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工业机器人行业研究报告

日期:2019-11-05 人气: 来源:www.zr-abb.com 作者:ABB机器人维修

简介:工业机器人行业发展概况 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这……
  
  工业机器人行业发展概况
  1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节,利用人手对机器人进行动作示教,机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。
  1959年UNIMATION公司的第一台工业机器人在美国诞生,开创了机器人发展的新纪元。其机械结构也成为行业的模板。其后,UNIMATION公司被瑞士STAUBLI收购,并利用STAUBLI的技术优势,进一步得以改良发展。日本第一台机器人由KAWASAKI从UNIMATION进口,并由kawasaki模仿改进在国内推广。
  工业机器人是指应用于工业领域的多自由度机器人。工业机器人产业链主要由上游核心零部件、中游工业机器人本体组装以及下游系统集成构成。其中控制器、伺服系统及精密减速机是机器人最重要的核心零部件。
  工业机器人产业对中国至关重要,整个产业链上中下游市场空间高达千亿元,应用范围遍及制造业各个细分领域,对中国制造业转型升级、推动其他产业快速发展有重要意义。
  在工业机器人产业链中,技术上的核心和难点就集中在了上游生产商,即核心零部件的生产,成本和利润也集中在了这一领域,核心零部件的成本占到了整个机器人本体的70%以上,所以谁掌握了核心零部件的生产技术和能力,就占领了机器人产业的最高点,拥有很高的定价权。
  目前在我国的工业机器人市场中,上游核心零部件的供应基本被国外厂商所占据,国内厂商大多集中在中游的机器人本体组装和下游的系统集成,承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作,使得国内机器人市场的巨大潜力带来的产业红利被国外产商占据。
  国外工业机器人巨头本身就是核心部件的提供商,因此他们在零部件成本上拥有先天的成本优势和技术优势,另外他们往往能以巨大的采购量和签署排他性协议获得比较优惠的采购价格,而国内的中小企业在进口核心零部件时,往往要以高出国外厂商近3倍的价格购买减速器,以近2倍的价格购买伺服电机
  工业机器人成本构成及产业链毛利率,资料来源:公开资料、智研咨询整理
  随着我国制造业的发展,特别是汽车及汽车零部件制造业和摩托车行业的快速发展,工业机器人的装配量将会稳固上升。此外,我国的建筑业、采矿业、铁路和公共建设、水力工程建设和工程机械、建筑机械市场的扩大也将对工业机器人产业起到推动作用。
  建筑工程机械的结构件多为焊接件,为提高焊接质量和效率,满足市场的需求,目前许多工程机械厂商纷纷要求采用机器人进行焊接。
  工业机器人行业现状与趋势
  自2009年以来,全球工业机器人年销量逐年增长。2017年全球工业机器人存货为194.6万台,预计2018年达到232.7万台。2017年全球工业机器人销量将高达28.5万台。国际机器人联合会还预测,未来三年内全球工业机器人年销量将保持近15%的增长速率。
  工业机器人四大家族:
  1.日本发那科(Fanuc)
  FANUC是日本一家专门研究数控系统的公司,成立于1956年。是世界上最大的专业数控系统生产厂家,占据了全球70%的市场份额。FANUC于1959年首先推出了电液步进电机,在后来的若干年中逐步发展并完善了以硬件为主的开环数控系统。
  自1974年,FANUC首台机器人问世以来,FANUC致力于机器人技术上的领先与创新,是世界上唯一一家由机器人来做机器人的公司,是世界上唯一提供集成视觉系统的机器人企业,是世界上唯一一家既提供智能机器人又提供智能机器的公司。
  2008年6月,FANUC成为世界上第一个装机量突破20万台机器人的厂家;2011年,FANUC全球机器人装机量已超25万台,市场份额稳居第一。
  2.瑞士ABB(Asea Brown Boveri)
  ABB是一家瑞士-瑞典的跨国公司,集团总部位于瑞士苏黎世。1988年创立于欧洲,1994年进入中国,1995年成立ABB中国有限公司。2005年起,ABB机器人的生产、研发、工程中心都开始转移到中国,目前,中国已经成为ABB全球第一大市场。
  ABB集团业务遍布全球100多个国家,拥有14.5万名员工,2014年全球销售收入约400亿美元,在华销售收入约58亿美元。ABB在中国拥有研发、制造、销售和工程服务等全方位的业务活动,员工1.9万名。在中国大陆设有38个子公司和100多个办事处。
  ABB机器人产品和解决方案已广泛应用于汽车制造、食品饮料、计算机和消费电子等众多行业的焊接、装配、搬运、喷涂、精加工、包装和码垛等不同作业环节。
  3,日本安川电机(YASKAWA)
  安川电机创立于1915年,总部位于日本福冈县北九州市。1999年4月,安川电机(中国)有限公司在上海注册成立,注册资金3110万美金,公司位于上海市黄河路21号鸿祥大厦12楼。2012年7月,安川电机海外首个机器人生产基地落户常州武进高新区,该基地将用最新的设备生产用于汽车相关制造的溶解用机器人。
  项目总投资约3亿元,设计产能12000台套机器人/年(含控制系统),年销售6亿元人民币。基地已于2013年6月投入生产。安川电机2015年重磅推出了“辅助脊髄损伤患者步行的机器人”ReWalk,为脊髄损伤患者带来了福音。
  ReWalk作为外骨骼状机器人,不采用力传感器和肌电传感器,而是采用通过可以定位穿戴者的身体重心进行步行的独创性计算程序算法,从而实现步行自然化和穿戴简便化,在欧美已实现商品化,可帮助因为脊髄损伤造成的下肢麻痹患者实现站立和步行。
  患者在指定医院接受使用训练(基础训练20小时,应用训练最低20小时)后,便可在日常生活中使用。
  4.德国库卡(kuka)
  库卡(KUKA)是世界工业机器人和自动控制系统领域的顶尖制造商,总部位于德国奥格斯堡。KUKA机器人公司在全球拥有20多个子公司,其中大部分是销售和服务中心。KUKA在全球的运营点有:美国,墨西哥,巴西,日本,韩国,台湾,印度和欧洲各国。
  库卡机器人(上海)有限公司是德国库卡公司设在中国的全资子公司,成立于2000年,是库卡公司在德国以外设立的第一家,也是唯一一家海外工厂。库卡机器人(上海)有限公司位于上海市。库卡机器人的品牌代言人是乒乓球运动员蒂姆波尔。
  2015年,库卡推出首款轻型工业机器人LBRiiwa,LBRiiwa是一款具有突破性构造的7轴机器人手臂,其极高的灵敏度、灵活度、精确度和安全性的产品特征,使它特别适用于柔性、灵活度和精准度要求较高的行业(如电子、医药、精密仪器等),可满足更多工业生产中的操作需要。
  中国工业机器人行业现状分析
  中国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“七五”、“八五”科技攻关,目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用,弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。
  但总的来看,中国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离,如:可靠性低于国外产品;机器人应用工程起步较晚,应用领域窄,生产线系统技术与国外比有差距。
  2013-2017年中国工业机器人销量实现高速增长,销量连续多年位居世界各国之首。 中国自2013年开始成为全球工业机器人最大市场,2016年销量约为8.7万台,占全球比重为30%,接近于欧洲和北美销量之和。国内制造业“机器换人”需求旺盛,预计工业机器人销量仍将保持快速增长。
  数据显示,2017-2020年,中国工业机器人销量将从11.5万台增至21万台,年均增速约为25%,占全球比重将从33%提升至40%。随着我国制造业升级改造的趋势越发明显,机器换人的潮流为工业机器人产业提供充足的市场空间。2017年,中国工业机器人销量增至13.8万台,连续五年成为全球工业机器人销量冠军。
  国际机器人联合会预测,到2020年我国工业机器人销量将超过21万台。中国已连续5年成为全球工业机器人的最大消费市场,我国工业机器人市场正在迚入加速成长阶段,国际机器人联合会预测我国未来工业机器人销量会维持20%左右的增速。
  根据数据显示,2017年我国工业机器人产量为13.8万台,国产品牌销量占比约为32.8%,假设到2020年国产品牌产量占比达到50%,则2020年产量约为20万台。由此我们可以计算出2017-2020年工业机器人产量CAGR为15.12%,测算得2018/2019/2020工业机器人产量分别为15.09/17.37/20万台。《机器人产业发展规划》中指出,2020年国内工业机器人密度目标达到150台/万名工人。
  2016年我国工业机器人密度为68台/万人,根据国家统计局数据显示,2016年我国工业机器人产量约为7.24万台,则根据密度目标估算得2020年产量约为15.97万台,由此计算出2017-2020年工业机器人产量CAGR为6.8%,测算得2018/2019/2020年我国工业机器人产量分别为14.00/14.95/15.97万台。
  以2018-2020年中国工业机器人产量15/17/20万台为基准,以每台工业机器人15万元均价估算,2020年市场空间达300亿元。
  但在中国工业机器人13.8万的销量中,外资品牌占据了绝大部分的市场份额,国内自主品牌机器人在销量上有所增加,但所占份额仍然较少。
  1.外资机器人推动市场高速发展
  据CRIA与IFR初步统计,2017年中国工业机器人市场销量继续增长,全年累计销售14.1万台,同比增长58.1%,增速创历时新高。其中,国产机器人销售3.78万台,同比增长29.8%;外资机器人销售10.3万台,同比增速71.9%。
  与上年相比,国产工业机器人销售增速基本稳定,外资品牌销售增速明显加快增速。外资机器人在市场总销量中的比重为73.2%,比上年提高5.9个百分点。
  2.多关节机器人首次成为国产机器人的主力机型
  从机械结构看,2017年多关节机器人在中国市场中的销量位居各类型机械人雄踞首位,全年销售9.1万余台,同比增长66.6%,与上年相比增速也明显加快;其中国产多关节机器人销售形势喜人,销量首次超越坐标型机器人,成为首要机型,全年累计销售1.6万台,同比增幅达到35.5%。
  但由于外资多关节机器人销售加速,,国产多关节机器人在同类型机器人市场中的比重由2016年的21.5%回落至17.5%。
  坐标机器人销售总量超过2.12万台,销量同比增长15.4%,增速较上年加快。SCARA机器人在各类机型中增速最高,销量成倍增长。并联机器人销量自2013年来首次同比下降,降幅为3%。
  3.搬运与上下料依然是推动中国机器人市场快速增长的重要领域
  从应用领域看,搬运和上下料依然是中国市场的首要应用领域,2017年销量超过6.3万台,同比增长57.5%,增速较上年明显回升,在总销量中的与2016年持平。焊接与钎焊机器人销售3.5万台,同比增长56.5%,增速大幅度提高。装配及拆卸机器人销售2.8万台,同比增长71.2%。
  此外加工机器人销量实现成倍增长,但由于基数较小,对整体推动作用不明显。总体而言,2017年中国市场各结构的机器人销售均有提高,增长主要由搬运上下料机器人驱动。
  预计2017-2020年国内本体市场规模由272亿元增至427亿元。工业机器人种类繁多,根据应用功能和技术性能的不同,单台售价差异较大,从十万元至百万元不等。以全球工业机器人均价为参考,假设每年降价幅度为5%(规模化生产和技术进步),推算出2017-2020年,中国工业机器人本体销售额分别为272亿元、315亿元、364亿元和427亿元,年均增速约为18%。
  工业机器人的显著特点
  1.可编程。 生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程,因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用,是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
  2.拟人化。 工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有电脑。此外,智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”,如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。
  3.通用性。 除了专门设计的专用的工业机器人外,一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如,更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。
  4.综合性。工业机器技术涉及的学科相当广泛,归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器,而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能,这些都是微电子技术的应用,特别是计算机技术的应用密切相关。
  因此,机器人技术的发展必将带动其他技术的发展,机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。
  工业机器人行业的技术趋势
  目前,工业机器人技术正朝着模糊控制、智能化、通用化、标准化、模块化、高精化、网络化及自我完善和修复能力等方向进行研发。
  首先,模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。对于复杂的系统,由于变量太多,用传统控制模型难以正确描述系统的动态,此时便可以用模糊数学来处理这些控制问题。未来机器人的特点在于其具有更高的智能。
  随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发展,工业机器人的工作能力将会突破性的提高及发展。
  第二、工业机器人的组件及构件实现通用化、标准化、模块化是降低成本的重要途径之一。
  第三、随着制造业对机器人要求的提高,开发高精度工业机器人是必然的发展结果。
  第四、目前应用的机器人大多仅实现了简单的网络通讯和控制,如何使机器人由独立的系统向群体系统发展,使远距离操作监控、维护及遥控是目前机器人研究中的热点之一。
  最后,机器人应该具有自我修复的能力,才能更好地避免因为突发状况导致的生产停顿。当出现错误指令时应该自己进行报警或调试;当元器件损坏时可以自我进行修复。