中国工业机械臂产业现状及未来发展潜力分析

中国工业机械臂产业现状及未来发展潜力分析

一、工业机械臂行业概况

（1）工业机械臂行业定义

工业机械臂是拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置。拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿（位置和姿态）的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零部件等等。

（2）工业机械臂行业产品分类

根据国家标准，工业机械臂定义为“其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可以对3个以上轴进行编程。它可以是固定式或者移动式。在工业自动化应用中使用”。操作机又定义为“是一种机器，其机构通常由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体（工具或工件）。”所以对工业机械臂可能理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿（位置和姿态）的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零部件等等。

工业机械臂目前还没有统一的分类标准。根据不同的要求可进行不同的分类。

按驱动方式分

1．液压式

液压驱动机械臂通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，由驱动机械臂的执行机构进行工作。

通常它具有很大的抓举能力（高达几百公斤以上），其特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐振动，防爆性好，但液压元件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。

2．气动式

其驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是气源方便，动作迅速、结构简单、造价较低、维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。

3．电动式

电力驱动是目前机械臂使用得最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大（关节型的持重已达400公斤），信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。

驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机（其中交流伺服电机为目前主要的驱动形式）。由于电机速度高，通常采用减速机构（如谐波传动、RV摆线针轮传动、齿轮传动、螺旋行动和多杆式机构等）。

目前，有些机械臂已开始采用无减速机构的大转矩、低转速的电机进行直接驱动（DD），这既可以使机构简化，又可提高控制精度。

工业机械手是在工业生产中使用的机械手的总称，主要用于完成工业生产中的某些作业。依据具体应用目的的不同，又常常以其主要用途命名。

（1）焊接机械手，是到现在为止应用最多的工业机械手，包括点焊和弧焊机械手，用于实现自动化焊接作业；

（2）装配机械手，比较多地用于电子部件或电器的装配；

（3）喷涂机械手，代替人进行各种喷涂作业；

（4）搬运机械手，功能是根据工况要求的速度和精度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作；

（5）助力机械手，由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，助力机械手广泛应用于现代工业中的物料转移、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。

（6）上下料机械手，主要实现机床制造过程的完全自动化，并采用了集成加工技术，适用于生产线的上下料、工件翻转、工件转序等；

（7）码垛机械手，能将不同外形尺寸的包装货物，整齐、自动地码（或拆）在托盘上（或生产线上等）；

（8）另外还有其他用途的机械手，如将金属溶液浇到压铸机中的浇注机械手等。

（3）我国工业机械臂行业发展阶段

我国工业机器人起步于70年代初，其发展过程大致可分为四个阶段：70年代的萌芽期；80年代的开发期；90年代的实用化期。而今经过20多年的发展已经初具规模。

我国已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上；一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等。某些关键技术已达到或接近世界水平。

目前我国机器人产业发展正经历从数量扩展向高质量发展的攻坚阶段。《机器人产业发展规划（2016—2020年）》提出，我国机器人产业在“十三五”时期要实现“两突破”“三提升”，即实现机器人关键零部件和高端产品的重大突破，实现机器人质量可靠性、市场占有率和龙头企业竞争力的大幅提升，形成较为完善的机器人产业体系。

二、中国工业机械臂行业发展现状

（1）国外企业占据中国主导地位

近年来越来越多的工厂招工困难，这就要求工厂必须提高自动化程度。工业机械臂技术作为工厂自动化的重要部件，人们对这种技术的研究和认识逐步深入，己在工业的各个领域内得到了广泛的应用。

在工业领域内，人们对装卸机器人、码垛机器人、搬运机器人、焊接机器人等的应用己经很广泛和成熟。在当前的机器人技术领域内，应用最广泛的自动化机械装置当属机械臂，除了在工业领域内，在其他诸如娱乐服务、医疗医学、军事等领域都能用到械臂，机械臂通常是指一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成的具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，它可把物件或工具按空间位姿的变化要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求，机械臂技术不仅可以提高生产效率，还可以节省人工成本。因此，机器人产业将会成为在汽车以及计算机之后的又一个大型的高新技术产业，我国工业机械臂产业增长潜力巨大。

根据《2020-2026年中国工业机械臂行业市场调研及投资方向研究报告》数据显示：2017年我国工业机械臂市场规模为150.43亿元，2018年我国工业机械臂市场规模为149.19亿元。其中国产品牌市场规模从2014年的6.51亿元增长至2018年的22.83亿元；国外品牌市场规模从2014年的72.45亿元增长至2018年的126.36亿元。

（2）国产化率稳步提升

2014年我国工业机械臂销量为3.60万台，其中国产品牌销量为0.36万台，国产品牌占比为10.00%；到2018年我国工业机械臂销量增长至9.72万台，其中国产品牌销量增长至1.88万台，国产品牌占比从2013年的10.00%增长至2018年的19.34%。

三、工业机械臂行业供给分析

（1）工业机械臂产量五年四倍

工业机械臂是一种仿生机电设备，能模拟人手动作通过改变目标物体的位姿来实现作业。可完成搬运、焊接、切割、喷涂及装配等工作。

工业机械臂操作可控，可实现人机交互，用途比较广泛。由于工业机械臂的结构特点，整体架构属于费力杠杆，并且传动齿轮间隙的存在也会降低机械臂的刚度及运动精度。因此提高机械手臂的负载能力、提高整体刚度及降低驱动能耗成了机械臂性能提升的关键问题。

工业机械臂的主要部件包括回转部、大臂、小臂及腕部。回转部可完成整机的回转运动，大臂和小臂的配合运动可实现机械臂末端的空间位置移动，腕部能实现俯仰轴与摆轴两个动作。各部件的运动配合实现机械臂设定的运动轨迹。

2014年我国工业机械臂行业产量0.38万台，到2018年增长到了1.92万台。如下图所示：

（2）东部地区是我国工业机械臂主要生产区

国外工业机械臂行业主要集中在发那科、ABB、安川、库卡和川崎重工。国内工业机械臂生产企业主要有新松机器人、尔必地、埃夫特、新时代、埃斯顿、广州数控、华数等企业。主要分布在国内东部地区，东北和华东、华南是主要工业机械臂生产基地。

四、我国工业机械臂行业需求情况

2014年国内工业机械臂行业安装量约3.6万台，到2018年增长到了9.72万台，近五年国内工业机械臂安装量复合增长率高达28.19%。

目前，国内工业机械臂行业客户主要是汽车产业和3C产业，其他行业还有金属加工及塑料加工等行业。2018年国内工业机械臂安装量约9.72万台，其中汽车领域约3.69万台，3C领域1.36万台。

五、中国工业机械臂市场发展潜力

国内的工业机械臂技术起步较晚，但随着国内人工成本的不断是上升，工业机械臂对制造业显得越来越重要，并且国内正处于企业转型升级的关键时期,作为先进制造业不可替代的重要设备,工业机械臂的应用和普及势必会成为企业的优先选择。

国内工业机械臂的发展十分迅速，政府颁布的政策支持也起到了很大的帮助作用。政府相继颁布了《中国制造2020》、“十三五规划”和《机器人产业发展规划（2016-2020年）》等政策扶持机器人产业的发展。有了政策支持，再加上机械臂的产品优势和广阔的市场需求，工业机械臂在国内的发展前景不可估量。

随着关键岗位机器人替代工程、安全生产少（无）人化专项工程、智能制造工程和新的应用示范政策的不断落实，工业机械臂的应用领域将不断拓展。3C制造业、汽车制造业依然是国内产工业机械臂的主要市场，并有望延伸到劳动强度大的纺织、物流行业，危险程度高的国防军工、民爆行业，对产品生产环境洁净度要求高的制药、