上海印发第一批《上海市智能机器人标杆企业与应用场景推荐目录》。文件提出,请各有关机器人企业持续加强新产品、新终端研发创新,加大供给高端装备、拓展应用广度深度;请各相关企事业单位积极对接推广机器人典型应用场景,支撑城市数字化转型;请各区产业主管部门支持推动以机器人为代表的智能终端产业发展,培育一流营商发展环境。力争到2025年,本市将打造10家行业一流的机器人头部品牌、100个标杆示范的机器人应用场景、1000亿元机器人关联产业规模。
中信证券指出,从中央到地方,政策持续加码,有望推动机器人行业快速发展与多场景规模化落地。目前机器人行业处于发展初期,具备“硬件先行”趋势,其中,伺服系统等核心零部件,重要性突出,占据微笑曲线左侧,毛利率较高,未来空间广阔。具备较高核心零部件生产技术、拥有快速布局能力及优质客户资源的企业能率先享受行业红利。
减速机定义机器人“自由度”,价值量高
工业机器人主要由控制器、伺服和减速器三大零部件构成。这三个部件搭配共同实现机器人可控、平稳、精准地完成标准动作,每个部件都缺一不可。
(1)控制器:作为机器人的“大脑”,通过硬软件结合来控制机器人的运动位置、 姿态和轨迹;
(2)伺服电机:作为机器人的“驱动力“,根据控制器发出的命令输出力矩,动态控制机器人的速度和位置;
(3)减速器:伺服电机一般输出的转速高、力矩小,不能满足机器人本体的运动需求,需要通过减速器来降低转速、增加力矩。
减速器是机器人本体中成本占比最高的环节。减速器位于机器人产业链的上游零部件环节,产业链中游是机器人本体制造,下游是集成应用。根据高工机器人数据,工业机器人总成本中减速器占比最高,占32%,其次伺服、外壳和控制器分别占比20%、18%、15%。
产品形态:精密减速器以RV减速器和谐波减速器为主。RV减速器与谐波减速器各有优劣,相互互补。RV减速器刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高,适合中、重负载应用,通常用于多关节机器人的机座、大臂、肩部等重负载环节,应用场景包括汽车、运输、港口码头等;谐波减速器体积小、零部件数量少,同样具有精度高、传动比的特点,适合小型、中低负载应用,通常用于机器人小臂、腕部和手部,应用场景包括3C、半导体、食品、注塑、磨具、医疗等。
使用量:减速器使用数量取决于“自由度“的数量。通常来说,六轴机器人使用6个谐波/RV减速器,协作机器人使用6-7个谐波减速器,SCARA机器人使用3个谐波/RV减速器,并联/DELTA机器人使用1个谐波减速器,人形 机器人的腿部+手臂+腰部+颈部共使用15-40个减速器,每条腿各配置6个谐波减速器,使用量随着肢体使用量和复杂度的提高而提高。根据负载、体积、速度、精度的要求,机器人本体厂商在RV减速器、谐波减速器或者其他类型减速器中进行选择及搭配组合应用。
减速器的平均使用数量有望增加。根据GGII数据,2020年多关节机器人、SCARA机器人、协作机器人和坐标机器人的市场占比分别为63%、30%、4%和3%,多关节机器人使用6台减速器,大大拉动了减速器的需求量;协作机器人可以与人近距离互动,协助生产,目前尚处于起步阶段,每台机器人搭配7台谐波减速器,将形成较大增量需求。
卡位优质赛道:高成长、高景气、高壁垒
工业机器人是RV减速器及谐波减速器最主要的下游应用领域,因此工业机器人行业的高速成长为精密减速器市场贡献了最大增量。
高成长:机器换人大势所趋。工业机器人是精密减速器最主要的下游应用领域,在劳动力结构性缺口+劳动力成本上升+机器人成本下降+自动化升级的背景下,发展前景广阔,根据测算,仅考虑工业机器人领域,2022 年国 内谐波、RV减速器市场规模为20亿元、43 亿元;同时在机床、半导体设备、医疗器械等传统领域正逐渐渗透。
高景气度:机器替人浪潮推动行业需求爆发,供不应求。2022年疫情影响机器人生产与交付,但需求端订单依然强劲,从日本机器人订单和生产数据来看,2022Q1日本机器人订单额增速104%,生产额增速仅4%,存在较大供需缺口。
高壁垒:精密减速器行业是技术密集型行业。谐波、RV 减速器均对材料、加工精度和工艺有极高要求,具有较高的进入门槛。因此市场长期被两家日本品牌垄断,市占率达到60%+,下游的本体厂商极少自主开发,均选择外购。
人形机器人有望成为谐波减速器的蓝海市场
人形机器人,是指拥有与人类似的身体结构,能够使用双足行走,具备一定的人工智能功能的机器人。由于从外形上看更亲切,因而其最初的设计定位是一种服务机器人,应用于和人类直接接触的场景中,例如家庭、学校、餐厅、候机厅、表演等。
人形机器人和服务机器人最大的区别在于人形机器人需要保持平衡。普通服务机器人有底盘,用轮式驱动,不存在摔倒问题,只需要按照设定轨迹移动,并能实现一定程度的爬坡即可;人形机器人比服务机器人高度更高,需要靠双足行走,既要走得稳,还要走得快,并需要适应不同的地面。由于结构更接近人形,每个关节受力更加复杂,对减速器负载和电机响应速度要求更高。
Tesla布局人形机器人,2022年有望成为人形机器人发展的标志性年份。2021年,马斯克首次透露人形机器人“擎天柱”概念图和相关视频,2022年6月21日,马斯克宣布将于9月30日推出Tesla Bot“Optimus(擎天柱)”原型机,人形机器人产业链关注度提升。Tesla有望将汽车自动驾驶积累的技术经验用于人形机器人的研发生产中,推动人形机器人行业发展。2022年有望成为人形机器人发展的标志性年份,2023年预计Tesla Bot将进入量产阶段。
我们预测未来谐波减速器有下降的趋势,2022-2025年的单价分别为1484元/1440元/1396元/1354元。但考虑到Tesla Bot对谐波减速器需求量很大,单价还有一定的下降空间,因而我们假定,未来Tesla Bot在20万台/50万台/100万台的年产量下,单价分别为1300元/1200元/1000元。
单台Tesla Bot谐波减速器用量为20台。结合上述假设,我们测算在悲观、中性、乐观三种情况下,未来特斯拉Bot谐波减速器市场空间分别为52亿元、120亿元和200亿元。
核心零部件国产化是必须要过的坎
近年来,以传统制造业为中心,各行各业都在探索“人机协作”生产方式。“机器人革命”在全世界范围内掀起热潮,同时也正在成为“第四次工业革命”的切入点和重要增长点。
“工业机器人是衡量高端制造业水平的重要标志。”钟铮说,机器人革命正影响全球制造业格局,日本、欧洲、韩国、美国等国家和地区处于国际领先地位,我国工业机器人产业起步较晚,加上相关技术封锁等原因,与精度、速度、带载能力、寿命等相关的核心技术和部件成为“卡脖子”难题。
2月20日,中国社会科学院中国产业与企业竞争力中心发布的《产业蓝皮书:中国产业竞争力报告(2022~2023)》指出,我国机器人产业链薄弱环节在核心零部件,存在“卡脖子”风险。国产机器人的部分零部件、中间品由国外品牌垄断,我国企业议价能力较弱,一旦产业链上游遭受冲击,短期内很难找到替代品。
“加快我国工业机器人核心零部件技术突破,实现国产化替代已经刻不容缓,是国产化工业机器人弯道超车必须跨越的坎。”钟铮说。
据了解,生产工业机器人最核心的3个零部件分别是减速器、伺服电机和控制器,成本占比分别为35%、20%、15%。据钟铮介绍,减速器是工业机器人中成本占比最高、技术难度最大的核心零部件,国内处于起步阶段,面临投入大、周期长、行业规模小、企业从事自主开发的动力不足、行业壁垒高、高端人才匮乏等问题。
针对减速机等核心零部件供应安全问题,钟铮建议,通过出台财税支持政策,引导产业快速建设,鼓励国产化应用,形成行业生态并且激励技术攻关,打破行业壁垒。同时,专门针对精密减速器等产业出台持续性的扶持政策,支持企业引进国际顶尖人才。