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工业机器人的产业链分为上游核心零部件,中游本体和传感器等生产,以及下游的系统集成等。核心零部件是减速机、伺服系统、控制系统三部分,分别对应执行系统、驱动系统、控制系统,分别占成本的35%、25%和 15%左右。(资料来源:克来机电(603960,诊股)招股说明书).
1. 核心零部件 工业机器人的核心零部件包括减速机、伺服电机和控制器等。 减速机 减速机将电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的,并传递更大的转矩。根据结构可以将减速机分为谐波减速机、摆线针轮行星减速机、RV减速机、精密行星减速机和滤波齿轮减速机五种,目前RV减速机和谐波减速机是精密减速机中重要的两种减速机。RV减速机具有体积小、传动比大、零背隙、高传动/体积比等优势。相比于谐波减速机,RV减速机具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中,一般将RV减速机放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速机放置在小臂、腕部或手部。机器人第一关节到第四关节全部使用RV减速机,轻载机器人第五关节和第六关节有可能使用谐波减速机。重载机器人所有关节都需要使用RV减速机。平均而言,每台机器人使用4.5台RV减速机。 国产RV减速机在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小,但在扭转刚度、传动精 度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显,由于材料和工艺水平差距,耐疲劳强度方面差距也比较明显。谐波减速机结构相对简单,仅有三个基本零部件,此外,哈默纳科的专利已到期,叠加国内政策支持因素,目前国产谐波减速机与国外的差距正在缩小。 伺服电机 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。作为一种补助马达间接变速装置,伺服电机可使控制速度,位置精度准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机需要受到控制器的控制,在控制信号发出之前,转子静止不动;当控制信号发出时,转子立即转动;当控制信号消失时,转子能及时停转。伺服电机相当于机器人的心脏。伺服系统由伺服电机和控制器构成。传统伺服系统分为液压、电气和气动,主要运用于机器人的电气伺服系统分为直流、交流和步进系统以及包括直线伺服在内的其他伺服系统。直流电机电刷容易磨损形成火花。步进电机由于功率不大,一般用于低精度小功率机器人。交流伺服电机驱动器具有转矩惯量比高、无电刷等优势。所以目前工业机器人的动力源(600405,诊股)通常使用交流伺服电机。 目前我国企业在中低端伺服系统领域已经可以实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力,精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。目前国内伺服电机领域的领先企业包括汇川技术、广州数控、华中数控(300161,诊股)、埃斯顿等。 控制器 控制器是机器人的大脑,主要负责发布和传递动作指令。控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解,以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换,完成机器人的轨迹规划任务,实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。控制器主要分为硬件和软件两部分:硬件是指工业控制板卡,包括主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌已经掌握;软件部分主要是控制算法、二次开发等。 国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。国内机器人厂商如广州数控、广泰数控、埃斯顿等均研发了控制器与控制系统。 2. 本体 机器人本体制造商负责工业机器人执行机构和感知系统与核心部件的生产加工组装后,交由下游厂商生产。本体企业在整个产业链中起到了整合上下游的作用。本体生产包括手臂、腕部、臂部、腰部、基座等部件生产组装,还包括位置传感器、力传感器和机器视觉等感觉系统。也正是因为机器人的多个传感器功能,保证了机器人在工业互联网构建中的“端”位置。 其中机器视觉从字面上理解就是使得机器具备人眼功能进行测量和判断。机器视觉系统主要由光源、镜头、相机、图像采集卡以及核心软件五个部分构成。软件中算法是核心,硬件中半导体器件是关键。机器视觉是现有的机器人从自动化设备转变为智能设备的关键因素之一。随着工业互联网的搭建,机器视觉将成为重要的感知工具。 国际上的工业机器人本体制造商包括库卡、ABB、发那科、安川等。国内包括新松机器人、广州数控、锐奇股份(300126,诊股)、埃斯顿、埃夫特等。机器视觉技术领域,国外企业如康耐视、基恩士等技术领先,国内大部分机器视觉公司都是国外机器视觉品牌的代理商,劲拓股份目前正在积极布局机器视觉领域。 3. 下游系统集成 工业机器人是柔性自动化生产及系统集成的基础,而柔性自动化生产及系统集成则是工业机器人商业化应用的关键。系统集成方案解决商负责工业机器人软件系统开发和集成,为终端客户提供应用解决方案。系统集成商并非是标准化程序,而是定制化生产,因此系统集成商的竞争优势主要体现在定制化服务上,其中对客户需求的准确把握是关键。下游的应用包括焊接、装配、喷涂、处理和搬运等,系统集成商通过设定程序,将已经成型的机器人赋予相应的功能。 目前国内机器人厂商主要集中在系统集成商领域,高工研究院(GGII)的数据显示,截至2014 年9 月,中国机器人相关企业428家,其中系统集成商就占88%。但国内系统集成商大多从国外购买机器人整机后再进行加工生产。 |
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