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正文

工业机器人：逐步走向智能化/通用化，产业应用前景可期

发展历程：工业机器人走向智能化/通用化发展

工业机器人的发展历程可以分为三个阶段：

技术萌芽阶段（20世纪50-60年代，代工业机器人）：第二次世界大战期间工业机器人的雏形始成，其初是出于军事、核工业的发展需要，用来满足代替人类进行放射性物质处理的遥控机械手。此后，美国发明家乔治·德沃尔早提出工业机器人的概念并于1954年申请“可编辑关节式转移物料装置”的专利。1958年，世界上家机器人公司Unimation成立，并于1959年利用乔治·德沃尔的专利推出了世界上台真正意义上的工业机器人Unimate，开创了机器人发展的新纪元。在此期间主要为代工业机器人，即没有自主决策能力和环境感知能力的示教再现型机器人。

产业崛起阶段（20世纪末期，第二代工业机器人）：1968年起，Unimation先后将机器人制造技术转让给日本川崎、英国GKN公司，工业机器人业务扩张到日本和欧洲，开始走向产业化和全球化。1969年，ASEA公司研制出全球首台喷涂机器人，川崎成功推出了日本台液压动力机器人“川崎 Unimate 2000”。此后，更多公司入局工业机器人领域，形成了以ABB、库卡为代表的欧洲机器人企业以及以川崎、发那科、安川为代表的日本机器人企业格局，机器人市场稳步增长。在此期间，工业机器人从代发展到第二代，能够感知外界信息并进行简单的处理和反馈。

产业升级阶段（21世纪初期，第三代工业机器人）：随着工业自动化的发展，工业机器人不断拓展应用场景、发展核心技术。1）从应用场景来看，工业机器人能达到更快速度、更高度，以及更大范围的大小型号和负载，实现在大型工件搬运生产、物流运输、食品饮料、生物制药、汽车制造等更加广泛和智能的场景应用。2）从技术发展来看，工业机器人核心技术得到快速发展。2002年美国波士顿公司和日本公司共同申请了台“机械狗”智能军用机器人专利；2004年安川和ABB均开发了可以同步控制多台机器人的控制器；2006年意大利柯马公司推出了款无线示教器；2015年ABB推出世界上台真正意义上的协作机器人YuMi。在此期间工业机器人进入第三代，具备智能化特点，可以利用各种传感器、测量器获取信息并利用智能技术进行识别、理解和反馈。

工业机器人四大家族凭借在原有业务的优势和对机器人技术的高度掌握占据高位。以ABB的发展历程为例，公司成立于1988年，是由具有百年历史的两家电气公司——电气照明和发电机制造商ASEA和高压电气传输公司BBC合并而来，此后ABB成为了电气和自动化领域的技术，提供全面且日益数字化的电气化、运动和自动化解决方案。在此基础之上，ABB对业务结构进行调整，延续其前身ASEA公司在工业机器人领域的布局，开始快速发展机器人业务，自1974年推出世界上台微电脑控制的机器人以来，ABB不断取得突破性创新，不断完善工业机器人在产业链上的产品布局，并通过技术创新提升性能。

市场现状：“四大家族”占据的稳增长市场

工业机器人市场规模稳步增长，全球新增装机量快速增长。根据IFR数据，2021年全球新增工业机器人安装量为51.7万台，同比增长31.2%，2012-2021年复合增长率为12.0%。根据Inkwood Research数据，未来全球工业机器人市场规模将保持稳定增长，从2020年的553.7亿美元增长至2028年的1653.5亿美元，2021-2028年复合增长率为14.7%。

工业机器人市场集中度较高，以机器人“四大家族”为主。根据IFR数据，2020年全球工业机器人市场中，发那科、ABB、安川、库卡四家占比超过65%，其中发那科排名占比17.3%，ABB第二占比15.7%，安川和库卡分别占比12.9%和12.1%。“四大家族”的主要业务和在机器人领域的核心技术各不相同，安川和库卡以机器人业务为核心，而发那科和ABB则分别起家于工厂自动化设备和电力业务。其中ABB的业务以电气、运动控制、过程自动化、机器人与离散自动化为核心的，2022年电气业务营收占比47.9%，机器人与自动化业务占比10.8%。

驱动力：人口供给收缩和下游需求释放驱动行业增长

人口老龄化导致人力成本上升，机器替人为大势所趋。的生育率已连续多年下降，据国家统计局，2021年中国15-64岁人口占比已降至68.3%。企业用人成本不断攀升，根据国家统计局数据，2022年中国制造业就业人员人均工资已达86933元，同比增长5.2%，高于GDP增速。劳动力成本上升的长期趋势将成为工业机器人产业发展的强大驱动力。

新能源汽车的爆发为工业机器人带来需求释放。由于新能源汽车的带动，汽车行业进入下一轮扩张周期，工业机器人将持续受益。以中国为例，据同花顺数据，从2021年起新能源汽车销量进入爆发式增长阶段，2023年6月销量超过80万辆。

半导体、光伏、锂电等行业也有望带来大量工业机器人需求。汽车与3C电子是工业机器人需求量大的两个行业，如今3C电子需求相对疲软，大部分企业开始积极探索汽车和3C之外的业绩增长点，如半导体、光伏、锂电等。2022年全球半导体市场规模达5735亿美元，随着AI带动算力芯片设计、制造、封装等产业需求，半导体扩产有望带动工业机器人建设需求。

IT架构是智能化核心，软件重要性有望逐步提升

工业机器人产业链：可分为上游核心零部件、中游机器人本体及软件以及下游系统集成及应用三个环节。上游核心零部件包括传感器、控制器、减速器、伺服系统，传感器主要分为内部传感器和外部传感器，伺服系统主要包括伺服驱动器和伺服电机两个部件；中游包括机器人本体制造及配套软件产品；下游包括系统集成及应用，系统集成即将各种机器人、传感器、控制器、软件等组合以形成一个完整的自动化生产线，工业机器人应用覆盖广泛，其中主要应用领域为汽车制造、电子电气、食品制造、金属加工及制药行业等。

上游核心零部件为工业机器人主要成本来源，盈利能力强劲。从成本来看，2020年工业机器人60%的成本由上游核心零部件构成，其中减速器、伺服系统、控制器分别占比35%、25%、10%，机器人本体仅占比15%。从毛利率来看，盈利能力较强的环节主要集中在上游核心零部件，2020年减速器、伺服系统、控制器的毛利率分别约为40%、35%和25%，中游本体制造毛利率较低仅15%，下游系统集成毛利率较高为35%。

以ABB为例，按照具体功能结构，我们可以将工业机器人核心部件归纳为：感知层、执行层、决策层。具体来看：

感知层：工业机器人的信息初来源

传感器是机器人的“感知器官”，是机器人实现与环境交互及运动的信息来源。传感器用来感应和采集各种信息，并按照一定规律将被测量的信息转化成便于传输和处理的有用信号。传感器通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中直接感应被测量的部分，转换元件是指传感器能将敏感元件的输出转换为适于传输和处理的电信号部分。传感器一般分为内部和外部传感器，内部传感器主要测量机器人内部系统状态，如温度、转速、电压等；外部传感器主要测量外界环境的信息，包括位置传感器、速度传感器、力传感器、视觉传感器等。

机器人传感器市场规模稳步增长，市场集中度较低。根据Mordor Intelligence预测，全球机器人传感器市场规模预计将从2023年的6.16亿美元升至2028年的9.24亿美元，2024-2028年CAGR为8.4%。机器人传感器市场主要参与者来自全球不同国家的众多企业，包括瑞士宝盟集团、泰科电子；美国ATI、Tekscan、Futek、森萨塔、霍尼韦尔；日本发那科、TDK、欧姆龙集团等。

力传感器是工业机器人的重要传感器，ABB集成力控技术是力传感器主要技术之一。工业机器人大多为机械臂形态，由机器人的动力关节和连接杆件组成，力传感器可以对机械臂上的力度进行实时监控并进行反馈。随着机器人向智能化发展，对与外界交互的柔顺控制需求更高，对力控技术提出了更高的要求。为了提高传感器的灵活度和精度，2014年ABB成功开发了集成力控技术，基于此技术，ABB提供3种集成式力控传感器，兼容其IRB 140到IRB 6700的大部分工业机器人。配备该技术的机器人能根据外部实时回馈信号应对制造过程中的细微变化，像人类一样拿捏易碎物品或执行精密作业，编程时间也可缩短。

执行层：决定工业机器人实际运动的准确度

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