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安徽尚合機電科技有限公司
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行業概況
1、工業機器人
廣泛應用于汽車制造、電器設備生產、食品機械加工等產業制造上，隨著人工費用的增長，機器人替代人工的趨勢越來越明顯，而機器人生產出來的產品一致性好、裝配精度高等優點也越來越受到廠商的重視。
主要類型有：多關節機器人、直角坐標型機器人、SCARA機器人和DELTA并聯機器人。
機器人的發展史
工業機器人產業鏈：主要由上游核心零部件、中游工業機器人本體組裝以及下游系統集成構成。其中控制器、伺服電機及精密減速器是機器人最重要的核心零部件。
機器人的主要成本構成：減速器35%左右，伺服電機20%左右，控制系統15%左右，機械加工本體只占15%左右，其他的部分主要就是應用。可以看出，在工業機器人產業鏈中，技術上的核心和難點就集中在了上游的核心零部件的生產，成本和利潤也集中在了這一領域；其中又以減速器為制約機器人產業 發展的關鍵因素。
全球高端機器人主要由ABB、發那科、安川和庫卡（被美的收購）等少數幾家國際機器人公司控制。在中國機器人產業中有著70%以上的市場份額，幾乎壟斷了機器人制造、焊接等高階領域。
2、減速器
精密減速器決定工業機器人的精度和負載，是連接伺服電機和執行機構之間的中間裝置，它負責把伺服電機高速運轉的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，并傳遞更大的轉矩。主要原材料包括減速器中的齒輪毛坯、齒軸毛坯、軸承、箱體、箱蓋等。
工業機器人對減速器的精度、負載和壽命等要求極高，其技術壁壘是工業機器人核心零部件中最高的一個，是對工業機器人本體性能影響程度最高的核心零部件。
隨著技術的日益成熟，精密減速器越來越體現出高精度、高鋼性、高負載、傳動效率高、高速比、高壽命、低慣性、低振動、低噪音、低溫升、結構輕巧、安裝方便等優點。
在全球范圍內，機器人行業應用的精密減速器可分為RV減速器、諧波減速器和SPINEA減速器，三者的市場銷售數量占比約為40%、40%、20%。其中，RV減速器和諧波減速器是工業機器人最主流的精密減速器。
RV減速器：是旋轉矢量（Rotary Vector）減速器的簡稱，最早由日本發明，它是傳統擺線針輪和行星齒輪傳動裝置的一個新的混合種，RV減速器的傳動比較大（30-260）。
RV減速器結構
RV減速器工作原理
RV減速器的原理很早就已經公開，而且未有專利保護，但是整個行業RV減速器80%市場仍由日本占據，主要品牌是納博特斯克和住友。
RV減速器制造核心難點在各項工藝的密切配合，包括：齒面熱處理、加工精度、零件對稱性、成組技術、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結果是產品的磨損和壽命。
減速器實現減速是通過大小齒輪之間傳動，其轉速與齒數成反比的簡單原理來實現的。但是要實現大的傳動比，如果用我們平常看到的圓柱齒輪，那整個齒輪速器的體積將會非常大，如果要做到盡量小的體積，怎么辦呢？
諧波減速器就是把齒輪內嵌進去！
諧波減速器（harmonic gear drive ）：主要由波發生器、柔性齒輪、柔性軸承、剛性齒輪四個基本構件組成。
諧波減速器結構
諧波減速器工作原理
諧波減速器的技術難點主要體現在柔輪壽命和加工精度上。
主要品牌是哈默納科，我國從1961年開始諧波傳動方面的研制工作，我國現階段的諧波傳動裝置的制造能力只相當于日本八十年代的水平，國內諧波傳動產業存在的主要問題是規模偏小，且產品種類少，研究開發人員和投入不足等。國內涌現的蘇州綠的諧波，目前基本上可以在中國市場跟哈默納科分庭抗禮。
總的來說，我國在精密減速器方面受制于材料和精密度加工兩大領域。
3、伺服電機
伺服系統是工業機器人主要的動力來源，主要由伺服電機、伺服驅動器、編碼器三部分組成。伺服含義為“跟隨”，指按照指令信號做出位置、速度或轉矩的跟隨控制。
目前我國工業機器人用伺服系統主要被國外品牌壟斷，其中日系約占50%，歐美品牌30%，臺灣品牌及大陸企業均只有10%：日系企業包括安川、三菱、三洋、歐姆龍、松下等，主要是小型功率和中型功率產品；歐美系包括西門子、博世力士樂、施耐德等，在大型伺服具有優勢地位；國產主要包括匯川、臺達、埃斯頓等，主要為中小型伺服。
整體上看，我國伺服電機與日系和歐美依然存在差距，主要表現為：大功率產品缺乏、小型化不夠、信號接插件不穩定、缺乏高精度的編碼器，這些也是國內伺服系統未來要攻光的主要方向。
政策支持
上世紀90年代以來，中央開始加大對工業機器人的研發投入；2010年以后，國務院、工業和信息化部、財政部、科技部等政府部門先后出臺政策；在2012年“十二五”規劃，也是通過引導地方政府和社會化資金，重點支持關鍵智能部件、焊接加工等領域的工業機器人研制及產業化；在2013年12月，工信部出臺了推進工業機器人產業發展的指導意見，加大對伺服驅動器等關鍵技術的財政扶持力度，支持關鍵智能部件等領域的工業機器人研制及產業化；在2015年，《中國制造2025》將機器人列為十大重點領域之一；在2016年，《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》明確攻克工業機器人關鍵技術，重點突破減速器、專用伺服電機和驅動器、控制器、傳感器、末端執行器五大關鍵零部件的技術壁壘，發展弧焊機器人、全自主編程智能工業機器人等10類產品等等政策陸續出臺。
行業現狀
1、市場規模
工業機器人
2013-2017年中國工業機器人銷量實現高速增長，中國自2013年開始超過日本成為全球工業機器人最大市場，銷量連續多年位居世界各國之首。2016年銷量約為8.7萬臺，占全球比重為30%，接近于歐洲和北美銷量之和；2017年，中國工業機器人銷量增至13.8萬臺，國產品牌銷量占比約為32.8%。
2017-2020年中國工業機器人銷量預計將從11.5萬臺增至21萬臺，年均增速約為25%，占全球比重將從33%提升至40%。國際機器人聯合會預測，到2020年我國工業機器人銷量將超過21萬臺，實現機器人國產市場份額達50%，2025年實現機器人國產市場份額超70%。
減速器
隨著我國工業機器人應用市場的快速發展，工業機器人用減速器市場需求規模也隨之增長；另外，對于已保有的工業機器人，減速器本身有額定的工作壽命，需要定期更換，而工業機器人的工作壽命一般為8-10年，期間減速器作為傳動、承重部件，磨損是不可避免的。
一般情況下，一臺工業機器人需要的減速器個數為4-6臺（每一個關節部位都需要配套一臺精密減速器）：一套六軸多關節機器人需要4套RV減速器和2套諧波減速器；一套SCARA機器人包含4套諧波減速器；一套直角坐標機器人需要3套RV減速器和1套諧波減速器；DELTA機器人的電機安裝在固定基座上 ，需要1套諧波減速器。
隨著未來工業機器人的發展，根據測算結果，到2020年RV減速器市場需求81.5萬臺、諧波減速器需求63.3萬臺，總體市場需求量有望達到144.8萬臺。
當前一臺RV減速器的售價約5000-6000元左右，而諧波減速器價格約2000元；而在2015年，RV減速器和諧波減速器的平均價格分別為8000元、3000元。 減速器的國產化進程，促成了過去三年國外品牌的降價，當前價格雖然還存在下降空間，但已經接近其生產成本，未來價格壓縮的空間相對較小，因此估計未來RV和諧波減速器的價格分別在4000元和1500元左右。預測到2020年我國工業機器人減速器市場規模將超過40億元，未來五年復合增長率約為30%。
2017年以來減速器國產化進程顯著加快，在下游本體出貨量增長、減速器市場的全球供給缺口放大、國產技術逐步成熟等因素的推動下，國產減速器企業迎來難得的發展機遇。
2、行業挑戰
目前國內已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件，開發出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人。
但總的來看，中國的工業機器人技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距。
市場份額
目前在我國的工業機器人市場中，上游核心零部件的供應基本被國外廠商所占據，國內廠商大多集中在中游的機器人本體組裝和下游的系統集成，承擔系統二次開發、定制部件和售后服務等附加值低的工作。
其中，精密減速器制造對材料、設備、工藝等多個環節都有嚴格要求，具有明顯的投資門檻高、技術難度大等特點，行業壁壘極高。長期以來全球工業機器人減速器市場一直呈現高度集中狀態。
減速器在國內的市場現狀，長期以來一直由美國、德國、日本、捷克等國家掌控，其中世界75%的精密減速器市場被日本的納博特斯克和哈默納科占領，納博特斯克約占60%的份額，在中/重負荷工業機器人領域其RV減速器產品在全球RV減速器市場占有率更是高達90%以上；哈默納科則在諧波減速器領域擁有絕對優勢，約占15%的全球減速器市場份額。除此之外，以住友為代表的日系RV減速器生產廠商以及以新寶為代表的日系諧波減速器生產廠商合計占全球減速器市場份額也高達10%以上，全球減速器市場呈現出以日本企業一派獨大的高度集中化局面。
成本
目前中國機器人的核心技術上還缺乏整體的突破，導致我國高端裝備制造領域機器人產業發展緩慢，只能依靠進口RV減速器。
關鍵部件進口比例較高，就會導致國內制造機器人成本高。特別是減速器，國內企業購買減速器的價格是國外企業的價格的將近數倍（據行業人士介紹，一臺精密減速器四大國際巨頭采購價為3-5萬元，賣給國內關系好的客戶約7萬元，關系一般的普通客戶約12萬元），國產機器人難以形成價格優勢。只有年產量上500-1000臺，才有一定的規模效應。因此，中國如果想要形成機器人產業化， 擺脫國外機器人企業的掣肘，在機器人領域贏得自主，必須要將減速器國產化加速提上日程。
產能
目前減速器發展還存在產能擴大的瓶頸：日本的減速器出現供貨周期延后的現象，最長的供貨周期已經達到6個月以上（日本納博特斯克的供貨周期已從原來的2-3個月延長到現在的4-6個月），國產減速器產能不能在很短時間內實現成倍增長滿足不斷擴大的市場需求，所以擴產不僅是國產減速器面臨的問題，也是日本減速器面臨的問題之一。
技術差距（詳見中外產品對比）
RV減速器需要的技術是很高的，其核心難點在各項工藝的密切配合，包括：齒面熱處理、加工精度、零件對稱性、成組技術、裝配精度等，這些工藝總裝公差總分配帶來的結果是產品的磨損和壽命。在一個配合精密的系統中，間隙或過盈配合的微小偏差，會造成接觸剛度／嚙合剛度的成倍差異，進而引發運動參數的變動。
目前機器人面臨的問題看似是60％價格做不出來東西，實則90％價格做出30％壽命的東西，其實壽命本身就是機械行業的水平的標志。
另外，沒有符合國產機器人使用的減速器標準。國產減速器一直以來參考的對象都是橫向的國外進口減速器某型號，不是專門為某國產機器人深度定制。一個工業機器人并不是只有減速器就足夠了，更重要的是和伺服系統、運動控制系統的結合才能達到高精度和高穩定性，各家的技術都不一樣，減速器對機器人不通用。所以在管理減速器研發、生產方面應該有一個行業標準，研發出屬于國產機器人使用的減速器。
3、競爭格局
目前，國內減速器供應商以外資品牌為主導，2018年國產減速器出貨量占國內市場份額不足30%，而近70%以上的市場份額則由外資品牌占據，大多數來自日本品牌，其次是韓國和捷克。全球高端機器人主要由ABB、發那科、安川和庫卡等少數幾家國際機器人公司控制，而它們所使用的精密減速器75%為日本公司制造。
國產品牌起步較晚，目前已有蘇州綠的、來福諧波、南通振康、秦川機床、中大力德等多家減速器廠商實現量產，市場接受度逐年提升。
RV減速器---競爭格局
1）納博特斯克（日本）
全球最大的精密RV減速器制造商，產品以高精度、高可靠、穩定性著稱，擁有日本津工廠和中國常州兩個精密減速器生產基地，2017年總產能達84萬臺，預計至2019年達106萬臺，2020年產能可增至120萬臺。
2）住友（日本）
住友重機投放在中國市場的機器人用減速器主要是UV系列減速器(即市面RV減速器)，UV系列從2014年開始進入中國，產品在日本生產，并在中國上海、廣州設有組裝基地。
3）浙江雙環傳動（中國、上市公司）
2010年9月在深交所上市，自2014年起深耕RV減速器5年，已經逐步完成從研發階段向產業化階段的過渡，目前已形成RV-C、RV-E兩大系列多種型號RV減速器產品。2018年3月與埃夫特簽訂1萬臺減速器供貨協議，供貨周期至2019年6月30日。截至2018年末，公司工業機器人RV減速器產業化項目投資3.12億元，預期實現6萬套產能，計劃在2020年建成10萬套/年的產能。
4）南通振康（中國)
2015年實現鎮康RV減速器的首批生產，國內較早涉足機器人用RV減速器的廠商，技術團隊依托于西安微電機研究所資源研發。南通振康目前有“ZKRV”品牌減速器RV-E、RV-C、RD三個系列共10種規格，具備年產3萬臺的生產能力,2018年RV減速器出貨量在5萬臺以內。產品已被多家機器人廠商試用，包括國外的ABB、庫卡、發那科以及國內的埃夫特、凱爾達、歡顏自動化等機器人廠商。
5）中大力德（中國、上市公司)
2017年8月上市，2012年開發RV關節機器人專用減速器，2016年的產能約為10萬臺，正在建設一條年產20萬臺精密減速器生產線項目。
? 諧波減速器---競爭格局
1）哈默納科（日本）
成立于1970年，是全球最大的諧波減速器生產商（哈默納科日本公司、德國公司、美國公司基本壟斷了全球諧波減速器市場約70%的份額），和納博特斯克并稱為機器人精密減速器的兩大巨頭。2018年其產能接近180萬臺，目前幾乎所有的世界知名機器人廠商均采用其諧波減速器。
2）蘇州綠的（中國）
自2003年開始從事機器人用精密諧波減速器研發，目前其產品在國產機器人諧波減速器市場的滲透率超過50%，在國產諧波減速器中居于首位。公司是《機器人用諧波齒輪減速器》國家標準的主要編制起草方。產品有6大系列，共100多個型號，在精度、壽命、穩定性、噪音等方面均達到國際先進水平。下游客戶近千家，包括新松機器人、埃夫特、新時達等國內著名機器人生產商，產品已進入ABB供應體系，形成了年產20萬臺的產能，2018年出貨量超過12萬臺。
3）新寶（日本）
成立于2003年，2015年進入中國市場，2017年其中國市場月均出貨量近3000臺。
4）浙江來福諧波（中國）
開發生產的精密諧波減速器，具有高可靠性、高精度、高扭矩、高壽命、大速比、小體積等特性，目前其產品已有25mm到200mm的40余種規格，2018年其諧波減速器出貨量為2-3萬臺。
4、中外產品對比
諧波減速器方面，在基本性能指標上，國產品牌與哈默納科相差無幾，部分指標能夠超越世界先進水平。但在壽命、可靠性與穩定性、噪音與發熱等重要隱形指標上，國產諧波減速器與哈默納科差距較大。哈默納科諧波減速器產品物理壽命超過12000小時，并且能夠做到在8000小時內精度幾乎不會下降，而國產產品難以在如此長的時間內保證精度。同時在產品可靠性與穩定性方面，國產產品在面臨過載等較為復雜工況環境時，其性能大打折扣。
從設計上看
世界領先的減速器廠商如納博特斯克和哈默納科在其產品的齒形設計、傳動機理方面已申請專利，其它廠商不得使用其專利產品類似的齒形設計和傳動機理，只能研發自有獨特的齒形設計和傳動機理。
兩家廠商的先發優勢使得其占據特殊齒形設計的有利地位，而齒形設計及傳動機理對精密減速器產品的工作精度、傳動效率等性能至關重要，我國廠商作為后來者，避開專利限制去設計性能同樣優良的齒形面臨更高難度。
從材料上看
我國材料工藝相對落后，以諧波減速器為例，目前國內外諧波柔輪材料基本為40Cr合金鋼，雖然材料種類相同，但國外提純技術較高，因而材料相比國內雜質少，以致目前國產諧波減速器的柔輪材料基本依賴進口。國內外企業使用的鋼輪材料則有所差異，國內廠商一般使用調質鋼，而日本哈默納科多年來使用的材料均為球墨鑄鐵，其產品壽命已獲得長時間的驗證，是保證減速器壽命的最佳選擇，因此國內一些減速器廠商也開始使用這類材料。
當前日本、德國等國家能生產并供應較高等級的諧波減速器原材料，國內雖能提供相應的材料，但由于材料的顆粒度、剛度、硬度等指標不足，相較國外高端材料具有較大差距，對生產出的諧波減速器的產品一致性和壽命等性能均會帶來不利影響。而日本哈默納科的專用材料配方涵蓋二十余種金屬粉末，具備特定的粒度和配比，且未申請專利，在一定程度上筑就了其產品高性能的護城河。
從加工工藝上看
減速器對加工精度要求極高，加工誤差需要控制在1微米以內。高精度加工設備需要從日、德等國家進口，設備價格高、投入大，并且一、二級設備還面臨出口管制問題，獲取困難。同時由于國內減速器產量小導致設備采購量小，因而推高了設備采購單價，使國內減速器生產廠商在設備采購成本上同樣也被國外廠商拉開了差距。
即使買回來國外最先進的設備，加工工藝相比國外仍有很大差距。納博特斯克和哈默納科在諧波減速器領域已經深耕了數十年，積累了非常豐富的加工經驗，比如如何控制機床運行溫度、濕度、如何規劃流程、如何調試以實現最優加工，這些方面，國內廠商仍然處于探索期。
從裝配上看
減速器的裝配效果對產品性能有決定性的影響。裝配過程并不是將合格零件簡單地進行連接，而是根據各部裝和總裝的技術要求，通過校正、調整、平衡、配作及試驗來保證產品質量合格的過程。高精度的裝配技術也是決定減速器精度核心技術之一。目前國內減速器的裝配仍然以手工流水線作業的方式為主，其裝配效果完全依賴于工人的技術和經驗。由于國內減速器廠商起步晚，經驗積累少，國內高水平的減速器裝配工人資源匱乏，造成減速器裝配效果有限，而日本哈默納科與納博特斯克企業擁有大批從業十多年以上的高品質“匠人”，能夠將減速器裝配效果發揮到極致，導致國產減速器難以與國外高精密減速器匹敵。
5、隨著機電一體化的概念的引入，“RV+電機”或成減速器發展新趨勢
RV+電機：減速器“新形態”
“作為一種機電一體化的執行元件，RV減速器和電機的結合是一種發展趨勢”，中大力德相關人士介紹，“這種產品的結構更為緊湊，對客戶的技術要求也更低，我們把電機和減速器連到一起，這樣漏油的風險，錯裝的風險都免去了。此外，由于省去了中間的連接塊，成本也更加低廉。”
力克精密也認為，這種產品以后肯定是趨勢，但對于現有RV產品的地位不會構成威脅，屬于“兩條不同的產品線”。當前進行相關產品研發的企業還比較少，主要原因是每家電機企業的產品性能參數不同，需要減速器和電機產品相匹配，所以最好是有較強的綜合實力或者是本身就有研發生產電機的企業來生產。
這款產品現在只能在一些特定的場景使用，不會出現大規模替代傳統RV減速器的情景。有電機就要有伺服驅動，兩者是互相配合的。因此一般的企業想要做這款產品還是有難度的。
目前，包括納博特斯克在內的小部分國內外減速器企業已推出了相應的產品，據納博特斯克工作人員介紹，這種產品具有如下特點：
節省空間：傳統減速機和伺服電機的搭配尺寸更長，會干涉周邊設備，驅動一體化的設計實現了結構的緊湊化，節省空間，從而使設備的工作范圍更寬廣。
使用簡便：“傳統減速機、電機的裝配還需要自行調整同心度，如果稍微沒有調好容易產生噪音，嚴重的情況可能會損壞減速機。”該工作人員表示，使用這款產品后，省去了電機和減速機的安裝設計，同時也提升了品質和產品可信度。
無需密封設計：據介紹，傳統減速機在使用中需要加注潤滑脂并且密封，如果法蘭加工不良容易讓異物入侵。這款產品采用一體化設計，因此不需要做其他密封設計，并且已經預裝入油脂。
該工作人員稱，中國機器人及自動化市場發展非常迅速，也涌現出了大量新參入的機器人企業以及自動化用戶。“相對于傳統企業來說，他們的技術積累較淺，在研發的道路上也勢必會走很多的彎路。這款減速器憑借其一體化的設計，希望能幫助這些機器人及用戶企業更加快速方便的開發自己的產品。”
使用便捷性成亮點
“RV和電機的結合不會像諧波那樣深，主要的優勢是讓連接的方式更為簡潔。”雙環傳動相關人士認為，這種產品形態的意義或許并沒有諧波的一體化那樣重要。“諧波減速器在一體化的過程中留給電機的空間更為充裕，進行整合后的體積也更小，因此從總體上來看更具意義；而RV減速器本身體積就比較大，再怎么整合所能節省的空間也比較有限，此外應用場景對于尺寸方面的要求也并不高。”
“將諧波減速器進行集成，主要是往協作機器人一體化關節的方向去做，輕便簡潔，也更能體現協作機器人的優勢；但RV現在還做不到這種無框的結構，電機、編碼器會顯得很龐大、很復雜。”其認為，RV的集成并不會像諧波那樣出現革命性的效果，更多的是使用的便利性。
雖然一體化的RV減速器體積還是比較大，但對于用戶而言，使用起來還是較為方便的，這是該產品的主要優勢。
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“目前市場上使用這種產品的人還并不多，因為消費習慣已經養成，我們需要慢慢引導消費者。從長遠來看，這種產品的市場前景還是很廣闊的，在國外也有很多應用場景。”
現在無論是生產該型減速器的企業，還是使用者都并不多，這或許需要更多的技術鋪墊和市場培育。