（報告出品方：招商證券）
【一、工業機器人——自動化的明珠】
工業機器人，那可是智能制造的代表呢。
工業機器人呢，是在工業領域使用的多關節機械手，或者是有多個自由度的機器裝置。它主要的作用就是替代人工，去做那些柔性生產環節裏的工作。它是一種憑借自身的動力以及控制能力來實作各種功能的機器。
工業機器人現在已經有比較完整的產業鏈了，大概能分成原材料、核心零部件、本體制造、系統整合服務這些環節：最上遊的原材料呢，主要是鋼材、鑄鐵、鋁合金，還有少量塑膠制品和各種各樣的電子元器件。核心零部件包含控制系統、伺服電機、精密減速器以及傳感器等。工業機器人本體制造就是機器人結構和功能的設計與實作。系統整合就是依照客戶的需求，進行生產線的設計和組裝。
工業機器人有三大核心零部件，分別是控制器、伺服電機和減速器。工業機器人的效能和穩定性，在很大程度上取決於這三大核心零部件的效能與穩定性。核心零部件的生產技術壁壘比較高，很多關鍵技術都被少數公司壟斷了，這樣一來，機器人生產商在采購的時候，議價能力就不強，采購價格也就比較高。控制器就好比工業機器人的「大腦」，它負責把動作指令釋出出去，再傳遞給執行機構。控制器由硬件和軟件這兩部份組成，硬件就是工業控制板卡，這裏麪包含一些主控單元、訊號處理部份之類的電路；軟件主要是控制演算法、二次開發這些東西。伺服系統是工業機器人的「動力源」，通常是由伺服電機和伺服驅動器組成的，主要的任務就是把接收到的電壓訊號變成轉矩和轉速，從而驅動控制物件。減速器就像是工業機器人的「關節」，在核心零部件裏，它的技術壁壘是最高的，在工業機器人的成本裏占比也是最大的，主要的作用就是匹配轉速和傳遞轉矩。減速器有諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器這些類別，其中工業機器人主要用的是諧波減速器和RV減速器。
工業機器人能夠依據機械結構、座標形式還有程式輸入方式等來分類。按照座標形式的差異，工業機器人可被分成直角座標型、圓柱座標型、球座標型、多關節型以及平面關節型等類別。在這些類別裏，多關節型（也就是六軸工業機器人）和平面關節型（即SCARA型機器人）是最為常見的，在汽車、3C行業中被廣泛運用。
2、工業機器人起源於美國，在日本繁榮發展。
工業機器人起源於美國，在日本得到蓬勃發展。1959年的時候，發明家德沃爾和約瑟夫·英格伯格合作造出了第一台工業機器人。這台機器人的結構和功能都特別簡單，就只能搬搬重物。可是呢，美國失業率高，還有工會從中阻撓，工業機器人在美國就沒能發展起來。日本呢，有著各方面的優勢，就接了美國的班，成了工業機器人產業的帶頭人。現在日本已經有了完整的產業鏈，從上遊的核心零部件，到中遊的機器人本體制造，再到下遊的系統整合。這裏面最出名的公司，就要數「工業機器人四大家族」裏的發那科和安川了，還有減速器方面的龍頭企業哈默納科和納博特斯克。
中國工業機器人產業開始得比較晚。20世紀70年代的時候，科技部就把工業機器人列進科技攻關計劃了，原機械工業部也帶頭在點焊、弧焊、搬運這些工業機器人相關的領域進行攻關。可那時候國內人口紅利正旺呢，市場對工業機器人需求不大，所以工業機器人產業停滯了很長時間。到了2010年之後，市場又開始這個領域了，這時候日德這些制造強國已經有很完備的產業鏈了，在市場競爭裏占了先。國內工業機器人不管是本體還是核心零部件，和國外大企業比都差得老遠了。2010年之後，國內工業機器人產業才全面發展起來。現在呢，國內工業機器人還是以本體制造組裝為主，很多零部件還得大量進口，產品主要也是在中低端市場。
3、協作機器人、特種機器人還有人形機器人。
協作機器人更安全，也更適合未來商用、家用的環境。工業機器人因為技術發展慢慢變得小型化，於是就分化出了協作機器人，這種機器人安全、靈活，還能與人協作。在機器人套用的下遊行業裏，汽車行業是20kg以上的套用場景，家電和3C行業大概是4kg，半導體行業在12kg左右。在輕負載的工作條件下，安全性有了保證，這樣就能讓機器人和人在同一個空間協同工作，協作機器人就這麽出現了。
協作機器人和工業機器人，最大的差別就在安全性上，碰到障礙物的時候它能自己停下來。現在好多公司都在研發環境感應技術呢，已經有試用的機型能夠做到在碰撞之前就停止執行了。還有其他的不同之處，像套用場景不一樣，工業機器人的精度更高，末端速度是7.8m/s，負載也大；協作機器人呢，更看重靈活性，對編程的要求比較低，還能進行拖拽示教（不過精度低一些）。
特種機器人：特殊高危場景的應對之策。特種機器人就是除了工業機器人、公共服務機器人和個人服務機器人之外的機器人，主要用在專業領域，通常由經過專門訓練的人員操作或使用，用來輔助和/或代替人完成任務。2021年，特種機器人的銷售額在全球機器人市場占比為28.17%，在國內機器人市場占7.93%。特種機器人的分類：（1）按行業分：農業機器人、電力機器人、建築機器人、物流機器人、醫用機器人、護理機器人、康復機器人、安防與救援機器人、軍用機器人、核工業機器人、礦業機器人、石油化工機器人、市政工程機器人以及其他行業機器人。（2）按功能分：采掘、安裝、檢測、維護、維修、巡檢、偵察、排爆、搜救、輸送、診斷、治療、康復、清潔等。（3）按使用空間分：地面機器人、地下機器人、水面機器人、水下機器人、空中機器人、空間機器人和其他機器人。（4）按運動方式分：輪式機器人、履帶式機器人、足腿式機器人、蠕動式機器人、飛行式機器人、潛遊式機器人、固定式機器人、噴射式機器人、穿戴式機器人、復合式機器人以及其他運動方式機器人。
人型機器人是那種想要模仿人類的樣子和行為的機器人，被看作是機器人領域裏最頂尖的存在。大家都知道，人型機器人的研發挑戰難度是最高的，對規劃、控制和感測這三個基礎要素所對應的器材要求特別高。特斯拉的行政總裁馬斯克說，Tesla Bot有希望在2023年開始生產，它會被用來彌補勞動力不足的情況。人型機器人現在主要有這麽幾種技術路線：（1）以本田Asimo為代表的傳統電控加上控制方法。在控制這一塊呢，是透過力控和位置控制來實作的，用的是傳統電機驅動和傳統機械結構，本質上就和意大利IIT的iRonCub與力控結合起來差不多。（2）以波士頓動力Altas為代表的液壓驅動加上控制方法。液壓驅動能讓人型機器人的運動能力達到極致，目前在運動能力方面是最強的。（3）以Agility的Cassie為代表的新方式，這種方式是重心往上移，腿很細，上半身比較大，能夠節省功耗。
【二、安裝量已居第一，自主品牌正迎頭趕上】
中國成了機器人生產和消費的大國，2021年全球機器人市場規模超千億。
2011年到2020年，工業機器人的安裝量每年增速都能保持在10%以上。有勞動力被替代和制造業升級這兩個因素支撐著，所以長期來看，向好的趨勢不會改變。中國在這十年裏，復合增速超過了25%。2013年的時候，中國就超過日本，成了世界上使用機器人最多的國家。在將近20年的時間裏，中國的機器人安裝量占全球的比例從0%漲到了44%。要是按照中國機器人單台價格中位數15萬元來估算，2021年全球的市場規模有1200億元。2020年疫情被控制住之後，國內外制造業的需求一下子爆發了，中國的機器人行業就進入了一個為期兩年的增長期，月產量平均超過了3萬台。不過在2022年4月之後，因為長三角地區有疫情，就陷入了負增長狀態。
中國的機器人密度在逐步提高，不過和已開發國家比起來還是有差距的。IFR的數據顯示，2019年全球工業機器人平均每萬人的保有量是113台，在這當中，新加坡的數量是最高的，達到了每萬人918台，日本是每萬人364台，中國是每萬人187台。從每萬個制造人員的使用量來看的話，要達到日本的水平，還有一定的空間呢。
機器人下遊套用還是以電子和汽車為主，鋰電和倉儲的增長速度比較靠前。從絕對數值來講，工業機器人在早期主要被用在汽車制造業的焊接、噴塗線上，後來小型工業機器人（包括SCARA、DELTA）因為成本低，在3C行業很快就替代了人力做重復勞動。最近幾年，受「雙碳政策驅動」，鋰電池板塊迅速擴大生產規模，在鋰電池生產工藝裏的疊片、焊接、封裝這些工序，由於對一致性有要求，所以用機器人的情況比較多，後面的檢測、組裝和PACK環節主要依靠機器人來做比較重的負載抓取、搬運工作，以此提高自動化水平。倉儲環節主要是由AGV、中大型堆垛機器人構成的。
中國工業機器人進出口的均價差距很大，在高端機型上這種差距更顯著。現在，國產機器人的核心零部件，像控制器、伺服系統、減速器之類的，其精度和一致性都比進口品牌差。單個小細節上的誤差累積起來就成了整體的誤差，這樣一來，國產品牌很難跟外資機器人競爭，只能在價格上妥協。22Q1的時候，噴塗機器人進出口差價有4.1萬美元，多功能機器人進出口差價達4500美元。
2、高端市場被四大家族把控著，國產的雙星最先沖出來了。
「四大家族」在全球的市場占有率超過了50%，在國內也超過40%，而自主品牌埃斯頓和匯川技術各自占4%。「四大家族」延續著之前在機床、伺服系統、焊接器材方面的技術優勢，在機器人領域依然處於領先地位。國內的埃斯頓和匯川技術這兩個品牌發展得很快，2021年的銷量都突破了1萬台，進入了中國工業機器人銷量的前十名。埃斯頓以6關節機器人為主，匯川技術以SCARA機器人為主，現在它們都朝著多種負載、全產品系列的方向發展，很有希望成為真正能替代「四大家族」的國產機器人品牌。
實際積累know - how套用方面是一道難關。機器人行業有自身周期和成長這兩種內容，其周期內容和通用自動化以及中國自身的信用周期有關，而成長性主要源於制造業升級和勞動替代。後疫情時期，下遊各細分行業裏的龍頭企業不會因短期經濟周期的波動就暫停內部產線的升級，像寧德時代這樣的鋰電池廠商擴大生產也正搞得紅紅火火，現在「四大家族」機器人的訂單已經排到2023年中之後了。「四大家族」機器人供不應求，這就給國產龍頭品牌提供了進入高端下遊套用場景的機會。以前國產機器人品牌的套用場景比較單一，都是些長尾的，缺乏長時間完整生產線自動化know - how的積累，在高端套用場景常常難以滿足全方位的需求，所以只能以工作站的形式在特定工位進行人力替代。拿鋰電池行業來說，這個行業既涉及焊接，又涉及小工件的高速節拍搬運，還涉及大工件的重負載搬運，這就需要全品類的焊接機器人、堆垛機器人、SCARA機器人來配套。就拿電池盒焊接工序來說，鋁合金焊接得用攪拌摩擦焊，這就需要重型負載機器人搭載徑軸攪拌器，施加很強的壓力，配合高溫把材料融化然後再進行摩擦焊，而且在自身做圓周運動的時候還要保持整體路徑是直線。
埃斯頓和匯川技術有著相似的發展軌跡，埃斯頓靠控制器，匯川技術靠伺服系統，它們的快速響應能力有助於國產替代。埃斯頓在機器人發展方面和發那科類似，它有20年折彎機床數控系統的開發經驗，還有15年折彎機床伺服系統的經驗，後來收購了Trio和Cloos，完善了控制系統和焊接相關技術。匯川技術有變頻器、伺服系統、編碼器、PLCHMI、視覺系統等一系列產品，能全面理解運動控制，而且具有很高的一致性和穩定性。除了能自主生產機器人的核心零部件，在與客戶配合的時候，埃斯頓和匯川技術在可支持的人員數量和反應速度上，比外資品牌更有優勢。國產品牌一直在豐富自己的技術和產品種類，從那些比較小眾的非標準場景慢慢向大批次的標準化場景套用轉變，取代外資品牌。（報告來源：未來智庫）
【三、控制器、伺服電機、減速機，三核心零部件決定機器人效能】
三核心零部件的成本占比達70%。
工業機器人有控制器、伺服系統、減速器這些核心零部件，這些零部件決定了工業機器人的精度、穩定性、負荷能力等關鍵效能指標。在產業鏈裏，核心零部件的壁壘是最高的，它在機器人成本裏占了70%。控制器就好比工業機器人的「大腦」，大概占總成本的15%；伺服系統如同工業機器人的「動力源」，通常占總成本的20%；減速器就像是工業機器人的「關節」，它一般占總成本的35%左右。
2、控制器，這可是工業機器人的大腦啊。
控制系統是機器人效能的關鍵所在。它接收別的組元傳來的訊號，按照編好的程式處理之後，再給各個組元發指令，這樣就能控制各個組元執行了，它可是工業機器人達成特定功能的核心單元呢。
控制系統在結構上常用的有三類，一是以微控制器為核心的，二是以可編程控制器（PLC）為核心的，還有就是基於工業個人計算（IPC）+運動控制器的機器人控制系統。IPC+運動控制器這種控制系統有執行穩定、通用性強、抗幹擾能力強等優點，正在慢慢變成工業機器人控制系統裏的主流。
工業機器人的控制系統，主要有硬件和軟件這兩部份。硬件說的就是工業控制板卡，軟件主要包含控制演算法、二次開發這些。本體廠家自產核心技術的情況比較多。控制系統咋樣，能集中體現一家工業機器人廠商的設計理念。那些比較成熟的機器人廠商，一般都是自己開發控制器和伺服系統的，這麽做是為了確保機器人的穩定性和技術體系。所以啊，全球控制系統的市場份額跟工業機器人本體的情況差不多。
未來工業機器人發展肯定會越來越智能化，各本體制造商之間的差異以後也會越來越大，這種差異主要就表現在控制系統上。國內廠商的技術慢慢積累、不斷進步，現在控制系統和國外產品的差距在逐漸變小。國內比較有名的工業機器人生廠商，像埃斯頓、華中數控、新時達、廣州數控、匯川技術這些公司，都自己研發了控制系統。而且還出現了一批專業做控制系統服務的企業，像固高科技、英威騰、卡諾普等。
3、工業機器人的動力來源是伺服系統。
工業機器人主要的動力來源是伺服系統，它主要包含伺服電機、伺服驅動器、編碼器這三個部份。「伺服」的意思是「跟隨」，就是根據指令訊號對位置、速度或者轉矩進行跟隨控制。2021年的時候，中國伺服系統的市場規模大概是189億元，正處於快速發展當中。
伺服電機：每個關節都會安排一個電機。現在小型交流伺服電機用得比較多，也有一些用的是直流電機。直流電機功率更大，這是它的優勢，不過交流電機結構更簡單，後續的保養和維修也更便利，所以越來越受人喜愛。伺服驅動：伺服驅動器的主要作用是接收編碼器訊號來修正調整，接著按照指令發出對應的控制電流。驅動器和伺服電機組成閉環控制系統，驅動器依靠編碼器送回的數據來進行控制和修正工作。伺服驅動器由位置控制單元、速度控制單元和驅動單元這三部份組成。編碼器：為了實作閉環控制，要在電機輸出軸的同軸位置安裝編碼器，電機和編碼器同步轉動，電機轉一圈編碼器也轉一圈，在轉動時把編碼訊號送回驅動器，驅動器依據編碼訊號判斷伺服電機的轉向、轉速和位置是否正確，從而調整驅動器輸出電源的頻率和電流大小。
伺服系統這塊，日系占主導地位，歐美排在後面，國產的跟在後面發展。在中國，工業機器人用的伺服系統還是日系占主導，不過國產的也有了些小突破，匯川、禾川、埃斯頓加起來占了18.5%。
伺服電機的市場規模一直在擴大，國產品牌所占的份額也在快速增加。現在，外資品牌在中國伺服電機市場占了65%的份額，主要是日本和歐美品牌。以前外資品牌長時間把控著市場，近年來，隨著中國工業自動化行程加快，不少國產品牌迅速發展起來。2021年上半年，國產品牌匯川技術的市場份額占比首次排到第一，達到了15.9%。中國台灣的台達和德國的西門子在光學儀器方面的占有率也比較高。
中國的伺服電機和日系、歐美品牌相比還是有差距的，主要體現在這幾個方面：大功率的產品少、小型化程度不足、訊號接外掛程式不穩定、沒有高精度的編碼器。而這些方面正是國內伺服系統以後需要攻克的主要方向。
4、減速器呢，它能減速還能增矩，以此來確保精度。
工業機器人的「關節」是減速器，它主要的作用就是匹配轉速和傳遞轉矩。在核心零部件裏，減速器的技術壁壘是最高的，主要也是用來匹配轉速和傳遞轉矩。減速器有多種分類方法：按傳動類別來分，有齒輪減速器、蝸桿減速器、行星減速器、擺針減速器等；按傳動級數分，有單級減速器、兩級減速器、多級減速器；按布局方式分，有展開式減速器、分流式減速器、同軸式減速器等。
要減速並且增加距離，把轉速和扭矩協調好，這樣才能保證精度。工業機器人是靠伺服電機來驅動的，不過呢，伺服電機轉速快、扭矩小，這和工業機器人關節所要求的轉速慢、扭矩大是相互矛盾的。伺服電機自己雖然能調速，但在低頻運轉的時候容易發熱，還會有低頻振動的情況，這樣就沒辦法確保工業機器人高精度地工作了。減速器能讓伺服電機在合適的速度下執行，還能把轉速精確地降到工業機器人各個部位所需要的速度，在提高機械體剛性的同時，輸出更大的力矩，提高重復定位的精度，從而執行那些重復又精準的動作。
諧波減速器是咋工作的呢？把波發生器放到柔輪裏的時候，柔輪就會跟著波發生器的形狀變成橢圓。波發生器一轉起來，柔輪開口的地方就會有徑向的變形，為啥呢？因為這時候柔輪是橢圓的，而且柔輪的齒數比鋼輪少（一般少2個齒），柔輪就只會在兩個長直徑的地方咬合。波發生器轉的時候，柔輪和鋼輪咬合的地方會移動，由於柔輪和鋼輪齒數不一樣，波發生器每轉180度，柔輪和鋼輪咬合的位置就會變一個齒。減速比的計算公式是：（柔輪齒數 - 鋼輪齒數）/柔輪齒數，要是結果是負的，就說明是反向運動，要是正的，就是同向運動。比如說，有個諧波減速器，柔輪是100齒，鋼輪是102齒，那這個減速器的減速比就是 -1/50，也就是說輸入端的波發生器和電機轉50圈，柔輪輸出端就會反向轉1圈。
RV減速器是咋工作的呢？外殼的內環圈裏裝著圓柱形滾針（Pin），RV齒輪做偏心運動的時候，滾針就會跟擺線形的RV輪齒嚙合或者脫離，這樣能讓多組RV輪齒和滾針同時嚙合，負載能力就提高了。RV齒輪的齒數比滾針少1個，要是偏心軸轉一圈，外殼（Case）固定住的話，RV齒輪就會和輸入軸同向轉1個齒的角度。輸出端可以是傳動軸（Shaft）或者外殼。外殼固定的時候，傳動軸就是輸出端，輸出方向是同向；傳動軸固定的話，外殼就是輸出端，輸出方向就相反了。把固定部件和輸出部件換一換，傳動比就不一樣了。諧波減速器適合小臂，RV減速器適合大臂，它們相互補充。諧波減速器有不少優點，單級傳動比大，體積小、重量輕，運動精度高，在密閉空間和有介質輻射的工作環境裏也能正常工作，所以在機器人小臂、腕部、手部這些地方優勢比較明顯。RV減速器的傳動比範圍大，精度比較穩定，疲勞強度高，剛性和扭矩承載能力也更高，在機器人大臂、機座這些負載重的部位有優勢。現在這兩種減速器適用的領域不一樣，還不能互相替代。一般來說，一套六軸多關節機器人得有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；一套直角座標機器人需要3套RV減速器和1套諧波減速器；DELTA機器人的電機裝在固定基座上，需要1套諧波減速器。
和其他三種減速器比起來，諧波減速器個頭最小，分量最輕，減速比是最高的。跟傳統的斜齒輪減速器、行星齒輪減速器作比較的話，要是輸出力矩一樣，諧波減速器的體積能少2/3，重量能輕一半；在相同的空間裏，諧波減速器最多能把減速比提高差不多30倍。所以給器材挑減速器的時候，得先看重精度，再根據需要的負載能力、空間、成本之類的條件來篩選。拿機器人來說，機器人對定位和重復定位的精度要求很嚴格，差不多只用RV和諧波減速器。常見的工業機器人在基座和大臂上用RV減速器（它能承受的力矩負載最多到8000N·m），在中小臂上用諧波減速器（能承受的力矩負載在1500N·m以內）；負載比較輕（20kg以下）的機器人都用諧波減速器。目前RV減速器和諧波減速器適用的範圍不一樣，還不能相互替代。
日本廠商占據了全球超過85%的減速器市場份額：全球工業機器人減速器的市場集中程度很高，在RV減速器方面，日本的納博特斯克處於壟斷地位；在諧波減速器領域，日本哈默納科處於壟斷地位，這兩家企業加起來占全球市場的75%左右。因為技術壁壘非常高，所以在工業機器人本體制造環節，對減速器環節的議價能力很弱。
【四、機器人行業發展的宏觀背景】
日本，這個被稱為「機器人王國」的國家。
日本有著完整的工業機器人產業鏈，從核心零部件，到本體，再到系統整合，整個產業鏈完備，而且在每個環節都位居世界前列。日本有好些世界著名的機器人公司，像哈默納科和納博特斯克，那可是減速器行業的絕對老大。這兩家公司分別制定了諧波和RV的行業使用標準，在機器人領域，它們加起來的市場占有率超過75%，納博特斯克的市占率超60%，哈默納科在15%左右。發那科是數控系統方面的世界第一，和伺服電機的龍頭企業安川電機，在工業機器人「四大家族」裏占了兩席。日本掌握著最多的工業機器人技術專利，在工業機器人的關鍵技術上絕對領先。除了像塗裝軌跡規劃技術等少數小方面，中國能和日本不相上下外，其他的技術基本上都被日本緊緊掌控著，在諧波減速器、RV減速器、電焊鉗以及焊縫追蹤這四個領域，超過70%的專利都歸日本所有。
日本的機器人發展是從模仿開始的，後來慢慢走向引領地位。工業機器人最早出現在美國，而且在很長時間裏，美國在技術方面一直是絕對領先的。1967年，川崎重工引進了日本第一台尤尼梅特（Unimate）工業機器人，到了1968年就仿制出了自己的工業機器人。由於國內勞動力不足、下遊產業需求強勁、有政策扶持等原因，日本工業機器人行業在30年裏就從模仿發展成了引領者。
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經濟快速發展，人力不夠用了。
二戰之後，日本的經濟開始起飛了。國內搞了民主改革，石油價格又低，再加上美國在戰略上扶持等因素，日本經濟很快就恢復了，1951年就恢復到戰前的水平了。1960年到1980年這段時間，日本經濟發展得特別快，GDP增長速度最高的時候能達到25%呢。1965年的時候，日本的國民生產總值在世界上排第五名了，1968年又超過了西德，成了僅次於美國的經濟大國。不過，這時候日本的勞動力開始不夠用了。1960年到1980年，日本名義GDP的復合增長速度達到了14.6%，實際GDP復合增長速度是6.7%，可是勞動人口的復合增長率只有1.1%。經濟發展得快，產業又不斷擴張，對生產力的需求很旺盛，可勞動人口數量滿足不了這麽大的生產需求。當時日本的失業率特別低，60年代很長時間裏，失業率甚至比自然失業率（1.5% - 2.5%）還低，而且在60 - 80年代一直都保持著比較低的失業率。當時日本招工的崗位比找工作的人還多，勞動力不夠就大大提高了勞動者討價還價的能力。同時呢，日本的人口增長率從70年代開始就一直比較低，人口增長率低就意味著勞動力短缺這種情況會一直持續下去，如果還一直用勞動密集型的生產方式，以後勞動力的供應就會一直不足。
用人成本因為勞動力短缺而快速上漲，機器人就隨之發展起來了。按照經濟學原理來說，市場上供不應求的話，直接就會讓賣方的價格升高，日本制造業在1955年到1980年期間平均薪資大幅增長，這也從側面證明了這個原理。要註意的是，在1965年到1975年期間，制造業薪資的復合增長率達到了16.55%。就在這個時期，日本的工業機器人從搖籃期發展到了實用期。
汽車行業來推動。
日本的汽車行業發展得特別快。在20世紀60年代，日本汽車業就進入快速發展階段了。1960年的時候，日本一年生產的汽車才48萬輛，這個產量跟美國、西歐那些主要的汽車生產國比起來，差得可遠了。等到1967年，日本汽車年產量就超過300萬輛了，一下子就超過德國，成了世界第二大汽車生產國。到了1980年，日本汽車年產量達到1000萬輛，這就成了世界第一大汽車生產國了。20年的時間，汽車產量增長了20多倍，復合增長率達到16%。
工業機器人早期套用靠汽車行業撐著。汽車行業裏，工業機器人用得最早、最廣泛，套用能力也最強，其機器人密度常常是其他行業的4倍還多，就算到現在，汽車行業還是工業機器人使用最頻繁的行業。汽車產品對尺寸、質素、精度和組裝要求高，得有高質素、大規模的生產力，而且生產過程中會有危險、高溫等讓人受不了的工作環境，工業機器人就能很好地取而代之。汽車生產廠家規模大，現金多，有經濟實力搞「機器換人」。另外，當時汽車行業競爭很激烈，用工業機器人能大幅降低人力成本，提高產品質素，競爭力也更強。日本的汽車廠商跟其他廠商比起來，又想快速擴張，又面臨勞動力不夠用的矛盾，所以更願意引入工業機器人。日本的汽車行業和工業機器人行業互相成全。1970年到1980年這10年，日本汽車產量的復合增長率是7.6%，工業機器人產量的復合增長率是30.8%，這兩個行業的高速發展時期基本是重合的。汽車廠商有錢，就像「金主」一樣，解決了工業機器人行業發展初期缺錢、入不敷出的問題。工業機器人呢，也回報了汽車行業，提供了高效的生產力，解決了汽車行業勞動力不夠的問題。發那科就是靠和美國通用合作，用它的投資完成了技術升級的。
（3）政策幫扶。
日本弄出好多扶持政策來鼓勵工業機器人行業發展。一說到政策扶持，大家就容易想到中國，咱們國家常常因為有不少市場扶持政策而被人挑毛病。可實際上呢，差不多所有的都會對本國重要產業采取一定的保護和扶持措施。日本在工業機器人產業發展的早期就出台了不少政策來扶持：銀行會給優惠的低息資金，鼓勵大家集資成立長期租賃機器人的公司，這公司買了機器人之後長期租給使用者，使用者每個月只要付很少的租金，這就大大減少了企業買機器人要花的錢；把電腦控制的示教再現型機器人當作有特別折扣優惠的產品，企業除了能享受新器材通常的40%折扣優惠之外，還能再得到13%的價格補貼。另外，國家還出錢給小企業做機器人知識培訓和技術指導啥的。
工業機器人行業很需要適當的補貼，這意義可不小。在日本，工業機器人剛起步的時候，技術還沒成熟呢，實際用的時候問題不少，像美國通用公司第一次用工業機器人就失敗了。所以剛發展的時候，這個行業特別需要包容和照顧，適當補貼能讓這個產業信心大增。從采購工業機器人的企業角度說，有補貼就降低了使用機器人的成本，投資回本的時間也縮短了，這樣就刺激了工業機器人的消費。從生產機器人的企業角度看，補貼能給工業機器人帶來比較穩定的收入，解決了前期研發投入大的問題，還能推動行業技術發展進步。我們簡單算了下補貼力度對投資回報周期有啥影響。因為沒有1980年工業機器人的價格數據，我們就用1996年日本進口工業機器人的均價（1500萬日元/台）來代替1980年的價格計算。按照當時汽車行業的工作效率，每台工業機器人能替代6個勞動力，當時工人平均年薪是80萬日元。經計算，如果沒有補貼，工業機器人的投資在8年使用年限裏收不回來，也就是說買工業機器人來換人是不理智的。透過敏感性分析發現，人均薪金越高、補貼力度越大，投資回收周期就越短，買工業機器人的意願就越強。當機器人能替換6個勞動力、補貼達到40%的時候，機器人的投資年限能縮短到6年。補貼的存在直接影響了人們購買工業機器人的意願。
在中國當下，機器換人的性價比和當年日本比起來已經提高了很多。一個普通的6軸焊接機器人大概15萬元，再加上系統整合配套的話，最多30萬元。通常一個焊接機械臂能頂3個熟練焊工，熟練焊工薪金8到10萬元。簡單算一下就知道，企業投一個6軸機器人，差不多1年就能回本，性價比相當高。（報告來源：未來智庫）
（4）外在因素
日本制造業在生產效率上追求極致是被石油危機逼的。1973年「石油危機」爆發，原油價格一下子從每桶3美元漲到10.6美元。日本缺石油資源，石油危機一來，制造業的生產成本猛增。石油價格和人工成本都在瘋漲，在這種兩邊夾擊的情況下，提高生產效率成了唯一的辦法。這個時候，工業機器人正好能滿足制造業的需求。
美國對日本存在貿易逆差，這使得日元貶值。就像現在一樣，20世紀80年代初，美國財政赤字猛增，對外貿易逆差也大幅上升。美國打算讓美元貶值，好提升產品的出口競爭力，從而改善國際收支不平衡的狀況。1985年，美國、日本、西德、法國和英國的財政部長以及中央銀行行長在紐約廣場飯店開了個會，達成了有名的「廣場協定」。之後，不到3個月，美元兌日元從1:250降到1:200，跌幅達20%。1987年時，美元兌日元貶值到1:120。日元大幅升值後，日本出口的價格優勢就沒了。
貿易戰對制造升級的需求影響不大。「廣場協定」前後，美國搞了好些貿易保護措施，像鋼鐵、彩電、汽車還有半導體行業都涉及到了。日本應對的方式基本就是消極地限制出口。但美國這些貿易保護手段，沒擋住日本工業機器人產業發展起來。20世紀70年代美國針對彩電、1981年針對汽車行業的貿易戰，對日本工業機器人沒產生實質影響。能發現，1987到1990年的時候，日本工業機器人的訂單量還在快速增長呢。我們覺得，這是因為日本的工業機器人大多是在本國用，出口到美國的比較少。再有，工業機器人屬於資本投入，買方想不想買主要看投資回報率。要是工業機器人單位產出成本比人工成本低，那對工業機器人的需求就比較固定。貿易戰對生產成本影響小，對企業購買工業機器人的意願影響也不大。
中國，是「後起之秀」。
就像70年代的日本似的，中國現在也有勞動力不夠、成本提高等不少問題，這兩者特別相似。正是這些相似的情況，使日本成了現在的「機器人王國」，也讓中國工業機器人產業有了無限的潛力。
（1）勞動力短缺，經濟快速增長遇阻。
自改革開放以來，中國經濟發展就駛入了快車道。1979年到2013年期間，中國GDP的平均增長率是9.8%，可世界同期只有2.8%。這幾年，中國經濟的增長速度跟前些年比是慢了些，但還是保持著比較高的增速呢，2019年中國GDP增速達到7.31%，2020年因為疫情影響，增速降到了2.74%。在經濟高速增長的時候，中國制造業勞動力相對不足的問題慢慢就顯現出來了。單從制造業從業人員的數量來看，2013年起中國制造業從業人數就開始減少了，從最高時候的5258萬降到了3806萬，少了1452萬人。近年來不斷增加的老齡人口比例是未來勞動力人口短缺的一個先兆。2020年，中國老齡人口比例達到13.5%，而且這個數據以後還會隨著時間不斷上升。同時，國內的人口增長率這幾年一直保持在0.5%左右。老齡人口比例持續上升和人口增長率長期較低，這就意味著國內勞動力短缺的問題會變得更嚴重。
制造業裏幹活的人所占的比例在下降呢。國內勞動力不夠用了，制造業還有個麻煩事：大家受教育的程度變高了，新成長起來的勞動力就不想進制造業了，為啥呢？因為在制造業幹活又臟又累，還掙不到多少錢。制造業的平均薪金雖然一直在漲，可制造業幹活的人的比例還是開始下降了。
GDP高速增長的時候要是遇到勞動力短缺的情況，工業機器人就是最好的解決辦法。在簡單重復、勞動強度大、工作環境差的情況下，工業機器人比人幹活更有效率。還有啊，數控技術、感應能力這些技術不斷進步，工業機器人「替代人」的效率也就越來越高了。現在，工業機器人不光能「替代人」，而且生產任務完成得比人又快又好。咱們國家處於高增長、低勞動力供給的狀況，這給工業機器人的發展提供了非常好的條件。
汽車和電子產業的需求很旺盛。
工業機器人在汽車和電子行業的套用是最多的。日本工業機器人產業之所以能快速發展，就是因為它有龐大的汽車產業作為套用基礎，這兩者其實是相互促進的。工業機器人幫日本車企解決了勞動力不足的問題，而車企提供的大量訂單和資金流，又解決了日本機器人產業起步時的難題。即便到現在，汽車行業仍然是機器人套用數量多、範圍廣的行業中的一個，2020年用於汽車行業的機器人數量占總量的27%。50年前，工業機器人的套用差不多完全依靠汽車行業，現在不一樣了，隨著工業機器人技術不斷成熟，它的套用範圍擴大了很多。近年來，電子行業在工業機器人套用方面成了「新寵」。2020年，用於電子行業的機器人銷量達到了機器人總銷量的37%，和2011年的23%相比，提高了14個百分點，已經遠超汽車行業，成了工業機器人套用最多的領域。
汽車行業是傳統的套用大戶，給工業機器人的發展打牢了基礎。國內經濟發展得很快，還有國家政策扶持，咱們國家汽車的產銷量在2009年開始就一直是世界第一。2001年的時候是233萬輛，到2017年最多達到了2902萬輛，復合增長率有17.06%。2020年，咱們國家汽車產量占世界總產量的32.5%。這麽大的產業規模給工業機器人發展鋪好了路。咱們國家汽車行業在國內自動化率是最高的，2019年汽車工業機器人密度是938台/萬人，這可比制造業187台/萬人的密度高多了。不過，和日本、美國、德國這些工業強國比起來，咱們國家還有提升的空間。
國內新能源汽車行業發展得特別快。中國汽車工業協會的數據顯示，2013年的時候，中國新能源汽車才賣出去1.8萬輛。可是到了2021年呢，新能源車的銷量一下子就達到了352.1萬輛，跟去年比增長了157.5%，在市場上占的份額也提高到了13.4%。國家統計局也有數據，截至2021年底，中國新能源汽車保有量有784萬輛，這個數量占世界總量的一半還多呢，咱們國家是世界上新能源汽車保有量最多的國家，也是全球新能源汽車產量最大、市場最大的國家。新能源汽車用的能源更幹凈、更高效，有節能、環保這些優點，這就是以後的發展方向。中國是世界上最大的新能源汽車市場，接下來的幾年裏，各個廠商都會把這裏當成主要的進攻市場。新能源汽車給國產工業機器人帶來了新的機會。新能源汽車行業發展起來以後，有可能打破國外工業機器人巨頭在汽車制造行業的壟斷局面。以前啊，制造傳統汽車的廠商大多是國外獨資或者合資的企業，這些企業更樂意跟國外那「四大家族」合作。但是現在國內新能源汽車行業起來了，這不但能讓國產車企有彎道超車的機會，還能給國產工業機器人的發展創造機會，像新松機器人的產品已經進到華晨寶馬、上汽、長城這些國內廠商的生產線裏了。國產工業機器人有望和國產新能源汽車一起成長。
汽車行業的總營收和人均營收都在往上走。2021年，中國汽車行業總營收有8.7萬億元，和上一年比增長了6.3%；人均營收是208.7萬元，同比增長4.9%。產能不斷升級，才讓人均營收持續增長。以前汽車生產線靠很多人幹活，生產效率低，工作環境也不好。加了工業機器人這些自動化器材之後，生產員工慢慢從「勞動型」變成「技術型」了。中國汽車生產線搞自動化生產已經有了些成績。自動化程度越來越高，再加上引入工業互聯網，生產效率還會再提高。
電子行業是工業機器人發展的新動力，在行業裏算得上是新貴了。老百姓生活水平提高了，對電視機、電腦、智能電話這些電子器材的需求也越來越大。咱們中國生產成本低，所以就成了世界電子產品的制造工廠，全球七成以上的電子產品都是中國制造和裝配的。從1998年開始，中國電子產業的營業收入就在各大制造行業裏排第一。2021年，中國電子制造業主營收有14.13萬億元，占GDP總量的12.35%。
電子行業搞「機器換人」，經濟效益特別明顯。就拿外觀件的龍頭企業長盈精密來說吧，它把生產線改造了一下之後，效果非常好。生產線的工人數量從一開始的600人減少到了還不到50人，每年光人工成本就能節省2800萬還多。產品綜合良率從不到70%提高到了95%以上，單日的產能也從8000提升到了25000。
智能電話大多在中國生產。中國是全球智能電話普及率排在前列的國家之一。根據中國通訊院的數據，2021年中國手機出貨量有3.51億部，其中智能電話出貨量是3.41億部，在總出貨量裏占比97.7%。因為市場龐大，中國出了像華為、小米、OPPO這些有名的廠商。而且，中國是世界最大的智能電話生產地。雖說這幾年手機產量的增長速度有點下滑，可產量的數值還比較高呢，2021年全年中國智能電話產量達到了12.7億台。智能電話制造方面，「機器換人」的空間很大。手機生產屬於勞動密集型產業。以前，靠著人力成本低，中國的手機制造工廠越來越多，還出現了富士康這個全球最大的電子產品代工廠。2013年的時候，富士康的員工人數就達到了120萬，差不多是一個地級市的人口數。隨著人口紅利慢慢沒了，人力成本不再是優勢，「機器換人」就成了這些代工企業僅有的出路。實際上，有些公司已經開始這麽做了。僅富士康昆山園區就透過「機器換人」裁掉了6萬名員工。
（3）政策支持。
中央出台了不少政策來鼓勵工業機器人發展。【中國制造2025】率先開啟制造升級之旅，提到2025年國產工業機器人的市場占有率要達到70%，核心零部件國產化率要達到80%。之後國家又出台了好些相關政策，給工業機器人發展指明了方向。中央的這些明確政策讓工業機器人行業發展更有信心，目標也更堅定了。
各地都在積極扶持工業機器人。廣東省會在「工業與資訊化發展專項資金」賴恩排工業機器人發展的專項資金，還會按一定比例補貼采購價格；深圳市每年拿出5億元專項資金，補助工業機器人等智能產業；東莞市給企業購買國產工業機器人補助15%，鎮裏還有20% - 50%不等的配套補貼；浙江省財政累計安排了將近6億資金來支持「機器換人」技術改造，出台了工業機器人購置獎勵補貼政策，購置工業機器人按價格的10%補貼。（報告來源：未來智庫）
【五、重點公司分析】
工業機器人。
（1）埃斯頓
埃斯頓是中國最早自主研發交流伺服系統的企業。其工業自動化系列產品有全系列的交流伺服系統、變頻器、PLC、輕觸式熒幕、視覺產品、運動控制系統，還有以Trio控制系統為核心的運動控制與機器人一體化的智能單元產品，能給客戶提供從單軸到單機再到單元的個人化自動化方案。在自主核心部件的支持下，埃斯頓的工業機器人產品線發展得特別快。它的產品以六軸機器人為主，負載範圍在3kg - 600kg之間，有54種以上的完整規格系列，在新能源、焊接、金屬加工、3C電子、工程機械、航天航空等細分領域有頭部客戶，市場份額也比較大。
匯川技術。
匯川技術是國內工控領域的龍頭企業，業務範圍包括通用自動化、電梯電氣大配套、新能源汽車、工業機器人、軌域交通這些領域。現在它的伺服在國內排第一，變頻器在國內能排到前三，SCARA機器人在內資裏份額是第一。2014年的時候公司就開始涉足機器人產業了。到了2017年，機器人有了視覺跟蹤、飛拍這些技術，「核心部件 + 整機 + 視覺 + 工藝」都布局好了，這有助於走向高端化。
（3）凱爾達
公司的實際控制人是從工業焊接器材這個領域開始發展起來的。2002年的時候，他成立了凱爾達電焊機有限公司，就開始做工業焊接器材方面的業務了。2009年呢，又成立了杭州凱爾達焊接機器人股份有限公司。到了2012年，完成了基於PLC運動控制器的工業機器人研發工作。2013年，公司把機器人專用的超低飛濺焊接電源研發出來了。2017年，公司推出了伺服焊接機器人以及配套的器材。也是在這一年，開始研究基於工業PC機 + EtherCAT總線技術的第三代工業機器人。2020年，公司薄板焊接機器人的銷售量在國內排第三，排在前面的是OTC和松下這兩家。
2、特種機器人
億嘉和
公司剛成立的時候，主要做電子網絡器材的銷售工作。從2014年開始，慢慢推出室內和室外巡檢機器人產品。到了2018年，又推出消防機器人、物流機器人這些產品。2019年，室外帶電作業機器人Z100被推出。2020年開始，公司收購佗道醫療並且定向增發股票，重點在醫療機器人領域和消防搜救機器人領域布局。公司最後以特種機器人為核心，主要有操作類機器人、巡檢類機器人、消防類機器人這三大類產品。操作類機器人的批次生產和使用，給公司帶來了新的發展機會，也讓公司的技術門檻變得更高了。
3、關鍵零部件
「綠的諧波」
公司第一個突破了諧波減速器技術上的難題，不管是實作量產，還是打破壟斷，在國內都是頭一份，在國內諧波減速器這個領域，那就是妥妥的龍頭老大。2003年的時候，董事長左昱昱就開始仔細鉆研諧波嚙合理論了，到了2013年，公司的第一台諧波減速器就開始上市售賣了。這家公司是國內第一個做到諧波減速器量產並且批次銷售的企業，現在它的產能在國內是最大的，一年能生產30萬台呢，在自主機器人品牌裏，它的滲透率超過了80%。它還是國內第一家成功沖破國際諧波減速器品牌在這個領域壟斷的企業，現在給很多大客戶提供配套產品，像在全球協作機器人領域市場占有率排第一的UR機器人，還有ABB、GE這些國內外的重要企業。
（2）雙環傳動
雙環傳動一門心思撲在齒輪及其元件的研發、制造和銷售上，現在已經是全球最大的專業齒輪產品制造與服務企業之一了。它現在的產品主要是乘用車齒輪、商用車齒輪以及工程機械齒輪。由於技術是相通的，雙環傳動從2013年就開始研究RV減速器，自己研發出了德高精密擺線減速器。目前，雙環傳動的RV減速器已經順利進入像埃斯頓這樣的國內頂尖機器人本體廠商的供應鏈，而且還在積極地配合外資品牌送樣測試呢。現在公司RV減速器的產能差不多有6萬台，並且打算在年底把產能擴大到10萬台。
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