新松、华中数控等。

  从技术与成本两方面看，核心零部件在机器人产业链中的重要性尤为突出。以人形机器人为例，一方面，人形机器人技术的本质是3D空间中高维度的感知与运动，高性能的核心零部件是实现感知与运动的基础；另一方面，成本上核心零部件也占了重要地位，大体占整个设备成本的70%。国产机器人若要在性能和性价比上产生优势，那么核心零部件的制造技术和生产能力必须突破，这样才可以使得我国机器人产业在技术上的独立与自主，在市场中获得更强的议价权和自给自足的能力。

  物流机器人主要是通过自主移动来实现搬运和拣选货物的工作。与人型机器人和其他工业机器人相比，其对减速机、伺服电气和控制器等的精度要求没那么高，因此国产零部件的应用比例比较高。在物流机器人的零部件中，导航模块和控制器模块是机器人的“大脑”，传感器模块则相当于“眼睛”，这些部件相互协作，将物流机器人打造为一个高效、智能、精准的物流作业设备。

  物流机器人一定要通过导航模块获取自身的位置和任务目标的位置，以此来制定最佳路径并进行移动操作。因此，导航模块是物流机器人的重要组成部分。物流机器人的传感器模块包括红外线传感器、激光雷达、摄像头等多种传感器。这些传感器能帮助机器人获取环境信息，避免与障碍物碰撞，并且识别商品和货架等物品。

  由于物流机器人的特点，对导航和传感器的要求比较高。特别是随机器人技术愈发向智能化发展，对传感器尤其是视觉传感的要求慢慢的升高。例如，在拣选包装环节，可能面临很多种不同的包装盒，我们应该让机器人能够辨别出来并且完成拣货和分装，就需要强大的视觉识别和分析能力。

  随着对市场需求研究的深入，物流机器人的功能愈发多样化，如“AGV+机械手”“AGV+货叉”等复合机器人被研发出来并推向市场。这类机器人由于有机械臂或货叉的运作操作功能，因此对控制器的精细程度要求更高，对一些末端执行器（抓具）的功能有特别的条件。多模态信息融合技术增强感知智能，新型传感器的应用和信息融合成技术发展的方向之一，这将拓展机器人感知外界环境的维度，使得机器人设备能够应用于更广泛的场景中。

  除此之外，集群智能也是机器人技术未来发展的一个重要方向，在物流机器人应用领域有着明确和巨大的应用需求。如，物流集群机器人要在复杂的环境当中完成物流作业系统工作，路径规划、多机协同、不同车型混合调度管理、不一样的品牌车型混合调度管理都是要解决的课题。这无疑对机器人本身的感知设备、传感设备、控制设备等，都会提出更高的功能要求。

  当前，全球机器人产业正进入新一轮的变革机遇期，机器人技术与信息技术和智能技术融合发展，正驱动人类社会加速进入智能时代。在这样的一个过程中，我国的机器人核心零部件产业也应当乘势发展，在技术上完成突破，发展创新，为整个产业的进步贡献力量。

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