2023工业机器人未来发展趋势及产业应用前景分析报告

2023年深度行业分析研究报告 正文目录 工业机器人：逐步走向智能化/通用化，产业应用前景可期4 发展历程：工业机器人走向智能化/通用化发展4 市场现状：“四大家族”占据的稳增长市场6 驱动力：人口供给收缩和下游需求释放驱动行业增长7 IT架构是智能化核心，软件重要性有望逐步提升9 感知层：工业机器人的信息最初来源10 执行层：决定工业机器人实际运动的准确度11 机器人的“肌肉”——伺服系统11 机器人的“关节”——减速器13 决策层：决定工业机器人性能的关键14 IT架构：软件地位有望逐步提升17 AI赋能有望助力产业变革加速到来20 产业趋势：工业机器人正在向具身智能演进20 落地情况：ABB等头部厂商积极拥抱产业变化22 图表目录 图表1：主要机器人公司研发起始时间4 图表2：工业机器人发展历程5 图表3：ABB发展历程5 图表4：ABB工业机器人业务发展历程6 图表5：2011-2021全球新增工业机器人安装量及增速6 图表6：全球工业机器人市场规模6 图表7：2020年全球工业机器人竞争格局7 图表8：机器人四大家族概览7 图表9：1961-2021世界各国生育率（每名妇女生育数）7 图表10：中国制造业人均工资增速与GDP增速7 图表11：中国新能源汽车销量迎来爆发8 图表12：全球半导体市场规模稳步上升8 图表13：工业机器人产业链全景图9 图表14：2020年工业机器人成本占比9 图表15：2020年工业机器人各环节毛利率9 图表16：工业机器人主要传感器分类10 图表17：工业机器人可在多部位搭载多个不同功能传感器10 图表18：机器人传感器市场规模10 图表19：机器人传感器市场竞争格局10 图表20：ABB集成力控传感器硬件11 图表21：电动伺服系统工作原理11 图表22：ABB伺服驱动器产品12 图表23：ABB伺服电机产品12 图表24：ABB伺服产品配套软件工具12 图表25：谐波减速器VSRV减速器13 图表26：“四大家族”减速器外购情况13 图表27：2020年全球减速器市场竞争格局13 图表28：控制器组成部分14 图表29：控制器工作原理14 图表30：控制器在机器人结构中的位置及连接方式14 图表31：ABBOmnicore控制器产品系列15 图表32：ABBIRC5产品系列15 图表33：ABBIRC5模块化分布设计15 图表34：ABBTrueMove技术16 图表35：ABBQuickMove技术与竞争对手对比16 图表36：机器人可被完全集成在贝加莱系统中16 图表37：IRC5机器人硬件和软件17 图表38：单柜型IRC5控制器硬件结构17 图表39：部分工业机器人公司操作系统构成18 图表40：控制器软件包括操作系统和算法库18 图表41：RobotWare的软件安装界面18 图表42：ABB应用软件包产品18 图表43：RobotStudio产品19 图表44：ChatGPT将人类从机器人pipeline中的in-the-loop变为on-the-loop20 图表45：人类用户在机器人pipeline中评估ChatGPT输出的质量和安全性20 图表46：ChatGPT能够以zero-shot的方式解决简单的机器人任务21 图表47：教授ChatGPT简单的拾取和放置物体技能21 图表48：ABB机器人利用CoviarantAI对不同包裹进行分类22 图表49：ABBItemPicker界面22 图表50：ABB与微软合作将生成式AI功能整合到工业数字化解决方案中23 图表51：重点推荐公司一览表24 图表52：重点推荐公司最新观点24 工业机器人：逐步走向智能化/通用化，产业应用前景可期 发展历程：工业机器人走向智能化/通用化发展 工业机器人的发展历程可以分为三个阶段： 技术萌芽阶段（20世纪50-60年代，第一代工业机器人）：第二次世界大战期间工业机器人的雏形始成，其最初是出于军事、核工业的发展需要，用来满足代替人类进行放射性物质处理的遥控机械手。此后，美国发明家乔治·德沃尔最早提出工业机器人的概念并于1954年申请“可编辑关节式转移物料装置”的专利。1958年，世界上第一家机器人公司Unimation成立，并于1959年利用乔治·德沃尔的专利推出了世界上第一台真正意义上的工业机器人Unimate，开创了机器人发展的新纪元。在此期间主要为第一代工业机器人，即没有自主决策能力和环境感知能力的示教再现型机器人。 产业崛起阶段（20世纪末期，第二代工业机器人）：1968年起，Unimation先后将机器人制造技术转让给日本川崎、英国GKN公司，工业机器人业务扩张到日本和欧洲，开始走向产业化和全球化。1969年，ASEA公司研制出全球首台喷涂机器人，川崎成功推出了日本第一台液压动力机器人“川崎Unimate2000”。此后，更多公司入局工业机器人领域，形成了以ABB、库卡为代表的欧洲机器人企业以及以川崎、发那科、安川为代表的日本机器人企业格局，机器人市场稳步增长。在此期间，工业机器人从第一代发展到第二代，能够感知外界信息并进行简单的处理和反馈。 图表1：主要机器人公司研发起始时间 资料来源：各公司官网、《ABB工业机器人应用技术全集》，龚仲华，2020年、华泰研究 产业升级阶段（21世纪初期，第三代工业机器人）：随着工业自动化的发展，工业机器人不断拓展应用场景、发展核心技术。1）从应用场景来看，工业机器人能达到更快速度、更高精准度，以及更大范围的大小型号和负载，实现在大型工件搬运生产、物流运输、食品饮料、生物制药、汽车制造等更加广泛和智能的场景应用。2）从技术发展来看，工业机器人核心技术得到快速发展。2002年美国波士顿公司和日本公司共同申请了第一台“机械狗”智能军用机器人专利；2004年安川和ABB均开发了可以同步控制多台机器人的控制器；2006年意大利柯马公司推出了第一款无线示教器；2015年ABB推出世界上第一台真正意义上的协作机器人YuMi。在此期间工业机器人进入第三代，具备智能化特点，可以利用各种传感器、测量器获取信息并利用智能技术进行识别、理解和反馈。 图表2：工业机器人发展历程 资料来源：各公司官网、华泰研究 工业机器人四大家族凭借在原有业务的领先优势和对机器人技术的高度掌握占据高位。以ABB的发展历程为例，公司成立于1988年，是由具有百年历史的两家著名电气公司——电气照明和发电机制造商ASEA和高压电气传输公司BBC合并而来，此后ABB成为了电气和自动化领域的技术领导者，提供全面且日益数字化的电气化、运动和自动化解决方案。在此基础之上，ABB对业务结构进行调整，延续其前身ASEA公司在工业机器人领域的领先布局，开始快速发展机器人业务，自1974年推出世界上第一台微电脑控制的机器人以来，ABB不断取得突破性创新，不断完善工业机器人在产业链上的产品布局，并通过技术创新提升性能。 图表3：ABB发展历程 资料来源：公司官网、亿欧智库、华泰研究 图表4：ABB工业机器人业务发展历程 资料来源：ABB官网、华泰研究 市场现状：“四大家族”占据的稳增长市场 工业机器人市场规模稳步增长，全球新增装机量快速增长。根据IFR数据，2021年全球新增工业机器人安装量为51.7万台，同比增长31.2%，2012-2021年复合增长率为12.0%。根据InkwoodResearch数据，未来全球工业机器人市场规模将保持稳定增长，从2020年的553.7亿美元增长至2028年的1653.5亿美元，2021-2028年复合增长率为14.7%。 图表5：2011-2021全球新增工业机器人安装量及增速图表6：全球工业机器人市场规模 全球新增工业机器人安装量（万台） 同比增速（%，右） 51.7 31.6% 24.2% 11.9% 19.7%40 14.9% 30.4 25.4 42.3 31.2% 39.139.4 22.1 5.7% 16.615.917.8 -4.2% 0.8% -7.6% 60 50 40 30 20 10 0 20112012201320142015201620172018201920202021 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 60% 全球工业机器人市场规模（十亿美元） 同比增速（%，右）165.35 153.38 141.24 129.12 117.18 90.14 78.10 104.65 92.80 81.01 55.37 40% 20% 0% -20% -40% 2028E -60% 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 资料来源：IFR、华泰研究资料来源：InkwoodResearch，华泰研究 工业机器人市场集中度较高，以机器人“四大家族”为主。根据IFR数据，2020年全球工业机器人市场中，发那科、ABB、安川、库卡四家占比超过65%，其中发那科排名第一占比17.3%，ABB第二占比15.7%，安川和库卡分别占比12.9%和12.1%。“四大家族”的主要业务和在机器人领域的核心技术各不相同，安川和库卡以机器人业务为核心，而发那科和ABB则分别起家于工厂自动化设备和电力业务。其中ABB的业务以电气、运动控制、过程自动化、机器人与离散自动化为核心的，2022年电气业务营收占比47.9%，机器人与自动化业务占比10.8%。 图表7：2020年全球工业机器人竞争格局图表8：机器人四大家族概览 17.3% 库卡 安川 发那科 其他 42.0% 12.1% 12.9% ABB15.7% 资料来源：IFR、华泰研究资料来源：发那科官网、安川官网、库卡官网、ABB官网、华泰研究 驱动力：人口供给收缩和下游需求释放驱动行业增长 人口老龄化导致人力成本上升，机器替人为大势所趋。世界各国的生育率已连续多年下降，据国家统计局，2021年中国15-64岁人口占比已降至68.3%。企业用人成本不断攀升，根据国家统计局数据，2022年中国制造业就业人员人均工资已达86933元，同比增长5.2%，高于GDP增速。劳动力成本上升的长期趋势将成为工业机器人产业发展的强大驱动力。 图表9：1961-2021世界各国生育率（每名妇女生育数） 世界日本中国美国印度 800% 700% 600% 500% 400% 300% 200% 100% 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 0% 资料来源：世界银行、华泰研究 图表10：中国制造业人均工资增速与GDP增速 制造业人均工资增速GDP增速 12% 10% 8% 6% 4% 2% 20182019202020212022 资料来源：世界银行、华泰研究 新能源汽车的爆发为工业机器人带来需求释放。由于新能源汽车的带动，汽车行业进入下一轮扩张周期，工业机器人将持续受益。以中国为例，据同花顺数据，从2021年起新能源 汽车销量进入爆发式增长阶段，2023年6月销量超过80万辆。 半导体、光伏、锂电等行业也有望带来大量工业机器人需求。汽车与3C电子是工业机器人需求量最大的两个行业，如今3C电子需求相对疲软，大部分企业开始积极探索汽车和3C之外的业绩增长点，如半导体、光伏、锂电等。2022年全球半导体市场规模达5735亿美元，随着AI带动算力芯片设计、制造、封装等产业需求，半导体扩产有望带动工业机器人建设需求。 图表11：中国新能源汽车销量迎来爆发图表12：全球半导体市场规模稳步上升 1,00