機器人行業展望：四大邏輯利好機器人產業鏈發展機器人產業深度研究報告分析師：曾文婉銷售服務電話：機器人是一種自動化設備或工具，當前處于第三代智能機器人的L3發展階段。機器人是一種自動化設備或工具，主要由傳感、控制、機械三大部分組成，又可細分為感知系統、控制系統、驅動系統、機械/執行機構、交互系統。全球機器人行業的發展目前處于智能應用期，且處于第三代智能機器人的發展過程中，智能化水平正處于在L3階段深化發展、并向L4階段邁進過程中。我國市場以工業機器人為主，但服務機器人市場規模增速較快，全球范圍看我國是工業機器人消費大國，但并非制造大國。機器人可分為工業機器人、服務機器人和特種機器人。中國機器人市場以工業機器人為主，具體機型以六軸多關節機器人、SCARA機器人為主，主要應用于搬運、焊接和裝配。但服務機器人、特種機器人市場規模增速高于工業機器人。從全球范圍看，我國是工業機器人消費大國，日本是機器人制造強國。上游核心零部件是產業鏈中技術壁壘高、成本占比較大的環節。工業機器人行業按產業鏈分為上游、中游、下游和終端應用。上游為控制器、伺服電機、減速器（以上為三大核心零部件）、智能芯片、傳感器等核心零部件生產。三大核心零部件成本占機器人比例約66%，國產化率不斷提升，行業壁壘較高，在減速器、伺服電機以及控制器的軟件層方面，國外廠商仍占競爭優勢。中游為工業機器人本體生產，大小六軸、SCARA等機型以及汽車、電子等行業國產化率提升空間較大，本體廠商傾向于自研控制器、伺服系統。下游是基于終端行業特定需求的機器人系統集成商，行業集中度低、國產化率高，但高端領域仍被外資廠商占據，行業商業模式已向“日+美并行”模式轉變。國產替代、周期見底、技術迭代、勞動力短缺是看好機器人行業的主要邏輯。國產替代：機器人細分領域國產化率、滲透率提升空間大，政策驅動下國產替代、產業升級進程有望進一步加快。周期見底：根據歷史數據，通用機械行業存在3-4年周期性波動的歷史趨勢，工業機器人行業或將在今年迎來新一輪的上漲周期。技術迭代：特斯拉等入局人形機器人，AI大模型助力具身智能，人形機器人迎來0到1的發展階段。勞動力短缺：老齡化與人力短缺將帶來生產關系的變革，催化機器人進一步替代人力勞動。投資建議：1、關注國產化替代邏輯下，具備性價比優勢的產業鏈企業。2、關注特斯拉人形機器人產業鏈相關企業。3、人形機器人的發展，將帶來上游部分零部件、軟件系統的增量需求，關注與之相關的企業。4、關注智能化程度高，應用場景更明確、剛性的本體制造商，以及提供機器人智能化基礎設施平臺的相關企業。風險提示：下游行業復蘇不及預期，行業競爭加劇、國產化替代不及預期，產業政策支持力度不及預期，行業技術發展、商業化進程不及預期，原材料價格、設備價格波動的風險，通用機械周期規律失效風險。1.機器人是一種自動化設備或工具，當前處于第三代智能機器人的L3發展階段 51.1.機器人是一種自動化設備或工具，具備人的特長和機器的特長 51.2.機器人主要由三大部分、五大系統組成 51.3.當前處于第三代智能機器人的L3發展階段 72.我國市場以工業機器人為主，是工業機器人消費大國、但非制造大國 102.1.我國機器人市場以工業機器人為主，服務機器人市場規模增速更快 102.2.我國是工業機器人消費大國，日本是機器人制造強國 142.3.我國工業機器人以六軸多關節機器人、SCARA機器人為主，主要應用于搬運、焊接和裝配 162.4.我國服務機器人以家用服務機器人為主，商用服務機器人以商用清潔機和終端配送為主 193.我國擁有較為完整的機器人產業鏈，上游核心零部件是產業鏈中技術壁壘高、成本占比較大的環節 203.1.上游：三大核心零部件國產化率不斷提升，但高端領域國外廠商仍占競爭優勢 223.1.1.機器人主要使用RV減速器和諧波減速器，市場均由日本廠商主導，國產化進程不斷推進 223.1.2.伺服系統中伺服驅動器、伺服電機成本占比較高，國產化率不斷提升 273.1.3.控制器國內外差異主要體現在軟件層，市場競爭格局與本體廠商類似 313.2.中游：大小六軸、SCARA等機型以及汽車、電子等行業機器人國產化率提升空間較大 363.3.下游：國內系統集成行業集中度低、國產化率高，行業商業模式已向“日+美并行”模式轉變 404.國產替代、周期見底、技術迭代、勞動力短缺是看好機器人行業的主要邏輯 434.1.國產化率、滲透率提升空間大，政策驅動下國產替代、產業升級進程有望加快 434.2.經濟復蘇預期下，工業機器人行業或將迎來新一輪的上漲周期 474.3.特斯拉等科技公司入局人形機器人，AI大模型助力具身智能，人形機器人迎來“0-1”階段 484.4.老齡化與人力短缺將帶來生產關系的變革，催化機器人進一步替代人力勞動 495.投資建議 516.風險提示 51圖1：機器人組成部分 7圖2：全球機器人歷史發展階段 8圖3：工業機器人舉例（以多關節機器人為例） 11圖4：服務機器人舉例（以商用清潔、終端配送機器人為例） 11圖5：2017-2024年全球不同類型機器人市場規模及增長率 12圖6：2017-2024年中國不同類型機器人市場規模及增長率 12圖7：2015年-2023年7月中國工業機器人月度產量與增速 12圖8：2015年-2023年7月中國工業機器人累計產量與增速 12圖9：2016-2023上半年我國工業機器人分季度出貨（銷售）量（臺）及增速（%） 13圖10：2021年-2023年7月中國服務機器人月度產量與增速 13圖11：2021年-2023年7月中國服務機器人累計產量與增速 13圖12：智元機器人“遠征A1”在工業場景中的應用（擰螺絲） 14圖13：智元機器人“遠征A1”在生活場景中的應用（打雞蛋） 14圖14：全球主要國家2011-2021年新增工業機器人數量（千臺） 14圖15：中國不同類型機器人市場規模占全球相應市場規模的比例（%） 15圖16：中國新增工業機器人占全球新增工業機器人的比例（%） 15圖17：2020年全球工業機器人行業競爭格局（%） 15圖18：中國工業機器人分機械結構類型的銷量結構（%） 18圖19：中國不同機械結構類型的工業機器人銷量增速（%） 18圖20：全球機器人傳統工業機器人與協作機器人銷量及增速 18圖21：2021年中國工業機器人分應用領域占比 18圖22：協作機器人在3C行業裝配中的應用 19圖23：協作機器人在制作咖啡中的應用 19圖24：2021年中國服務機器人不同類型市場占比（%） 20圖25：2020-2021年全球專業（商用）服務機器人前五大應用類型銷量（千臺）與同比增速（%） 20圖26：中國公共（商用）服務機器人不同類型市場規模（億元）與增速 20圖27：中國商用服務機器人不同應用場景市場規模（億元） 20圖28：機器人產業鏈（以工業機器人為例） 21圖29：機器人成本構成（以工業機器人為例） 21圖30：工業機器人各環節毛利率 21圖31：機器人成本構成（以公共服務機器人為例，環境感知與運動控制模塊自研） 22圖32：機器人成本構成（以公共服務機器人為例，環境感知與運動控制模塊外采） 22圖33：中國RV減速器市場規模（億元） 24圖34：中國諧波減速器市場規模（億元） 24圖35：2014-2022年中國工業機器人用RV與諧波減速器使用量（萬臺） 25圖36：2022年中國RV減速器市場份額 25圖37：2022年中國諧波減速器市場份額 25圖38：2018年-2022年精密減速器國產化率不斷提升（%） 26圖39：伺服系統原理 27圖40：伺服系統成本占比情況 27圖41：伺服驅動器示意圖 28圖42：編碼器示意圖 28圖43：伺服電機示意圖 29圖44：中國通用及專用伺服系統市場規模（億元）及增速（%） 30圖45：中國伺服電機市場規模（億元）及增速（%） 30圖46：2019年大、中、小型伺服電機產品市場規模占比（%） 30圖47：2022年直流、交流伺服電機市場規模占比（%） 30圖48：2021年伺服系統下游應用行業分布（%） 31圖49：2019-2022年中國通用伺服市場內外資廠商份額占比（%） 31圖50：2022年中國伺服系統品牌市場份額（%） 31圖51：機器人的控制系統工作原理 32圖52：運動控制器基本結構 33圖53：2020年PC-Based控制器、專用控制器、PLC控制器市場份額占比 34圖54：2016-2022年中國運動控制器市場規模（億元） 34圖55：2016-2022年中國工業機器人用控制器市場規模（億元） 34圖56：2021年中國控制器市場競爭格局（%） 36圖57：中國工業機器人控制器國產化率不斷提升（%） 36圖58：本體制造企業在不同應用領域的布局（以國內工業機器人本體公司為例） 36圖59：2022年中國工業機器人競爭格局 37圖60：2022H1—2023H1中國工業機器人市場格局變化 37圖61：國內工業機器人國產化率不斷提升（%） 38圖62：中國工業機器人分機型國產化率（%） 38圖63：2021年中國工業機器人分行業國產化率（%） 38圖64：2021年中國工業機器人分應用場景國產化率（%） 38圖65：2021年中國掃地機器人線上銷售份額占比 39圖66：2021年中國餐飲行業商用服務機器人市場份額 39圖67：2021年商用清潔機器人市場競爭格局（市場規模占比） 39圖68：工業機器人系統集成的主要模式 41圖69：工業機器人系統集成市場規模及增速 42圖70：2019年工業機器人系統集成市場占比（按行業細分） 42圖71：2019年工業機器人系統集成市場規模（按內外資，%） 43圖72：2019年各工藝段系統集成商本土和外資競爭格局（%） 43圖73：2019年各行業系統集成本土和外資競爭格局（%） 43圖74：中國工業機器人密度靠前，但仍有提升空間（單位：臺/萬人） 44圖75：2010-2021年主要地區或國家工業機器人密度比較（單位：臺/萬人） 44圖76：2022年中國工業機器人各行業滲透率調查（%） 45圖77：2022年中國服務機器人各行業滲透率調查（%） 45圖78：2008年以來金屬切削機床、叉車、工業機器人月度產量同比（%） 47圖79：AI技術將助力機器人智能化發展 49圖80：人口出現負增長 50圖81：人口老齡化趨勢加劇 50圖82：勞動力人口比例（%）下滑 50圖83：制造業城鎮單位就業人員數量下滑（萬人） 50圖84：2008年以來金屬切削機床、叉車、工業機器人月度產量同比（%） 51表1：不同機構/標準對機器人的定義 5表2：機器人組成部分 6表3：中國機器人歷史發展階段 8表4：機器人智能等級階段 9表5：根據應用領域對機器人進行分類 10表6：工業機器人分類（按機械結構） 16表7：工業機器人分類（按應用類型）以及對應常見的機器人機械結構類別 16表8：RV減速器與諧波減速器對比 23表9：精密減速器行業的進入壁壘較高 26表10：通用運動控制器分類 33表11：部分機器人本體廠商主要產品線及優勢行業梳理 37表12：部分機器人本體廠商細分產業鏈布局情況 39表13：以工業機器人系統集成步驟為例 40表14：機器人細分產業鏈國產化率情況（以工業機器人為例） 44表15：近年各國或地區機器人行業重要相關政策 45表16：2016-2023年國內機器人行業重要相關政策 461.機器人是一種自動化設備或工具，當前處于第三代智能機器人1.1.機器人是一種自動化設備或工具，具備人的特長和機器的機器人是一種自動化設備或工具，主要特征有二——具備類人或類生物的智能或功能，且自主或半自主地執行任務。目前盡管關于機器人的研究非常廣泛和深入，但對于機器人還沒有一個統一的定義。從多家機構或標準對機器人的定義總結來看，機器人是一種能夠半自主或全自主工作的自動化設備，即這種設備能夠通過編程和自動控制來執行任務，具備與人或生物類似的智能能力。機器人具備人的特長和機器的特長。機器人可以輔助甚至替代人類完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率質量，服務人類生活，擴大延伸人的活動及能力范圍。但與此同時，機器人并不是在簡單意義上替代人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長，既有人對環境狀態的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續工作、精確度高、抗惡劣環境的能力。表1：不同機構/標準對機器人的定義機構/標準定義新國標GB/T39405-2020機器人是具有兩個或兩個以上可編程的軸，以及一定程度的自主能力，可以在其環境中運動以執行預定任務的執行機構。一種用于移動各種材料、零件、工具或專用裝置的，通過可編程的動作來執行各種任務，并具有編程能力的多功能機械手。日本工業機器人協會（JIRA）將機器人的定義分成兩類：工業機器人：一種能夠執行與人體上肢（手和臂）類型動作的多功能機器；智能機器人：一種具有感覺和識別能力，并能控制自身行為的機器。（1）機器人的動作機構具有類似于人或其他生物體的某些器官（肢體、感受等）的功能；（2）機器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變；（3）機器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學習等；（4）機器人具有獨立性，完整的機器人系統在工作中可以不依賴于人的干預。機器人主要由傳感、控制、機械三大部分組成，又可細分為感知系統、控制系統、驅動系統、機械/執行機構、交互系統。當前機器人的經典架構設計遵循感知-控制-執行的反饋控制框架，主要由傳感、控制、機械三大部分組成，因此其具有感知、執行等基本能力。與人或生物的組成部分進行類比，可將機器人結構細分為感知系統（感官系統中的感受）、控制系統（大腦系統）、驅動系統（心臟、肌肉）、機械/執行機構（身軀、四肢）、交互系統（感官系統中的表2：機器人組成部分組成系統定義感知系統它由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，獲取內部和外部環境中有用的信息。內部傳感器用來檢測機器人的自身狀態（內部信息如關節的運動狀態等。外部傳感器用來感知外部世界，檢測作業對象與作業環境的狀態（外部信息如視覺、聽覺、觸覺等。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化水平。控制系統機器人控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。控制系統的任務是根據機器人的作業指令以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。主要包括控制器、控制算法、關節伺服控制器等。控制器根據作業要求接收編程發出的指令控制和協調運動，并根據環境信息協調運動。驅動系統驅動系統是向機械結構系統提供動力的裝置。其主要驅動方式有：電氣驅動、液壓驅動、氣壓驅動及新型驅動。電氣驅動是目前使用最多的一種驅動方式，液壓驅動可以獲得很大的抓取能力，氣壓驅動的機器人結構簡單，動作迅速，空氣來源方便。隨著應用材料科學的發展，一些新型材料開始應用于機器人的驅動，如形狀記憶合金驅動、壓電效應驅動、人體肌肉及光驅動等。此外還包括伺服驅動器，控制各關節按伺服控制器指示的速度、加速度和軌跡要求進行運動。機械結構系統（執機器人中負責執行作業、完成工作任務的實體部分，主要由機械部分和傳動部分組成。機械部分通常由桿件和關節組成。從功能角度分類，主要包括基座、腰部（立柱）、手臂、手腕、手部（末端執行器）四大組件，一些機器人還配備有行走結構。手部：又稱末端執行器，是工業機器人直接進行工作的部分，其作用是直接抓取和放置物件，可以是各種手持器。腕部：是連接手部和臂部的部件。其作用是調整或改變手部的姿態，是操作機中結構最復雜的部分。臂部：又稱手臂，用以連接腰部和腕部，通常由兩個臂桿（大臂和小臂）組成，用以帶動腕部運動。腰部：又稱立柱，是支撐手臂的部件，其作用是帶動臂部運動，與臂部運動結合，把腕部傳遞到需要的工作位置。基座（行走機構基座是機器人的支持部分，有固定式和移動式兩種，該部件必須具有足夠的剛度、強度和穩定性。傳動部分直接影響機器人的穩定性、快速性和精確性等性能參數。傳動裝置是指把動力裝置的動力傳遞給工作機構等的中間設備。機器人的傳動裝置除了齒輪傳動（圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、齒輪鏈傳動、齒輪齒條傳動、蝸輪蝸桿傳動等）、絲杠傳動、行星齒輪傳動和RV減速器傳動外，還常用柔性元件傳動（諧波齒輪傳動、繩傳動和同步齒形帶傳動等）。交互系統即人-機器人-環境交互系統，是能將三者聯系起來并互相協調的系統，主要功能為發送信息指令及顯示信息。人機交互部分指操作人員控制機器人并與機器人聯系的裝置部分，機器人環境交互部分指機器人與外部環境中的設備互換聯系和協調的系統部分。圖1：機器人組成部分全球機器人行業的發展經歷了四個階段，目前處于智能應用期。全球機器人行業的發展經歷了萌芽階段（20世紀40-50年代）、初級階段（20世紀60-70年代）、迅速發展階段（20世紀80-90年代）、智慧化階段（21世紀初-至今）等四個階段。當前階段，隨著感知、計算、控制等技術的迭代升級和圖像識別、自然語音處理、深度認知學習等人工智能技術在機器人領域的深入應用，機器人領域的服務化、智能化、通用化趨勢日益明顯。其中美國、日本、德國等都是機器人的研發和制造大國，無論是在基礎研究還是產品研發、制造方面，都居世界領先水平。在日本，機器人的關鍵性部件—減速器是遙遙領先的，并且已經形成了技術壁壘；德國則在原材料、本體零部件具有很大的優勢；美國當前在人形機器人方面、機器人AI技術方面引領潮流。圖2：全球機器人歷史發展階段國內工業機器人行業發展起步晚于國外，目前處于產業形成階段，下一步將向產業深化邁進。國內主要經歷了三個發展時期——技術準備階段（1970-1990年）、產業孕育階段（1990-2009年）、產業形成階段（2009年-至今）。在2000年之前，國內主要以技術研究、市場探索為主。進入21世紀后，國內工業機器人技術及產業才得到迅猛發展。2000年-2010年，在汽車等主要應用領域較為低迷的情況下，國內工業機器人年均銷量僅為數千臺，這一階段主要是外資在加速布局國內市場，而國內供應商主要做集成和代理。2010-2017年，隨著下游汽車、3C等行業需求的高速增長，工業機器人銷量超過萬臺，一些內資集成企業發展到了一定程度，并開始向中上游拓展。同時國家對機器人支持補貼政策的密集出臺，以及長尾市場的逐漸打開，我國工業機器人產銷量呈爆發式增長。2018-2019年受貿易摩擦影響以及補貼減少，國內汽車、3C電子等主要的機器人應用下游受到影響，機器人需求放緩。近年來，伴隨新能源等行業快速擴產，機器人行業抓住歷史機遇切入相應細分行業，在相關行業應用上占據先發優勢。總的來說，與美、日、德等機器人強國相比，中國仍更多處于機器人產業鏈的中下游，主要是本體制造、系統集成、二次開發、定制性部件和售后服務等環節。表3：中國機器人歷史發展階段階段劃分時間范圍含義技術準備階段1970-1990年我國工業機器人的前期理論研究始于20世紀70年代至80年代初期，這一時期主要是針對工業機器人的研究，研究單位分布在國內部分科研院所及高校。進入20世紀80年代中期，隨著工業發達國家開始大量應用和普及工業機器人，我國工業機器人的研究得到政府的重視和支持。國家組織了對工業機器人需求行業的調研，投入大量的資金開展工業機器人的研究，進入了樣機開發階段。產業孕育階段1990-2009年20世紀90年代，是工業機器人示范應用階段。為實現高新技術發展與經濟發展的緊密結合，我國確定了特種機器人與工業機器人及應用并重的指導方針，到90年代末，國內初步建成了9個機器人產業化基地和科研基地。進入21世紀，國內一大批企業或自主研制或與科研院所合作，進入工業機器人研制和生產行列，我國工業機器人進入初步產業化階段。產業形成階段2009年至今2009年，我國開始大力推進戰略性新興產業的發展，隨著各類戰略性新興產業發展規劃階段劃分時間范圍含義以及工業轉型升級規劃的相繼出臺，智能制造裝備作為高端裝備制造業的重要方向被提出，我國工業機器人的發展自此迎來發展高峰。這一時期，隨著工業轉型升級的推進，并受勞動力成本上漲等因素影響，我國工業機器人市場需求呈現爆發式增長，國產工業機器人開始實現大批量生產，產品日趨多樣化。機器人技術迭代已走過兩代，當前處于第三代智能機器人的發展過程中。第一代的機器人指能通過離線編程或示教操作生成程序，并再現動作的機器人，所使用的技術和數控機床相似。第二代機器人裝備有少量傳感器，能獲取環境、對象的簡單信息和進行簡單的推理，可適當調整動作和行為，故稱為感知機器人或低級智能機器人。第三代機器人具有高度的自適應能力，它有多種感知機能，可通過復雜的推理，做出判斷和決策，自主決定機器人的行為，具有相當程度的智能，故稱為智能機器人。若按照智能等級來看，目前的智能機器人還處于“弱智能”狀態，正不斷在L3階段深化發展、同時向L4階段邁進。根據《智能機器人（第二版）》（陳黃祥）一書中的分類，將機器人智能等級分為L0-L4等5個等級階段，同時標明了相應階段中機器人在知識獲取、知識反饋、知識應用、知識創新中的自主性，是完全依靠機器人自身還是完全或部分依賴人為操控。目前的智能機器人還處于“弱智能”狀態、整體發展至L3階段，隨著以物聯網、云計算、深度學習等為代表的新一代信息技術的快速發展，機器人將不斷在L3階段深化發展、并向L4階段邁進。表4：機器人智能等級階段機器人智能等級名稱定義知識獲取知識反饋知識應用知識創新人工操控機器人機器人沒有任何自主性，完全依賴人為操人類人類人類人類程序控制機器人機器人受預先編程的程序控制，如工廠中的機械臂、非標自動化設備等。人類/機器人人類人類人類感知控制機器人機器人能夠感知周圍環境并反饋自身狀態，如位姿、故障信息等，能夠自主按程序運行，也可以通過網絡進行遠程人為操控，典型的如掃地機器人等。機器人人類/機器人人類人類自適應機器人機器人在特定場景和特定范圍內可以實現高度的自適應，但其不具備自學能力，具備環境自適應性，但無法持續優化。機器人機器人人類/機器人人類完全自主機器人機器人完全自主，即使在復雜、開放的場景下，仍然可以獨立生存、獨立行動、自由地與其他智能體交互，適應環境并不斷學習進化。機器人機器人機器人機器人2.我國市場以工業機器人為主，是工業機器人消費大國、但非制2.1.我國機器人市場以工業機器人為主，服務機器人市場規模增速更快根據制造目的的不同，機器人可分為工業機器人、服務機器人和特種機器人。中國于2021年正式實施的新國標GB/T39405-2020從五個維度對機器人進行分類，包括應用領域、運動方式、使用空間、機械結構以及編程和控制方式。根據應用領域，機器人可分為五大類，包括工業機器人、個人/家用服務機器人、公共服務機器人（商業服務機器人）、特種機器人和其他應用領域機器人，其中個人/家用服務機器人、公共服務機器人（商業服務機器人）可歸屬于服務機器人大類。本文主要討論工業機器人、服務機器人。表5：根據應用領域對機器人進行分類機器人類型含義細分類型工業機器人自動控制的、可重復編程、多用途的操作機，可對三個或三個以上軸進行編程，它可以是固定式或移動式，在工業自動化中使用。當前實用化的工業機器人以第一代示教再現機器人居多，但部分工業機器人（如焊接、裝配等）已采用圖像識別等智能技術，對外部環境具有一定的適應能力，初步具備了第二代機器人的一些功能。按其使用用途分為加工、裝配、搬運、包裝四大類，具體可分為搬運作業/上加工機器人、裝配機器人、潔凈機器人和其他工業機器人。服務個人/家用服務機器人是一種半自主或全自主工作的機械設備，在家居環境或類似環境下使用的，以滿足使用者生活需求為目的的服務機器人。這種機器人的操作使用，通常不需要專業知識或技能，不需要特別的培訓或資質。這類機器人為大眾化、低價位產品，其市場空間最大。按其使用用途可分為家務機器人、教育家用安監機器人、個人運輸機器人和其他個人/家用服務機器人。機器人機器公共服務機器人是一種半自主或全自主工作的機械設備，住宿、餐飲、金融、清潔、物流、教育、文化和娛樂等領域的公共場合為人類提供一般服務的商用機器人。公共服務機器人按其使用用途可分為餐飲機器人、講解導引機器人、多媒體機器人、公共游樂機器人、公共代步機器人和其他公共服務機器人。特種機器人應用于專業領域，一般由經過專門培訓的人員操作或使用的，輔助和/或替代人執行任務的機器人。按其使用用途可分為檢查維修機器人、專業檢測機器人、搜救機器人、專業巡檢機器人、偵察機器人、排爆機器人，專業安裝機器人、采掘機器人、專業運輸機器人、手術機器人、康復機器人和其他特種機器人。其他應用領域機器人除以上機器人外的其他機器人。/工業機器人是20%的智能+80%的動能，而服務機器人是80%的智能+20%的動能。簡單來說，機器人就是動能（提供動力，完成運動）+智能（判斷、控制）的組合，如果說工業機器人是20%的智能+80%的動能，那么服務機器人就是80%的智能+20%的動能。原因在于工業機器人所處的工作環境在大多數情況下是已知的，對應工作內容變化少，但要求精密、精細、準確，即對智能要求不高，但對運動能力有較高要求，因此利用第一代機器人技術可基本滿足。然而，服務機器人的工作環境在絕大多數場合中是未知的，面臨工作環境復雜、變化多，但承受負載輕且精密要求不高，故一般需要使用第二代、第三代機器人技術。圖3：工業機器人舉例（以多關節機器人為例）圖4：服務機器人舉例（以商用清潔、終端配送機器人為例）全球機器人市場主要以工業機器人、服務機器人為主，我國機器人市場以工業機器人為主。根據中國電子學會及IFR數據，2021年全球工業機器人、服務機器人、特種機器人市場規模分別為175億美元、172億美元、82億美元，占比分別為41%、40%、19%。預計工業機器人2022-2024年間市場規模CAGR為9%，服務機器人、特種機器人2022-2024年市場規模CAGR分別為16%、18%。根據中國電子學會2021年數據，中國工業機器人、服務機器人、特種機器人市場規模分別為75億美元、49億美元、18億美元，占比分別為53%、35%、13%。2017-2021年間服務機器人、特種機器人的規模增速高于工業機器人。與全球不同類型機器人市場規模發展趨勢類似，根據中國電子業協會和IFR的預測，2022-2024年間工業機器人市場規模將仍維持CAGR為15%的速度增長，但服務機器人、特種機器人市場規模增速將高于工業機器人，兩者該期間CAGR將分別達到25%、24%，服務機器人市場規模與工業機器人的差距將縮小。我國三種類型機器人市場規模在2017-2022年間的CAGR均高于全球。圖5：2017-2024年全球不同類型機器人市場規模及增長率圖6：2017-2024年中國不同類型機器人市場規模及增長率無論是從產量還是銷量上看，我國工業機器人近兩年增速有所放緩。根據Wind以及蘿卜投研數據，2017-2022年工業機器人產、銷量CAGR分別為28%、14%。2020-2021年，由于疫情因素、機器替代人的需求增加，以及國產替代疊加新能源等行業大規模擴產等因素，工業機器人產銷量均有大幅度提升；近兩年產銷增速放緩，今年上半年表現疲軟，主要受到下游應用市場需求走低以及渠道商降庫存的影響。圖7：2015年-2023年7月中國工業機器人月度產量與增速圖8：2015年-2023年7月中國工業機器人累計產量與增速圖9：2016-2023上半年我國工業機器人分季度出貨（銷售）量（臺）及增速（%）注：MIR統計數據包括小六軸多關節機器人、大六軸多服務機器人產量增速有回暖趨勢。2021年，在疫情影響下，無接觸式服務成為剛需，過去兩年消費者和企業對服務機器人的需求陡然增加，機器人的價值被進一步挖掘，服務機器人快速邁過市場教育階段，進入高速發展期；2022年，商業服務機器人受到下游餐飲、酒店等行業需求不景氣的影響，家用服務機器人中占比較高的掃地機器人行業市場規模增長停滯，故整個服務機器人產量呈下滑趨勢，下滑情形一直延續至2023年3月。2023年4月，服務機器人的產量同比增長了47.6%，行業上升拐點出現，截至2023年7月，服務機器人產量同比增速為28.7%，有所回暖。圖10：2021年-2023年7月中國服務機器人月度產量與增速圖11：2021年-2023年7月中國服務機器人累計產量與增速在智能化、通用化、人形化趨勢下，工業機器人與服務機器人的界限將被打破。根據前文分析傳統工業機器人與服務機器人是存在較大差別的，但在AI大模型“智力加持”下的通用人形機器人被推出后，未來同一種機器人既可用于工業場景、又可用于服務場景的畫面將會成為現實。例如根據特斯拉計劃，第一批Optimus機器人將主要在特斯拉超級工廠中應用，替代那些危險、無聊、重復的工作，或是人們不想做的工作，第二批大規模使用的機器人，會擁有在現實世界中的導航能力，無須特定指令也能做有用的事，第三批可以應用在家庭場景。再例如國內的智元機器人“遠征A1”展示的功能包括在工廠擰螺絲、做檢測，在家庭生活場景中當管家等。圖12：智元機器人“遠征A1”在工業場景中的應用（擰螺圖13：智元機器人“遠征A1”在生活場景中的應用（打雞蛋）自2013年起，我國已成為全球最大的工業機器人消費國。從每年新增工業機器人安裝數量上看，自2013年起，中國新增數量已超過其他主要國家、達到3.7萬臺，成為全球最大的工業機器人消費市場，且近幾年新增安裝數量的增速高于其他主要國家。從占比上看，2021年中國機器人市場規模占全球比例已達33%，新增工業機器人數量占全球比例已達52%。根據中國電子學會、IFR預測，由于中國對機器人科技和產業發展高度重視，中國機器人行業將進一步發展壯大，2022-2024年中國機器人市場規模將分別達到174億美元、210億美元、251億美元，2022-2024年中國機器人市場規模CAGR預計為20%，超過全球預計增速（13%）。圖14：全球主要國家2011-2021年新增工業機器人數量（千臺）圖15：中國不同類型機器人市場規模占全球相應市場規模的比例（%）圖16：中國新增工業機器人占全球新增工業機器人的比例盡管我國是工業機器人消費大國，但從供給端上看，日本是全球機器人（尤其是工業機器人）市場的主角。從供給視角來看，盡管我國已經形成學科齊全的機器人研發體系、從零部件生產到機器人應用的完整產業鏈，但仍處于產業化的初期階段，而日本與歐洲已經實現了傳感器、控制器、精密減速機等核心零部件完全自主化，美國在AI大模型的開發和應用上已走在世和安川電機（YASKAWA）4家生產商（被稱為“四大家族”）占據著工業機器人58%的市場份額，且在機器人本體制造、相關技術和服務、核心零部件等多方面擁有顯著優勢。根據IFR《全球機器人報告》，日本是全世界排名第一的工業機器人制造國，2021年生產的機器人數量占全球總量的45%。圖17：2020年全球工業機器人行業競爭格局（%）應用于搬運、焊接和裝配根據前文分析，按照機器人的用途和功能，三大類型機器人可以繼續向下細分，工業機器人包括加工、裝配、包裝機器人等，服務機器人包括個人/家用服務機器人和公共服務機器人（商業服務機器人特種機器人包括軍事機器人、場地機器人等。按照機械結構，工業機器人又可被分為垂直關節型、平面關節型、并聯機器人、直角坐標型等，前三種屬于多關節機器人，其中垂直關節型、平面關節型一般為串聯機器人，協作機器人也屬于串聯機器人的一種。不同應用場景應用的機器人的機械結構略有差異，同時不同機械結構的機器人主要應用領域也會有所差異。表6：工業機器人分類（按機械結構）分類應用領域負載區間（kg）相關內容串聯機器人垂直關節機器人大六軸機器人汽車、食品，搬運、焊接、裝配和加工作業20-600小六軸機器人鋰電、3C，搬運、焊接、裝配和加工作業3-20平面關節機器人串聯機器人）電子、食品、半導體、金屬制壓力裝配、搬運、潔凈室等3-50協作機器人3C、汽車零部件、科研教育、機械加工3-30并聯機器人Delta機器人食品、藥品、電子產品分揀、包裝等流水線作業直角坐標型機器人也被稱為機械手，直角坐標機器人因為穩定性好且簡單經濟，在工業、農業、制造、冶金、電子、輕工等行業都有一注塑、噴涂、碼垛、搬運、上下料等常見的工業生產領域。負載可高于串聯機器人表7：工業機器人分類（按應用類型）以及對應常見的機器人機械結構類別功能應用場景或行業常見機器人結構類型功能應用場景或行業常見機器人結構類型工業機器人加工機器人焊接機器人焊接工業機器人可以適應包括電弧、電阻和點焊等多種焊接工藝，是目前工業機器人中產量最大、應用最廣的產品電器等行業垂直關節機器人（6-7軸）材料切割機器人目前，薄板類材料的切割大多采用數控火焰切割機、數控等離子切割機和數控激光切割機等數控機床加工；但異形、大型材料或船舶、車輛等大型廢舊設備的切割已開始逐步使用工業機器人車輛等大型廢舊設備的切割垂直關節機器人（6-7軸）拋光機器人表面處理工程機械、家具建材、電子電氣、陶瓷衛浴等行業的表面處理垂直關節機器人（6軸）裝配機器人組裝機器人將不同的零件組合成組件或成品3C行業是目前組裝機器人最大的應用市場通用裝配：垂直關節機器人（4-6軸）電子、光伏裝配：SCARA（4-5軸）涂裝機器人用于部件或成品的油漆、噴涂等表面處理廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產部門垂直關節機器人（6-7軸）搬運機器人輸送機器人運輸貨物可廣泛應用于機械、電食品、造紙等行業的物品搬運和輸送SCARA（4-5軸電子、塑料、汽車、藥品、食品等行業平面搬運AGV（自動導主移動機器人）裝卸機器人多用于機械加工設備的工件裝卸（上下料它通常和數控機床等自動化加工設備組合，此外還經常用于沖剪、鍛壓、鑄造等設備的上下料大型倉庫和物流中心、零售、制造業、醫藥垂直關節機器人（4-6軸）包裝機器人是用于物品分類、成品包裝、碼垛的工業機器人，常用的主要有分揀、包裝和碼垛3類計算機、通信和消費性電子行業（3C行業）以及化工、食品、飲料、藥品工業是包裝機器人的主要應用領域分揀包裝：垂直關節機器人（4-6軸并聯機器人（4-6軸SCARA（電子行業）碼垛：垂直關節機器人（4-6軸）我國工業機器人以六軸多關節機器人、SCARA機器人為主，應用場景主要為搬運、焊接和裝配。從結構上看，中國工業機器人市場需求主要以六軸多關節機器人、SCARA機器人為主，2022年合計占比約為90%，其中小六軸、大六軸、SCARA機器人占比分別為37%、26%、27%。從功能上看，盡管工業機器人運用場景廣泛，但我國工業機器人主要用于搬運、焊接和裝配等應用環節，此類應用的機器人占比約為82%。工業機器人方面，人機協作或成為未來焦點。協作機器人指在共享空間中與人類互動或在附近安全工作的機器人，是工業機器人重要的細分領域之一。盡管協作機器人銷量占比較低，約為7%左右，但其增長速度最快，這點從全球協作機器人增速上也有體現。比傳統工業機器人智能化程度、靈活程度、安全程度更高，應用場景不斷更新，不僅可以應用于工業領域，還可以應用于商用服務領域，協作人工執行更加復雜的任務。在機器人柔性化、高靈活性的發展趨勢下，協作機器人將是機器人未來發展的重要方向之一。圖18：中國工業機器人分機械結構類型的銷量結構（%）圖20：全球機器人傳統工業機器人與協作機器人銷量及增速圖19：中國不同機械結構類型的工業機器人銷量增速（%）圖21：2021年中國工業機器人分應用領域占比圖22：協作機器人在3C行業裝配中的應用圖23：協作機器人在制作咖啡中的應用2.4.我國服務機器人以家用服務機器人為主，商用服務機器人以商用我國服務機器人市場以家用服務機器人為主。根據中商情報網數據，2021年我國家用服務機器人市場規模約為商用（公共）服務機器人市場規模的2倍，因此我國服務機器人市場以家用服務機器人為主，而家用服務機器人又主要以掃地機器人和其他用于室內家庭地板清潔的機器人數量最多，其他類型如園藝機器人、割草機器人在海外更受歡迎。商用服務機器人相比家用服務機器人增速更快，類型以商用清潔機和終端配送為主，主要應用在餐廳、酒店場景。不論是全球還是中國，近幾年商用服務機器人市場規模增速均較快，下游應用領域主要包括餐飲、酒店、醫療、養老、家政、消防、物流等。根據IFR數據，2021年全球專業（商用）服務機器人的銷售額增長了37%，遠高于消費（家用）服務機器人增速9%。根據億歐智庫統計數據（僅統計市場規模較大的商用清潔、終端配送和講解引導機器人市場規模中國2019-2022年商用服務機器人CAGR為95%，遠高于服務機器人整體增速（34%，前文IFR數據）。商用服務機器人領域，全球主要以運輸和物流、餐飲服務領域的商用服務機器人為主，且以上兩個領域的商用服務機器人增速較快。國內市場則以商用清潔機器人為主，其次是終端配送機器人，商用清潔機器人、講解引導機器人近幾年增速較快；主要應用領域為餐廳和酒店。圖24：2021年中國服務機器人不同類型市場占比（%）圖26：中國公共（商用）服務機器人不同類型市場規模（億元）與增速圖25：2020-2021年全球專業（商用）服務機器人前五大應用類型銷量（千臺）與同比增速（%）圖27：中國商用服務機器人不同應用場景市場規模（億元）3.我國擁有較為完整的機器人產業鏈，上游核心零部件是產業鏈我國機器人行業在經歷數十年發展后形成完整的行業產業鏈，工業機器人行業按產業鏈分為上游、中游、下游和終端應用。上游為控制器、伺服電機、減速器、智能芯片、傳感器等核心零部件生產；中游為工業機器人本體生產；下游是基于終端行業特定需求的機器人系統集成商，主要用于實現焊接、裝配、檢測、搬運、噴涂等工藝或功能。終端應用主要由不同領域的企業客戶和個人消費者組成，形成巨大的機器人應用市場。圖28：機器人產業鏈（以工業機器人為例）從工業機器人成本構成來看，上游的三大零部件是產業鏈中技術壁壘高、成本占比較大的環節。上游三大零部件控制器、伺服系統和減速器，成本占比分別為12%、22%、32%，合計成本占比為66%。從盈利水平看，上游零部件的毛利率相對較高，其中減速器毛利率為40%，伺服系統為35%，控制器為25%；中游機器人本體毛利率最低、為15%；下游系統集成毛利率為35%。圖29：機器人成本構成（以工業機器人為例）圖30：工業機器人各環節毛利率從服務機器人成本構成來看，三大核心模塊環境感知、運動控制和人機交互成本占比至少可達85%。以公共（商用）服務機器人為例，包含三大核心技術模塊：環境感知、運動控制和人機交互。環境感知模塊即感知系統，運動控制模塊主要指控制系統、驅動系統、機械結構系統，人機交互模塊主要指交互系統。其中對于本體廠商，人機交互和其他基礎軟硬件基本實現自研，環境感知和運動控制模塊會有企業選擇外采，但隨著技術的進步以及成本考慮，現在多數機器人企業也實現了環境感知和運動控制模塊的自研。環境感知與運動控制模塊自研的情況下，三大核心模塊的成本占比為85%，非自研情況下，環境感知與運動控制模塊成本占比高達70%，三大核心模塊成本占比約92%。圖31：機器人成本構成（以公共服務機器人為例，環境感知與運動控制模塊自研）圖32：機器人成本構成（以公共服務機器人為例，環境感知與運動控制模塊外采）本章節主要按工業機器人成本構成框架進行分析，主要分析三大核心零部件、本體以及系統集成等細分產業鏈。3.1.上游：三大核心零部件國產化率不斷提升，但高端領域國外廠商3.1.1.機器人主要使用RV減速器和諧波減速器減速器類似“肌腱”，屬于機器人機械結構系統中的傳動裝置的一部分，是支撐機器人關節的回轉運動的關鍵部件。機器人的傳動裝置包括齒輪傳動（圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、齒輪鏈傳動、齒輪齒條傳動、蝸輪蝸桿傳動等）、絲杠傳動、行星齒輪傳動、RV（RotaryVector）減速器傳動、用柔性元件傳動（諧波齒輪傳動、繩傳動和同步齒形帶傳動等）。不同的裝置或組合裝置所支撐的運動形式，例如直線運動（伸縮、升降、直線移動）、旋轉運動（回轉運動、俯仰運動）有所不同。其中，減速器是機器人關節回轉運動都必須使用的關鍵部件。它是一種精密的動力傳達裝置，具有匹配轉速和專遞轉矩的作用，其利用齒輪的速度轉換器，使伺服電機在一個合適的速度下運轉，并精確地將轉速降到機器人各部位需要的速度，提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。機器人中主要使用的精密減速器為RV減速器和諧波減速器。減速器可分為通用、專用、精密減速器。由于減速器的輸出轉速、傳動精度、輸出轉矩和剛性決定了機器人對應運動軸的運動速度、定位精度、承載能力，因此一般來說機器人對減速器的要求很高，傳統的普通齒輪減速器、行星齒輪減速器、擺線針輪減速器等都不能滿足一些應用場景（尤其是工業領域）對高精度、大比例減速要求，為此需要使用專門的減速器，例如RV減速器和諧波減速器。諧波減速器主要用于機器人的手腕驅動，RV減速器主要用于機器人的機身驅動。諧波減速器是諧波齒輪傳動裝置的簡稱，這種減速器的傳動精度高、結構簡單、使用方便，但其結構剛性不及RV減速器，故多用于機器人的手腕驅動。RV減速器是旋轉矢量減速器的簡稱，是由行星齒輪減速和擺線針輪減速組合而成的減速裝置，結構剛性好、輸出轉矩大，但其內部結構比諧波減速器復雜、制造成本高、傳動精度略低于諧波減速器，故多用于機器人的機身驅動。一般而言，中等負載的六軸工業機器人第一關節至第三關節更可能使用RV減速器，即基座、大臂、肩部等重負載位置搭載RV減速器，其余部位更可能使用諧波減速器，負載更高的機器人更多地使用RV減速器，反之則更多地使用諧波減速器。表8：RV減速器與諧波減速器對比對比指標RV減速器諧波減速器背向間隙≤60arcsec≤20arcsec傳動效率>80%>75%≤45℃≤40℃噪聲≤70db≤60db減速比30-192.4額定轉矩下使用壽命>6,000h>8,000h額定輸出轉矩101-6,135N·m6.6-921N·m扭轉剛性20-1,176N·m/arcmin1.34-54.09N·m/arcmin技術特點通過多級減速實現傳動，一般由行星齒輪減速器的前級和擺線針輪減速器的后級組成，組成的零部件較多。通過柔輪的彈性變形傳遞運動，主要由柔輪、剛輪、波發生器三個核心零部件組成。與RV及其他精密減速器相比，諧波減速器使用的材料、體積及重量大幅度下降。應用場景一般應用于多關節機器人中機座、大臂、肩部等重負載的位置。主要應用于機器人小臂、腕部或手部。價格區間5,000-8,000元/臺（來自綠的諧波招股說明書）1,000-5,000元/臺（來自綠的諧波招股說明書）價格舉例根據埃夫特公司公告，2019年埃夫特向奧一精機采購的RV減速器均價為0.21萬元/臺，向雙環傳動采購的RV減速器均價為0.26萬元/臺，平均為0.235萬元/臺。根據綠的諧波招股說明書，2019年綠的諧波減速器平均價格為1631.95元/臺。終端領域汽車、運輸、港口碼頭等行業中通常使用配有RV減速器的重負載機器人。3C、半導體、食品、注塑、模具、醫療等行業中通常使用由諧波減速器組成的30kg負載以下的機器人。對比指標RV減速器諧波減速器結構圖示我國RV減速器市場體量約在40億元左右，諧波減速器市場體量約在20億元左右，在工業機器人領域，整體來看諧波減速器的應用量更高，但總體價值量上差別不大。根據中商產業研究院數據，2021年我國RV減速器市場規模為42.9億元，預計2025年市場規模達60億元，2021-2025年間CAGR為8.75%；2022年我國諧波減速器市場規模約21億元，預計2025年市場規模有望超過30億元，2022-2025年CAGR為16.49%。高工機器人產業研究所（GGII）數據顯示，2022年中國工業機器人RV減速器與諧波減速器使用量分別為45.94萬臺與63.96萬臺，假設減速器價格變化較小且忽略不同型號減速器價格的差異，按照RV減速器每臺2350元的價格（表8案例中的RV減速器平均價格，2019年數據）、諧波減速器每臺1631.95元/臺（表8案例中的諧波減速器價格，2019年數據可簡單估算出2022年工業機器人領域RV減速器、諧波減速器市場規模分別為10.80億元、10.44億元，兩者大致相當。圖33：中國RV減速器市場規模（億元）圖34：中國諧波減速器市場規模（億元）圖35：2014-2022年中國工業機器人用RV與諧波減速器使用量（萬臺）無論是在RV減速器還是諧波減速器領域，日本廠商市場份額均為第一，市場集中度很高。日本納博特斯克公司（NabtescoCorporation）既是RV減速器的發明者，又是目前全球最大、技術最領先的RV減速器生產企業，世界著名的工業機器人幾乎都使用其生產的RV減速器。RV減速器的國產廠商主要有雙環傳動、珠海飛馬、中大力德、南通振康、秦川機床等。日本哈默納科（HarmonicDriveSystem）公司是全球最早研發生產諧波減速器的企業，同時也是目前全球最大、最著名的諧波減速器生產企業。諧波減速器的國產廠商主要有綠的諧波、來福諧波、同川科技（漢宇集團）、大族傳動等。由于減速器在設計、材料、設備、工藝、裝配人員等方面存在技術壁壘，因此國產的減速器在產品規格、性能、使用壽命等方面與日本這兩家頂級公司的產品存在一定差距，同時疊加品牌壁壘、銷售渠道壁壘等原因，通常只能用于要求不高的機器人領域。圖36：2022年中國RV減速器市場份額圖37：2022年中國諧波減速器市場份額表9：精密減速器行業的進入壁壘較高壁壘具體描述技術壁壘一是設計能力壁壘，包括模塊化、結構、強度、精度等方面的設計能力；二是工藝技術能力壁壘，新進入者的專職工藝技術人員經驗不足、人員欠缺。具體如諧波減速器的制造材料和熱處理工藝，RV減速器的齒形設計、加工精度等技術存在壁壘。資金壁壘下游客戶對于精密減速器產品的質量、精度、穩定性、可靠性要求越來越高，減速器廠商要保持核心競爭力，必須引進更加先進的高端加工設備和檢測設備，對企業的資金實力要求較高，目前行業內領先企業多采用進口精密齒加工及機加工設備，憑借規模化生產能力具備明顯的成本優勢；同時，由于高端精密減速器領域技術含量高，技術的不斷進步和產品的更新換代也需要企業持續的研發投入。品牌壁壘產品質量出現問題可能導致主機設備無法正常運轉，造成較大損失，因此客戶對產品可靠性、耐用性十分重視，品牌知名度高的企業更能得到市場和客戶的認可，在高端精密減速器領域，行業內領先企業憑借多年的技術積累，其產品在工藝設計、質量性能等方面都具有明顯的先發優勢，品牌影響力較強。新進入者受限于技術研發實力和資金實力的劣勢，難以在短時間內建立較高的品牌知名度。銷售渠道壁壘精密減速器行業的下游應用領域多樣化，銷售區域分布廣，因此許多廠商傾向于選擇直銷與經銷相結合的銷售模式，經過多年不斷地市場開拓，行業內優勢企業已建立了覆蓋全國的營銷網絡體系，并與下游各個行業的知名客戶形成了長期穩定的合作關系。對于新進入企業來講，一方面，優質的客戶群體難以在短時間形成，另一方面，經銷渠道的開發和管控需要一定的前期成本，新企業對渠道的管控能力也較弱。整體來看減速器行業國產化率不斷提升，其中諧波減速器國產化率略高于RV減速器。根據GGII數據顯示，減速器行業國產化程度不斷提升，2022年國產化率近42%。從不同類型上看，國產諧波減速器替代趨勢相對明顯，國產RV減速器接受度正在提高。根據上文2022年兩個減速器市場份額估算，RV減速器國產化率約32%，諧波減速器國產化率為44%。之所以有區別，簡單來說，是由于諧波減速器相對于RV減速器更容易做到及格水平，RV減速器零部件多、結構更為復雜，對設計、加工工藝、裝配的要求更為苛刻，中間的一點小誤差累積到最終產品上會被放大，而關鍵的材料、工藝、技術和經驗主要被國外廠商掌握，產線設備投資相比諧波更高，國內廠商量產難度較高。目前，國內諧波減速器已接近國外龍頭，在加工技術方面難點已基本攻克，滿足常規使用，但在批量生產品控、極端使用下的產品、柔輪材料、制造設備等方面仍存在攻克難點；RV減速器現階段相比日本產品的精度、耐磨性仍有差距。圖38：2018年-2022年精密減速器國產化率不斷提升（%）3.1.2.伺服系統中伺服驅動器、伺服電機成本占比較高，國產化率不斷提升整個伺服系統發揮了“心臟”與“肌肉”等功能，是機器人驅動系統的重要組成部分，是經由閉環控制的方式達到對一個機械系統的位置、速度和加速度的控制。伺服系統又被稱為隨動系統，其主要任務是按照上級控制命令的要求，對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制靈活方便，一般結構為三個閉環控制，即電流環、速度環和位置環。因此對于機器人來說，其需要靈活改變位姿，絕大多數運動軸都需要有任意位置定位功能，因此需要使用伺服驅動系統。按使用通用性程度，伺服系統分為通用和專用兩類。通用與專用伺服系統下游略有差異。其中通用伺服系統可以在不同行業廣泛應用，其下游應用廣泛。專用伺服系統一般是根據不同行業需求定制化開發，提供專業化產品，主要為交流電伺服以外的其他品類伺服，下游應用領域包括風力發電、礦山機械、纜車索道、電梯等。按照功率大小，目前可以分為小型伺服、中型伺服和大型伺服系統。按驅動方式分，有電氣、液壓和氣壓等伺服驅動形式，伺服系統的發展經歷了由液壓、氣動到電氣驅動的過程。伺服系統主要由伺服驅動器、伺服電機和編碼器組成，伺服驅動器、伺服電機成本占比較高。伺服系統的主要性能指標包括編碼器分辨率、電機過載能力、電機最高轉速、頻率響應速度，這些指標反映了伺服產品的定位精準度、性能、穩定性。其中，定位精準度跟編碼器的選擇有關，性能跟驅動硬件的運算能力和程序源價值有關，穩定性跟電機材質及零部件有關。圖39：伺服系統原理圖40：伺服系統成本占比情況伺服驅動器作用類似于變頻器之于交流馬達，一般是通過速度環、位置環、電流環分別對伺服電機的轉速、位置、轉矩進行相應控制，實現高精度的傳動系統定位，通常被安裝在控制柜內。驅動器的形式取決于驅動電機的類型，例如機器人電機多使用直流伺服電機以及交流伺服電機，因此常用的機器人驅動器就是直流伺服電動機驅動器以及同步式交流伺服電動機驅動器。直流伺服電動機驅動器調速范圍寬、低速特性好、響應快、效率高、過載能力強；同步式交流伺服電動機驅動器則有著轉矩轉動慣量比高等優勢。在過去，一個電動機就需要一個驅動器，但隨著驅動技術的發展，驅動器由單軸控制向多軸控制發展，一個驅動器可同時控制多個電動機。伺服驅動器核心構成主要包括主控制器和電力電子板、信號處理和通信板，即控制模塊+通信模塊。就驅動器而言，主要看芯片性能。伺服編碼器是一種傳感器，安裝在伺服電機末端用來測量轉角及轉速。編碼器主要由傳感器和碼盤組成，能夠測量機械部件在運動時的位移位置和速度等信息，并將其轉換成電信號，進一步發送反饋信號給驅動器，驅動器以此確定位置、速度或方向。作為伺服系統的信號反饋裝置，編碼器很大程度上決定了伺服系統的精度。根據檢測原理，編碼器可分為光電式、磁場式、感應式和電容式，目前自控領域常用的是光電編碼器和磁電編碼器。就編碼器而言，主要看分辨率、精度以及重復精度等。伺服電機是伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機作為執行元件，作用是將伺服控制器的脈沖信號轉化為電機轉動的角位移和角速度，其主要由定子和轉子構成。機器人的關節驅動離不開伺服電機，關節越多，其柔性和精度的要求就越高，所需的伺服電機數量就越多。機器人對伺服電機的要求較高，必須滿足快速響應、高啟動轉矩、大動轉矩慣量比、寬調速范圍，同時又要適應機器人的形體做到體積小、重量輕、加減速運動等要求。機器人以使用無刷直流電機（BLDC）為主流。如今一般伺服電機都追求高精度、高可靠性、高熱容量、高剛度、輕量化和高響應性等性能，例如空心杯電機、伺服電缸、無槽無刷電機等或將成為未來機器人領域伺服電機的發展趨勢。就電機而言，主要看轉速、功率、扭矩、震動、噪音、加/減速度、尺寸、壽命、響應時間等。工業機器人領域伺服系統產品逐漸向模塊化、高性能化、智能化和網絡化方向發展。模塊化（集成化）即用一體化集成的思路實現結構的簡化以及效率的提高，包括“多軸合一”“控制+驅動”“驅動+傳動關節”等一體化形式，例如當前較多企業（如匯川技術、綠的諧波）已推出機電一體化、驅控一體化模組，可以降低廠商部件采購種類，減少安裝環節、提高集成效率、減少成本，以及實現縮小體積、減輕重量和提高性能等。高性能化體現在伺服系統的可靠性、高動態響應能力、快速精準定位，具體方向包括芯片運算能力的提升、電機控制算法的優化、編碼器技術的升級。智能化則指伺服產品在控制、編程功能上的集成性，讓其能夠獨立完成位置、速度控制，自動增益調整等功能。網絡化則主要指構建總線型伺服，現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術。隨著國內對大規模分布式控制裝置的需求增加，伺服系統網絡化成為未來發展的必然趨勢。圖41：伺服驅動器示意圖圖42：編碼器示意圖圖43：伺服電機示意圖伺服系統市場主要以通用伺服系統為主，2022年通用伺服系統市場規模為223億元。根據MIR數據，隨著伺服系統技術水平的發展以及下游應用市場的滲透，2017-2022年我國通用伺服市場規模由141億元提升至223億元，按此計算期間CAGR為9.6%。根據MIR預測，2023年通用伺服市場規模受宏觀經濟下行、市場需求低迷、出口走弱、行業周期等影響或將延續下滑趨勢，在2024-2026年將有所回暖。從類型上看，伺服系統市場主要以通用伺服系統為主，占比超過80%。伺服電機市場以小中型為主，且交流伺服電機市場規模更大，2017-2021年CAGR為9.86%。根據MIR和中商產業研究院數據，2021年中國伺服電機市場規模為169億元，2017-2021年復合增長率9.86%。從類型上看，由于近年來使用小型伺服電機的3C行業、工業機器人行業等快速發展，因此小型伺服電機市場份額占比最高、為45%。此外，由于交流伺服電機具有最大轉速高、速度控制平滑、振蕩小不易發熱以及適用于灰塵、易爆環境的諸多優點更加適應工業自動化對于運動控制的要求，故交流伺服電機市場規模更高、占比超過80%。圖44：中國通用及專用伺服系統市場規模（億元）及增速注：2022年專用伺服系統市場規模取的是預測值；2021年之前，MIR統計的范圍為通用伺服系統市場，即伺服驅動+伺服電機打包圖46：2019年大、中、小型伺服電機產品市場規模占比（%）圖45：中國伺服電機市場規模（億元）及增速（%）資料來源：前瞻產業研究院，中商產業研究院，華寶證券研究創新部圖47：2022年直流、交流伺服電機市場規模占比（%）伺服系統在電子制造業、電池制造業、工業機器人、機床等行業應用占比較高，2021工業機器人伺服系統市場規模約為28億元。伺服系統作為自動化設備中的基礎元件，未來幾乎所有設備都將成為下游市場，當前其下游包括機床（金屬切削機床、金屬成形機床、木工機床）、電子制造、電池制造、機器人、半導體、光伏、紡織、食品包裝等行業。根據華經產業研究院2021年數據，伺服系統在電子制造行業應用量最大、占比22%，其次是電池制造、工業機器人、機床行業，分別占比為13%、12%、10%。伺服系統在高端制造賽道（電子制造設備、電池制造設備、工業機器人、光伏設備、半導體、激光）中的應用占比已達63%。根據工業機器人應用規模的比例，可推測2021年工業機器人伺服系統市場規模約為27.99億元。據MIR預測，新興行業如光伏、鋰電池制造、半導體等行業將是未來伺服領域的彈性增長點。圖48：2021年伺服系統下游應用行業分布（%）我國伺服系統市場集中度較高，過去主要被安川、三菱、松下等日系廠商和西門子等歐美廠商占據，近幾年國產化率逐步提升。伺服系統市場集中度較高，2022年CR5為55.2%。此外，從近四年的內外資廠商份額占比的變化情況可以看出，伺服系統國產化程度逐步提升，2021年國產品牌廠商整體份額已超越首位的日韓系廠商，若不考慮中國臺灣，2022年通用伺服系統本土化率已超過38%，本土品牌數量超過三百多家，包括匯川科技、禾川科技、信捷電氣等。此外，單獨看伺服電機的國產化率，低于伺服系統，根據GGII數據，2022年伺服電機國產化率為31.4%。盡管國產替代已取得一定成績，尤其是中低功率產品方面，已經與國際水平持平，但伺服市場外資占比依舊較高，國產品牌在高端市場競爭力較弱、產品存在同質化問題，且在核心技術如高端伺服電機、伺服驅動器中的核心芯片（DSP芯片等）、高精度編碼器等方面國外廠商仍具備優勢。圖49：2019-2022年中國通用伺服市場內外資廠商份額占比（%）圖50：2022年中國伺服系統品牌市場份額（%）3.1.3.控制器國內外差異主要體現在軟件層，市場競爭格局與本體廠商類似控制系統在機器人上發揮的是“大腦”的功能。控制系統的任務是根據機器人的作業指令以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。如果機器人不具備信息反饋特征，則為開環控制系統；具備信息反饋特征，則為閉環控制系統。控制系統根據控制原理可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。對于一個具有高度智能的機器人，它的控制系統實際上包含了“任務規劃”“動作規劃”“軌跡規劃”和基于模型的“伺服控制”等多個層次。機器人的控制方式有三種，包括集中控制、主從控制和分布式控制，現代機器人控制系統均采用分布式結構。集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成，這是早期的機器人控制系統采用的結構，原因在于早期機器人功能要求不高、計算機造價較貴。隨著技術發展，機器人控制方式逐漸演變為主從控制和分布式控制。現代機器人控制系統大部分采用分布式結構，即上一級主控制計算機負責整個系統管理以及坐標變換和軌跡插補運算等，下一級由許多微處理器組成，每一個微處理器控制一個關節運動，它們并行地完成控制任務，從而提高了工作速度和處理能力。機器人控制系統一般由控制計算機（上位機）、伺服控制器（下位機）等部分組成，伺服控制器一般使用單片機或運動控制器。控制計算機作為上位機，完成人機交互和運動軌跡規劃，一般為微型機、微處理器，微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。伺服控制器（也被稱為軸控制器）作為下位機，控制各關節的驅動器使其按一定的速度、加速度和軌跡要求進行運動，一般為單片機或運動控制器。因此一般提及運動控制器時，可理解為機器人控制系統的下位機，即伺服控制器部分，以下簡稱控制器。圖51：機器人的控制系統工作原理運動控制器主要由硬件、固件、軟件等組成。運動控制器的工作原理是將預定的控制方案、規劃指令轉變成期望的機械運動，實現機械運動精確的位置（點位、運動軌跡、插補等）控制、速度控制、加速度控制、轉矩或力的控制，主要由硬件、固件、軟件等組成。其中硬件部分包括微處理器、存儲器、接口電路、通信接口、電源等；固件是指固化在微處理器、存儲器、可編程邏輯器件等元件中的軟件；軟件部分由實時操作系統、運動控制指令編譯器、運動控制參數的預處理及優化、運動控制函數、通信管理等模塊構成。圖52：運動控制器基本結構運動控制器可分為通用和專用兩類，通用又可分為PLC控制器、嵌入式控制器和PC-Based控制卡。通用運動控制器一般為用戶提供二次開發接口，設備制造商根據其設備的控制需求基于運動控制器編程開發控制系統。根據平臺不同，通用運動控制器可以分為PLC（可編程邏輯控制器）控制器、嵌入式控制器和PC-Based控制卡三大類。專用控制器是為特定設備開發的控制器（如數控機床、激光切割控制系統、激光標刻控制系統、點膠控制系統等由控制器廠家根據行業應用工藝需求完成應用軟件的開發，設備制造商無須二次開發即可直接使用。以上運動控制器均可以運用在機器人領域。表10：通用運動控制器分類分類特點應用領域PLC控制器系統簡單，體積小，可靠性高，但不支持復雜算法，可以通過在PLC平臺上，添加驅動步進電機或伺服電機的位置控制模塊，在為各種機械設備提供邏輯控制的同時，提供運動控制功能。可以用于圓周運動或直線運動的控制，廣泛應用于各種機械、機床、機器人和電梯等行業。嵌入式控制器（獨立式運動控制器）涵蓋從簡單到復雜的各種應用，具有應用靈活、穩定性高、定制性強、價格便宜、操作和維護方便的特點。在針織機械、激光設備、切割機、點膠機等設備制造行業有廣泛的應用。PC-Based控制卡系統通用性強、可拓展性強，能夠滿足復雜運動的算法要求、抗干擾能力強，可供用戶根據不同的需求，在DOS或Windows等平臺下自行開發應用軟件，組成各種控制系統。主要應用于電子、半導體、工業機器人、激光設備、包裝等領域。資料來源：雷賽智能招股說明書，MIR，固高科技官網PC-Based運動控制卡目前已成為發展最快的運動控制器。根據億歐智庫報告，2020年PC-Based控制器、專用控制器、PLC控制器在中國的市場份額占比分別為34.6％、37.8％和27.6且在一些行業中，PC-Based或專用控制器正逐步替代PLC。相比而言，PC-Based運動控制卡能夠實現更為復雜的運動控制，在產品性能和生產成本上為下游廠商提供一個最佳的平衡點，目前已成為發展最快的運動控制器。根據MIR數據，2021年PC-Based運動控制器市場規模同比增長超過30%，隨著下游工業機器人、半導體等行業對運動控制要求的提高，PC-Based控制卡將迎來更為廣闊的發展。圖53：2020年PC-Based控制器、專用控制器、PLC控制器市場份額占比中國是最大的運動控制市場，2022年國