近期，美的集團(tuán)宣布與以色列運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)解決方案提供商Servotronix達(dá)成戰(zhàn)略合作交易。創(chuàng)立于1987年的以色列Servotronix公司在編碼器、伺服驅(qū)動(dòng)器及多軸運(yùn)動(dòng)控制器等機(jī)器人零部件產(chǎn)品制造方面有著多年的經(jīng)驗(yàn)。美的收購這家公司將完善其在機(jī)器人關(guān)鍵零部件制造領(lǐng)域的戰(zhàn)略儲(chǔ)備。無獨(dú)有偶，日前同為家電電子行業(yè)的三星電子公司也宣布將以80億美元，收購美國(guó)汽車零部件制造商哈曼國(guó)際公司。像這樣整機(jī)制造企業(yè)延伸產(chǎn)業(yè)鏈條至零部件領(lǐng)域的做法并不新鮮，一旦將零部件的生產(chǎn)技術(shù)掌控于手中，企業(yè)將是如虎添翼。
三大核心零部件待突破
在整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上，從上游、中游到下游依次為核心零部件、機(jī)器人本體制造以及系統(tǒng)集成。目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人制造廠商主要以下游的系統(tǒng)集成為主，關(guān)鍵零部件方面主要依賴進(jìn)口。
控制器、伺服電機(jī)、減速機(jī)被視為機(jī)器人產(chǎn)品的三大核心零部件，占到機(jī)器人成本的70％，可以說，要想分得機(jī)器人上百億市場(chǎng)一勺羹就要占領(lǐng)零部件技術(shù)的制高點(diǎn)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)2015年約有75％的精密減速器為進(jìn)口，伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)超過80％依賴進(jìn)口。這成為了制約中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。
控制器是機(jī)器人的大腦，發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令。其中包括硬件和軟件兩部分：硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理部分等電路，現(xiàn)在臺(tái)達(dá)等國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握；軟件部分主要是控制算法、二次開發(fā)等，國(guó)產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等方面與國(guó)外品牌還有差距。
2015年中國(guó)控制器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)23．1億元，同比增長(zhǎng)18％，其中工業(yè)機(jī)器人控制器占比15％，約3．5億元。按照這樣的速度推算，2017年的控制器市場(chǎng)可達(dá)到31億元。未來控制器的機(jī)會(huì)在于標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人控制器封閉構(gòu)造，帶來開放性差、軟件獨(dú)立性差、容錯(cuò)性差、擴(kuò)展性差、缺乏網(wǎng)絡(luò)功能等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)智能化和柔性化要求。開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、開放化控制器是工業(yè)機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。
伺服系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分，是自動(dòng)化行業(yè)中實(shí)現(xiàn)精確定位、精準(zhǔn)操作的必要環(huán)節(jié)，在機(jī)床工具、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械和包裝機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2015年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到122億元，其中工業(yè)機(jī)器人占比8．7％，市場(chǎng)規(guī)模約為10．6億元。到2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人用伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)47億元左右，未來五年復(fù)合增長(zhǎng)率約為35％。
從我國(guó)市場(chǎng)占有率來看，日系品牌占據(jù)了我國(guó)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)一半的份額。著名品牌包括松下、三菱電機(jī)、安川、三洋、富士等，它們的產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)和性能水平比較符合中國(guó)用戶的需求；歐美品牌占比25％，美國(guó)以羅克韋爾、丹納赫、帕光等聞名，而德國(guó)則擁有西門子、倫茨、博世力士樂、施耐德等品牌。國(guó)產(chǎn)品牌占據(jù)了20％左右的市場(chǎng)。不過隨著國(guó)產(chǎn)伺服系統(tǒng)性能的提升，國(guó)產(chǎn)伺服產(chǎn)品份額在逐漸擴(kuò)大。
減速器是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的。大量應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。據(jù)中投顧問產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測(cè)到2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人減速器市場(chǎng)規(guī)模將超過40億元，未來五年復(fù)合增長(zhǎng)率約為30％。
盡管中國(guó)工業(yè)機(jī)器人減速器需求強(qiáng)勁，但是國(guó)內(nèi)減速器的生產(chǎn)能力還落后于美國(guó)和歐洲，整個(gè)市場(chǎng)幾乎被納博特斯克，Harmonic Drive以及住友重工等國(guó)際巨頭壟斷。
多項(xiàng)政策支持零部件產(chǎn)業(yè)
為了突破零部件對(duì)國(guó)外進(jìn)口的依賴的問題，我國(guó)的政策在逐步加大推動(dòng)機(jī)器人零部件行業(yè)的發(fā)展的力度。兩月前，工信部、發(fā)改委等聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，針對(duì)產(chǎn)業(yè)低水平重復(fù)建設(shè)、輕關(guān)鍵零部件制造問題，提出推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)理性發(fā)展，加強(qiáng)零部件等關(guān)鍵短板突破，大力培育龍頭企業(yè)等。工業(yè)和信息化部還發(fā)布了《工業(yè)機(jī)器人行業(yè)規(guī)范條件》，提出工業(yè)機(jī)器人本體生產(chǎn)企業(yè)年?duì)I收不低于5000萬元或年產(chǎn)量不低于2000臺(tái)套，集成應(yīng)用企業(yè)年收入總額不低于1億元。
那么未來機(jī)器人行業(yè)零部件將達(dá)到一個(gè)什么樣的水平呢？《中國(guó)制造2025》規(guī)劃總體部署了機(jī)器人零部件行業(yè)的目標(biāo)，機(jī)器人用精密減速器、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、控制器的性能、精度、可靠性達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平，在六軸及以上工業(yè)機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，市場(chǎng)占有率達(dá)到50％以上。
該規(guī)劃針對(duì)6自由度及以上工業(yè)機(jī)器人用關(guān)鍵零部件性能、可靠性差，使用壽命短等問題做了詳解。規(guī)劃中提到可以從優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料優(yōu)選、加工工藝、裝配技術(shù)、專用制造裝備、產(chǎn)業(yè)化能力等多方面入手，全面提升高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等五大關(guān)鍵零部件的質(zhì)量穩(wěn)定性和批量生產(chǎn)能力，突破技術(shù)壁壘，打破長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的局面。
此外，規(guī)劃中還詳細(xì)描述了零部件制造企業(yè)可以通過哪些途徑在技術(shù)方面取得突破。減速器領(lǐng)域可以通過發(fā)展高強(qiáng)度耐磨材料技術(shù)、加工工藝優(yōu)化技術(shù)、高速潤(rùn)滑技術(shù)、高精度裝配技術(shù)、可靠性及壽命檢測(cè)技術(shù)以及新型傳動(dòng)機(jī)理的探索，發(fā)展適合機(jī)器人應(yīng)用的高效率、低重量、長(zhǎng)期免維護(hù)的系列化減速器。
控制器與伺服系統(tǒng)可以通過高磁性材料優(yōu)化、一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工裝配工藝優(yōu)化等技術(shù)的研究，提高伺服電機(jī)的效率，降低功率損失，實(shí)現(xiàn)高功率密度。發(fā)展高力矩直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)、盤式中空電機(jī)等機(jī)器人專用電機(jī)。
通過高性能關(guān)節(jié)伺服、振動(dòng)抑制技術(shù)、慣量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)、多關(guān)節(jié)高精度運(yùn)動(dòng)解算及規(guī)劃等技術(shù)的發(fā)展，提高高速變負(fù)載應(yīng)用過程中的運(yùn)動(dòng)精度，改善動(dòng)態(tài)性能。發(fā)展并掌握開放式控制器軟件開發(fā)平臺(tái)技術(shù)，提高機(jī)器人控制器可擴(kuò)展性、可移植性和可靠性。重點(diǎn)開發(fā)關(guān)節(jié)位置、力矩、視覺、觸覺等傳感器，滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。
針對(duì)末端執(zhí)行器方面，規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)開發(fā)抓取與操作功能的多指靈巧手和具有快換功能的夾持器等末端執(zhí)行器，滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用需求。
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