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正文

工業機器人：逐步走向智能化/通用化，產業應用前景可期

發展歷程：工業機器人走向智能化/通用化發展

工業機器人的發展歷程可以分為三個階段：

技術萌芽階段（20世紀50-60年代，代工業機器人）：第二次世界大戰期間工業機器人的雛形始成，其初是出于軍事、核工業的發展需要，用來滿足代替人類進行放射性物質處理的遙控機械手。此后，美國發明家喬治·德沃爾早提出工業機器人的概念并于1954年申請“可編輯關節式轉移物料裝置”的專利。1958年，世界上家機器人公司Unimation成立，并于1959年利用喬治·德沃爾的專利推出了世界上臺真正意義上的工業機器人Unimate，開創了機器人發展的新紀元。在此期間主要為代工業機器人，即沒有自主決策能力和環境感知能力的示教再現型機器人。

產業崛起階段（20世紀末期，第二代工業機器人）：1968年起，Unimation先后將機器人制造技術轉讓給日本川崎、英國GKN公司，工業機器人業務擴張到日本和歐洲，開始走向產業化和全球化。1969年，ASEA公司研制出全球首臺噴涂機器人，川崎成功推出了日本臺液壓動力機器人“川崎 Unimate 2000”。此后，更多公司入局工業機器人領域，形成了以ABB、庫卡為代表的歐洲機器人企業以及以川崎、發那科、安川為代表的日本機器人企業格局，機器人市場穩步增長。在此期間，工業機器人從代發展到第二代，能夠感知外界信息并進行簡單的處理和反饋。

產業升級階段（21世紀初期，第三代工業機器人）：隨著工業自動化的發展，工業機器人不斷拓展應用場景、發展核心技術。1）從應用場景來看，工業機器人能達到更快速度、更高度，以及更大范圍的大小型號和負載，實現在大型工件搬運生產、物流運輸、食品飲料、生物制藥、汽車制造等更加廣泛和智能的場景應用。2）從技術發展來看，工業機器人核心技術得到快速發展。2002年美國波士頓公司和日本公司共同申請了臺“機械狗”智能軍用機器人專利；2004年安川和ABB均開發了可以同步控制多臺機器人的控制器；2006年意大利柯馬公司推出了款無線示教器；2015年ABB推出世界上臺真正意義上的協作機器人YuMi。在此期間工業機器人進入第三代，具備智能化特點，可以利用各種傳感器、測量器獲取信息并利用智能技術進行識別、理解和反饋。

工業機器人四大家族憑借在原有業務的優勢和對機器人技術的高度掌握占據高位。以ABB的發展歷程為例，公司成立于1988年，是由具有百年歷史的兩家電氣公司——電氣照明和發電機制造商ASEA和高壓電氣傳輸公司BBC合并而來，此后ABB成為了電氣和自動化領域的技術，提供全面且日益數字化的電氣化、運動和自動化解決方案。在此基礎之上，ABB對業務結構進行調整，延續其前身ASEA公司在工業機器人領域的布局，開始快速發展機器人業務，自1974年推出世界上臺微電腦控制的機器人以來，ABB不斷取得突破性創新，不斷完善工業機器人在產業鏈上的產品布局，并通過技術創新提升性能。

市場現狀：“四大家族”占據的穩增長市場

工業機器人市場規模穩步增長，全球新增裝機量快速增長。根據IFR數據，2021年全球新增工業機器人安裝量為51.7萬臺，同比增長31.2%，2012-2021年復合增長率為12.0%。根據Inkwood Research數據，未來全球工業機器人市場規模將保持穩定增長，從2020年的553.7億美元增長至2028年的1653.5億美元，2021-2028年復合增長率為14.7%。

工業機器人市場集中度較高，以機器人“四大家族”為主。根據IFR數據，2020年全球工業機器人市場中，發那科、ABB、安川、庫卡四家占比超過65%，其中發那科排名占比17.3%，ABB第二占比15.7%，安川和庫卡分別占比12.9%和12.1%。“四大家族”的主要業務和在機器人領域的核心技術各不相同，安川和庫卡以機器人業務為核心，而發那科和ABB則分別起家于工廠自動化設備和電力業務。其中ABB的業務以電氣、運動控制、過程自動化、機器人與離散自動化為核心的，2022年電氣業務營收占比47.9%，機器人與自動化業務占比10.8%。

驅動力：人口供給收縮和下游需求釋放驅動行業增長

人口老齡化導致人力成本上升，機器替人為大勢所趨。的生育率已連續多年下降，據國家統計局，2021年中國15-64歲人口占比已降至68.3%。企業用人成本不斷攀升，根據國家統計局數據，2022年中國制造業就業人員人均工資已達86933元，同比增長5.2%，高于GDP增速。勞動力成本上升的長期趨勢將成為工業機器人產業發展的強大驅動力。

新能源汽車的爆發為工業機器人帶來需求釋放。由于新能源汽車的帶動，汽車行業進入下一輪擴張周期，工業機器人將持續受益。以中國為例，據同花順數據，從2021年起新能源汽車銷量進入爆發式增長階段，2023年6月銷量超過80萬輛。

半導體、光伏、鋰電等行業也有望帶來大量工業機器人需求。汽車與3C電子是工業機器人需求量大的兩個行業，如今3C電子需求相對疲軟，大部分企業開始積極探索汽車和3C之外的業績增長點，如半導體、光伏、鋰電等。2022年全球半導體市場規模達5735億美元，隨著AI帶動算力芯片設計、制造、封裝等產業需求，半導體擴產有望帶動工業機器人建設需求。

IT架構是智能化核心，軟件重要性有望逐步提升

工業機器人產業鏈：可分為上游核心零部件、中游機器人本體及軟件以及下游系統集成及應用三個環節。上游核心零部件包括傳感器、控制器、減速器、伺服系統，傳感器主要分為內部傳感器和外部傳感器，伺服系統主要包括伺服驅動器和伺服電機兩個部件；中游包括機器人本體制造及配套軟件產品；下游包括系統集成及應用，系統集成即將各種機器人、傳感器、控制器、軟件等組合以形成一個完整的自動化生產線，工業機器人應用覆蓋廣泛，其中主要應用領域為汽車制造、電子電氣、食品制造、金屬加工及制藥行業等。

上游核心零部件為工業機器人主要成本來源，盈利能力強勁。從成本來看，2020年工業機器人60%的成本由上游核心零部件構成，其中減速器、伺服系統、控制器分別占比35%、25%、10%，機器人本體僅占比15%。從毛利率來看，盈利能力較強的環節主要集中在上游核心零部件，2020年減速器、伺服系統、控制器的毛利率分別約為40%、35%和25%，中游本體制造毛利率較低僅15%，下游系統集成毛利率較高為35%。

以ABB為例，按照具體功能結構，我們可以將工業機器人核心部件歸納為：感知層、執行層、決策層。具體來看：

感知層：工業機器人的信息初來源

傳感器是機器人的“感知器官”，是機器人實現與環境交互及運動的信息來源。傳感器用來感應和采集各種信息，并按照一定規律將被測量的信息轉化成便于傳輸和處理的有用信號。傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中直接感應被測量的部分，轉換元件是指傳感器能將敏感元件的輸出轉換為適于傳輸和處理的電信號部分。傳感器一般分為內部和外部傳感器，內部傳感器主要測量機器人內部系統狀態，如溫度、轉速、電壓等；外部傳感器主要測量外界環境的信息，包括位置傳感器、速度傳感器、力傳感器、視覺傳感器等。

機器人傳感器市場規模穩步增長，市場集中度較低。根據Mordor Intelligence預測，全球機器人傳感器市場規模預計將從2023年的6.16億美元升至2028年的9.24億美元，2024-2028年CAGR為8.4%。機器人傳感器市場主要參與者來自全球不同國家的眾多企業，包括瑞士寶盟集團、泰科電子；美國ATI、Tekscan、Futek、森薩塔、霍尼韋爾；日本發那科、TDK、歐姆龍集團等。

力傳感器是工業機器人的重要傳感器，ABB集成力控技術是力傳感器主要技術之一。工業機器人大多為機械臂形態，由機器人的動力關節和連接桿件組成，力傳感器可以對機械臂上的力度進行實時監控并進行反饋。隨著機器人向智能化發展，對與外界交互的柔順控制需求更高，對力控技術提出了更高的要求。為了提高傳感器的靈活度和精度，2014年ABB成功開發了集成力控技術，基于此技術，ABB提供3種集成式力控傳感器，兼容其IRB 140到IRB 6700的大部分工業機器人。配備該技術的機器人能根據外部實時回饋信號應對制造過程中的細微變化，像人類一樣拿捏易碎物品或執行精密作業，編程時間也可縮短。

執行層：決定工業機器人實際運動的準確度

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