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人力成本增加下機器人發展迫切 減速器行業隨之得到加速發展

勞動力成本抬升,推動機器人及減速器行業發展

1947年,前蘇聯工程師首次提出諧波機械傳動原理;20 世紀 50 年代,美國工程師 Musser C. W.根據空間應用需求發明了諧波減速機并取得專利。由此可見,前蘇聯、美國很早就開始研究諧波減速器,但主要集中在空間應用領域;日本雖起步稍晚,但發展迅速,在機器人領域后來居上;我國對諧波減速器的研究始于 1961 年,1985 年“諧波減速器標準系列產品”正式通過鑒定,成為繼美國、日本、俄羅斯后第四個具有諧波傳動減速器標準系列產品的國家。

諧波減速器由波發生器、柔輪和鋼輪組成。按機械波數量分類,可分為單波/雙波/三波傳動,剛輪和柔輪的齒數差應等于機械波的整數倍,通常取為波數,目前最常用的為雙波傳動。其中鋼輪為帶有內齒圈的剛性圓環狀零件,通常固定在減速器機體上,具有良好的抵抗外載荷不變形的能力;柔輪為帶有外齒圈的柔性薄壁彈性體零件,通常安裝在減速器輸出端;波發生器由柔性軸承和剛性橢圓凸輪組成,通常安裝在減速器輸入端,柔性軸承內圈固定在凸輪上,外圈通過滾珠實現彈性變形成橢圓形。

從結構和傳動原理方面來看,諧波減速器具有體積小、重量輕、傳動比大、承載力高、傳動精度高、傳動效率高等優勢。與普通減速器相比,其體積減小 2/3,重量減輕 1/2;單級傳動比可達 30-500;傳動效率可達 69%-96%?;谝陨蟽瀯?,諧波減速器可廣泛運用于機器人、數控機床、光伏設備、醫療器械、半導體設備、航空航天等其他領域。

資料來源:公開資料整理

據《機器人用諧波齒輪減速器》(GB/T 30819-2014)國家標準,減速器的精密等級可通過傳動誤差和空程來衡量,傳動誤差≤30 弧秒為高精密級減速器,30 弧秒<傳動誤差≤1 弧分為精密級減速器,1 弧分<傳動誤差≤3 弧分為普通級減速器;空程≤1 弧分為 1 級,1 弧分<空程≤3 弧分為 2 級,3 弧分<空程≤6 弧分為 3 級。參考各公司產品參數,應用在機器人中的多為精密級減速器,等級在 2 級以上。

機器人用諧波齒輪減速器國家標準(以傳動誤差衡量)

精度等級 指標
高精密級減速器(A 級) 傳動誤差≤30 弧秒
精密級減速器(B 級) 30 弧秒<傳動誤差≤1 弧分
普通級減速器(C 級) 1 弧分<傳動誤差≤3 弧分

資料來源:公開資料整理

機器人用諧波齒輪減速器國家標準(以空程衡量)

精度等級 指標
1 級 空程≤1 弧分
2 級 1 弧分<空程≤3 弧分
3 級 3 弧分<空程≤6 弧分

資料來源:公開資料整理

從 2022 年工業機器人大國的人口數量來看,美國/德國總人口增長率短期受移民增加影響小有上漲,但長期下降趨勢不變;中國人口自然增長率首次為負值;日/韓人口數量分別同比-0.4%/-0.2%。從人口結構來看,老齡化程度日益加深,以我國情況為例,60 周歲及以上人口比例逐年上漲,2022 年為 19.8%,同比+0.9pct。人口減少、老齡化加劇問題將使得強度大、重復性高、條件惡劣的低端工作面臨用工荒的問題。

隨著全球范圍內勞動力成本提高,各國工業自動化滲透率和制造業機械設備密度有望逐步提高,或帶動傳動基礎部件減速器的需求持續上升,預計2026年全球減速器市場規??蛇_1766億美元。

資料來源:ReportLinker,觀研天下數據中心整理

根據觀研報告網發布的《中國減速器行業發展深度研究與投資前景分析報告(2024-2031年)》顯示,目前全球制造業正向著自動化、集成化、智能化及綠色化方向發展,在疫情的催化作用下,2020 年起中國工業機器人產業引領全球市場迎來了快速發展期,新增安裝量增速維持較高水平,但通過對比各國工業機器人密度可見,中國與其他國家仍有差距,發展空間仍然較大。

資料來源:IFR,觀研天下數據中心整理

工業機器人可分為六軸/協作/SCARA 和 DELTA 機器人,諧波減速器一般用于手臂、腕部或手部關節。每臺六軸多關節機器人需搭配 6 臺精密減速器,其中輕負荷的可用諧波減速器;協作機器人全部關節均用諧波減速器,一般為 6-7 臺;SCARA 機器人一般使用 2-3 臺諧波減速器;DELTA 機器人需使用 3 臺諧波減速器??紤]到多關節機器人靈活性和自由度高,可適應不同的工作環境和任務,隨著機器人技術的不斷進步和應用場景的不斷拓展,多關節機器人的應用將會更加廣泛,因此單臺用諧波減速器數量將呈上升趨勢。

不同類型工業機器人的諧波減速器需求對比

機器人類型 諧波減速器數量
六軸機器人 2臺RV+4臺諧波
協作機器人 6-7臺諧波
SCARA機器人 2-3臺諧波
DELTA機器人 3臺諧波

資料來源:公開資料整理

工業機器人三大核心零部件包括精密減速器、伺服系統及控制器,上述三大零部件在工業機器人成本中占比約高達60%,其中精密減速器在三類零部件成本中占比最高,約達到30%。精密減速器一般以諧波減速器和RV減速器為主;其中諧波減速器主要應用于機器人小臂、腕部或手部等輕負載領域;RV減速器多應用于多關節機器人中機座、大臂、肩部等重負載的位置。

資料來源:綠的諧波,觀研天下數據中心整理

特斯拉提出人形機器人計劃,我國政府亦持續推動其發展

特斯拉于 2021 年 AI Day 首次提出人形機器人計劃;于 2022 年 AI Day 發布 Optimus 原型機,實現了行走、揮手、搬運貨物、給花澆水等動作;2023 年 5 月股東大會上,Optimus 靈活性有所提高,可執行更復雜的任務,實現更為流暢的行走和抓取物品。從計劃到樣機發布,特斯拉僅用了不到 1 年的時間,人形機器人正式開始走進現實。

我國對人形機器人的研發起步相對較晚,初期多為高校參與,北理工、浙江大學等已取得較好的成果,為中國人形機器人產業化打下了堅實的理論基礎。目前由于該領域技術壁壘較高,國內研發人形機器人本體的公司除高校研究機構孵化公司外,其余多為高科技公司,且隨著特斯拉Optimus 的問世,國內企業加速布局。2023 年以來,追覓、傅利葉、宇樹科技等相繼發布人形機器人,意味著人形機器人正逐步走向商用化。

人形機器人技術雖已取得顯著進展,但在本體能力、運動能力和智能能力方面仍面臨一定挑戰,且大部分企業的生產成本仍處于較高水平,不利于量產。為推動產業化進程,山東、深圳、上海、北京陸續出臺相關政策支持人形機器人的創新發展和規?;瘧?。2023 年 9 月 13 日,工信部印發《關于組織開展 2023 年未來產業創新任務揭榜掛帥工作的通知》,在人形機器人揭榜掛帥任務榜單中以 2025 年為檢驗時間點,提出了多項創新任務和預期目標,如集成減速器、電機、驅動器的一體化旋轉電驅動關節峰值輸出功率密度應優于 600W/kg,峰值力矩密度應優于 100N.m/kg。2023 年 10 月 20 日,《人形機器人創新發展指導意見》發布,明確 2025 年人形機器人創新體系初步建立;2027 年技術創新能力顯著提升等目標。

我國人形機器人政策總結

時間 省市 文件 內容
2023/6/28 北京 《北京市機器人產業創新發展行動方案(2023—2025 年)》 著眼世界前沿技術和未來戰略需求,加緊布局人形機器人,帶動醫療健康、協作、特種、物流四類優勢機器人產品躍升發展,實施百項機器人新品工程,打造智能驅動、產研一體、開放領先的創新產品體系。
2023/6/15 上海 《上海市推動制造業高質量發展三年行動計劃(2023-2025 年)》 瞄準人工智能技術前沿,構建通用大模型,面向垂直領域發展產業生態,建設國際算法創新基地,加快人形機器人創新發展。
2023/5/31 深圳 《深圳市加快推動人工智能高質量發展高水平應用行動方案(2023—2024 年)》 實施核心技術攻關載體扶持計劃,支持科研機構與企業共建 5 家以上人工智能聯合實驗室,加快組建廣東省人形機器人制造業創新中心;發揮粵港澳大灣區制造業優勢,開展人形機器人規?;瘧?。
2023/4/29 山東 《山東省制造業創新能力提升三年行動計劃(2023—2025 年)》 研究制定山東省未來產業高質量發展行動計劃,加快布局人形機器人、元宇宙、量子科技、未來網絡、碳基半導體、類腦計算、深海極地、基因技術、深??仗扉_發等前沿領域,推進 6G 技術研發和應用。

資料來源:公開資料整理

一直以來,日本企業在減速器市場長期處于壟斷地位,但近幾年國產替代趨勢明確,綠的諧波市占率逐漸提升。

資料來源:MIR,觀研天下數據中心整理(YM)

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我國高空作業車行業:高空作業車租賃市場成為終端用戶主力

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20世紀70年代,隨著第一臺高空作業車的問世,高空作業車逐漸應用到各個領域。從最初的每年幾十臺,到后來每年的幾百臺、幾千臺。近10年來中國高空作業車的上牌數不斷增長,2023年達到了8109臺。2024年6月當月銷售各類高空作業車213臺,同比下降49.8%;其中國內206臺,同比下降50.7%;出口7臺,同比增長16

2024年09月19日
我國坐標鏜床市場規模保持高增長 廣泛性和多元化應用為行業發展提供更多機遇

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隨著中國制造業向高端化、智能化轉型,對高精度、高效率的加工設備需求顯著增加。坐標鏜床作為高精度數控機床的代表,廣泛應用于航空航天、汽車制造、模具制造等領域,成為制造業升級的重要支撐,我國坐標鏜床行業市場保持快速增長,2023年我國坐標鏜床行業市場規模為41.1億元,2024年上半年達到23.6億元,保持持續的高增長趨勢

2024年09月14日
我國工業烘干機產銷穩定增長  “一帶一路”推進下行業國際市場份額有望提升

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近年來我國工業烘干機行業市場規模和增長率總體呈現穩定增長的趨勢,這與我國經濟的持續穩定發展、科技水平的不斷提高以及市場需求的不斷擴大等因素密切相關。未來,隨著我國經濟的持續發展和市場需求的不斷增長,我國工業烘干機行業市場規模和增長率有望繼續保持穩定增長的態勢。2023年中國工業烘干機行業市場規模為594.13億元,具體

2024年08月15日
我國五恒系統行業:高端地產占比提升下市場逆勢上揚 企業競爭逐漸激烈

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雖然近年來我國房地產行業下行壓力較大,但是別墅、高檔公寓等高端地產新開工面積占比逐年走高,因此我國五恒系統行業市場能逆勢保持增長態勢,截止2023年市場規模為28.97億元。

2024年07月08日
我國氫管道行業規劃建設腳步正加快 部分企業已在市場中取得先機

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我國氫氣管道建設起步較晚,但近幾年我國天然氣管道摻氫輸送相關技術正在蓬勃發展。截止2022年,全國天然氣管道總里程9.8萬公里,新建長輸管道里程3000公里以上,西氣東輸三線中段、西氣東輸四線(吐魯番—中衛段)等重大工程快速建設。全國新增儲氣能力約50億立方米。

2024年07月02日
我國飛行器行業呈加速發展勢頭 C919有望為產業鏈企業帶來萬億元量級市場規模

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從市場規模來看, 2010年以來飛行器產業需求上漲帶動,我國飛機制造、無人機制造等產業的市場規模呈增長的趨勢,2023年我國飛行器產業市場規模達到了5136.69億元。

2024年06月26日
高鐵建設帶動我國高鐵檢修系統行業快速發展 自動化、信息化、智能化為未來趨勢

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近年來,在國家的大力扶持下,國內高鐵維保產業取得了重大突破,高鐵維保及應用領域的技術水平和產業化程度出現了加速發展的勢頭,進入前所未有的發展新階段,從市場規模來看,2019年至 2023年,我國高鐵檢修系統行業的市場規模呈增長的趨勢,從20.54億元增長到28.01億元年均復合增長率達到了5.31%。

2024年06月26日
我國儲能變流器行業:大量風光裝機量帶動市場飛速發展 電站為主流需求場景

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近年我國儲能變流器市場需求不斷增長。數據顯示,2023年我國儲能新增裝機容量約為22.6GW,保持著較高的增速。預計隨著政策的持續推動,未來幾年仍有望保持較高的增速預期。

2024年06月21日
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