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1.3. 人口红利逐渐消失 倒逼自动化进程加速
改革开放以来，大量劳动力涌入城市，以低廉的劳动力成本为特征的劳动密 集型产业推动中国逐步成为世界工厂，拉动过去中国经济高速增长。然而近年来， 人口红利的逐渐消失与人工成本的快速上升对制造业未来的发展带来了极大的挑 战。
根据国家统计局数据显示，我国人口结构中 15-64 岁所占的比例自 2010 年 以来就呈现出逐渐下降的趋势，2019 年占比为 70.7%，较 2018 年下降 0.5 个百分点，并且降幅还有进一步扩大的趋势。
同时，企业的用人成本也在不断攀升，2019 年制造业生产工人平均年薪达到 了 58356 元，同比增长 8.21%。劳动力人口的不断下降与人工成本的不断上升倒 逼企业进行自动化改造，“机器换人”将会成为未来十年我国制造业转型升级的主 旋律。
另一方面，我国工业机器人的密度相比发达国家仍有较大差距。根据 IFR 数 据统计，2019 年我国每万名产业工人所拥有的工业机器人数量仅为 187 台，而韩 国、日本、德国、美国、意大利等传统制造业强国的数据分别为 855台、364台、 346台、228台和212 台，从渗透率的角度来看，相比我国世界工厂的地位，我 国自动化水平还有极大的提升空间。
从增长率来看，2019年我国每万名产业工人所拥有的工业机器人数量较2018 年有 33.6%的提升，大幅超过韩国、日本约 10%左右的增速，而德美意等国同期 的增速仅为 5%左右。乐观预计，未来 3-5 年，随着产业转型升级与自动化进程的 不断推进，我国工业机器人密度有望逐渐追平日本、德国的水平。
1.4. 工业机器人产业链一览
工业机器人产业经过 30 余年的发展，已经形成了一条完整的产业链。工业机 器人产业链上游是核心零部件，包括控制器、伺服系统和减速器三大部分，这三种部件是工业机器人中核心技术之所在。产业链中游是机器人本体制造，发那科、 ABB、库卡、安川四大家族具有明显优势，占据了全球工业机器人市场份额的 40%， 而国产厂商因为起步较晚，还处在追赶阶段。下游是系统集成，目前主要集中在 汽车制造和 3c 电子行业，二者几乎占据了整个工业机器人下游应用的半壁江山， 但在食品饮料、物流、光伏、锂电等长尾市场增速较快。
从整个产业链来看，上游核心零部件是一台工业机器人成本中占比最高的部 分，约为 70%左右，系统集成硬件成本较低，比较偏向服务，提供解决方案，而 中游机器人本体厂商或采购核心零部件或使用自家的核心零部件，因此成本相差 较大，二三线品牌因为不掌握核心零部件盈利水平较低。
从盈利能力来看，产业链上游核心零部件、中游本体和下游集成的毛利率水 平基本符合“微笑曲线”，上游、下游毛利较高，中游本体毛利最低。上游核心零 部件的高毛利主要来源于技术壁垒，下游集成高毛利主要来自于品牌溢价及客户 资源壁垒。
2. 工业机器人核心竞争力
2.1. 工业机器人的大脑-控制器
控制器相当于工业机器人的大脑，负责控制整台机器人的运动，核心技术集 中于软件算法。控制器最能体现各个厂商的调教水平与风格，一般由机器人厂家 自主设计研发，是各个机器人厂商的“软实力”。
工业机器人控制器的主要任务是接收来自视觉、力觉等传感器的检测信号， 根据操作任务的要求驱动机械臂中的各个伺服电机，进而控制机器人在工作空间 中的运动位置、运动姿态、速度、轨迹、操作顺序及动作的时间等，同时控制器也 具有各类输入输出接口、人机交互界面等，拥有编程简单、在线操作提示、使用软 件菜单操作和使用方便等特点。
控制器与机器人本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发。目前主流机器 人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发，各品牌 机器人均有自己的控制系统与之匹配，因此控制器的市场份额基本和机器人市场 份额保持一致，发那科、库卡、ABB、安川分别占据前四名，国内企业控制器尚未 形成市场竞争优势，占比仅为 16%左右。
近年来，国内运动控制技术也有了较快的发展，一些传统 CNC 设备的生产厂 家凭借着已有的数控技术基础开始研制具有运动控制特征的产品，使得通用运动 控制产品开始扩展开来。其中机器人专用运动控制产品的开发和行业应用的推广 也逐渐走向成熟和产业化，这类企业以广州数控、埃斯顿等为代表，他们不只开 发出机器人专用的控制系统，还借此进入机器人行业，并成为国产机器人企业中 的代表。
此外，国内也诞生了一批专注于运动控制产品的企业，为无力研发自主控制 器的小型工业机器人厂家提供解决方案，这类企业以固高科技为代表，固高科技 是国内较早实现六轴机器人控制系统产业化的企业之一，目前主要向工业机器人 集成商提供控制系统平台。
目前国产控制器与国际先进水平相比还存在较大差距，主要体现在核心底层 算法上，例如参数自整定，抑震算法，转矩波动补偿等等，导致国产工业机器人精 确性、稳定性、故障率和易用性等关键指标不如发那科、ABB、安川、库卡“四大 家族”的产品，这也和国内厂家重硬件、轻软件有关。当前工业机器人需要实现的 动作愈加复杂，想要在高速的运动中实现精准的控制，其背后需要的是长期的多 轴联动控制技术积累，控制器必须足够“聪明”，而先进核心算法的缺失使国产控 制器要想从“能用”到“好用”还有很长的路要走。
2.2. 工业机器人的执行机构-伺服系统
当控制器发出运动指令后，需要相应的机构部件去精确执行，这就是伺服系 统的主要作用。伺服系统可以看作是工业机器人的小脑，根据控制器的命令为机 器人关节的运动提供精准的位移、速度与力矩，一个典型的伺服系统包含有伺服 驱动器和伺服电机两部分。
伺服驱动器中主要包括整流部、逆变部、控制部等部分，伺服电机一般包含 电机和编码器两个部分，编码器可以将精确测量的转子位置与电机转速反馈至驱 动器，从而形成一个完整控制回路。商用电经过整流、逆变，接收控制部得到的指 令信号与编码器的反馈信号，最终输出合适的 SPWM 波形驱动伺服电机运转。当 前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置 3 闭环控制 算法，对闭环系统的设计、调试要求都很高，这也是伺服系统中核心难点所在。
伺服系统的下游行业应用主要集中在电子及半导体制造设备、机床、工业机 器人、锂电制造设备等领域，其中在工业机器人上的应用大概占据整体应用的 9.4%，由于对位移、速度等的精度要求较高，应用在工业机器人上的多为伺服系 统中的高端产品。
从市占率来看，外资品牌占据了国内伺服系统市场的大部分份额。以三菱、 安川、松下为代表的日系伺服系统占据了市场的前三名，占比合计超过 30%，紧随其后的是台系伺服的台达和欧系伺服的西门子，占比分别为 9.9%和 6.5%，而 以汇川技术和禾川科技为代表的国产伺服厂商虽然近年来发展十分迅速，但市占 率仍然较小，分别为 6.2%和 1.5%，还有很大的提升空间。
目前国产伺服系统与国际先进水平在动力输出功率方面大体相同，没有明显 差距，差距主要体现在响应速度、大小和稳定性等方面。在运动控制性能方面，西 门子的产品具备 2kHz 的速度环频率响应能力，安川为 1.5kHz，多摩川和汇川则 都为 1.2kHz，欧系产品优势更为明显，尤其在要求高速度和精度的领域。日系伺 服产品的稳定性较好，可以满足大部分应用领域的需求，尤其是小功率电机，优 势明显。在伺服系统大小方面，为了配合机器人的体形，伺服系统必须体积小、质 量小、轴向尺寸短，相比国产伺服系统，日系、欧系产品更加紧凑。
