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机器人零部件行业获更多支持
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近日,美的集团宣布与以色列运动控制系统解决方案提供商Servotronix达成战略合作交易。创立于1987年的以色列Servotronix公司在编码器、伺服驱动器及多轴运动控制器等机器人零部件产品制造方面有着多年的经验。美的收购这家公司将完善其在机器人关键零部件制造领域的战略储备。无独有偶,日前同为家电电子行业的三星电子公司也宣布将以80亿美元,收购美国汽车零部件制造商哈曼国际公司。像这样整机制造企业延伸产业链条至零部件领域的做法并不新鲜,一旦将零部件的生产技术掌控于手中,企业将是如虎添翼。
三大核心零部件待突破
在整个机器人产业链上,从上游、中游到下游依次为核心零部件、机器人本体制造以及系统集成。目前国内机器人制造厂商主要以下游的系统集成为主,关键零部件方面主要依赖进口。
控制器、伺服电机、减速机被视为机器人产品的三大核心零部件,占到机器人成本的70%,可以说,要想分得机器人上百亿市场一勺羹就要占领零部件技术的制高点。
据统计2015年约有75%的精密减速器为进口,伺服电机和驱动超过80%依赖进口。这成为了制约中国机器人产业发展的主要瓶颈。
控制器是机器人的大脑,发布和传递动作指令。其中包括硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,现在台达等国产品牌已经掌握;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、易用性等方面与国外品牌还有差距。
2015年中国控制器市场规模达23.1亿元,同比增长18%,其中工业机器人控制器占比15%,约3.5亿元。按照这样的速度推算,2017年的控制器市场可达到31亿元。未来控制器的机会在于标准化和开放性。现有的工业机器人控制器封闭构造,带来开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点,已不能适应智能化和柔性化要求。开发标准化、开放化控制器是工业机器人控制器的一个发展方向。
伺服系统是工业自动化的重要组成部分,是自动化行业中实现精确定位、精准操作的必要环节,在机床工具、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域得到广泛应用。2015年市场规模达到122亿元,其中工业机器人占比8.7%,市场规模约为10.6亿元。到2020年我国工业机器人用伺服系统市场规模将达47亿元左右,未来五年复合增长率约为35%。
从我国市场占有率来看,日系品牌占据了我国伺服系统市场一半的份额。著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,它们的产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求;欧美品牌占比25%,美国以罗克韦尔、丹纳赫、帕光等闻名,而德国则拥有西门子、伦茨、博世力士乐、施耐德等品牌。国产品牌占据了20%左右的市场。不过随着国产伺服系统性能的提升,国产伺服产品份额在逐渐扩大。
减速器是连接动力源和执行机构之间的中间装置,通常它把电动机、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。大量应用在工业机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。据中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元,未来五年复合增长率约为30%。
尽管中国工业机器人减速器需求强劲,但是国内减速器的生产能力还落后于美国和欧洲,整个市场几乎被纳博特斯克,HarmonicDrive以及住友重工等国际巨头垄断。
多项政策支持零部件产业
为了突破零部件对国外进口的依赖的问题,我国的政策在逐步加大推动机器人零部件行业的发展的力度。两月前,工信部、发改委等联合印发《关于促进机器人产业健康发展的通知》,针对产业低水平重复建设、轻关键零部件制造问题,提出推动机器人产业理性发展,加强零部件等关键短板突破,大力培育龙头企业等。工业和信息化部还发布了《工业机器人行业规范条件》,提出工业机器人本体生产企业年营收不低于5000万元或年产量不低于2000台套,集成应用企业年收入总额不低于1亿元。
那么未来机器人行业零部件将达到一个什么样的水平呢?《中国制造2025》规划总体部署了机器人零部件行业的目标,机器人用精密减速器、伺服电机及驱动器、控制器的性能、精度、可靠性达到国外同类产品水平,在六轴及以上工业机器人中实现批量应用,市场占有率达到50%以上。
该规划针对6自由度及以上工业机器人用关键零部件性能、可靠性差,使用寿命短等问题做了详解。规划中提到可以从优化设计、材料优选、加工工艺、装配技术、专用制造装备、产业化能力等多方面入手,全面提升高精密减速器、高性能机器人专用伺服电机和驱动器、高速高性能控制器、传感器、末端执行器等五大关键零部件的质量稳定性和批量生产能力,突破技术壁垒,打破长期依赖进口的局面。
此外,规划中还详细描述了零部件制造企业可以通过哪些途径在技术方面取得突破。减速器领域可以通过发展高强度耐磨材料技术、加工工艺优化技术、高速润滑技术、高精度装配技术、可靠性及寿命检测技术以及新型传动机理的探索,发展适合机器人应用的高效率、低重量、长期免维护的系列化减速器。
控制器与伺服系统可以通过高磁性材料优化、一体化优化设计、加工装配工艺优化等技术的研究,提高伺服电机的效率,降低功率损失,实现高功率密度。发展高力矩直接驱动电机、盘式中空电机等机器人专用电机。
通过高性能关节伺服、振动抑制技术、惯量动态补偿技术、多关节高精度运动解算及规划等技术的发展,提高高速变负载应用过程中的运动精度,改善动态性能。发展并掌握开放式控制器软件开发平台技术,提高机器人控制器可扩展性、可移植性和可靠性。重点开发关节位置、力矩、视觉、触觉等传感器,满足机器人产业的应用需求。
针对末端执行器方面,规划中强调重点开发抓取与操作功能的多指灵巧手和具有快换功能的夹持器等末端执行器,满足机器人产业的应用需求。

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