机器人伺服电动缸应用行业深度报告:自动化设备之冠，下一代智能终端。

一、伺服电动缸在工业机器人上的应用——自动化的明珠

1.智能制造的代言人——工业机器人伺服电动缸的应用

工业伺服电动缸的应用是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器设备。主要用于柔性生产中代替手工作业，是一种依靠自身动力和控制能力实现各种功能的机器。

目前工业机器人用伺服电动缸的应用已经有了比较完整的产业链，大致可以分为原材料、核心部件、本体制造、系统集成服务等环节:上游原材料主要有钢材、铸铁、铝合金、少量塑料制品和各种电子元器件。核心部件:包括控制系统、伺服电机、精密减速器、传感器等。机器人工业伺服电动缸应用于本体制造:机器人的结构和功能设计与实现。系统集成:根据客户要求设计和组装生产线。

控制器、伺服电机和减速器是构成工业机器人伺服电动缸应用的三大核心部件。这三个核心部件的性能和稳定性很大程度上决定了工业机器人伺服电动缸的性能和稳定性。由于核心零部件生产技术壁垒高，关键技术大多被少数公司垄断，使得机器人厂商议价能力不足，采购价格高。控制器是工业机器人伺服电动缸应用的“大脑”。控制器负责向执行器发出和传输动作指令。它由硬件和软件组成:硬件是工控板，包括一些主控单元、信号处理部分等电路；软件主要包括控制算法、二次开发等。伺服系统是工业机器人伺服电动缸应用的“动力源”。伺服系统通常由伺服电机和伺服驱动器组成，主要负责将接收到的电压信号转换成转矩和速度来驱动被控对象。减速器是工业机器人伺服电动缸应用中的“关节”。是减速器核心部件中技术壁垒最高的，也是工业机器人伺服电动缸应用中成本占比最大的零部件，主要起到转速匹配和传递扭矩的作用。减速器分为谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。其中工业机器人伺服电动缸主要采用谐波减速器和RV减速器。

工业伺服电动缸的应用可按机械结构、坐标形式、程序输入方式分类。根据坐标形式的不同，工业机器人伺服电动缸的应用可分为直角坐标型、柱坐标型、球坐标型、多关节型和平面关节型。其中多关节型(六轴工业机器人伺服电动缸应用)和平面关节型(SCARA机器人)最为常见，广泛应用于汽车和3C行业。

2.工业机器人的伺服电动缸起源于美国，兴盛于日本。

工业伺服电动缸的应用诞生于美国，兴盛于日本。1959年，发明家德瓦尔和约瑟夫·英格伯格共同做出了第一个工业机器人伺服电动缸应用。它的结构和功能都很简单，只能承载简单的重物。但由于失业率高企、工会阻挠等原因，工业机器人伺服电动缸的应用在美国并未落地生根。日本因为各方面的优势，从美国手中接过接力棒，成为工业机器人伺服电动缸应用行业的领头羊。目前，日本已经形成了从上游核心零部件到中游本体制造再到下游系统集成的完整产业链。其中最著名的是“工业机器人伺服电动缸应用四大家族”中的发那科和安川，以及减速器的领军企业哈默纳科和纳博茨克。

我国工业机器人伺服电动缸应用行业起步较晚。虽然早在20世纪70年代，科技部就将工业机器人用伺服电动缸的应用列入了科技攻关计划，原机械工业部也牵头组织了工业机器人用伺服电动缸的应用研究，如点焊、弧焊、运输等相关领域。但当时由于中国人口红利旺盛，市场需求不足，工业机器人产业发展长期停滞。2010年后，当市场再次将目光投向这一领域时，日本、德国等制造强国早已建立了完善的产业链，在市场竞争中占据了先发优势。国内工业机器人伺服电动缸的应用与国外巨头相比差距巨大，无论是车身还是核心部件。2010年后，国内工业机器人伺服电动缸应用行业开始全面发展。目前我国工业机器人用伺服电动缸的应用仍以本体制造的组装为主，大量零部件仍需进口，产品主要定位于中低端市场。

3.合作机器人、特种机器人和人形机器人。

协作机器人:更安全，更适合未来的商业和家庭空间。随着技术的发展，工业伺服电动缸的应用逐渐小型化，分化出具有安全、灵活、与人合作等特点的协作机器人。下游机器人行业，汽车在20kg以上，家电和3C在4kg左右，半导体行业在12kg左右。在轻载工作环境下，安全得到保障，能够实现机器人与人在同一空间协同工作的协作机器人应运而生。

协作机器人和工业机器人伺服电动缸应用最大的区别在于安全性，碰到障碍物会自动停止。目前很多公司都在研发环境感应技术，有些试驾车型可以在碰撞前停止运行。其他区别还包括:应用场景不同，工业机器人伺服电动缸应用精度更高，终端速度7.8m/s，负负载大；协作机器人讲究灵活性，编程要求低，可以拖动和示教(精度较低)。

特殊机器人:针对特殊高风险场景的解决方案。特种机器人是指工业机器人、公共服务机器人、个人服务机器人的伺服电动缸以外的机器人。它们主要用于专业领域，一般由经过专门训练的人员操作或使用，以协助和/或代替人们执行任务。2021年特种机器人销量占全球机器人市场的28.17%，占国内机器人市场的7.93%。特种机器人的分类:(1)按行业分类:农业机器人、电动机器人、建筑机器人、物流机器人、医疗机器人、护理机器人、康复机器人、安保和救援机器人、军用机器人、伺服电动缸应用核工业机器人、采矿机器人、石油化工机器人、市政工程机器人和其他行业机器人。(2)按功能分类:挖掘、安装、检查、维护、修理、巡视检查、侦察、排爆、搜救、运输、诊断、治疗、康复、清洁等。(3)按使用空间分类:地面机器人、地下机器人、水面机器人、水下机器人、空中机器人、空间机器人和其他机器人。(4)按运动方式分类:轮式机器人、履带式机器人、腿式机器人、爬行机器人、飞行机器人、潜水机器人、固定机器人、喷射机器人、可穿戴机器人、复合机器人等运动方式机器人。

人形机器人是一种模仿人类外貌和行为而设计的机器人，被誉为机器人皇冠上的明珠。人形机器人的挑战难度是业内公认的最高，对规划、控制、感知三个基本要素对应的器件要求非常高。特斯拉首席执行官马斯克表示，特斯拉Bot预计将于2023年投产，将用于填补劳动力缺口。目前仿人机器人的主流技术路线有以下几种:(1)以本田Asimo为代表的传统电控+控制方式。该方法通过力控制+位置控制实现，采用传统的电机驱动和传统的机械结构，本质上类似于意大利IIT的iRonCub和力控制的结合。(2)以波士顿动力亚多拉斯公司为代表的液压驱动+控制方式。液压驱动可以实现人形机器人的极限运动，现在在运动能力上首屈一指。(3)以敏捷的卡西为代表，重心上移的新方式，腿细上身大，可以节省功耗。