协作机器人激战正酣国产产业化加速新兴厂商紧追机电一体化

2023年9月20日,中国工博会同期,中科新松、大族机器人、长广溪智造、遨博智能、艾利特机器人、天机智能、鑫精诚传感器、来福谐波、康士达、神源生智能、蓝点触控等11家单位就协作机器人产业最新全貌敞开探讨与交流。

零部件发力方向:机电一体化

从产业链方面来看,协作机器人的上游核心零部件主要包含无框力矩电机、伺服驱动、减速器、力传感器、编码器等。

在减速器方面,由于协作机器人产品负载3-20kg左右,其使用的机器人用减速器一般为谐波减速器,根据其市场销量来看,市面上以六轴协作机器人为主,少量是七轴协作机器人。据数据显示,2022年中国六轴及以上协作机器人减速器需求量为11.7万台,预计到2027年需求量将超过45万台。

来福谐波是国产精密传动解决方案优质供应商,深耕行业超10年。其自研自产谐波减速器、力矩电机、编码器、驱动器、精密轴承、行星减速器等精密传动产品,形成谐波减速器、关节模组及精密零部件三大业务版块。目前,来福的谐波减速器国内市场份额超30%。其年产量15万台,出货量位居国产TOP2,预计2024年年产量达到30万台。

此外,机电一体化逐渐成为零部件企业未来发力方向,国内外主要企业纷纷开发一体化模块。目前,国产厂商如泰科伺服、大族机器人、来福谐波、同川精密、零差云控、精谷智能等已实现模块化关节的供应。模块化关节模组,可以理解为一体化的解决方案,可以大大缩短供应链环节,降低本体企业研发成本,并可提升产品易用性及灵活性。

来福自研自产的谐波减速器、无框电机、编码器、制动器和驱动器等机电产品集成整合,来福模组具有轻量化、模块化、装配方便、便于维护等优点。除了标准型号外,来福模组可满足不同客户不同场景的定制要求,在机器人、机床、半导体、自动化设备、新能源、精密测量仪器、航天设备相关等领域均有突破性的探索。

工控机(IPC)即工业控制计算机,具有重要的计算机属性和特征。在工业应用中,机器人需要进行大量的数据采集和传输,工控机可以通过高速的数据采集卡和通讯接口实现数据的实时采集和传输。同时,工控机还可以实现机器人的故障诊断和维护,提高机器人的运行效率和稳定性。

目前国际工控机品牌主要有德国西门子、日本康泰克、德国倍福、奥地利贝加莱、日本欧姆龙等。近几年来,国产工控机亦有明显的进步,代表厂商有台系的研华和凌华,系厂商有研祥、华北工控、康士达、稳信智能、恒邦新创、源控电子等。

康士达专注工控板卡、整机、智能系统的设计开发已有十余年,核心产品主要有智能边缘U12TK、机器视觉Q6AMV等。其所有的产品均拥有完全的自主知识产权,产品广泛应用于工业控制、机器视觉、机器人、边缘计算、自动驾驶、三维建图、嵌入式软件等尖端智能行业。

康士达主要掌握了多项核心技术。其中,在宽温、三防、宽压设计、短路、过流过压保护、EMD/EMC防护、浪涌、绝缘、平衡、抗震等方面,康士达有很多独到之处,能够为客户在各种环境的应用提供助力。在软件开发方面,康士达精通底层BIOS、EC等开发,可为客户定制特色功能。此外,康士达还精通MCU、ARM32的固件开发,满足工业场景硬件的灵活扩展。

国产六维力传感器产业化加速

随着协作机器人智能化研发不断深入,人工智能技术在协作机器人领域的进一步融合应用,协作机器人将集成先进的机器人技术和算法技术,以及丰富的传感器和高度柔性化的未端执行器等,更加智能化地完成各项复杂的任务。

六维力传感器常用于力的作用点随机变化,且对测量精度要求较高的场景,是最适合协作机器人应用的力传感器之一。随着国内入局力传感器领域的厂商越来越多,目前国产六维力传感器相关厂商正逐年增加,如鑫精诚传感器、蓝点触控、坤维科技、神源生智能、海伯森等,均已有相关的产品落地并进入产业化应用。

据数据显示,2022中国六维力/力矩传感器市场规模2.39亿元,同比增长52.04%。GGII预计,2023年中国六维力/力矩传感器市场规模有望突破3亿元,到2027年中国六维力/力矩传感器市场规模将超过15亿元,2023-2027年年复合增长率超过45%。

鑫精诚传感器是国内最早一批进入六维力传感器研发和应用的非研究型企业。依托于强大的研发和交付实力,可以快速为客户定制各种应用场景的六维力传感器。近年来,鑫精诚传感器在销量上增长速度飞快,仅仅在3C智能装配行业,六维力传感器的年销售量已经超过2000只。

鑫精诚传感器独特开发纯结构解耦的结构,可以大大的节省标定和制造时间和成本。鑫精诚传感器核心产品六维力传感器直径跨度从9.5mm到300mm,力量程跨度从5N到50KN,力矩量程跨度从m到1000N.m,可覆盖大部分应用领域:该产品结构包括中空式、法兰式、IP68深水、微型式、自带紧固螺钉式等,几乎覆盖了常规六维力传感器的所有结构。

蓝点触控致力于机器人柔性力控传感器及力控技术的开,核心团队来自于航天科技集团、中国科学院等知名机构。其产品包括高精度六维力传感器、机器人关节力矩传感器、力控工艺算法库、柔性力控打磨工作站。机器人六维力传感器与关节力矩传感器累计出货量达数万台。机器人关节力矩传感器占据国内80%以上市场份额。

蓝点触控力传感器主要包含解耦算法、结构解耦设计、高精度数据采集、多轴同步校准四个方面核心技术,可满足复杂环境对力传感器和力控系统的高精度、高带宽和易用性需求。其中,Joint系列关节力矩传感器适用于关节力控机器人、医疗手术机器人、工业自动化、装配、科研、打磨等领域。

神源生智能是一家致力于力测试技术的研究和产业化的企业。其依托南京航空航天大学雄厚的力学、特种加工和仪器设计等学科基础,掌握了兼顾高刚度和高灵敏度的应变式力传感器正向设计及结构优化技术,建立了完整的产品质量保障体系,实现了高性价比六维力传感器、测力阵列和机器人的力控应用。

神源生智能的核心产品主要有中空环式六维力传感器、XLH系列数字六维力传感器、DTH系列经济型数字六维力传感器、超大量程传感器、运动力学测试平台等。目前,神源生智能的六维力传感器累计出货1000多台。

本体:行业集中度高,新兴厂商紧追

从长期来看,协作机器人国产替代是主基调。2022年,国内区域性疫情影响,外资厂商产品交付受到较大阻碍;同时,随着下游客户对本土品牌认可度逐渐提高,国产厂商本土化优势逐渐放大,国产协作机器人在各个下业中的份额实现快速提升。

据数据显示,2022年,国产厂商六轴及以上协作机器人本体销量市场份额由2021年的78.98%上升至84.52%,较上一年同比上升5.54个百分点。

从竞争格局看,2022年中国协作机器人市场TOP10厂商中,国产厂商占据8席,从销量层面看国产品牌已处于主导地位。

其中以遨博智能为首的前三甲企业占据超过50%的份额;优傲机器人在中国市场份额有所下滑;大族机器人、中科新松、艾利特机器人等厂商凭借较全的产品体系在多个细分行业取得较大突破。

遨博智能专注协作机器人研发生产和销售已有8年,模块化关节集成谐波减速器、电机、刹车、编码器、关节驱动板于一体等核心零部件均由遨博自主研发。发展多年,遨博智能开发了具有全部知识产权的协作机器人产品,实现核心部件全部国产化,打破了国外长期垄断。

自成立以来,遨博智能推出iS系列、iH系列、C系列、E系列协作机器人以及海纳系列复合机器人,产品负载范围覆盖3kg-25kg,丰富的负载和工作半径选择,满足大部分应用场景的同时,为客户提供更多产品选型和更精准的成本控制,实现效益最大化。截止目前,遨博智能在大健康领域的协作机器人累计出货近6000台,在行业内销量第一。

艾利特机器人专注面向未来的新一代协作机器人。从底层的操作系统、嵌入式的硬件软件、工艺包与顶端算力、协作机器人的模组关节技术等方面均为自主研发,具有高性价比、高负载自重比、高稳定性的优势,在安全性、易用性、扩展性、维护性、轻便性等方面打破国外技术壁垒。

艾利特机器人的核心产品有CS625、EC64-19、CS520H地平线AZ等型号协作机器人。截至目前,艾利特机器人全球累计销量近10000台。另外,自2023年以来已经发布新产品26款,成为该赛道针对细分应用场景产品发布最多、技术更新迭代最快的企业之一。

大族机器人源于大族激光,已积累十多年电机、伺服器和运动控制经验,机器人核心零部件自主可控。大族机器人的产品重复定位精度高,100%速度的精度在延迟200ms(机器人到达点位200ms后进行拍照测试)的情况下能达到±0.02mm;新一代智能7轴协作协作机器人MAiRA重复定位精度可以达到6-10μm。

大族机器人的核心产品主要包含Elfin系列、Elfin-Pro系列、S系列、Elfin-Ex防爆型等系列。其中,Elfin-Pro(E-Pro)系列协作机器人,实现了一体化末端力控、一体化AI视觉,拆箱即用。此外,它采用的是内走线布局方式,进一步提升机器人抗干扰能力,使之可以适应更复杂的生产环境。

作为国内协作机器人较早的先行者,中科新松可以说是协作机器人系列最丰富的厂商之一。自2014年成立以来,中科新松共计创新研发了包括多可协作机器人和多可移动协作机器人在内的2大系列20余种产品。目前,其产品主要应用于包括汽车、能源、半导体、3C、食品药品、建筑、电力、教育科研、印刷、航空航天、铁路、服务等在内的数十个行业。

在核心技术方面,为实现多可®协作机器人DUCO Cobot的轻量化以及集成化,解决了高功率密度的机电控一体化关节高度集成的技术难题,实现200-3000W驱动功率,最终关节控制精度达到5角秒。此外,中科新松产品的碰撞检测功能采用伺服级的碰撞检测策略,满足响应的实时性。

此外,以长广溪智造、天机智能为代表的新兴协作机器人厂商开始崭露头角,在3C、机械加工等泛工业领域中开始起量。

长广溪智造开创性地定义了新一代“车规级高速协作机器人”,其生产过程、测试方法、质量管控符合IATF16949:2016国际汽车质量管理标准。以智能柔性运动控制技术为核心,其全系列协作机器人的伺服电机、伺服驱动器、编码器、、示教器、关节机构等部件全部自研。

长广溪智造协作机器人产品分C、G、X系列,每个系列包含多种规格型号。长广溪智造C系列协作机器人主要面向“服务领域”,主打性价比。机械手臂外观主体颜色为亚银色,绿色为配色。C3、C6机型配置迷你型控制盒,C6-DK机型在底座内集成,占地面积更小,客户可根据项目情况灵活选型。

天机以机器人及控制系统为核心,聚焦机器人产品及应用,深入工艺端,面向泛工业及商业两大领域,为客户提供标准化产品及服务。天机具有中小负载全类型机器人产品矩阵,自研天机Fusion控制系统,全面覆盖不同应用场景,充分满足客户多样化需求。天机是国内为数不多同时面向泛工业及商业,产品同时涵盖协作机器人及工业机器人(SCARA、六轴)。

天机已深入多个行业,与头部企业达成战略合作,在3C、汽车电子、新能源、家电、食品等行业都有成熟案例。截止2022年底,使用天机产品的客户已超800余家,在线台套。

经过几年的市场培育,协作机器人应用行业日益广泛。协作机器人相较于传统工业机器人具有更广的应用面,涵盖工业与商业服务领域,从应用的角度看,协作机器人在两类场景中所带来的核心价值有所差异,工业领域主要是以替代人,降本增效为主要目的;商业服务领域则更多的强调机器人带来额外价值,替代人并非首要目的,更重要的是打造创新型的服务业态。

随着协作机器人技术的不断进步,易用性、安全性和智能性有望获得提升,届时协作机器人在各领域的应用边界将日趋模糊。协作机器人将不仅是机器人,更是智能工具和智能伙伴。