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1、2023年機器人產業發展趨勢熊貓點外賣-損到家了服務機器人產業鏈特種機器人產業鏈未來:人形機器人目 錄工業機器人產業鏈機器人產業鏈相關上市公司機器人分類 機器人分類:國際標準中,機器人分類:國際標準中,I IS SO O(20212021)將機器人劃分為工業機器人、服務機器人以及醫療機器人;)將機器人劃分為工業機器人、服務機器人以及醫療機器人;I IF FR R將機器人劃分為工業將機器人劃分為工業 機器人以及服務機器人;機器人以及服務機器人;我國我國20202020年新標準將機器人劃分為工業機器人、服務機器人、特種機器人和其他機器人。年新標準將機器人劃分為工業機器人、服務機器人、特種機器人和其
2、他機器人。機器人(IFR)工業機器人(41%)服務機器人多關節機器人SCARA機器人并聯機器人線性機器人圓柱機器人個人家用(40%)專業服務機器人(19%)家政服務機器人教育娛樂機器人養老助殘機器人農業機器人專用清潔機器人醫用機器人物流機器人巡檢維護機器人建筑破拆機器人水下機器人救援安保機器人國防機器人動力人體外骨骼移動平臺公共游樂機器人服務機器人(35%)家醫公用療共服服服務務務機機機器器器人人人機器人(中國)工業機器人(53%)特種機器人(13%)焊接機器人搬運機器人碼垛機器人噴涂機器人包裝機器人切割機器人凈室機器人軍事應用機器人極限作業機器人應急救援機器人機器人分類機器人分類I IF F
3、R R標準與國內標準分類存在差異標準與國內標準分類存在差異醫 療 服 務 機 器 人極 限 作 業 機 器 人時間時間名稱名稱內容內容2016.32016.3十三五規劃十三五規劃加快構建智能穿戴設備、高級機器人、智能汽車等新興智能終端產業體系和政策環境。加快構建智能穿戴設備、高級機器人、智能汽車等新興智能終端產業體系和政策環境。2016.32016.3機器人產業發展規劃(機器人產業發展規劃(20162016-20202020)重點發展弧焊機器人、真空(潔凈)機器人、全自主編程智能工業機器人、人機協作機器人、雙臂機器人、重載重點發展弧焊機器人、真空(潔凈)機器人、全自主編程智能工業機器人、人機協
4、作機器人、雙臂機器人、重載A AG GV V等六種標志性工業等六種標志性工業機器人產品。機器人產品。2016.92016.9智能制造發展規劃(智能制造發展規劃(20162016-20202020)研發高檔數控機床與工業機器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備等關鍵技術裝備。研發高檔數控機床與工業機器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備等關鍵技術裝備。2016.122016.12關于促進機器人產業健康發展的通知關于促進機器人產業健康發展的通知推動機器人產業理性發展,強化技術創新能力,加快創新科技成果轉化。推動機器人產業理性發展,強化技術創新能力,加快創新科技成果轉化。2017.420
5、17.4國務院關于推進供給側結構性改革加快制造業轉型升國務院關于推進供給側結構性改革加快制造業轉型升級工作情況的報告級工作情況的報告培育創建新材料、機器人等制造業創新中心,啟動國家制造業創新中心網絡化布局的頂層設計。培育創建新材料、機器人等制造業創新中心,啟動國家制造業創新中心網絡化布局的頂層設計。2017.92017.9國務院辦公廳關于進一步激發民間有效投資活力促進國務院辦公廳關于進一步激發民間有效投資活力促進經濟持續健康發展的指導意見經濟持續健康發展的指導意見鼓勵民營企業進入鼓勵民營企業進入“互聯網互聯網”、大數據和工業機器人等產業鏈長、帶動效應顯著的行業領域。、大數據和工業機器人等產業鏈
6、長、帶動效應顯著的行業領域。2017.112017.11增強制造業核心競爭力三年行增強制造業核心競爭力三年行動計劃(動計劃(20182018-20202020年)年)重點發展智能機器人、現代農業機械、新材料、制造業智能化、重大技術裝備等九大重點領域。重點發展智能機器人、現代農業機械、新材料、制造業智能化、重大技術裝備等九大重點領域。2017.112017.11國務院關于深化國務院關于深化“互聯網先進制造業互聯網先進制造業”發展工業互發展工業互聯網的指導意見聯網的指導意見圍繞數控機床、工業機器人、大型動力裝備等關鍵領域,實現智能控制、智能傳感、工業級芯片與網絡通信模塊的集成創新。圍繞數控機床、工
7、業機器人、大型動力裝備等關鍵領域,實現智能控制、智能傳感、工業級芯片與網絡通信模塊的集成創新。20182018福建、江蘇、黑龍江、遼寧、山西、河北等省級行政區紛紛制定符合地區產業發展進程的政策,促進智能機器人、伺服電機、控制技術等發展。福建、江蘇、黑龍江、遼寧、山西、河北等省級行政區紛紛制定符合地區產業發展進程的政策,促進智能機器人、伺服電機、控制技術等發展。2019.102019.10產業結構調整指導目錄產業結構調整指導目錄重點鼓勵發展人機協作機器人、雙臂機器人、弧焊機器人、重載重點鼓勵發展人機協作機器人、雙臂機器人、弧焊機器人、重載A AG GV V、專用檢測與裝配機器人集成系統等產品,以
8、滿足我國量大面廣制、專用檢測與裝配機器人集成系統等產品,以滿足我國量大面廣制造業轉型升級的需求造業轉型升級的需求2019.102019.10制造業設計能力提升專項行動計劃(制造業設計能力提升專項行動計劃(20192019-20222022年)年)在高檔數控機床和機器人領域,重點突破系統開發平臺和伺服機構設計,多功能工業機器人、服務機器人、特種機器人設計等。在高檔數控機床和機器人領域,重點突破系統開發平臺和伺服機構設計,多功能工業機器人、服務機器人、特種機器人設計等。2021.32021.3十四五規劃十四五規劃推動機器人、先進軌道交通裝備、先進電力裝備、工程機械、高端數控機床、醫藥及醫療設備等產
9、業創新發展。推動機器人、先進軌道交通裝備、先進電力裝備、工程機械、高端數控機床、醫藥及醫療設備等產業創新發展。2021.42021.4“十四五十四五”智能制造發展規劃智能制造發展規劃研發智能焊接機器人、智能移動機器人、半導體(潔凈)機器人等工業機器人。研發智能焊接機器人、智能移動機器人、半導體(潔凈)機器人等工業機器人。2021.122021.12“十四五十四五”機器人產業發展規劃機器人產業發展規劃到到20252025年我國成為全球機器人技術創新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地。年我國成為全球機器人技術創新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地?!笆奈迨奈濉逼陂g,將推動一批機器人核心
10、技術和期間,將推動一批機器人核心技術和高端產品取得突破,整機綜合指標達到國際先進水平,關鍵零部件性能和可靠性達到國際同類產品水平;機器人產業營業收入年均增速高端產品取得突破,整機綜合指標達到國際先進水平,關鍵零部件性能和可靠性達到國際同類產品水平;機器人產業營業收入年均增速超過超過20%20%。2023.12023.1“機器人機器人+”應用行動實施方案應用行動實施方案目標到目標到20252025年,制造業機器人密度較年,制造業機器人密度較20202020年實現翻番,服務機器人、特種機器人行業應用深度和廣度顯著提升。年實現翻番,服務機器人、特種機器人行業應用深度和廣度顯著提升。來源:中國政府網,
11、國務院、工信部、科技部等機器人產業相關政策全球機器人市場規模根據IFR、中國電子學會數據,預計全球機器人市場規模2024年有望達到660億美元,2020-2024年CAGR約18%。國內機器人2024年有望達251億美元市場規模,2020-2024年CAGR約22%。來源:IFR,中國電子學會,2673033073434295135806600%5%10%15%20%25%30%0100200300400500600700201720182019202020212022E2023E2024E全球機器人市場規模(億美元)全球yoy64779211514217421025120.3%19.5%25
12、.0%23.5%22.5%20.7%19.5%0%5%10%15%20%25%30%050100150200250300201720182019202020212022E2023E2024E中國機器人市場規模(億美元)yoy20202020-20242024年全球機器人市場規模年全球機器人市場規模20202020-20242024年中國機器人市場規模年中國機器人市場規模C CA AG GR R約約22%22%Part1工業機器人產業鏈工業機器人工業機器人主要分為三大模塊:傳感模塊、控制模塊和機械模塊。其中傳感模塊負責感知內部和外部的信息,控制模塊控制機器人完成各種活動,機械模塊接受控制指令實現
13、各種動作;目前,多數工業機器人為“機械臂”,和人的手臂相似,包括手部、腕部、臂部、腰部和基座,每個關節都需要共同配合以完成任務。人機交互系統指令給定裝置(示教器)與信息顯示裝置等控制系統處理器、關節伺服控制器驅動系統液壓、氣動、電動、機械傳動機構機械結構系統手部、腕部、臂部、腰部、基座工作對象機器人-環境交互系統傳感模塊傳感模塊:用于感知內部和外部的信息,包括感受系統和機器人-環境交互系統??刂撇糠挚刂撇糠郑嚎刂茩C器人完成各種動作,包括人機交互系統和控制系統機械模塊機械模塊:用于實現各種動作,包括機械結構系統和驅動系統。工業機器人的模塊組成工業機器人的模塊組成感受系統外部傳感器內部傳感器末端執
14、行器末端執行器(手部手部):是工業機器人直接進行工作的部分,其作用是直接抓取和放置物件,可以是各種手持器。小臂:小臂:連接腰部和手腕,通常由兩個臂桿(大臂和小臂)組成,用以帶動腕部運動。大臂(立柱):大臂(立柱):帶動小臂運動,與小臂運動結合,把手腕傳遞到需要的工作位置。手腕:手腕:連接手部和手臂,其作用是調整或改變手部的姿態,是操作機中結構最復雜的部分。工業機器人機械結構工業機器人機械結構腰部(立柱):腰部(立柱):是支撐手臂的部件,其作用是帶動臂部運動,與臂部運動結合,把腕部傳遞到需要的工作位置基座(行走結構):基座(行走結構):是機器人的支持部分,有固定式和移動式兩種,該部件必須具有足夠
15、的剛度、強度和穩定性。中國工業機器人產業鏈圖譜減速減速器器上上游游伺服系伺服系統統控制控制器器中游(本體制造中游(本體制造)下下游游系系統統集集成成終終端端應應用用汽車3C家電金屬加工工業機器人-成本占比工業機器人的上游核心零部件主要是減速器、伺服系統和控制器,也是工業機器人核心技術壁壘所在。該三大核心零部件的成本占工業機器人 總體成本的60%,其中減速器成本占比最高達30-35%,其次是伺服系統(20%)和控制器(10%);就毛利率來看,上游核心零部件的毛利率也更高,其中成本占比最高的減速器的毛利率也最高達40%,其次是伺服系統(35%)和控制器(25%);由于發達國家工業化起步早且產品更為
16、成熟,國外廠商占據中國工業機器人上游零部件的主要市場份額。28.0%12.0%30.0%-35%20.0%10.0%60.0%中游:機器人本體其他上游:減速器上游:伺服系統上游:控制器40%35%25%15%減速器伺服系統控制器本體制造工業機器人平均成本占比工業機器人平均成本占比工業機器人產業鏈毛利率工業機器人產業鏈毛利率減速器減速器諧波減速器已實現技術突破,可實現進口替代,但RV減速器由于傳動精度、扭轉剛度、穩定性等性能問題,仍然依賴進口。02伺服系統伺服系統機器人需要高力矩、高精度、高穩定、強抗干擾的伺服電機和伺服驅動,伺服系統雖然和國際產品有差距,但是用在工業機器人上的伺服系統已經可以滿
17、足需求。03控制器控制器國產廠商已經解決有無問題,但由于底層軟件架構和核心控制算法的不足,國產控制器在穩定性、響應速度、易用性方面與國際主流產品存在差距。01工業機器人上游待突破的核心技術工業機器人上游待突破的核心技術全球機器人市場規模根據IFR、中國電子學會數據,預計全球機器人市場規模2024年有望達到660億美元,2020-2024年CAGR約18%。國內機器人2024年有望達251億美元市場規模,2020-2024年CAGR約22%。來源:IFR,中國電子學會,2673033073434295135806600%5%10%15%20%25%30%010020030040050060070
18、0201720182019202020212022E2023E2024E全球機器人市場規模(億美元)全球yoy64779211514217421025120.3%19.5%25.0%23.5%22.5%20.7%19.5%0%5%10%15%20%25%30%050100150200250300201720182019202020212022E2023E2024E中國機器人市場規模(億美元)yoy20202020-20242024年全球機器人市場規模年全球機器人市場規模20202020-20242024年中國機器人市場規模年中國機器人市場規模C CA AG GR R約約22%22%工業機器人-
19、減速器減速器(Reducer)是連接動力源和執行機構的中間機構,具有匹配轉速和傳遞轉矩的作用。減速器將電機等高速運轉的動力通過輸入軸上的 小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的,一般情況下,工業機器人的每個關節都會配備一個減速器,以達到精準控制的目的;目前,用在工業機器人上的減速器主要是RV(Rot-Vector)減速器和諧波減速器?;诟哓撦d能力、傳動范圍大、精度較為穩定的特性,RV減速器多用于工業機器人的基座、大臂等部位;而諧波減速器的體積小、精度高、傳動比高,因此多用于工業機器人的小臂、腕部或手部。傳動減速器減速器精密減速器RV減速器諧波減速器擺線針輪行星減速器控制精度低,僅滿足機械
20、設備基本的動力傳動需求精密行星減速器減速器分類減速器分類RV減速器諧波減速器RVRV減速減速器器諧波減速諧波減速器器技術特技術特點點通過多級減速實現傳動,一般由行星齒輪減速器的前級 和擺線針輪減速器的后級組成,組成的零部件較多。通過柔輪的彈性變形傳遞運動,主要由柔輪、剛輪、波發生器三個核心零部件組成。與RV及其他精密減速器相比,諧波減速器使用的材料、體積及重量大幅度下降。產品性產品性能能大體積、高負載能力和高剛度體積小、傳動比高、精密度高應用場應用場景景一般應用于多關節機器人中機座、大臂、肩部等重負載 的位置。主要應用于機器人小臂、腕部或手部。終端領終端領域域汽車、運輸、港口碼頭等行業中通常使
21、用配有RV減速 器的重負載機器人。3C、半導體、食品、注塑、模具、醫療等行業中通常使用由諧波減速器組成的30kg負載以下的機器人。價格區價格區間間5,000-8,000元人民幣/臺1,000-5,000元人民幣/臺工業機器人-減速器受下游機器人行業高景氣度帶動,國內RV減速器行業市場規??焖僭鲩L。據前瞻產業研究院數據,機器人用RV減速器需求量 從2014年的18萬臺增長至2020年的47.5萬臺,按照RV減速器均價6000元測算,2020年RV減速器市場規模約29億元。從競爭格局看,日系廠商占據主導地位,據GGII數據,2021年納博特斯克(Nab)市場占有率約53%,位居第一,國內廠商雙環傳
22、動(002472)市場占有率從2020年的9%增長至2021年的14%。20142014-20202020機器人機器人RVRV減速器需求量減速器需求量CAGRCAGR約約18%18%日系廠商占據日系廠商占據RVRV減速器市場主導地位(減速器市場主導地位(20212021)-20%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%504540353025201510502014201520162017來源:前瞻產業研究院,GGII,201820192020中國RV減速器需求量(萬臺)yoy(%)納博特斯克,53%雙環傳動,14%住友,5%飛鳥,4%秦川,2%智同,3%南通鎮康,3%中大力德,
23、4%其他,12%工業機器人-減速器我國機器人用諧波減速器市場規模2021-2025年復合增速約25%。根據華經產業研究院數據,我國諧波減速器市場規模2020年約15.7億元,預計到2025年諧波減速器市場規模有望達47億元,其中機器人用諧波減速器市場規模約30億元,2021-2025年 CAGR約25%。從競爭格局看,日系廠商為諧波減速器主要玩家,頭豹研究院數據顯示,2021年哈默納科市場占有率達36%,伴隨關鍵技術的攻克,國內廠商競爭力顯著增加,2021年綠的諧波(688017)市場占有率達25%,位居第二。哈默納科,36%綠的諧波,25%來福,8%新寶,7%同川,6%大族,5%福德,4%其
24、他,10%-15%-10%-5%0%5%15%10%20%25%30%35%05101520253035201720182019202020212022E2023E2024E2025E中國機器人用諧波減速器市場規模(億元,左軸)yoy(右軸)20212021-20252025年國內機器人諧波減速器市場年國內機器人諧波減速器市場諧波減速器市場占比諧波減速器市場占比來源:華經產業研究院,頭豹研究院工業機器人-產業鏈上游:伺服系統伺服驅動器(Servo Drives),又稱“伺服系統”,由物體的位置、方位、狀態等輸出控制量組成的,能夠跟隨輸入目標或給定量任意變化的 自動控制系統,一般情況下,工業機器
25、人的每個關節都會配備一臺伺服驅動器;伺服系統主要包括伺服電機、伺服控制器和傳感裝置(例如編碼器),一般情況下,控制指令下達至控制器,控制器驅動伺服電機,而傳感裝 置將實際運動的數據采集并反饋給控制器,以實現閉環控制,目前,高精度的工業機器人多使用伺服電機驅動,很少有工業機器人會使用步進 電機,主要是因為步進電機控制精度受到步距角限制,調速范圍相對較??;位置控制調節器速度控制調節器功率驅動位置指令位置檢測速度檢測實際位置反饋實際速度反饋電機機械傳動機構伺服系統原理伺服系統原理伺服電機伺服控制器日本安川伺服產品日本安川伺服產品一般情況下,伺服電機內帶編碼器,用來反饋實時數據給控制器。工業機器人-產
26、業鏈上游:伺服系統近年來,中國伺服電機市場規模一直保持增長趨勢,受到下游工業機器人、電子制造設備等產業擴張的影響,伺服電機在新興產業應用規模也不斷增長,我國伺服電機市場規模從2017年的116億元增長到2021年的169億元,預計2023年我國伺服電機市場規模將增長至197億元;據MIR DATABANK統計,2021年上半年,國產品牌匯川技術(300124)市場占有率從9.8%升至 15.9%,反超安川等日系廠商,首次問鼎,排名第二第三的廠商為安川和臺達,市場占有率分別為11.9%和8.9%。20212021年中國伺服電機市場年中國伺服電機市場份額份額匯川,15.9%安川,11.9%臺達,8
27、.9%松下,8.8%三菱,8.3%其他,46.2%工業機器人-產業鏈上游:控制器工業機器人的控制系統分為硬件和軟件,硬件就是日常所說的控制器,軟件即控制軟件??刂破鞒怂欧髦?,還有主控計算機,負責下達 指令以控制各伺服驅動裝置,實現對機器人的工作順序、位置、運動速度、時間間隔的控制。工業機器人的控制方式包括運動控制和力控制,運動控制主要控制功機器人的位置,力控制則控制機器人末端執行器的作用力與力矩,主要用 于會與環境接觸的加工機器人、裝配機器人。由于控制器成本較高,多數工業機器人廠商都會選擇自研控制器,尤其是大型廠商。工業機器人控制系統一般構成工業機器人控制系統一般構成人機接口裝置第一關節
28、驅動單元第二關節驅動單元第n關節驅動單元第一關節執行單元第二關節執行單元第n關節執行單元第一關節測量單元第二關節測量單元第n關節測量單元IRC5單柜型控制器IRC5單柜型控制器ABBABB控制器控制器I IR RC5C5系列系列IRC5 PM面板嵌入型控制器IRC5P噴涂控制器上位機主控計算機下位多軸關節伺服控制器工業機器人-產業鏈上游:控制器機器人控制器需求量從2012年的0.6萬套增長為2020年的24萬套,復合增速59%。同期機器人控制器市場規模從0.68億元增長至19.02億元,復合增速52%。從競爭格局看,國外廠商占據主導地位。根據頭豹研究院數據,2021年發那科、庫卡、ABB和安川
29、占據國內機器人控制器約58%的市場份額,國內廠商競爭力較弱,市占率不足20%。中國機器人控制器中國機器人控制器市場市場份額份額0%40%80%120%160%200%2018161412108642020122012-20202020工業機器人控制器市場規模工業機器人控制器市場規模工業機器人控制器市場規模(億元)yoy日本發那科,18%德國庫卡,14%瑞士ABB,13%日本安川,12%新松,2%埃夫特,3%啟帆,3%埃斯頓,1%廣州數控,1%其他,32%工業機器人-產業鏈中游加工協作焊接潔凈裝配噴涂搬運作業/上下料倉儲物流工業機器人-產業鏈中游-本體制造和產業鏈上游類似,國際廠商,尤其是國際工
30、業機器人“四大家族”(通用電氣-布朗-博韋里、發那科、安川電機、庫卡),占據了工業機器人本體制造的大部分市場,雖然隨著內資企業的逐漸崛起,2021年中國內資工業機器人的市占率從2015年的18%增長至2021年的33%,但內資企業還是較難進入汽車整車等大體量的領域,主要是由于這些領域外資進入較早,對行業更深入,工藝軟件包更成熟,而且買方出于安全性和效率性考慮不敢輕易更換機器人產品品牌。另一方面,內資工業機器人企業來看,中國工業機器人內資品牌行業集中度CR5為38%,為低集中競爭型市場,未來中國內資工業機器人的市場集中度將逐漸提高,因為好的品牌進入市場收到買方認可后更容易開拓相關市場,更早進入市
31、場也更容易加強對應用行業的理解,優化產品。182020222330332015201620172018201920202021中國內資工業機器人市占率(中國內資工業機器人市占率(%)20202020年中國內資工業機器人企業市占率(年中國內資工業機器人企業市占率(%)(按工業機器人銷售數量)(按工業機器人銷售數量)5%6%7%8%9%10%11%11%13%20%埃斯頓匯川眾為興卡諾普臺達遨博廣數控埃夫特華數圖靈TOP5,38%TOP6-10,21%TOP11-20,19%其他,22%TOP10中國工業機器人本體制造有待突破中國工業機器人本體制造有待突破 的核心技的核心技術術機器人系統開發技術、
32、機器人模塊化與重構技術、機器人操作系統技術、機器人輕量化設計技術、信息感知與導航技術、多任務規劃與智能控制技術、人機交互與自主編程技術、機器人云-邊-端技術、機器人安全性與可靠性技術、快速標定與精度維護技術、多機器人協同作業技術、機器人自診斷技術等。0 01 1共性技共性技術術前沿技前沿技術術機器人仿生感知與認知技術、電子皮膚技術、機器人生機電融合技術、人機自然交互技術、情感識別技術、技能學習與發育進化技術、材料結構功能一體化技術、微納操作技術、軟體機器人技術、機器人集群技術等。0 02 2來源:MIR工業機器人-產業鏈下游:系統集成系統集成是指將在機器人本體上物理加裝,并將機器人系統和終端應
33、用客戶的系統打通,以實現機器人正常作業,工業機器人系統集成商負責給客戶提供解決方案,并負責工業機器人的應用的二次開發和自動化配套設備的集成,是實現工業機器人應用的最終環節;系統集成主要分為三種模式:日本模式、歐洲模式和美國模式,我國的模式則是從“歐+美并行”轉向“日+美并行”模式,主要原因是一方面早期進入市場的系統集成商已經形成了系統的服務模式,對應用行業也更了解和深入,而機器人廠商缺乏專業團隊去負責系統集成;另一方面,應用方出于技術保密的考量也更希望由三方來提供系統集成服務。本體制造和集成完全分完全分離離本體制造商負責制造本體日本模式日本模式子公司或其他公司負責系統集成,并完成交鑰匙工程本體
34、制造和集成聚聚合合本體制造商負責制造本體歐洲模式歐洲模式本體制造商負責系統集成采購和成套設計相結相結合合進口之后再自行設計、制造配套的外圍設備,并提供包含系統集成的解決方案特特點點本體制本體制造造系統集系統集成成美國國內基本不生產中低端的工業機器人,而是 配套進口美國模式美國模式中中國國“歐歐+美美”:少數國內本體制造商負責“本體制造+系統集成”,但此類本體制造商基本上只聚焦大體量的行業;系統集成商代理國際廠商的工業機器 人產品,并為用戶提供解決方案?!叭杖?美美”:多數國內本體制造商僅負責“本體制造”;系統集成商負責系統集成,同時還代理國際廠商的工業機器人產品,并為用戶提供解決方案。工業機器
35、人系統集成的主要模式工業機器人系統集成的主要模式工業機器人-結構分類工業機器人可以按照機械結構方式、操作機坐標形式、程序輸入方式、運動坐標形式、驅動方式、應用領域等六個方面進行分類。按照機械結構可分為多關節機器人、平面多關節(SCARA)機器人、并聯機器人、直角坐標機器人、圓柱坐標機器人以及協作機器人。工業機器人按機械結構分類工業機器人按機械結構分類多關節機器人SCA RA機器人并聯機器人直角坐標機器人圓柱坐標機器人協作機器人工業機器人-應用領域(20212021)搬運焊接裝配加工噴涂潔凈其他產品占比55%25%10%5%3%2%功能功能運輸、搬運、碼垛、機床上下料點焊、弧焊等裝配切割、磨削、
36、拋光等噴涂在潔凈室作業-應用行業應用行業對倉儲物流有需求的行業汽車制造、工業機械、通用機械、金屬結構、航天航空等汽車制造、電器制造、小型電機、計算機、玩具等汽車制造、金屬加工、家具家居、工程機械等汽車制造、航空航天、鋁合金型材和板材、家具家居等化學制藥、醫療器械、精密機械等-市場特征市場特征動機器人發展迅速1、主要分為點焊和1、技術含量不高,弧焊兩大類,點焊是大負載的搬運;弧焊的應用范2、AGV、ACR等移圍更廣;2、焊接速度好焊機穩定性是主要指標1、裝配自動化水平低;2、裝配機器人多為但需求旺盛,尤其主要應用于汽車制造,輕量型;3、對生產綱領、生產品質、裝配數量等有一定的要求1、以切割機器人
37、為主;2、視覺識別和跟蹤技術是核心1、工藝不復雜、難度在于流量控制、噴涂線;2、由于噴涂均勻度和速度的限制,現有機器人使用的工件不宜過大形狀也不宜太復雜需求很少,一般只有醫藥行業有需求-使用工業機器使用工業機器人的優勢人的優勢(相相比人工和傳統比人工和傳統機械機械/機器機器)1、提高效率;2、降低人工成本3、降低焊接之后的不利后果1、提高效率;1、降低人力焊接成本;2、提高裝配質量;2、提高焊接質量;3、裝配生產面積更??;4、可在危險環境下完成裝配1、更柔性;2、更靈活;3、成本更低1、提高效率;2、提高噴涂質量和材料使用率;3、易操作和維護;4、設備利用率高1、更潔凈2、更安全-來源:億歐智
38、庫工業機器人-制造業機器人密度產量:產量:根據國家統計局數據,2022年12月份國內工業機器人產量40457套,同比下滑9.5%,2022年全年(1-12月)國內工業機器人產量為443055套,同比下降4.8%。銷量:銷量:根據MIR數據,預計2022年中國工業機器人銷量有望達28萬臺,同比增長約11%。工業機器人產量工業機器人產量20222022年中國工業機器人銷量年中國工業機器人銷量-10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%-40%-20%0%20%40%60%80%100%120%05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,
39、00045,00050,0002016-032016-062016-092016-122017-032017-062017-092017-122018-032018-062018-092018-122019-032019-062019-092019-122020-032020-062020-092020-122021-032021-062021-092021-122022-032022-062022-092022-12產量:工業機器人(臺,左軸)工業機器人當月產量YOY(右軸)05000010000015000020000025000030000035000040000045000020152
40、0162017201820192020 2021 2022E 2023E2024E2025E工業機器人-本體制造廠商圖譜搬運作業/上下料焊接加工潔凈裝配噴涂協作倉儲物流工業機器人-物流機器人物流機器人是指應用于倉庫、分揀中心、以及運輸途中等場景的,進行貨物轉移、搬運等操作的機器人,隨著物流市場的快速發展,物流機器人的應用加速普及;在不同的應用場景下,物流機器人可以分為AGV機器人、ARM機器人、無人叉車,行業內將AGV和ARM統稱為物流機器人,無人叉車則以取代人工叉車而出現,三大物流機器人并非產品更新迭代,而是相輔相成。涉及的物流機器人以當下風頭正旺的搬運機器人和揀選/分揀機器人,即物流移動機
41、器人為主。A AG GV VARMARM無人叉車無人叉車/叉叉車車AGVAGV名稱名稱出現時間出現時間搬運模式搬運模式導航方式導航方式路徑規劃路徑規劃搬運物品搬運物品負載重量負載重量/起升高度起升高度自動導引運輸車(Autom ated Guided Vehicle)1953年出現世界上首臺AGV移動頂升機器人磁導航、二維碼導航按軌道路徑行進料架、包裹100-1000千克/50-60毫米自主移動機器人(Autonom o us Mobile Robot)繼傳統AGV后發展的新型機器人移動頂升機器人激光SLAM、視覺SLAM 導航無軌可自主規劃路徑料架100-1000千克/50-60毫米使用場景
42、使用場景揀選/分揀搬運2000年左右中國開始應用移動機器人激光SLAM、視覺SLAM 導航無軌可自主規劃路徑搬運托盤、料籠1-3噸/2-8米無人叉車無人叉車工業機器人-物流機器人物流倉儲環節眾多,從入庫到出庫,各類物流機器人貫穿環節始終,其重要性不言而喻,數字倉庫示范倉庫的推廣與宣傳更是使得倉儲物流機器人風頭無兩。入庫入庫存取存取庫存清點庫存清點揀選揀選/分揀分揀物流全流程物流全流程各環節中的機器人各環節中的機器人揀選揀選/分揀機器人分揀機器人庫存清點機器人庫存清點機器人碼垛機器人碼垛機器人搬運機器人搬運機器人倉儲機器人倉儲機器人物流機器人物流機器人代表機器人代表機器人AMRAMR/無人叉車無
43、人叉車A AGVGV工業機器人-物流機器人由于AGV導航技術相對簡單,在市場上占據較大的市場份額;ARM依托于激光/視覺SLAM的發展,雖處在初級發展階段,但發展迅猛;無人叉車的市場空間巨大,受當前無人叉車的技術發展的限制,市場規模有限,但未來可期。0100,000200,000300,000400,000500,000600,000700,0002018年2019年2020年2021年2022E中國物流機器人市場規模(中國物流機器人市場規模(單單位位:萬萬元元)AGVA M R無人叉車05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,0002018年2
44、019年2020年2021年2022E中國物流機器人出貨量(單中國物流機器人出貨量(單位位:臺臺)AGVA M R無人叉車來源:CMR產業聯盟,GGI I工業機器人-物流機器人AGV和AMR涉及導航技術多種多樣,但按市場使用情況可以主要分為二維碼產品和純SLAM產品,目前占據近90%的市場空間;不同技術發展下的機器人,有著不同的應用場景要求。75%二維碼產品純SLAM 產品其他10%15%場地布置場地布置需在前期對場地進行整體規劃,并對二維碼碼值進行系統錄入不需要放置指示性物體,不會受到地面 二維碼的限制,可以在環境中隨意運行二維碼產品二維碼產品純純S SL LA AM M產品產品二維碼導航技
45、術導航技術激光SLAM,視覺SLAM揀選/分揀應用場景應用場景搬運普及原因普及原因單車成本便宜,場地改造簡單,但需定期對二維碼進行維護更能應對復雜多變的場景,但當前技術還不夠成熟,單車成本較高快倉、極智嘉、??禉C器人代表企業代表企業斯坦德機器人、迦智科技20212021年市場主流產品的市年市場主流產品的市場場份額份額工業機器人-物流機器人無人叉車當前使用滲透率較低,僅有5%,原因為當前無人叉車技術有限,但市場對叉車的要求卻相對較高,因此基于當前的SLAM技術下,無人叉車暫不能取代人工叉車的地位。當前仍屬于叉車 AGV 行業的培育期,從銷量來看,中國AGV銷量正呈現爆炸式增長趨勢,2020年中國
46、市場叉車 AGV 銷量3500臺,同比增速超50%,然而2021年,叉車AGV銷量同比增長94.29%,達6800輛。究其原因,主要是因為物流業的爆炸式增長,在物流自動化趨勢的推動下,結合AGV本身的高效率和靈活性,大大降低了勞動力成本和安全風險。貨物雜亂場景復雜貨物雜亂場景復雜非標準形狀物體的搬運非標準形狀物體的搬運高位料架的搬運高位料架的搬運料籠堆疊的搬運料籠堆疊的搬運無車叉車多用于人、物、機同時較多的物流場景中,尤其室外場地的應用更是對無人叉車的自主導航技術提出了挑戰。物流行業中常常出現物品非規則形狀,如何讓無人叉車準確分別托盤和物體成為無人叉車技術的一個難題。搬運高位堆疊物品的首要擔憂
47、 是安全,對無人叉車做到又快又穩的需求成為無人叉車打開應用市場的關鍵要素之一。叉車工的一項主要任務即為對料籠的堆疊,無人叉車的堆疊精度能否達到行業標準成為物流關系關注的焦點。當前主要利用視覺SLAM、激光SLAM 技術靈敏度要求靈敏度要求識別度要求識別度要求穩定性要求穩定性要求當前最快行進速度:2.6米/秒高精度要求高精度要求當前精度誤差:1-2m m應用應用場景場景當前當前技術技術技術技術要求要求物流機器人在成本、效率及準確性問題等方面都可以很好地解決當前傳統倉儲物流遇到的問題,尤其疫情的爆發,更加擊中了傳統倉儲的痛點,而中國社會物流、中國智慧物流的市場龐大,物流機器人可有助打造智能倉儲物流
48、,充分激發中國物流市場空間。工業機器人-物流機器人傳統物流痛點傳統物流痛點貨架層低,無法充分利用垂直空間無法充分利用垂直空間,而平面空間需占用土地面積大空間利用度低,導致存儲貨物量較少存儲貨物量較少需人工進行貨物揀選與存儲,貨物信息更更新同步新同步速速度度慢慢,人工效率有限倉庫受環境影響大,黑暗、低溫、有毒等環境人人工工則無則無法法使用使用智能物流優點智能物流優點物流機器人可至高空取貨,充分利用垂充分利用垂直直空空間間,倉庫所需土地面積縮小空間利用度變高,存儲貨物量增加存儲貨物量增加借助物流機器人進行貨物揀選與存儲,貨物信息可可實時實時更更新新,工作效率高無需人工無需人工進入黑暗、低溫、有毒等
49、環境,適應性較強倉庫無人化,員工安全、工作效率受疫受疫情情影響小影響小勞動密集型工作環境受疫情影響較大受疫情影響較大,人員缺口難補252.8283.1298300.1335.2337540604885584064772017年2018年2019年2020年2021年中國物流相關市場數據中國物流相關市場數據中國社會物流總額(單位:萬億元)中國智慧物流市場規模(單位:億元)工業機器人-物流機器人由于AGV導航技術相對簡單,在市場上占據較大的市場份額,AMR依托于激光/視覺SLAM的發展,雖處在初級發展階段,但發展迅猛,無人叉車的市場空間巨大,受當前無人叉車的技術發展的限制,市場規模有限,但未來可期
50、。0100,000200,000300,000400,000500,000600,000700,0002018年2019年2020年2021年2022E中國物流機器人市場規模(中國物流機器人市場規模(單單位位:萬萬元元)AGVA M R無人叉車05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,00040,0002018年2019年2020年2021年2022E中國物流機器人出貨量(單中國物流機器人出貨量(單位位:臺臺)AGVA M R無人叉車工業機器人-物流機器人物流機器人產業鏈中,上游為機器人制造需要的軟硬件設備,如控制器、傳感器等,而機器人公司往往同時占據中游機
51、器人本體集成與下游系統解決方案。電機電機/驅動器驅動器傳感器傳感器控制器控制器無線無線APAP電池電池機器人本體集成機器人本體集成上游中游下游調度系統調度系統/解決方案解決方案工業機器人-物流機器人物流機器人公司多成立于2010年-2020年,受新冠疫情影響,物流行業對倉庫無人化、物流智能化的需求空前高漲,因此,近兩年物流機器人眾多企業再次活躍起來。第一梯隊第二梯隊叉車梯隊物流機器人行業梯隊物流機器人行業梯隊 行業內的龍頭公司,其中極智嘉、快倉、??诞a品覆蓋面積較廣,有豐富的場景落地經驗。龍頭企業產品中近9成的產品利用二維碼導航技術,不到10%的產品使用激光導航。海柔憑借高位料箱機躋身物流機器
52、人行業龍頭,成為四大之一,近幾年發展迅猛。行業內針對AGV/AMR產品研發的物流機器人公司。仙工智能突出產品為物流機器人硬件中最重要的控制器,擁有強大的控制器技術。小型物流機器人公司雖規模較小,但若突破行業難點或產出突破性產品,不難成為行業黑馬 重點研發無人叉車的物流機器人公司,產品包括叉車AGV和地牛AGV。未來機器人的無人叉車產品利用視覺SLAM技術,其他公司無人叉車產品則綜合利用激光SLAM 和視覺SLAM 技術。工業機器人-物流機器人物流機器人需要在復雜的物流場景中做到定位與導航,SLAM技術在各大領域發展起來以后,尤其是依托于無人駕駛領域中SLAM技術的迅猛進步,物流機器人的定位與導
53、航功能逐漸強大。SLAMSLAM技術應用熱度排行前四領域技術應用熱度排行前四領域無人駕駛無人駕駛無人駕駛領域近幾年風頭正旺,Google、Uber、百度等企業都在加速研發無人駕駛相關技術,搶占先機。當前無人駕駛領域對SLAM 技術的研發投入占據行業之首。機器人機器人物流機器人、掃地機器人、機器狗等為代表的機器人領域發展迅猛。激光+SLAM是目前機器人自主定位導航所使用的主流技術,視覺+SLAM是機器人領域正在攻克的技術方向。無人機無人機無人機在飛行的過程中需要進行規避障礙物,進行路線規劃。這些都是SLAM技術的應用,但無人機飛行的范圍較大,所以對精度的要求不高。A AR/VRR/VRAR通過電
54、腦技術,將虛擬的信息應用到真實世界,真實與虛擬的同時存在,離不開SLAM技術的實時定位,雖然在AR行業有很多可代替技術,但是SLAM 技術仍是最理想的定位導航技術。SLAMSLAM技術在機器人領域的功能技術在機器人領域的功能2 2D D建圖建圖3 3D D建圖建圖2D建圖僅用單線激光傳感器,在激光傳感器掃描的這一個平面上 進行二維定位,是最早開始應用也是最基礎的功能。當前多應用于掃地機器人。3D建圖利用多線激光雷達,近幾年更是集成攝像頭、慣性導航模塊(IMU),通過多傳感器數據的融合,實現高精度的3D場景地圖構建、匹配定位、路徑規劃與實時導航避障等功能。當前多應用于無人叉車。工業機器人-物流機
55、器人物流機器人當前應用的SLAM技術都尚不成熟,未來SLAM技術或將主要依托于無人駕駛領域對SLAM技術的研發,因此當前融合導航或成短期內物流機器人技術應用重點。融合導航:當前市場常見搭配方式為激光融合導航:當前市場常見搭配方式為激光SLSLA AM+M+視覺視覺SLSLA AM M,二維碼導航,二維碼導航+激光激光SLSLA AM M,可在一定范圍內控制成本的同時,保,可在一定范圍內控制成本的同時,保證證了物流了物流機器人精度,這種融合導航方式將成為近幾年內物流機器人技術的主要應用技術方向。機器人精度,這種融合導航方式將成為近幾年內物流機器人技術的主要應用技術方向。1.01.0 磁條導航磁條
56、導航2.02.0 二維碼導航二維碼導航3.03.0 激光激光SLSLA AM M導航導航4.04.0 視視覺覺SLSLA AM M導航導航SLAMSLAM導航導航優點:可自行創建地圖,精度高,維護成本低缺點:激光雷達成本高,視覺SLAM技術暫不成熟,算法量大成為行業難點可依賴于無人駕駛行業對激光/視覺SLAM 的高需求,借助無人駕駛領域的技術研發,發展其在物流機器人領域的技術應用。優點:設備成本低缺點:維護成本高,固定路線導航,靈活性差優點:設備成本低缺點:維護更改成本高,固定路線導航,靈活性相對較差當前雖主要利用二維碼進行導航,但畢竟導航精度和靈活性較SLAM而言有限。但二維碼導航低成本的優
57、勢,短期內主要技術依舊是二維碼導航。工業機器人-物流機器人由于物流機器人市場目前還處于初級階段,市場存在多種多樣的物流機器人,多機調度成為物流機器人應用的難題,順應市場需要,生產兼容性強、性價比高的機器人成為新的市場機遇。多機調度多機調度無人叉車無人叉車二維碼導航機器人二維碼導航機器人SLSLA AM M導航機器人導航機器人挑戰挑戰 物流機器人種類多,同場景多種機器調度復雜物流機器人種類多,同場景多種機器調度復雜由于物流場景通常較為復雜,在幾千上萬平米的物流倉庫物流場地中,往往涉及多種物流機器人同時使用,當前的調度系統多為二維碼導航系統和SLAM導航系統,而物流公司需求大多傾向混合調度,混合調
58、度對軟件有更高的要求,當前的技術仍有待提高。物流機器人品牌多,不同品牌的機器人統一調度繁瑣物流機器人品牌多,不同品牌的機器人統一調度繁瑣物流機器人品牌多種多樣,物流公司往往綜合考慮使用性價比、性能、功能等多方面,選擇機器人公司與使用種類,然而不同公司的機器人可能存在不同的設備設計,因此統一調度變得繁瑣。物流機器人軟件設計考慮兼容性,迎合市場需求物流機器人軟件設計考慮兼容性,迎合市場需求多機多種物流機器人不僅需要完善的防撞調度系統,還有應對各種復雜突發情況的臨時重新調度,由于單品很難解決所有問題,市場需要更加綜合的解決方案,因此多機調度的系統研發有利于行業的整體發展。工業機器人-物流機器人物流機
59、器人雖然發展迅猛,大勢已明,但是縱觀整個物流環節,當前仍有很多物流環節無法使用機器人代替人力,并且潛在市場規模巨大,當前難以解決的物流難題,等待技術的快速突破。復核環節復核環節 由于物品形態千差萬別,人工又容易出現疲倦出錯,因此當前復核需要人工進行掃碼核驗。一些公司的復核環節應用RFID技術,如迪卡農、優衣庫,但RFID成本較貴,普及成為難題。揀選環節揀選環節 人取貨環節暫未自動化。揀選環節存在兩個步驟,貨到人+人取貨,貨到人環節即搬運機器人完成,搬運料箱到工作站,由人工從料箱中取出物品,由于存在易碎易破貨物,機器難以控制,因此當前仍由人力進行揀選。裝卸貨環節裝卸貨環節 對貨物打包有要求,要求
60、是托盤貨。定位麻煩。裝貨時托盤擺放位置和密度由人工完成,無固定限位,因此集裝箱難以引入定位,易出現偏差。效率問題。裝卸貨多采用叉車,而當前無人叉車效率僅是人工 的一半或者三分之一,但價格卻昂貴多倍。大件大件/疑難件搬運環節疑難件搬運環節 運輸貨物大小不一、體態不一,難以統一解決。當前往往根據客戶貨物的具體情況,人工選擇使用載具,決定搬運方式。潛在搬運市場規模高達千億級工業機器人-物流機器人當前物流機器人的單價成本仍相對較高,市場AGV/AMR的普遍售價10-15萬左右,無人叉車則因技術相對更難,改造自研成本較高,市場售價十幾萬到幾十萬不等,隨著各項技術不斷成熟,國內供應商技術不斷成熟,物理機器
61、人未來價格有望大幅下降。機械結構機械結構電機電機電池電池傳感器傳感器控制器控制器物流機器人硬件單價成本排行物流機器人硬件單價成本排行單價低單價高控制器,龍頭企業的物流機器人控制器多為自研,由于機器人集成的傳感器較多,控制器及系統設計難度較大,因此當前控制器成本較高,控制器代表供應商仙工智能;傳感器,物流機器人涉及多種傳感器集成,其中激光雷達成本較高,由于國外傳感器技術相對較好,因此當前傳感器多采購于國外公司,成本也較高;國內傳感器技術正在迅猛發展當中,未來傳感器若以國內供應商為主,則成本將大幅下降,激光雷達如供應商科力光電、鐳神智能;電池,物流機器人大多有自動充電功能,多為磷酸鐵鋰電池,部分使
62、用三元鋰電池,代表供應商如凱歌新能源、德賽(000049)受益于新能源汽車的電池技術研發,電池性能提升,成本有望繼續下降;電機,包括驅動器和減速器,大型公司大多自研電機,部分機器人公司若無電機自研能力,則會外采電機,價格相對較低,電機代表供應商有上海步科(688160)、北京和利時,匯川技(300124);機械結構,如底盤、傳動機構等,大多數企業屬于自研機械結構,成本降低;無人駕駛領域正在著重研發底盤技術,或將對物流機器人的技術有所幫助,企業自研技術更成熟。Part2服務機器人產業鏈服務機器人應用場景復雜多樣、具體細分種類繁多。其可應用在零售、物流、醫療、教育、安防等眾多行業和場景,實現引導接
63、待、物流配送、清掃、陪伴教學、安防巡檢等多樣化、復合型功能。根據中國電子學會定義,服務機器人指在非結構環境下為人類提供 必要服務的多種高技術集成的先進機器人,主要包括家用服務機器人、醫療服務機器人和公共服務機器人。其中,公共服務機器人 指在農業、金融、物流等除醫學領域外的公共場合為人類提供一般服務的機器人。服務機器人服務機器人應用場景及功能服務機器人應用場景及功能教育教學助老助殘情感陪伴智能家居數字娛樂健康醫療文化體育家家用用服服務務機機器器人人物流配送零售餐飲金融銀行安防巡檢汽車出行酒旅航空生活娛樂房地產公公共共服服務務機機器器人人醫療手術醫療康復醫醫療療服服務務機機器器人人醫護輔助醫療后勤
64、服務機器人主要分類服務機器人主要分類醫療服務機器人醫療服務機器人醫療手術機器人醫療康復機器人醫護輔助機器人醫療后勤機器人引導接待機器人末端配送機器人智能安防機器人公共服務機器人公共服務機器人家用服務機器人家用服務機器人工具型機器人教育型機器人服務機器人-政策體系2006年至今,中國政府持續出臺一系列政策,明確支持服務機器人相關產業發展,注重推動相關研發技術及產業應用的發展。同時 全國各省市也積極配合國家政策的大力推動紛紛發布一系列扶持和引導政策,形成了自上而下的政策支持體系,產生了一系列區域集群效應,有效地推動了行業的快速發展。時間發布單位文件名稱相關內容2021年3月國務院中華人民共和國國民
65、經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要重點研制分散式控制系統、可編程邏輯控制器、數據采集和視頻監控系統等工業控制裝備,突破先進控制器、高精度伺服驅動系統、高性能減速器等智能機器人關鍵技術。發展增材制造。2022年2月國務院十四五國家老齡事業發展和養老服務體系規劃提升家庭服務機器人等適老產品的智能水平、實用性和安全性,開展家庭、社區、機構等多場景的試點試用,強化老年用品的科技支撐。2022年5月國務院十四五國民健康規劃推進智能服務機器人發展,實施康復輔助器具、智慧老齡化技術推廣應用工程。2022年6月應急管理部十四五應急救援力量建設規劃開展高智能救援機器人.水下搶險機器人等技術與
66、裝備研究開發,建設完善地震和地質災害救援隊伍。2022年12月發改委十四五擴大內需戰略實施方案豐富5G網絡和千兆光網應用場景,加快研發超高清視頻、虛擬現實、可穿戴設備、智能家居、智能教學助手、醫療機器人等智能化產品。服務機器人主要相關國家政策服務機器人-產業鏈圖從產業鏈角度出發,服務機器人產業可分為上游的核心零部件和軟件系統開發,中游的服務機器人本體制造,下游的個人消費者和各個應用場景的商業用戶。服務機器人產業鏈涉及的技術橫跨通信、人工智能等多個高新技術領域,各環節技術壁壘均較高;在上游的硬件部分,減速器、機器人用伺服電機、控制器是組成服務機器人的核心三大零部件。由于服務機器人更加重視智能化、
67、人性化,因此AI芯片、傳感器等核心零部件同樣重要。在上游的軟件系統開發部分,人工智能、SLAM、操作系統等組成服務機器人的軟件及系統;在產業鏈中游,服務機器人的本體制造主要分為個人/家用服務機器人、公共服務機器人、特種機器人三大類。下游則為教育、娛樂、醫療、清潔、安防、餐飲、消防等應用場景用戶以及個人消費者。芯片舵機傳感器減速器控制器攝像頭電源模組存儲器其他元器件核核心心零零部部件件其其他他零零部部件件設計研發加工組裝語音識別操作系統圖像識別語義識別系系統統集集成成整整機機制制造造家用服務機器人醫療服務機器人產產品品應應用用公共服務機器人核心技核心技術模塊術模塊環境感知模塊運動控制模塊人機交互
68、模塊操作系統模塊芯片模塊上游上游中游中游下游下游服務機器人市場規模 據中國電子學會數據,預計全球服務機器人市場規模將從2020年的138億美元增長至2024年的290億美元,2020-2024年CAGR約20%。從國內看,2024年我國服務機器人市場規模將達102億美元,2020-2024年CAGR約 29%。0%10%20%30%40%50%60%70%020406080100120201720182019202020212022E2023E2024E中國服務機器人市場規模(億美元)yoy0%10%20%30%40%50%05010015020025030035020172018201920
69、2020212022E2023E2024E全球服務機器人市場規模(億美元)yoy20202020-20242024全球服務機器人市場規模全球服務機器人市場規模20242024中國服務機器人市場規模中國服務機器人市場規模服務機器人-傳感器環境感知技術作為機器人系統不可或缺的一部分,與智能機器人的地圖構建、運動控制等功能息息相關。一旦機器人失去感知能力將無法幫助人們完成具體工作任務,因此它是機器人的“感知+運控+交互”技術體系融合發展的基礎和前提條件。機器人的感知功能通常需要通過各類傳感器來實現,借助傳感器,機器人能夠及時感知自身和外部環境的參數變化,為控制和決策系統做出適當響應提供數據參考,具體
70、來看機器人的環境感知一般需要應用各類傳感器來代替人類感覺,如視覺、聽覺、觸覺等,強抗干擾能力、高精度以及高可靠性是機器人對傳感器的最基本要求。參考來源:Aminer2018AI之機器人學研究報告機器人對傳感器的三大機器人對傳感器的三大需需求求強抗干擾能力由于機器人工作環境復雜未知,因此機器人需具備抗電磁干擾、灰塵和油垢等惡劣環境的干擾能力。高精度傳感器幫助機器人自主完成制定工作,如果其精度很差,則直接影響機器人的作業質量。高可靠性若傳感器不穩定,很容易導致機器人出現故障,嚴重則可能造成重大事故。對機器人地圖構建功能的補充幫助機器人對周圍環境進行檢測、識別和追蹤使機器人能夠觀察和理解人類行動,與
71、人類友好共存環境感知技術對機器人環境感知技術對機器人的的作用作用服務機器人-多傳感器融合傳感器技術是影響機器人環境感知技術模塊發展進程的核心因素。系統內的單個傳感器通常僅能獲得環境的信息段或測量對象物的 部分信息,而機器人為整合多渠道數據信息并處理復雜情況,需從視覺、觸覺、聽覺等多維角度配置相應傳感器來采集環境信息,因此傳感器種類繁雜、成本高但使用率低。當前,通過綜合運用視覺、壓力等多種傳感器,深度融合軟硬件,不斷優化控制算法,服務機器人自主智能水平大幅提高,目前機器人對環境的感知大多通過激光雷達、攝像頭、毫米波雷達、超聲波傳感器、GPS這五類傳感器及其之間的組合來實現自主移 動功能。各類型傳
72、感器對比各類型傳感器對比傳感器類型傳感器類型探測距離探測距離精度精度功能功能優點優點缺點缺點激光雷達100米極高障礙檢測、動態障礙檢測、識別與跟蹤、路面檢測、定位和導航、環境建模實時測量周圍物體與自身距離,測量精度高使用效果易受雨雪等惡劣天氣的影響攝像頭50米一般利用計算機視覺判別周邊環境與物體、判斷前車距離目前唯一能夠辨別物體的傳感器易受光影影響;辨別能力依賴算法;識別穩定性較差毫米波雷達250米較高感知大范圍內車輛的運行情況,多用于自適應巡航系統性價比高無法探測行人超聲波傳感器3米內高探測低速環境,常用于自動泊車系統能探測絕大部分物體,且具有較高穩定性無法進行遠距離探測GPS短期測量精度高
73、實時定位導航,把控環境情況能夠實現全局視角的定位無法獲得周圍障礙物的位置信息服務機器人-傳感器激光雷達是一種用于獲取精確位置信息的傳感器,可以確定物體的位置、大小等,由發射系統、接收系統及信息處理三部分組成,其優點主要包括分辨率高、抗干擾能力強、不受光線影響以及體積小、質量輕等,相較于其他類型的傳感器,激光雷達在精度和探測人體的穩定性方面能力十分突出,因此在機器人的感知系統中占據核心位置。中國主要激光雷達公司產品信息中國主要激光雷達公司產品信息激光雷達公司激光雷達公司核心產品核心產品雷達類型雷達類型應用領域應用領域思嵐科技RPLIDAR 360度激光掃描測距雷達固態機器人、AGV速騰聚創RS-
74、LiDAR-16/32混合固態自動駕駛、機器人、無人機禾賽科技NASDAQ:HSAPandar系列與Pandora機械/固態自動駕駛、機器人鐳神智能N301系列固態機器人、AGV、無人機北醒光子TF系列單點測距激光雷達固態自動駕駛、機器人、無人機、AGV服務機器人-傳感器受益于無人駕駛、高級輔 助駕駛(ADAS)和服務機器人領域的需求,有望迎來高速增長期。據 velodyne 預測,2022 年 智能駕駛將占總市場規模的 60.5%,成為激光雷達產業最大的增長極,工業、無人機、機器人領域各占比 24.4%、8.4%、4.2%;服務機器人領域的激光雷達市場規模預計將持續增長,根據禾賽科技公開招股
75、書援引沙利文研究預測,伴隨全球服務型機器人出貨量的增長以及激光雷達在服務型機器人領域滲透率的提升,至 2026 年激光雷達在該細分市場預計達到 4.7 億美元市場規模,2021 年至 2030 年的復合增長率可達 71.5%。20222022 年年激光雷達市場細分占比激光雷達市場細分占比來源:Velodyne招股說明書全球激光雷達在機器人的市場規模及預測全球激光雷達在機器人的市場規模及預測來源:禾賽科技招股說明書服務機器人-運動控制技術運動控制指機器人為完成各種任務和動作所執行的各種控制手段,既包括各種硬件系統,又包括各種軟件系統,控制系統是提高機器人性能的關鍵因素,主要包含位置控制、速度控制
76、、加速度控制、轉矩或力矩控制幾種控制類型。服務機器人的運動控制主要有電機系統和液壓系統兩種實現方式。對于服務機器人來講,其在運動控制方面的任務中最重要的兩項 為:定位導航與運動協調控制。電機系統電機系統液壓系統液壓系統參考來源:視點|運動控制能力成機器人發展最確定性的方向技術優點缺點應用服務機器人運動控制重點研發方向服務機器人運動控制重點研發方向服務機器人運動控制主要動力實現方式服務機器人運動控制主要動力實現方式定位導航機器人需要通過環境感知,對自身和目標進行定位、導航和運動規劃,SLAM技術是目前廣泛應用的導航 技術。運動協調控制機器人一般采用輪式或履帶式,足式機器人相對較少。由于輪式和履帶
77、式底盤相對足式具備較強的穩定性和可靠性,因此目前市場應用較廣泛。但足式機器人更擅于應對復雜多樣的行走環境,是未來的發展趨勢之一。成熟度高控制靈活,使用方便輸出功率小、減速齒輪等傳動部件容易磨損在移動機器人和小型人形機器人中應用較為廣泛,一般需要使用幾十個甚至上百個電機來實現運動控制系統復雜性高,定制設計比較多功率密度大,力矩慣量大,震動吸收發熱大、效率低、精度要求高、造價高目前主要是一些大型人形機器人或四足機器人中應用較多服務機器人-即時定位與地圖構建SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,即時定位與地圖構建),是機器人通過對各種傳感器數據進行采集
78、和計算,生成對其自身位置姿態的定位和場景地圖信息的系統,SLAM技術對于機器人的運動和交互能力十分關鍵;SLAM系統通常包含多種傳感器和多種功能模塊,按照核心的功能模塊區分,目前常見的機器人SLAM系統可分為兩種形式:基于激光雷達的SLAM(激光SLAM)和基于視覺的SLAM(V-SLAM),激光SLAM目前發展比較成熟、應用廣泛,未來多傳感器融合的SLAM技術將逐漸成為技術趨勢,取長補短,更好地實現定位導航。來源:思嵐科技分類特點成本應用場景易用性主要廠商激光雷達分為單線、多線能測量周圍障礙點的角度和距離等信息,其特點是快、準、?。翰杉俣瓤?、測量精準、計算量小整體來講較昂貴,但市面上陸續出
79、現低成本激光雷達主要應用在室內,用來進行地圖構建和導航工作攝像頭分為單目、雙目、單目結構光、雙目結構光、ToF直接獲取環境中的點云數據,根據生成的點云數據,測算障礙物位置以及障礙物的距離Velodyne、SICK、HOKUYO、思嵐科技、北醒光子、北科天繪、??低?、斯坦德機器人、極智嘉、星秒科技、嘉東光學基于深度相機的視覺SLAM可直接獲取數據;而基于單目、雙目、魚眼攝像機的視覺SLAM 方案,則不能直接獲得環境中的點云,而是形成灰色或彩色圖像,需要通過不斷移動自身的位置,通過提取、匹配特征點,利用三角測距的方法測算出障礙物的距離速感科技、遠形時空、INDEMIND、詮視科技、中安未來、凌云
80、、小覓智能、中舜光電、樂行天下精度比激光雷達略遜色(低速、簡單環境下二者差別不大),但應用場景更豐富,由于可以拍攝并理解畫面,可應用于各種復雜且動態的場景相對激光SLAM便宜在室內外環境下均能開展工作,對光依賴度高激光激光SLAMSLAMV V-SLAMSLAM激激光光S SL LA AMM與與V V-S SL LA AMM特征對比特征對比服務機器人-舵機舵機是步態服務機器人的核心零部件和成本構成,是包含電機、傳感器、控制器、減速器等單元的機電一體化元器件,舵機可以驅動和控制服務機器人的關節運動,關節越多,所需舵機數量越多,對舵機力矩的要求也越高;由于中國在此領域起步較晚,中國市場目前仍然有一
81、大部分市場份額被外資品牌占據,其中的減速器、電機等零件國外已基本形成壟斷局面,但隨著機器人行業的迅速發展,越來越多機器人企業也開始重視舵機的自主研發,技術在發展過程中實現不斷突破,同時國產品牌相較外資品牌具備明顯的價格優勢和渠道下沉優勢,有望未來實現國產替代,例如優必選公司開發的舵機,自主改進算法,其價格僅為國外同等參數產品的三分之一??刂齐娐分绷麟妱訖C減速齒輪組位置反饋電位計控制脈沖電壓反饋舵機工作原理舵機工作原理典型應用:智能人形機器人典型應用:智能人形機器人體積小扭矩大結構緊湊滿足特定減速比對減速裝置的具體需求對減速裝置的具體需求服務機器人-人機交互技術人機交互是指借助計算機外接硬件設備
82、,以有效的方式實現人與計算機對話的技術。在人機交互(Human-Computer Interaction)中,人通過輸入設備給機器輸入相關信號,這些信號包括語音、文本、圖像、觸控等的一種或多種模態,機器通過輸出或顯示設備給人提供相關反饋信號。服務機器人的人機交互,就是使用人機交互技術,通過屏幕、語音、手勢視覺、Web后臺等一系列的方式來控制機器人按照用戶的意圖執行任務,一個完善的機器人系統需要友好的交互技術做支撐,功能齊全人機交互系統能極大提升機器人使用體驗,吸引用戶使用。30交互信息采集交互動作識別交互指令映射邏輯處理單元交互動作響應物理設備層交互詞法層交互語法層交互語義層應用接口層語音、手
83、勢、體感、用戶身份語音識別多用戶交互隊列機制觸控手勢交互指令映射自然語言處理協同、互斥訪問機制觸控手勢識別:觸點動態跟蹤與運動軌跡匹配算法體感手勢識別:物理參數模型匹配算法體感手勢交互指令映射多模態人機交互系統及其控制方法多模態人機交互系統及其控制方法服務機器人-人機交互技術基于語音的人機交互是當前人機交互技術中最主要的表現形式之一,它以語音為主要信息載體,使機器具有像人一樣的“能聽會說、自然交互、有問必答”能力,其主要優勢在于使用門檻低、信息傳遞效率高,且能夠解放雙手雙眼。目前國內的頭部技術供應商主要包括科大訊飛、云知聲、思必馳、出門問問等。它們均擁有自主核心科技,專注智能語音技術及輸出語音
84、識別等應用,其中科大訊飛的語音識別技術能力最強,市場占有率最高,目前行業整體語音識別成功率已達較高水平,但在具體落地時仍然會存在諸如語音交互效果受周圍環境影響較大、溝通方式不夠人性化等問題,因此仍需在場景應用層面繼續改善。語音識別(ASR)自然語言處理(NLP)語音合成(TTS)智能設備指令語音指令文本回復文本回復音頻語音交互基本流程語音交互基本流程將聲音轉化成文字的過程,相當于耳朵理解和處理文本的過程,相當于大腦把文本轉化成語音的過程,相當于嘴巴中國主要語音交互技術公司基本信息公司名稱成立時間定位產品或服務類別科大訊飛1999專業從事智能語音及語言技術研究、軟件及芯片產品開發,語音信息服務及
85、電子政務系統繼承的國家級骨干軟件開放平臺和消費者業務、智慧城市、智慧教育、智慧汽車、智能建筑、智能醫療、蒸發業務等應用或系統服務云知聲2012專注于物聯網人工智能服務,擁有完全自主知識產權,是世界領先的智能語音識別AI技術企業之一行業服務機器人、智能家居、智慧車載、智慧醫療、智慧教育等應用或系統服務思必馳2007致力于自然語言人機交互的移動互聯網公司AIOT、AI芯片、AIBOT、AI生態,涉及車聯網后裝、智能音箱、兒童平板/故事機等重點領域出門問問2012以語音交互和軟硬結合為核心的人工智能公司手機app、AI智能穿戴設備和為物聯 網、金融、電信、健康養老、餐飲、車載等企業級場景提供服務來源
86、:聯訊證券研究院服務機器人-人機交互技術體感交互是直接通過對人的姿勢的識別來完成人與機器的互動,體感交互主要是通過攝像系統模擬建立三維空間,同時感應出人與設備之間的距離與物體大小,這種交互方式區別于傳統鼠標、鍵盤、多點觸摸式交互的交互方式,是由即時動態捕捉、圖像識別、語音識別、VR等技術融合衍生出的交互方式。交互形式的合理性、交互行為的簡潔性、交互意圖的準確性以及交互反饋的即時性是發展體感交互技術過程中的四大重要因素,體感交互技術早期以圖像識別設備為實現載體,但隨著體感交互技術的發展成熟,機器人未來有望成為高層次體感交互的載體。參考來源:熊夏潔面向公共空間的體感交互應用設計與研究;AMiner
87、2018 AI 之機器人學研究體感交互四大特性體感交互四大特性交互方式的合理性交互行為的簡潔性交互意圖的準確性交互反饋的即時性交互動作的設計需要考慮動作的使用頻率和用戶的疲勞程度,同時需符合實際用戶需要對行為進行認識與理解,簡潔能夠降低用戶認知負荷與學習成本由交互行為表達的準確性決定的,明確的動作觸發指示能夠減少判斷失誤這決定了交互過程的流暢程度,從而進一步影響用戶參與意愿圖像和肢體動作成為一種輸入形式,便捷性大大增強機器人有望結合語音+圖像+觸感等各類輸入輸出形式,成為更高層次體感交互的載體圖像識別開啟體感交互時代大門,以圖像識別設備為載體體感交互發展變化歷程體感交互發展變化歷程服務機器人-
88、操作系統機器人操作系統是用于機器人的一種開源操作系統或次級操作系統,是為機器人標準化設計而構造的軟件平臺,提供一系列用于獲取、建立、編寫和運行多機整合的工具及程序。它能夠有效地提高機器人研發代碼的復用率,簡化多種機器人平臺之間創建復雜性 和魯棒性機器人行為的任務量,當前全球主流機器人操作系統為Android系統和ROS(Robot Operating System)系統。中國自研智能機器人操作系統目前還在發展當中,大部分公司都是基于底層主流操作系統的開源架構做進一步開發,使其適合自身個性化應用,機器人操作系統的發展并非一成不變,而是始終處于不斷開發與完善之中,未來機器人操作系統的成熟程度不僅受
89、硬件發展程度的制約,同時也需要全球眾多優秀開發者參與其中合力促進。全球兩大主流操作系統特征對比全球兩大主流操作系統特征對比AnAnd dr roidoid系統系統R RO OS S系統系統基于Linux內核;支持Java和C+(NDK層);適合普通交互場景;由谷歌公司開發;占據智能手機和平板電腦的絕大部分市場份額;在機器人領域也有部分應用;基于Linux內核;支持多種語言,如C+、python、Octave和LISP,甚至支持多種語言混合使用;適合需應用復雜算法的場景;誕生于斯坦福AI實驗室;目前已包含超2000個機器人平臺的常用軟件包;在諸多大學和研究機構中被廣泛應用;特征特征應用應用特征特
90、征應用應用服務機器人-芯片機器人在定位導航、視覺識別、處理傳輸、規劃執行等環節都需要用到不同類型的芯片,因此芯片對于機器人有至關重要的作用,一般在機器人中,幾個支持芯片會將接口集合起來,之后再統一連接到微控制器上,這些支持芯片也能夠實現對信號的預處理,從而降低控制中樞的工作負載量,實現機器人的快速反應,從應用范圍看,機器人所應用芯片可分為通用芯片和專用芯片兩類。對于通用芯片和專用芯片的探索研發都具有重要意義,中國的通用芯片技術發展水平與外國相比仍然存在很長的路要走,短期內無法完全扭轉落后格局,而在人工智能芯片領域中國的發展情況目前走在世界前端,有望通過現有技術優勢提升國際影響力,成為生態建設中
91、的重要一環。部署位置部署位置芯片類型芯片類型訓練訓練推理推理GPU英偉達、AMD英偉達云端FPGA英特爾、賽靈思英特爾、賽靈思、亞馬遜、微軟、百度、阿里ASIC谷歌谷歌、寒武紀、比特大陸、Groq、WaveComputingGPU-英偉達、ARM終端FPGA-深鑒科技ASIC-寒武紀、地平線、華為海思、高通、ARM主要人工智能芯片類型及企業主要人工智能芯片類型及企業中國機器人芯片代表性企業及產品中國機器人芯片代表性企業及產品來源:CSDN、平安證券研究所企業名稱企業名稱芯片型號及功能芯片型號及功能典型客戶典型客戶瑞芯微RK3399:AI+圖像識別+定位導航RV1108:圖像視覺定位導航科沃斯掃
92、地機器人炬芯ATS系列巴巴騰、智伴珠海全志R58小魚在家山景藍牙音頻方案小騰陪護機器人服務機器人-終端應用根據中國服務機器人細分應用市場數據顯示,相較于醫療服務機器人與公共服務機器人,家用服務機器人占據最大的市場份額,是率先實現產業化的細分領域。2014年底,以亞馬遜Echo為代表的智能音箱在全球掀起了熱潮,這代表著以智能語音技術為代表的AI技術變革興起;同時期,兒童 教育與玩具市場開始進入蓬勃發展時期,在兩股熱潮的共同推進下,從2015年開始,在中國市場上智能語音技術開始以教育型、娛樂型機器人等產品形態大規模爆發,而以掃地機器人為代表的工具型機器人則因其契合市場需求的特征在早期迅速打開市場并
93、實現大規模量產,目前已成為產業化程度最高的細分品類。20202121年中國服務機器人細分市場占比年中國服務機器人細分市場占比66.78%家用服務機器人醫療服務機器人16.67%公共服務機器人16.54%20172017-20222022中國智能語音產業規模及增長率中國智能語音產業規模及增長率數據來源:智研咨詢105.2151.5193.8274.6353.4401.5544.00%27.90%41.70%28.70%13.60%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%50.00%05010015020025030035
94、0400450201720182019202020212022市場規模增長率從我國智能語音市場來看,科大訊飛與百度占據較高市場份額,分別為44.2%、27.8%,蘋果、Nuance、小i機器人市場份額占比分別為15.4%、6.9%、3%。服務機器人-家用服務機器人億歐智庫認為機器人的實際底層價值為滿足用戶需求。在個人/家用領域,主要存在效率提升、教育及娛樂休閑等基本需求,研究中將主要關注工具型機器人和教育型機器人這兩大類別。目前市面上仍有許多產品功能冗雜、定位不清晰,同時堆疊早教、娛樂、管家等多項功能。因此本研究未將娛樂類、管家類機器人列入研究范圍。目前在家用服務機器人領域的細分品類當中,在工
95、具型機器人領域,掃地機器人、智能音箱等產品已實現規?;慨a,在教育娛樂型機器人中,Makeblock、藍宙科技等STEAM教育機器人公司都處于迅速增長中,教育陪伴類機器人也經歷了產品的不斷更迭發展。家用服務機器人主要分類家用服務機器人主要分類產品產品:以掃地機器人為典型代表作用作用:提高效率總體銷量總體銷量:千萬級工具型機器人教育型機器人教育型機器人產品產品:教育陪伴機器人、STEAM教育機器人等作用作用:教育、娛樂總體銷量總體銷量:百萬級服務機器人-家用服務機器人工具型家用服務機器人消費品屬性明顯,市場規模及行業發展速度由消費者需求驅動,因此衡量工具型家用服務機器人落地場景是否具備發展空間的
96、主要因素為是否存在剛需、使用頻次以及個性化程度,其中掃地機器人近幾年發展勢頭尤為猛烈,這與家用場景下的清潔需求屬于剛性需求、需求頻次高及個性化程度低的特征密不可分。而對于具體工具型服務機器人品牌來講,品牌認知度、核心技術研發與創新能力是其核心競爭力的重要來源,從這兩項因素來看,早期進入者容易建立較高的競爭壁壘,新進入者難以在短時間內獲得競爭優勢。選擇產品落地場景的考慮因素選擇產品落地場景的考慮因素是否存在剛需是否存在剛需服務機器人選擇該場景落地的必要性個性化程度個性化程度影響產品后期是否容易產業化放量工具型家用服務機器人企業核心競爭力工具型家用服務機器人企業核心競爭力使用頻次影響消費者對產品的
97、接受度,從而影響市場規模品牌認知度品牌認知度由于工具型機器人貼近消費市場,品牌則代表了安全與質量,因此品牌認知度會是消費者選擇工具型消費機器人的重要參考項。核心技術研發與創新能力核心技術研發與創新能力技術創新是保證產品更新迭代以及智能化程度提高的重要因素,從而達到提升用戶體驗,深化實用價值的效果。服務機器人-家用服務機器人通常來說,掃地機器人并非嚴格意義上的機器人,而是在吸塵器基礎上進行智能化改造,加入了路徑規劃、傳感器等功能。很多掃地機器人廠家早期均是做吸塵器或電機起家,掃地機器人也常常歸為智慧家居的一部分。據奧維云網數據,2022 年我國掃地機器人市場規模約為124 億元,同比增長3.4%
98、;零售量約為441 萬臺,同比下滑23.8%,長周期而言,低滲透率,高成長空間的大單品屬性決定了掃地機器人仍有較大空間,但從整體的市場滲透率角度來看,中國還與美國存在一定差距,存在較大可擴展空間。預計2023年產品層面的降本將給終端價格帶來漸進下行空間,從而刺激用戶購買需求。假設降本+減配性價比款可以實現20%的成本下降,那么均價有望回到2200元附近,接近2021年行業均價水平。如果按照2021年行業銷量578萬臺估計,則2023年行業有望實現20%-30%的量增。20201 17 7-20202222年中國掃地機器人銷量、銷售額及增速年中國掃地機器人銷量、銷售額及增速37%50%3%18%
99、28%3%54%45%4%-12%-30%-20%-24%-10%0%10%20%40%50%60%0100200300400500600201720182019零售額(億元,左軸)銷售額YOY(%,右軸)202020212022銷售量(萬臺,左軸)銷售量YOY(%,右軸)來源:奧維云網掃地機掃地機器人滲透情況器人滲透情況注:滲透率計算數據為2011年-2021年,年銷量數據使用2021年數據422613 628654 578441.4 服務機器人-家用服務機器人行業均價提升的背后,是產品端的不斷創新,帶樁產品(自清潔款、自集塵款)快速鋪開,行業零售均價大幅提升。從價格結構來看,行業3000元
100、+價格產品占比由2021年的52%上升 至2022年的78%;從產品結構來看,單機掃地機器人產品2022年占比從2021年同期的46%下降至14%,帶樁產品(自清潔、自集塵、自清潔+自集塵)占比提升至86%。20212021-20222022年掃地年掃地機機器器人人分分價價格格段段產產品品銷銷售售額額分分布布(元元)20212021-20222022年掃地年掃地機機器器人人細細分分產產品品類類型型銷銷售售額額占比占比202220219.9%22.4%25.8%37.9%3.7%10.2%11.9%40.3%28.5%9.3%0%40%60%80%100%2000-3000-40004000-5
101、0005000+2000-300046%5%14%2%39%39%10%45%0%20%40%60%自清潔款100%80%自清潔&自集塵款20212022單機款自集塵款服務機器人-家用服務機器人從格局來看,2022年行業集中度仍在繼續提升,留給新品牌的空間越來越小。據奧維云數 據,2022年,TOP5品牌市占率達92.6%,較2021年底同比+4.6pct。其中石頭顯著,份 額從2021年14%大幅提升至21%;科沃斯份額有所下滑,云鯨與小米維持原有地位,追覓則取代美的進入TOP5陣營。20202020-20222022年頭部品牌市年頭部品牌市占占率率變變化化40%15%10%7%21%科沃斯
102、石頭云鯨小米追覓其它2022年45%14%16%11%科沃斯石頭云鯨小米美的其它2021年88%2%40.9%15.7%11.0%10.7%科沃斯小米石頭云鯨美的2020年92.6%83%4.8%來源:奧維云網服務機器人-教育型機器人教育與機器人的結合具有極大的想象和可開拓空間,從中衍生出了教育機器人與機器人教育這兩大概念。二者的主要區別在于:教育服務機器人具有固定結構,一般不支持用戶自行拆裝。協助進行教學或學習活動的“機器人教育”和具有教育服務智能的“教育服務機器人”可統稱為教育機器人;北京師范大學發布的2019全球教育機器人發展白皮書依據“適用對象”與“應用場域”兩個維度將教育機器人劃分為
103、以下12個 主要品類,包含主要應用在家庭、學校教室以及專用場景下的教育機器人等。44幼兒小學生中學生大學生成人老人個人攜帶家庭空間學校一般教室學校專用教室學校公用空間校外培訓機構專業培訓機構社會公共場所應用場域智能玩具兒童娛樂教育同伴家庭智能助理課堂機器人“助教”機器人“教師”遠程控制機器人特殊教育機器人STEAM教具手術醫療培訓安全教育機器人復健看護教育服務機器人與機器人教育內涵區別教育服務機器人與機器人教育內涵區別教育服務機器人教育服務機器人指具有教與學智能的服務機器人,通常被用于進行STEAM教育、語言學習、特殊人群學習等主題的輔助與管理教學中。機器人教育機器人教育指一系列的活動、教學課
104、程、實體平臺、教育資源或教育哲學,一般來說,模塊化機器人和機器人套件是機器人教育中常見的輔助產品。來源:北京師范大學2019全球教育機器人發展白皮書教育機器人產品主要分類教育機器人產品主要分類適用對象工業制造培訓服務機器人-教育型機器人人工智能技術的發展推動整個教育機器人市場的變革。教育機器人發展初期以技術概念為主要賣點,但技術成熟度不夠導致實際產品性能不足,發展中期,市場上產品同質化嚴重,魚龍混雜,存在大量低價格戰與營銷大戰;目前及未來階段,行業正逐步回歸教育本質,希望人工智能技術與教育應用真正進行深度結合,創造實際價值。教育機器人發展階段教育機器人發展階段45技術概念為產品主要賣點低價格與
105、營銷為市場主要特征技術與教育深度結合,專注細分場景教育機器人市場發展初期,技術的受關注度更高,各類搭載人工智能技術(語音交互、圖像識別等)的產品層出不窮。但當時的人工智能等技術實際成熟度不夠,導致產品新奇性效果大于實際用處,產品在實際應用中解決問題的能力差距很大。隨著市場逐漸發展,教育機器人領域開始出現大量價格戰與營銷戰,產品同質性高且魚龍混雜。這種現象不僅導致用戶的產品信心被消耗許多,同時也導致人工智能技術在教育領域的深度應用探索受到影響。許多專注于技術研究的公司發展遇阻,技術研發開支受到影響,同時也不得不舍棄部分技術開發應用,降低產品性能與價格。在現階段及未來,許多行業內參與者們開始注重回
106、歸教育本身,著重強調將人工智能等技術與教育的深度結合,注重產品搭載的教育內容以及解決實際問題的重要性。未來產業生態的建立需要各方的共同參與與促進。發展中期發展中期發展早期發展早期現階段及未來現階段及未來服務機器人-教育型機器人的從市場發展現狀來看,許多類型的產品如課堂機器人助教、機器人“教師”等仍處于概念性發展階段,產品仍需歷經市場驗證;根據目前市面上主流教育機器人產品的功能,本研究將主要聚焦以下兩大類別:教育陪伴機器人和STEAM教育機器人;這兩種類型的機器人主要特征區分明顯,但均與人工智能技術的發展密切相關。參考來源:國金證券研究所研究所涉及教育機器人產品的主要功能研究所涉及教育機器人產品
107、的主要功能智能玩具智能玩具主要在滿足玩樂需求的基礎上加入教學設計,“寓教于樂”地學習生活、語言、社交等知識。兒童娛樂教育同伴兒童娛樂教育同伴伴隨0-12歲兒童成長的機器人,在與兒童玩樂與學習地過程中,達到寓教于樂地效果。STEAMSTEAM教具教具融合科學、技術、工程、藝術、數學等多學科教育理念所設計的教學工具。教育陪伴機器人教育陪伴機器人STEAMSTEAM教育機器人教育機器人需求滿足特征市場發展現狀研究所涉及教育機器人產品的主要類別研究所涉及教育機器人產品的主要類別幼兒啟蒙、教育陪伴外形、文字、語音、圖畫等編排合理,模塊化設計、操作交互設計是關鍵家長主導的可選需求,市場范圍廣,口碑相對重要
108、技術難度和成本相對較低,市場產品多種多樣,但產品同質化嚴重,需更契合用戶需求痛點興趣實踐、益智類許多支持積木式拼裝和圖形化編程,在邏輯能力、動手能力方面有教育價值家長和教師共同決策的混合市場,培訓機構參與其中,受國家政策方向影響產品個性化程度低,容易規?;諜C器人-教育型機器人的教育機器人的市場可分為TO B和TO C。其中在B端的主要客戶為學校和培訓機構,主要提供機器人的產品、課程、培訓等,由學校老師或機構老師帶領學生學習;在C端則是主要針對家庭場景陪伴和方便孩子學習;由于教育機器人涉及教育內容的專業性等眾多因素,因此眾多公司均從針對學校及培訓機構的產品開始做起,然后再逐漸拓展C端市場,一
109、方面從B端切入可以讓學?;蚺嘤枡C構做背書,幫助企業提高影響力,積累潛在客戶,另一方面,擴展C端業務不僅能解決TO B模式的客單價低且難規模擴張的問題,同時能通過B端引流,降低TOC模式的高獲客成本。教育機器人客戶與商業模式分類教育機器人客戶與商業模式分類47客戶分類客戶分類商業模式一種為提供硬件產品,包括相關教室設計建造和教具等;另一種為輸出標準化解決方案,提供教具、課程、師資培訓或教學服務。市場空間出貨量大且用戶粘性高,較難規?;瘮U張。學校端的考慮因素主要在于政策發展方向、提高學校競爭力等;培訓機構端的考慮因素在于提高課程吸引力及機構宣傳性。B B端端C C端端商業模式面向個人/家庭,公司可
110、直接通過線上/線下渠道 向用戶輸出硬件產品。市場空間市場空間較大且前景可觀,但目前還處于初級培育期。用戶端的考慮因素在于性價比高、使用效果顯著。服務機器人-教育型機器人的教育機器人市場歷經多年時間的發展之后,目前市場仍未達到爆發式增長階段。在供應端,目前產品技術成熟度仍未超過用戶實際需求水平。在交互、反饋與個性化等方面,教育機器人的智能化程度均不夠滿足實際需求,在需求端,各路玩家近幾年來紛紛通過價格戰、技術營銷等方式教育市場,目前市場用戶對教育機器人的概念認知已經基本建立,但供應端產品發展不成熟,這導致用戶對產品功能定位的認知仍然不夠清晰,同時對于相關品牌的認知統一度也不高,尚未形成穩定的消費
111、意識與習慣。因此,教育機器人的發展循環邏輯為:供應端產品成熟促進需求端認可度和消費意愿提升,從而促進市場放量,這將進一步促進供應端技術迭代與產品成熟。供應端供應端市場放量促進技術迭代技術成熟且真正解決用戶需求需求端需求端市場需求量真正爆發用戶對產品認可度提高,提升消費意愿技術層面技術層面軟件、硬件以及人工智能技術真正實現有機結合應用層面應用層面教育機器人產品能夠從具體細分場景切入,真正滿足用戶實際需求教育機器人發展循環邏輯教育機器人發展循環邏輯教育機器人市場成熟關鍵影響因素教育機器人市場成熟關鍵影響因素服務機器人-教育型機器人工具型機器人教育型機器人教育陪伴機器人STEAM教育機器人服務機器人
112、-公共服務機器人多元化商業模式幫助企業探索更多發展可能性,拓寬發展路徑。由于服務機器人產品定價整體處于較高區間且后期維護成本高昂,部分客戶由于資金壓力或產品認知度不夠而不希望直接全額采購機器人產品,則租賃對于此類客戶而言是相對合適的模式,代理銷售模式通過擴寬產品的銷售渠道同時將售后運維等服務外包幫助公司自身降低了遠程運維成本,對外提供技術解決方案模式則能夠 幫助企業更好地打磨自身技術實力,更迭創新。除多元化商業模式外,長期經驗積累總結出的專用型發展路徑也能夠幫助公司找準自身優勢場景,實現快速落地迭代,在發展過程中以點切面則能夠幫助公司建立長期競爭優勢,實現穩步增長。租賃運營將機器人以租賃的方式
113、給客戶,價格相對便宜優勢:價格可承受,客戶接受度較高劣勢:資金流轉相對慢整機售賣直接將整機出售給客戶,價格較為昂貴優勢:回款快劣勢:價格較高,客戶付費意愿相對較低代理銷售將機器人交給代理商銷售,由代理商與客戶直接交易優勢:拓寬銷售渠道,售后服務外包降低遠程運維成本劣勢:毛利較低將自身硬件或軟件技術提供給行業內其他公司使用技術優勢:業務模式靈活,技術提供不斷打磨劣勢:無法獲得終端客戶應用情況公共服務機器人商業模式公共服務機器人商業模式公共機器人整體發展路徑變化公共機器人整體發展路徑變化64參考來源:明華觀察通用型專用型技術能力限制市場表現不佳行業發展初期,用通用軟硬件平臺構造機器人,使機器人能夠
114、在銀行、餐廳、商場等各類場景中均能靈活地承擔導覽、協作等多種任務,這種通用化發展路徑是各公司都認同且努力探索的方向,但最終嘗試結果不盡如人意。各公司在發展過程中逐漸意識到只注重科技或研發覆蓋多領域業務的機器人很難在市場上有好的表現。隨著發展浪潮的推進,大量國內外公司在2018-2022年出現倒閉或退出現象。目前在市場競爭中占據較好位置的服務機器人基本上都找到了自身的優勢場景,如普渡科技專注于餐廳的配送、高仙機器人專注于商用清潔服務。服務機器人公司最核心的競爭壁壘是找到有發展前景的垂直場景,并在此細分領域形成先發優勢。服務機器人-公共服務機器人從公共服務機器人行業參與者整體分布情況來看,目前各賽
115、道并不擁擠,行業并未進入白熱化競爭階段,其當下的商業化應用困局 主要來源于缺乏技術沉淀以及難以尋找到準確的行業剛需。技術積累、場景積累及穩定供應鏈是判斷公司發展潛力的三大要素,這三大要素涵蓋了內外部及供需端影響因素,是判斷行業中的公司能否保持長期競爭力的重要依據,而行業參與者在選擇自身具體落地的細分領域時,除需緊密結合自身特征及優勢外,還應從場景需求真實性、客戶付費意愿及產品規?;@三大因素對于落地場景進行考量。公共服務機器人落地場景選擇因素公共服務機器人公司競爭要素技術積累技術積累技術積累是參與者必不可少的競爭要素。服務機器人行業是技術密集型行業,深厚的技術沉淀可以幫助公司更快、更好地適應與
116、滿足落地需求,同時具備核心及先進技術也是公司在發展過程中不被卡脖子的重要保障。場景積累場景積累場景積累是公司能夠構筑的重要競爭壁壘。長期深耕細分領域,深度探索理解場景需求,吸收所獲項目經驗,這能夠幫助公司獲得先發優勢,快速迭代產品。穩定供應鏈穩定供應鏈穩定優質的供應鏈能夠保證成本控制與生產量控制。尤其在行業發展初期,具備穩定供應鏈能夠有效幫助公司在艱難環境中存活下來。場景需求真實性場景需求真實性剛性的場景需求決定了公共服務機器人產品能夠帶來的實際價值,是影響市場大小的關鍵因素??蛻舾顿M意愿客戶付費意愿客戶付費意愿決定了公共服務機器人能否被市場認可與接受,從而促進產品快速迭代、推陳出新。產品規模
117、化產品規?;a品規?;瘺Q定了細分場景下機器人產品能否被快速大規模復制,從而減少成本與資源浪費。服務機器人-公共服務機器人當前公共服務機器人的應用主要集聚在餐廳、酒店、銀行、醫療以及部分娛樂場所等。從商業用途和商業價值角度考慮,目前落地 規模較大、真正體現應用價值的機器人類型主要有引導接待機器人、末端配送機器人和智能安防機器人,其各自價值定位存在很大差別。各類機器人價值定位各類機器人價值定位引導接待機器人引導接待機器人短期的發展重點在于能否有序開展迎賓、宣傳、解說、引導等服務工作,從而降低成本、提高用戶體驗和服務效率。長期來看,引導接待機器人未來有望成為新興服務業態和商業模式中的重要一環。它將作
118、為智能數字化平臺和營銷平臺,將機器人與企業、用戶等有效連接起來,實現真正數字化,促進傳統產業創新升級。末端配送機器人末端配送機器人末端配送機器人的核心價值在于:機器人能夠為用戶創造實際價值、提高工作效率;機器人成本比人力成本低,用戶可以節約資源。物流占GDP比重水平高,同時物流行業中人力成本占比超50%,因此物流行業存在機器換人的剛需。適合物流配送機器人工作的場景一般應該具備專職性、移動性和高頻性需求的特征。智能安防機器人智能安防機器人從目前業內主要的安防機器人產品所展示的功能來看,其服務重心主要是監控和巡邏。通過在場景中全面巡邏、監控,收集數據再通過算法進行分析和甄別,排查危險因素反饋后臺,
119、提醒人工處理。安防場景多元化,標準也難統一,安防的重點在于解決問題,而不僅僅是發現問題。是否能夠及時排查或解決問題是安防機器人的核心價值。服務機器人-公共服務機器人引導接待機器人是公共服務機器人中的一個重要類別,應用場景廣泛。理論上來講,只要場景中具備公共出入口屬性的位置,引導接待機器人都可以部署其中,引導接待機器人主要注重交互能力,同時需要具備協同工作能力等以下幾項主要特性。引導接待機器人的應用場景多樣,囊括銀行、酒店、政務大廳、餐廳、學校、機場、車站、醫院、養老院等地,盡管各公司產品的應用場景都很多,但大部分公司都是以單點場景切入,然后再逐步橫向擴展自身業務覆蓋范圍。67來源:哈士奇機器人
120、引導接待機器人需具備的主要特性引導接待機器人需具備的主要特性專業的接待用語組成的語義庫0 0 1 10 0 5 50 0 3 30 0 4 40 0 2 2人機交互表達能力在線評測、績效評估與持續改進能力協同工作能力與行業服務業務流程的對接能力、增值服務能力公司名稱公司名稱成立時間成立時間融資輪次融資輪次所在地所在地應用場景應用場景科沃斯商用2013無江蘇銀行、證券、零售、寫字樓、司法、圖書館等獵戶星空2016B輪北京博物館、政務大廳、圖書館、酒店、銀行、學校等穿山甲機器人2004新三板上市江蘇餐廳、超市、機場、酒店、醫院、銀行、影院克路德2015無北京銀行、商場、酒店等塔米智能2007A輪北
121、京科技展館、地產、金融等引導接待機器人主要企業盤點引導接待機器人主要企業盤點服務機器人-公共服務機器人按照配送距離分類,配送場景可分為三大類別。本報告將應用在室內配送(10-100米)和室外配送(100-1000米)場景下的配送機器人統稱為“末端配送機器人”。末端配送機器人主要應用于餐廳、酒店、寫字樓及園區等,應用場景較為分散多樣。在不同的應用場所下,配送機器人包含通用性技術的應用,但依據各自細分場景特征來進行產品的定制化、特色化研究設計占據更大內容。因此,不同場景下的應用落地程度也會受各類因素影響而呈現差異化分布。從行業優秀企業的業務方向可以看出,目前餐廳、酒店等是較具落地可能性和市場推廣價
122、值的場所,而在醫院場景下的配送機器人則通過在此次疫情中的大量投放和應用,進一步地提升了市場及群眾的認可度,短期內市場有望快速擴張。70公司名稱公司名稱成立時間成立時間融資輪次融資輪次所在地所在地應用場景應用場景云跡科技2014C輪北京酒店、政務大廳、展館、樓宇、商場擎朗科技2010B輪上海餐廳、酒店、醫療普渡科技2016A輪廣東餐廳、酒店、寫字樓優地科技2013B+輪廣東餐廳、酒店、醫院、企業YOGO2016Pre-B輪上海樓宇、醫院真機智能2016A輪北京樓宇、園區億歐智庫:末端配送機器人主要企業盤點應用場所室內配送:10-100米室外配送:100-1000米酒店、餐廳、寫字樓等社區、園區等
123、場景特征應用工具室外配送:1000米以上環境復雜多變,對機器人性能要求較高配送機器人光線強度變化大,環境復雜度較高配送機器人、無人配送車或物流無人機開放道路路況復雜,符合自動駕駛場景無人配送車或物流無人機配送場景分類配送場景分類服務機器人-公共服務機器人安防機器人是一種半自主、自主或者在人類完全控制下協助人類完成安全防護工作的機器人。中國安防機器人從最初的單純巡邏類機器人,發展到包含監控類、偵察類、排爆類等多種類型,可應用在工業生產、巡檢安保、樓宇監控、反恐應急等多方面,安防機器人的應用場景可主要分為封閉場景和開放環境兩大類。2015年中智科創開發出中國第一臺實用性安防巡邏機器人,使安防機器人
124、由概念走向實踐,安防機器人至今已發展超過5年,伴隨著AI、5G、人臉識別等技術不斷優化升級,如今的智能安防機器人也有了顯著進步,可應用于各大公共場所,但目前其在安防行業的應用仍未達到預期目標,機器人熱潮之下落地產品大同小異,行業看似繁華實則魚龍混雜。72參考來源:中國安防行業網安防機器人主要企業盤安防機器人主要企業盤點點公司名稱公司名稱成立時間成立時間融資輪次融資輪次所在地所在地產品定位產品定位中智科創1994暫無廣東安保場景下的服務、巡邏、崗哨、警衛系列機器人高新興機器人2004戰略投資廣東千巡系列機器人(室內巡邏、室內巡檢、引導服務、室外巡邏)國自機器人2011戰略投資浙江電力巡檢、安保巡
125、邏(倉儲、小區)億嘉和1999A股上市江蘇室內巡檢、室外巡檢、隧道巡檢、油井巡檢、輸油管道巡檢朗馳欣創2005定向增發廣東電力巡檢(發電廠、鐵路電網、電力機房)、工廠車間巡檢、巡邏機器人(社區)神州云海2015A輪廣東室內巡邏(銀行、機場、醫院、政務、地產)開放環境場景開放環境場景對導航精準度、檢測能力及報警能力均有更高的要求,主要以保證整體環境安全為主場景:軌道交通、工業園區、住宅小區封閉環境場景封閉環境場景路線較為固定,主要用于檢測設備健康度場景:機房巡檢、電力巡檢、倉庫巡檢安防機器人應用場景安防機器人應用場景安防機器人主要功能安防機器人主要功能巡檢巡檢在巡檢方面,安防機器人在環境應對及性
126、能等方面相對人力有更多特殊優勢,可應用于電力巡檢、軌道巡檢等特殊場所反恐應急反恐應急這種類型的機器人一般在人員密集的公共場所使用,在事前安防和事后防暴處置方面都有很高要求安保安保在安保方面,既可以完成監控安保工作,還可以收集數據,構成完整監控系統,在安全性和效率方面具備相對優勢監控監控安防機器人能夠更加靈活、智能化地提供安全監控服務,在死角、動力、電力環境監控、化工遠程操縱等場所也都有廣泛應用服務機器人-公共服務機器人商用清潔機器人是指用于公共場所執行清潔功能的機器人,公共場所包括商場、寫字樓、園區等。鑒于場景的不同,商用清潔機器人還分為室內清潔機器人和室外清潔機器人,其清潔功能也會因為地面材
127、質的不同有所差異。除了清潔功能,機器人之所以稱之為機器人,是因為其自身的自主性,體現在包括任務排班、自主充電、坐電梯等智能功能。2021年,商用清潔機器人的出貨量達上千臺,由于目前商用清潔機器人滲透率較低,以及受益于未來智慧樓宇、以及受益于未來智慧樓宇、智慧商業的發展,預計商用清潔機器人出貨量未來五年年復合增長率為50%億歐智庫:2021-2026E商用清潔機器人出貨量(臺)35,00030,00025,00020,00015,00010,0005,000-20212022E2023E2024E2025E2026E數據來源:億歐智庫室內清潔室內清潔機器人機器人室外清潔室外清潔機器人機器人地毯養
128、護自主充電定時任務清潔功能霧化消殺石材養護智能功能過閘機坐電梯遠程運維可視化數據管理支持任務排班自主充電定時任務過閘機遠程運維坐電梯可視化數據管理支持任務排班地毯養護霧化消殺石材養護商用清潔機器人產品形態和主要功能商用清潔機器人產品形態和主要功能20212021-2026E2026E商用清潔機器人出貨量(臺)商用清潔機器人出貨量(臺)掃地洗地吸塵推塵服務機器人-公共服務機器人市場方面,商用清潔市場集中度高,2021年,高仙機器人的市場份額大約為70%。這主要得益于高仙進入商用清潔時間早,且專注商用清潔領域,應用場景(室內、室外)和功能覆蓋范圍廣(推塵、清掃、去油污等)。場景方面,交通樞紐和寫字
129、樓是商用清潔機器人主要的使用場景,占比分別為32.1%和26.3%,其次是園區、醫療、商場。就應用效果來看,一臺商用清潔機器人在白天平均可替代0.7個人,在夜晚平均可替代1.5個人。2270%30%高仙機器人其他數據來源:億歐其他企業包括女媧機器人、禧滌智能、它人機器人、科沃斯、艾可機器人等32.1%26.3%7.9%7.9%6.3%19.5%交通樞紐交通樞紐寫字樓寫字樓園區園區醫療醫療商場商場其他其他機場、高鐵站、火車站、地鐵站商務辦公樓、單位大樓工業園區、軟件園區、廠房、學校醫院、衛生院、康復中心各購物中心小區、飯店、酒店一般情況下,一臺商用清潔機器人在白天平均可以替代0.7個人工,在夜晚
130、平均可以替代1.5個人工。20212021年商用清潔機器人市場競爭格局年商用清潔機器人市場競爭格局(市場規模占比市場規模占比)20212021年商用清潔應用場景和應用成效年商用清潔應用場景和應用成效服務機器人-醫療服務機器人2021年,中國醫療機器人市場規模達72.2億元,同比增長32.7%,預計未來五年年復合增長率為36.4%。由于中國醫療機器人起步較晚,成熟產品較少,且醫療機器人單價都較高,目前僅一線城市的醫療機構和省會城市的三甲醫院會選擇采購,因此醫療機器人的市場滲透率低,最高的消殺配送機器人的市場滲透率也僅達到3%左右。34來源:億歐智庫2021年中國醫療機器人商業化洞察報告;由于醫療
131、機器人出貨量難以統計,與其他章節不同,本節選擇使用市場規模來替代中國醫療機器人市場規模(億元中國醫療機器人市場規模(億元)40.354.472.2100.0136.0190.3249.9340.934.0%35.2%32.7%223340452019202020212022E2023E2024E2025E2026E中國醫療機器人主要細分賽道市場滲透率與潛在市場規模中國醫療機器人主要細分賽道市場滲透率與潛在市場規模市場滲透率(%)市場潛在規模手術機器人康復機器人醫療服務機器人1234心內科上肢健康監測藥物配制消殺配送輔助診斷普外科骨科下肢神經外科服務機器人-醫療服務機器人醫療機器人指用于醫療場景
132、中輔助醫護工作,提高醫療、保健服務的機器人,它們基于醫學與數據,融合多學科與人工智能為一體,具有深度學習能力,依據不同適用場景與提供的服務,醫療機器人會配備種類不一的特質部件,所以它們的外觀、大小、形態、結構、性能各不相同。將聚焦手術機器人、康復機器人和醫療輔助機器人三大類醫療機器人,風險程度依次下降,因此屬于不同級別的醫療器械,從機器人服務程度自動化來看,手術機器人和康復機器人多處于機器人輔助階段,少數可實現單獨任務自動化,醫療輔助機器人多處于單獨任務自動化階段,少數可實現整體任務自動化。醫用教學機醫用教學機器人器人其他醫療機其他醫療機器人器人手術機器人手術機器人醫療輔助機醫療輔助機器人器人
133、康復機器人康復機器人輔助醫生進行臨床手術診療的三類醫療器械輔助醫生進行行動障礙與康復治療的二類醫療器械輔助醫生、醫護或其他工作人員在醫療場景中的樣本采集、檢驗、診斷、消毒殺菌、耗材管理運輸等工作的服務機器人,涵蓋醫療器械類與非醫療器械類機器人注:把“起到輔助診斷作用、在醫療場景承擔運 輸、導診、配藥、消毒殺菌等繁瑣工作的機器人都歸類于醫療輔助機器人。0級無自動化研研究究范范圍圍醫療機器人分類及定義醫療機器人分類及定義從對患者就醫路徑的影響階段與程度,醫療機器人可分為以下幾類:風風險險程程度度醫療機器人服務程度自動化分醫療機器人服務程度自動化分級級1級機器人輔助2級單獨任務自動化3級整體任務自動
134、化4級高度自治5級完全自治手術機器人手術機器人醫療輔助機器人醫療輔助機器人康復機器人康復機器人服務機器人-醫療服務機器人就應用來看,手術機器人由于高昂的價格,應用范圍最窄,目前只三甲醫院會采購,康復機器人的使用范圍居中,除了三甲醫院、普通醫院、康復中心都有可能會采購,用范圍最廣的是醫療輔助機器人,尤其是消殺配送類的機器人,不僅僅適用于醫療場所,也適用于公共場所。使用醫療機器人有多項好處,包括提供整體工作效率、減少輻射傷害、提高患者體驗度等。來源:公開資料、骨科臨床與研究雜志、億歐智庫手術機器人手術機器人康復機器人康復機器人康復機器人康復機器人醫療輔助機器人醫療輔助機器人醫療輔助機器人醫療輔助機
135、器人醫療輔助機器人醫療輔助機器人操作人員操作人員醫生護士其他工作人員(行政、管理人員)其他工作人員(運輸保潔等)時間時間手術時間康復矯正時間護理時間耗材取用時間耗材管理時間工作時間(或被替代)人力人力-手術臺數手術臺數提高手術臺數覆蓋更多患者/管理壓力上升/輻射傷害輻射傷害/整體工作效率整體工作效率醫療機器人的優勢和劣勢醫療機器人的優勢和劣勢應應用用范范圍圍增增加加手術機手術機器人器人醫療輔醫療輔助機器助機器人人康復機康復機器人器人三甲醫院醫院康復中心醫院康復中心交通樞紐小區醫療機器人的應用場景醫療機器人的應用場景等待手術時間等待手術時間手術費用手術費用術后并發癥術后并發癥痛苦程度痛苦程度手術
136、傷害手術傷害康復時長康復時長手術成功率手術成功率心理狀態心理狀態不同類別機器人不同醫療機器人對患者的影響醫療機器人對患者的影響服務機器人-醫療服務機器人市場特征市場特征中國代表公司中國代表公司未來發展未來發展 技術壁壘高,屬于三類醫療器械(用于植入人體或支持維持生命,對其安全性、有效性必須嚴格控制的醫療器械)。臨床需求下的大數據信息共享推動專家優秀案例面向全國各地的實時交流和學習三維精度與定位技術的不斷提高更多適用于基層醫院的輕便式、價格更適宜的產品出現手術機器人手術機器人 市場處于早期發展階段,滲透率低,主要用于腔鏡及骨科手術。截至2020年12月31日,中國僅安裝189臺腔鏡及2021年我
137、國關節置換手術機器人的數量為34臺,隨后以CAGR89.5%上升至2026年的788臺。達芬奇Xi及達芬奇Si手術系統是目前唯一獲得國家藥監局批準注冊的腔鏡手術機器人,在中國所有三甲醫院中使用率不足10%。腔鏡手術機器人:微創醫療 骨科手術:天智航 神經外科手術機器人:華科精準 血管介入手術機器人:奧朋醫療 2020年以來受到資本熱捧,但少數公司真正實現商業化落地??祻蜋C器人康復機器人 技術壁壘中等,屬于二類醫療器械(對其安全性、有效性應當加以控制的醫療器械)。行業發展依賴政策推動。雖然衛生部要求所有二級以上綜合醫院必須建設康復醫學科,但由于康復科效益低下,因此2016年二級以上綜合醫院實際設
138、立康復科并已運營的不到一半。程天科技、璟和機器人、大艾機器人、傅利葉智能、睿瀚醫療、安陽神方、邁康信、尖叫科技、邁步機器人等居家場景下,線上遠程診療+線下機器人執行用戶需求升級與技術不斷突破促使康復機器人向更柔性化(適配更多患者),信息化發展醫療輔助機器醫療輔助機器人人 產品分類較為零散,技術壁壘有中等的有偏低的。膠囊內鏡、采血、診療、輸液配藥等機器人的產品不夠成熟,醫療機構支付意愿薄弱;配送消殺等機器人產品價格較低且較為成熟,產品使用率和效益率高,醫院支付意愿更高。衛邦科技、安翰醫療、金山科技、楚天科技、博為機器人、新松機器人、頌通生物、易普森、泰林生物、艾米機器人等逐步替代重復性的人工勞動
139、隨著基礎技術的升級,價格的下降拓寬覆蓋區域,降低人力成本同時提高效率應用場景拓寬,除了醫療場景,公共場景也可以使用消殺等醫療輔助機器人Part3特種機器人產業鏈特種機器人產業鏈特種機器人(special robot;professional service robot),應用于專業領域,一般由經過專門培訓的人員操作或使用的,輔助和/或代替人執行任務的機器人。特種機器人指代替人類從事高危環境和特殊工況的機器人,主要包括軍事應用機器人、極限作業機器人和應急救援機器人。特種機器人分類特種機器人分類軍用機器人按作戰任務劃分,可以分為偵察機器人戰斗機器人和工程保障機器人三種。軍事應用機器人軍事應用機器人
140、極限作業機器人是指可以在人為難以接受的環境下工作的工業機器人,如原子能輻射下作業的機器人、水下作業的機器人、救災排險機器人、空間作業機器人、地下采掘機器人等;極限作業機器人極限作業機器人根據事故類型的不同,救援機器救援機器人可以分為消防救援機器人、地震救援機器人、礦山救援機器人、核事故救援機器人和水下救援機器人等;應急救援機器人應急救援機器人特種機器人產業鏈特種機器人行業的產業鏈上游是系統集成、原材料、核心零部件等供應商,中游制造環節包括軍事應用機器人、極限作業機器人和應急救援機器人等機器人本體產品。系統集成原材料核心零部件機器人本體制造伺服電機控制器精密減速機第三方服務代理商本地合作商銷售需
141、求貨源需求碳纖維等新材料鋁合金等傳統材料特種機器人產業鏈圖特種機器人產業鏈圖特種機器人市場規模據中國電子學會預測,全球特種機器人市場規模將從2020年的66億美元增長至2024年的140 億美元,復合增速21%,從國內看,2024年我國特種機器人市場規??蛇_34億美元,特種機器人同期復合增速預計可達27%,高于全球6個pct。0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%0510152025303540201720182019202020212022E2023E2024E中國特種機器人市場規模(億美元)yoy0%5%10%15%20%25%30%0204060801001201401
142、60201720182019202020212022E2023E2024E全球特種機器人市場規模(億美元)yoy20202020-20242024年全球特種機器人年全球特種機器人20202020-20242024年中國特種機器人市場規模年中國特種機器人市場規模特種機器人市場結構 國內特種機器人市場保持較快發展,各種類型產品不斷出現,中國在應對地震、洪澇災害、極端天氣,以及礦難、火災、安防等公共安全事件中,對特種機器人有著突出需求。軍事應用機器人,71%極限作業機器人,23%應急救援機器人,6%-10%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%00.511.522.533.520
143、21年特種機器人市場結構占比特種機器人產業鏈-應急救援機器人應急救援機器人是特種機器人的一種,在滅火和搶險救援中愈加發揮舉足輕重的作用,應急救援機器人是可代替救援人員從事特定救援的機器人,可以代替救援人員進入濃煙、高溫、缺氧、有毒等高危險性滅火救援現場完成偵查、排煙、救援、滅火等任務,在保障救援人員安全的同時可提高救援人員搶險救災能力。救援機器人根據功能可劃分為救援滅火機器人、排煙機器人、防爆機器人、救援機器人、消防無人機等。應急救援機器人應急救援機器人分類分類適用場景適用場景功能特點功能特點產品示例產品示例救援滅火機器人救援滅火機器人高危險性區城滅火、有毒有害氣體監測與報警、火源自動追尋等功
144、能排煙機器人排煙機器人高遇、濃煙等場所排煙降塵、阻隔熱輻射等功能防爆機器人防爆機器人石油化工、油罐區大型倉庫婷高溫、強輻射、易爆易坍塌場所火源自動追尋及距離自動測定等功能救援機器人救援機器人隧道、地下建筑、石油換化工廠等場所搬運轉移油桶等危險物品、換裝破碎錘用于破拆作業等功能應急救援無人機應急救援無人機高層建筑起火、森林火災、化工氣體輸送管道泄漏等發射滅火彈、事故現場偵查監測、拋投救援物資等功能來源 格拉曼、開誠智能 大疆特種機器人產業鏈-應急救援機器人面對多發的安全事故以及復雜的救援環境,需要職業消防兵使用高精尖消防裝備來救火,因此更加需要注重應急救援員的安全保障,在這樣的背景下,應急救援機
145、器人逐漸成為應急救援發展方向之一;現階段,我國已經研制出了多種功能健全、類型豐富的應急救援機器人,一些機器人能發揮多重消防輔助功能,伴隨著消防安全事故多發,市場規模保持穩定增長,截至2021年我國應急救援機器人市場規模為16.28億元,2017-2021年市場規模復合增長率為18.05%。因缺乏成熟的應急救援機器人技術,我國應急救援機器人在事故現場實際應用少,我國應急救援機器人行業市場規模呈現緩慢增長趨勢的原因包括但不限于:消防改制,公安消防部隊退出現役轉為行政編制,應急救援市場受改制影響呈現低迷狀態,應急救援部隊對應急救援機器人需求量下降,我國應急救援機器人研發生產仍以程序控制機器人為主,應
146、急救援部隊對應急救援機器人更新換代需求量降低。7.11112.314.616.2819.2205101520252017年2018年2019年2020年2021年2022年E20172017年年-20212021年我國應急救援機器人市場規模市場規模年我國應急救援機器人市場規模市場規模(億元)(億元)特種機器人產業鏈-應急救援機器人應急救援機器人應急救援機器人產業鏈產業鏈應急救援機器人行業產業鏈可分為上、中、下游三部分產業鏈上游參與主體為消防機器人核心硬件供應企業與核心技術系統研發企業,中游參與主體為應急救援機器人生產制造企業,下游涉及消防機器人各應用領域。應急救援機器人核心硬件成本在其生產制造
147、成本中所占比重約為35%,因此核心硬件的價格及供應量的波動是決定應急救援機器人價格的關鍵因素,核心硬件供應企業議價能力高,應急救援機器人核心技術系統成本占比約為40%,核心技術系統包括傳感系統、控制系統及驅動系統等,中游生產及人工成本高,占比約為 25%,對下游議價能力強。特種機器人產業鏈-極限作業機器人極限作業機器人指可以在人為難以接受的環境下工作的工業機器人,由于極限機器人的工作環境不適合人為示教操作,因此極限作業機器人屬于第二代機器人。極限作業機器人分類極限作業機器人分類特種機器人產業鏈-極限作業機器人核應急機器人核電站應急機器人是指在核電站發生意外緊急情況時能夠適應現場特殊環境并對現場
148、進行處理的機器人;核電站應急機器人可以根據其功能和結構的不同進行分類。核電站應急機器人分類核電站應急機器人分類現場狀態探測現場狀態探測機器人機器人輻射現場處置輻射現場處置機器人機器人故障自診斷和故障自診斷和自救機器人自救機器人用于采集和傳輸現場的視頻、輻射、溫度、濕度等信息,如Packbot、Warrior、SMERT-M等用于清理放射物質、去污、夾取異物、采集樣本、開閉閥門等任務,如Mobot-ChHV、Pioneer、MEISTeR等用于發出故障信息、接通備用系統、自動返回等功能,如RaBOT等特種機器人產業鏈-極限作業機器人核電站應急機器人的主要功能有:現場狀態探測包括視頻、輻射、溫度、
149、濕度等,信息的采集和傳輸輻射現場處置包括放射物質清理、去污、異物夾取、樣本采集、開閉閥門等任務?,F場狀態探測機器人現場狀態探測機器人現場狀態探測機器人現場狀態探測機器人輻射現場處置機器人特種機器人產業鏈-極限作業機器人生產核應急機器人的公司有很多,不同的公司有不同的產品和技術特點中科院成都光電技術研究所,研制分陸地、水下等4臺應急機器人為一組的國內首套核電應急機器人,可抵御每小時10000西弗核輻射,在2017年交付大亞灣核電站沈陽新松機器人自動化股份有限公司,研制了依據強輻射場下遠距離應急作業需求的核應急機器人,可承受65攝氏度高溫、抵御每小時10000西弗核輻射,機器人本體收縮狀態尺寸控制
150、在1200mm750mm1100mm,利于機器人運輸和狹小空間作業靈活性。本體底盤上搭載6自由度的電動機械臂、輻射劑量率探頭和定制開發的工具,并配備耐輻照攝像頭提供視覺支持,遙操作去完成狹小空間的清除障礙、開關門、開關電動閥門和手動閥門等動作。機器人本體支持有線和無線兩種數據傳輸,提高了機器人本體在應急場景的環境適應性和穩定性。波士頓動力公司研制的SpotX的現場狀態探測機器人,該型機器人在2020年9月部署切爾諾貝利核電站特種機器人產業鏈-極限作業機器人水下機器人是可潛入水中代替或輔助人類進行水下極限作業的機器人。通過水下目標探測和識別、水下導航定位、水下通信等高新科學技術,水下機器人可實現
151、水下打撈救援、水下探測、水下資源開采、水下娛樂等功能;水下機器人根據功能可劃分為載人水下機器人和無人水下機器人。水下機器人分類水下機器人分類功能特點功能特點產品案例產品案例產品實例產品實例載人水下機器人載人水下機器人有纜遙控水下機器人有纜遙控水下機器人無纜自治水下機器人無纜自治水下機器人可裝載潛水人員深入水下執行水下考察、海底勘探等作業“蛟龍號”載人深潛器機器人本體通過電纜從水面接收信號和動力進行水下作業海龍號”無人遙控潛水器可在無人實時監控下,實現機器人自主決策并完成水下作業“潛龍二號”無纜自治水下機器人特種機器人產業鏈-極限作業機器人國際:國際:隨著高新科技的不斷發展,動力能源供給、水下精
152、準定位、零可見度導航等水下機器人相關技術研究均取得突破。國際經濟與人口的不斷增長,促使人類對自然資源的需 求與消耗與日俱增,對海洋資源的探索亦日漸強烈。水下機器人可應用于海洋工程、漁業養殖、海洋科學研究等領域,其中,應用于海洋工程領域的水下機器人在國際水機器人市場中占比約為35%,應用于漁業養殖的水下機器人占比約為20%。水下機器人可滿足人們對水下世界探索的需求,伴隨相關技術的不斷進步,水下機器人行業迅速發展;美國是世界上最早進行水下機器人研發的國家,是國際水下機器人技術發展最成熟的國家之一。1953年美國成功研制全球第一臺無人有纜遙控水下機器人,主要應用于軍事領域。2016年美國斯坦福大學研
153、發水下類人機器人OceanOne,該水下機器人擁有人工智能、觸覺反饋等高新技術系統,通過三指機械手向終端設備傳遞所抓取物體的重量與質感,可輔助潛水人員實現水下抓取力量的精確掌控。日本:日本:日本作為機器人技術強國,其水下機器人技術處于國際領先地位。1987年,日本海事科學技術中心成功研制深海無人有纜遙控潛水器“海鲀3K“號,其最大下潛深度可達3,300米,2017年6月,日本東芝公司和國際反應堆報廢研究開發機構共同研發可代替人類深入核輻射危險區域進行調查作業的水下機器人,并在福島第一核電站內投入使用,對福島核事故進行調查,2018年4月,日本東京大學與九州島工業大學合作研制可在海底自動移動并捕
154、獲生物的水下機器人,其最大下潛深度為2,000米,該水下機器人可按預設路線自動航行,定時對海底進行拍攝,并通過對所拍攝照片進行分析處理后進行水下生物捕獲作業。中國:中國:中國水下機器人行業起步晚,市場格局未定,2010年前,中國水下機器人市場中約90%的水下機器人從美國、日本、歐洲等國家和地區進口,2010年起,隨著海洋探索及海底娛樂項目的不斷發展,水下機器人的需求量大幅上升,但水下機器人行業資金和技術門檻高,且水下機器人結構復雜,研制周期長,致 使短期內中國水下機器人實現產業化難度大。國際水下機器人應用占比國際水下機器人應用占比海洋工程海洋工程35%35%漁業養殖漁業養殖 20%20%水下安
155、全檢查水下安全檢查15%15%科學研究科學研究10%10%其其他他20%20%特種機器人產業鏈-極限作業機器人隨著海洋經濟的發展及海洋生產總值的不斷增加,開發利用海洋資源逐漸成為國家間競相發展的戰略,水下機器人作為深入水下進行作業的重要工 具,水下機器人市場需求量大幅上升,同時,中國國務院在中國制造2025及“十三五”規劃綱要等國家政策中提要重點發展機器人等高性能設備,積極鼓勵中國企業進行技術及產業創新,中國政策扶持促進水下機器人行業發展。水下機器人應用領域廣泛,隨著海洋經濟不斷發展以及海洋資源成為國際社會中國家之間競爭的重要資源,我國水下機器人行業加速發展。2014-2021年我國水下機器人
156、行業市場規模由12.4億元增長至87.4億元,2022年我國水下機器人行業市場規模超百億,達110.2億元,較上年同比增長26.1%,預計2027年我國水下機器人市場規模將超400億元。12.416.722.330.140.754.969.987.4110.202040608010012020142015201620172018201920202021202220142014-20222022年我國水下機器人行業市場規模年我國水下機器人行業市場規模(億億)特種機器人產業鏈-極限作業機器人水下機器人屬于技術密集型行業,行業準入門檻較高,目前國內相關企業數量較少,市場格局較為分散,集中度低,尚未形
157、成集聚效應,技術水平仍存在提升空間。水下機器人行業處于發展階段,未來在國家政策大力支持海洋資源開發和推動水下機器人發展背景下,國內水下機器人企業將不斷增加,行業發展潛力巨大;水下機器人行業產業鏈上游參與主體為水下機器人核心硬件供應企業與核心技術系統研發企業,中游參與主體為水下機器人生產制造企業,下游涉及水下機器人各應用領域。中國水下機器人行業產業鏈中國水下機器人行業產業鏈中游下游上游生產制造企業生產制造企業應用領域應用領域單片機單片機推進器推進器聲吶聲吶姿態傳感器姿態傳感器濕度傳感器濕度傳感器其他其他占生產總成本30%仿真技術仿真技術水下導航定位技術水下導航定位技術水下通信技術水下通信技術其他
158、其他水下目標探測和識別技術水下目標探測和識別技術 占生產總成本占生產總成本10%10%海洋工程海洋工程應用領域占比:應用領域占比:35%35%水產養殖水產養殖應用領域占比:應用領域占比:20%20%科學研究科學研究應用領域占比:應用領域占比:10%10%水下娛樂水下娛樂 應用領域占比:應用領域占比:10%10%城市管道檢查與清潔城市管道檢查與清潔 應用領域占比:應用領域占比:5%5%其他其他 應用領域占比:應用領域占比:20%20%核心技術系統研發企業核心技術系統研發企業核心硬件供應企業核心硬件供應企業特種機器人產業鏈-極限作業機器人中國水下機器人行業起步晚,相關高新科學技術與歐美發達國家差距
159、大,水下機器人涉及密封性技術、抗壓技術、能源系統、控制系統等高難度學科領域,是多項高新科學技術的集成,中國水下機器人技術系統仍存在缺陷。缺乏高效能源系統制約水下機器人行業發展缺乏高效能源系統制約水下機器人行業發展鉛酸電池鉛酸電池單位重量的能量和單位容積的能量低,功率水平低銀鋅電池銀鋅電池電池容量高,短時間內可釋放容量大,但其價格昂貴,電池充電時間長鋰電池鋰電池具有電壓高、自放電率低、循環壽命長等特點,但造價高、對環境有害燃料電池燃料電池燃料電池能量密度大,可高效產生電能,但缺乏有效存儲技術隨著中國海洋經濟的不斷發展、海洋工程的迅速推進,相關行業亟需可替代人工深入水下進行長時間作業的水下智能設備
160、,對水下機器人能源系統要求極高。有纜遙控水下機器人可通過電纜接收能源,但隨著下潛深度的增加,電纜長度增長,傳輸能耗亦隨之增大,易引發安全問題。無纜自治水下機器人需自行配備功能模塊下潛進行水下作業,功能模塊所存儲的能源量限制了其作業范圍與時間。無纜自治水下機器人能源系統多采用電池作為動力來源,如鉛酸電池、銀鋅電池、鋰電池、燃料電池等,但現階段采用的電池類型普遍存在局限性:(1)鉛酸電池的單位重量的能量和單位容積的能量低,功率水平低;(2)銀鋅電池容量高,短時間內可釋放容量大,但其價格昂貴,電池充電時間長;(3)鋰電池具有 壓高、自放電率低、循環壽命長等特點,但鋰電池造價高、對環境有害存在安全問題
161、;(4)燃料電池能量密度大,可高效產生電能,但缺乏有效存儲技術。電池能源技術的不完善致使水下機器人續航能力低,對水下機器人的功能效用影 響極大,限制了水下機器人行業的發展。特種機器人產業鏈-極限作業機器人 水下機器人自身結構復雜,在研制時需多次進行水下試驗,資金耗費大,研制時間陣線長,且產品生產未能 真正實現產業化,致使水下機器人價格昂貴,在中國市場普及率低。水下機器人市場中,應用于海洋工程、海洋環境探測等領域的水下機器人價格在幾十萬至上千萬元之間,高昂的價格限制了水下機器人在個人消費者領域的普及。而應用于水中攝影、水下探索等水下娛樂領域的水 下機器人技術及工藝簡單,未能真正滿足消費者對水下娛
162、樂的需求,制約了中國水下機器人市場規模的擴大。水下機器人價格及控制系統制約水下機器人價格及控制系統制約隨著人工智能等高新技術高速發展,中國水下機器人逐漸呈現智能化發展趨勢,不僅可通過遠程控制,還可根據作業現場情況,在無人操控的情況下自主進行水下勘探、監測、采集樣本等作業。水下機器人工作環境具有復雜性與未知性,研究人員需不斷完善水下機器人現有智能體系結構,采用多種探測與識別技術相結合的方式以提升水下機器人環境感知與目標識別能力,與外界環境產生交互作用以適應作業環境,并通過對所收集信息的處理進行水下機器人運動控制與規劃決策。特種機器人產業鏈-極限作業機器人水下機器人智能化發展趨勢水下機器人智能化發
163、展趨勢特種機器人產業鏈-極限作業機器人根據受限空間的工作特點,通??梢詫⑵浞譃殛懙匮矙z機器、空中巡檢機器及水下智能機器。產品類產品類型型產品圖產品圖應用領應用領域域陸地巡航機器人無軌智能巡檢機器石化、煤礦、變電站、配電站、發電廠、變電場所工廠內部設備、下水道等有軌/掛軌智能巡檢機器軌智能巡檢機器空中巡航機器人固定翼無機、多旋翼無機等輸電線網、森林防控等水下智能機器人水下巡檢機器人水下偵察或作業特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢機器人上游為硬件與零部件,核心零部件為伺服系統、控制器和減速器,占據大部分成本,中游為機器人本體制造與集成,以智能巡檢機器人解決方案服務商為主,下游為機器人的應用,
164、目前主要應用于電力、石化、煤礦等行業。智能巡檢機器人產業鏈智能巡檢機器人產業鏈圖圖譜譜上游:機器人硬件與零部件上游:機器人硬件與零部件伺服系統控制器減速器傳感器芯片機器視覺36.2%36.2%27.9%27.9%智能巡檢機器人上游成本構成智能巡檢機器人上游成本構成減速器減速器伺服系統伺服系統控制器控制器其他其他11.8%11.8%24.1%24.1%智能巡檢機器人的上游是硬件與零部件,核心零部件為伺服系統、控制器和減速器,三者成本占上游總成本的72.1%,上游行業主要市場份額由日本企業占據,但國產化趨勢明顯中游:機器人本體制造與集成中游:機器人本體制造與集成中國廠商國際廠商智能巡檢機器人中游為
165、本體制造與集成,目前中游大部分廠商以智能巡檢機器人解決方案服務商為主,采用盈利水平較高的生產+集成的商業模式下游:機器人應用領域下游:機器人應用領域電力行業下游應用領域下游應用領域變電站配電站電石化油氣石油化工煤礦網行業開采煉化企業行業應用場景單站所需巡檢機器人數量電力1-4臺石化1-2臺煤礦2臺特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢機器人上游為機器人硬件與零部件,其中減速器國產化趨勢明顯,伺服系統中國份額持續提升,控制器國產化率較低,大部分市場被美日韓廠商所占據。減速器37.1%21.4%8.9%6.2%5.3%4.4%16.7%哈默納科綠的諧波新寶來福福德大族其他35.5%24.7%7.
166、7%7.4%5.7%4.5%4.2%10.3%中國機器人諧波減速器市占率,2021年中國機器人諧波減速器市占率,2020年哈默納科綠的諧波來福新寶同川大族其他諧波減速器的中國品牌市場份額在提升。諧波減速器的頭部企業主要為日本的哈默納科和中國的億嘉和,2021年億嘉和市占率排名第二,為24.7%,相較于2020年21.4%的市占率有所增長,而市占率第一的哈默納 科市場份額在縮減,由37.1%下降到35.5%,其龍頭地位受到挑戰。此外,其他中國廠商如來福、同川、大族等的市場份額也在提升,國產替代趨勢明顯中國機器人中國機器人RVRV減速器市占減速器市占率率,20202020年年中國機器人中國機器人R
167、VRV減速器市占率,減速器市占率,20212021年年中國RV減速器市場幾乎由日系企業壟斷,2021年占據近六成市場份額,集中度較高,其中過半的份額由納博特斯克所占據,但中國企業的市場份額在提升,2021年雙環傳動市占率排名第二,為15.1%,較2020年9.4%的市占率有較大提升,同時珠海飛馬、中大力德等中國廠商也在市場中占據部分份額,龍頭納博特斯克的份額受到擠壓,由55.2%降至51.8%,國產替代趨勢明顯特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢機器人上游為機器人硬件與零部件,其中減速器國產化趨勢明顯,伺服系統中國份額持續提升,控制器國產化率較低,大部分市場被美日韓廠商所占據。伺服系統伺服
168、系統11.2%11.2%10.6%10.6%10.1%10.1%9.7%9.7%6.26.2%9.3%9.3%3.1%3.1%2.5%2.5%2.6%2.6%34.7%34.7%安川安川三菱三菱松下松下匯川匯川臺達臺達西門子西門子禾川科技禾川科技埃斯頓埃斯頓歐姆龍歐姆龍其他其他中國機器人伺服系統市占中國機器人伺服系統市占率,率,20202020年年16.1%16.1%11.4%11.4%9.8%9.8%9.4%9.4%8.3%8.3%8.1%8.1%2.1%2.1%2.4%2.4%3.3%3.3%29.1%29.1%匯川匯川安川安川松下松下三菱三菱西門子西門子臺達臺達禾川科技禾川科技無錫信捷無
169、錫信捷埃斯頓埃斯頓其他其他中國機器人伺服系統市占率中國機器人伺服系統市占率,20212021年年31.2%31.2%3939.3.3%42.4%42.4%201920192020202020212021中國機器人伺服系統市場份額變化,中國機器人伺服系統市場份額變化,20192019-20212021年年中國機器人伺服系統的市場份額在提升,從2019年的31.2%提升至2021年的42.4%,已超過日韓的市場份額,中國伺服電機市場國產化趨勢明顯,2021年匯川市占率躍居第一,占比16.1%,而2020年市占率排名第四,僅占9.7%,增長迅速,臺達、禾川等其他中國廠商的市場份額也有所增長,市占率的
170、提升一方面加快國產化進程,另一方面促進伺服系統的迭代更新特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢機器人上游為機器人硬件與零部件,其中減速器國產化趨勢明顯,伺服系統中國份額持續提升,控制器國產化率較低,大部分市場被美日韓廠商所占據??刂破骺刂破髦袊鴻C器人控制器市占率,中國機器人控制器市占率,20212021年年18.1%18.1%14.4%14.4%12.8%12.8%12.2%12.2%1.2%1.2%1.4%1.4%1.9%1.9%2.5%2.5%3.1%3.1%32.4%32.4%日本發那科日本發那科德國庫卡德國庫卡瑞士瑞士ABBABB日本安川日本安川啟帆啟帆埃夫特埃夫特新松機器人新松機器
171、人埃斯頓埃斯頓廣州數控廣州數控其他其他控制器是控制系統中的硬件部分,根據指令控制機器人按所需方式完成任務,由控制板卡和控制軟件組成,影響著機器人的運動性能,中國機器人控制器市場國產化率較低,大部分市場 被技術與經驗積累更為深厚的美日韓廠商所占據,國際四巨頭發那科、庫卡、ABB和安川占據超五成 的市場,CR450%,市場較為集中,中國企業市場份額占比較少,不足20%,尚不具備競爭力。2021年,按銷售收入計,中國智能巡檢機器人解決方案的市場規模達112億元,2017年至2021年以44.1%的復合年增長率增長。未來物聯網、人工智能及云端計算的采用將進一步帶動巡檢機器人市場的發展,預期該市場規模到
172、2023年可達到131億元。特種機器人產業鏈特種機器人產業鏈-極限作業機器人極限作業機器人264267901121011310204060801001201402017年2018年2019年2020年2021年2022年2023年20172017-20232023年中國智能巡檢機器人市場規模預測趨勢市場規模(億)年中國智能巡檢機器人市場規模預測趨勢市場規模(億)來源:弗若斯特沙利文特種機器人產業鏈-極限作業機器人中國智能巡檢機器人細分領域主要為電力、化工、煤礦65.32%28.70%5.98%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%電力化工
173、煤礦20212021年中國智能巡檢機器人細分市場份額占比情況占比年中國智能巡檢機器人細分市場份額占比情況占比特種機器人產業鏈-極限作業機器人經過數年的市場應用和推廣,目前國內電力巡檢機器人行業按應用場景 可分為室外巡檢機器人、室內巡檢機器人、電纜隧道巡檢機器人等主要類別。智能巡檢機器人利用智能語音識別、移動終端和中控端控制巡檢 機器人行走到指定位置,通過關鍵技術準確獲取外界環境信息,檢測對 象相應指標數據,并將相關數據采集收集傳輸到客戶端,是一種適應于多種環境下具備多種功能的移動設備。分類分類應用場景應用場景功能介紹功能介紹室外巡檢機器人室外巡檢機器人變電站、電廠升壓站、工廠總降等室外場景,以
174、及室內變電站、GIS 室等大面積室內場景以自主或遙控的方式對電力設備進行巡檢,可及時發現電力設備的熱缺陷、異物懸掛等設備異?,F象。它可以根據操作人員在基站的任務操作或預先設定的任務,自動進行全局路徑規劃,通過攜帶的各種傳感器,完成設備的圖像巡視、設備儀表的自動識別、一次設備的紅外檢測等,并記錄設備信息,提供異常報警,操作人員只需通過后臺基站計 算機收到的實時數據、圖像等信息,即可完成設備巡視工作;室內巡檢機器人室內巡檢機器人配電站房、開關室等室內場景的電力設備及其周邊環境搭載可見光相機、紅外相機、局放傳感器、拾音器等設備,對室內環境及設備運行狀態進行實時監測,實現室內環境監測、帶電檢測、數據采
175、集與實時聯動通訊,站所端、遠 控端、管理端的信息共享和全面聯動;電力巡檢無人機電力巡檢無人機導地線、線路金具、絕緣子及絕緣子串、附屬設施、通道及交叉跨越、基礎地質環境以及桿塔本體環境搭載可見光相機紅外熱像儀,檢測導線、線夾、引流線、絕緣子、桿塔、耐張管等設備的發熱情況,通過無人機采集運行數據并形成大數據,可實現對電力線路、設備的狀態評估、故障預警和安防聯動等功能;隧道巡檢機器人隧道巡檢機器人地下電纜隧道主要功能包含視頻圖像采集、氣體檢測、紅外成像測溫、噪音采集、溫濕度、氣體采集 及聯動控制系統,使用視頻圖像采集、氣體傳感檢測、紅外測溫、溫濕度、拾音等手段,實現隧道內設備裝置在線檢測閥廳和直流場
176、智能機器閥廳和直流場智能機器人巡檢系統人巡檢系統閥塔等閥廳設備以軌道機器人為核心,整合機器人技術、電力設備非接觸檢測技術、多傳感器融合技術、模式識別技術及智能診斷技術等,主要針對閥塔等閥廳設備進行全方位、全自主的檢測 和智能診斷配網帶電作業機器人配網帶電作業機器人城市配電網架空線路采用主從控制方式,攜帶專用工具,實現人員的非接觸操作,可完成帶電斷線接引線,修補導線,更換絕緣子跌落保險等工作,保證了帶電作業人員安全,提高了作業效率特種機器人產業鏈-極限作業機器人經過數年的市場應用和推廣,目前國內電力巡檢機器人行業按應用場景 可分為室外巡檢機器人、室內巡檢機器人、電纜隧道巡檢機器人等主要類別。智能
177、巡檢機器人利用智能語音識別、移動終端和中控端控制巡檢 機器人行走到指定位置,通過關鍵技術準確獲取外界環境信息,檢測對 象相應指標數據,并將相關數據采集收集傳輸到客戶端,是一種適應于多種環境下具備多種功能的移動設備。分類分類應用場景應用場景功能介紹功能介紹絕緣子串檢測機器人絕緣子串檢測機器人高壓架空輸電線路沿瓷或玻璃絕緣子串往復移動,具有可見光檢測、單片絕緣子電阻測量、分布電場測量等功能,徹底解決了高壓輸電線路帶電檢測的難題;帶電作業水沖洗機器帶電作業水沖洗機器人人變電站支柱絕緣子、懸垂絕緣子串、耐張絕緣子串、避雷針、帶電設備套管等針對變電站支柱絕緣子、懸垂絕緣子串、耐張絕緣子串、避雷針、帶電設
178、備套管等進行 機器人帶電水沖洗作業。其系統由視覺瞄準系統、控制系統、安全防護系統和手持遙控 終端等組成;架空輸電線路檢測架空輸電線路檢測(除除冰冰)機器人機器人高壓架空輸電線路采用附著方式沿線路行走,并可跨越桿塔間障礙,能夠在惡劣天氣或其他特殊環境下,完成輸電線路的監測、清障、除冰作業等人工難以實現的各項工作,提高了線路巡檢作 業的質量和自動化水平特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢機器在電力行業的應用場景包括變電站、配電站及輸電線。54.38%18.13%25.98%1.51%國內電力行業巡檢機器人占比國內電力行業巡檢機器人占比變電站巡檢機器人配電站巡檢機器人隧道巡檢機器人電力巡檢無人機
179、特種機器人產業鏈-極限作業機器人近年來,隨著中國電力行業的高速發展,變電站的數量也在逐年攀升,2021年數量近四萬座。各類變電站類型中,以110kV變電站為主,330kV以上的變電站數量較少。根據往年變電站數量的增長率,預計未來五年變電站數量以2.6%的增速穩定增長,到2026年接近5萬座;國網浙江電力自2016年起一直在推進變電站巡檢機器人的部署應用,如今共部署應用變電站智能巡檢機器人約1,400臺,滲透率達34%。浙江變電站巡檢機器人部署比其余地區早5年,因此可假設2025年其余地區可達到目前浙江省變電站巡檢機器人的滲透率,且隨著電網設備規模變大和變電站無人值班模式的快速推進,智能巡檢機器
180、人加速滲透,預計2026年達43%。12%15%20%26%34%36%00%5%10%15%20%25%30%35%40%2021年2022年2023年2024年2025年2026年20212021-20262026年中國變電站智能巡檢機器滲透率年中國變電站智能巡檢機器滲透率20212021年浙江省變電站智能巡檢機器人滲透率計算年浙江省變電站智能巡檢機器人滲透率計算空內掛軌式智能巡檢機器人理論用量2,164臺室外輪式巡檢機器人理論用量1,933臺智能巡檢機器人總理論用量4,097臺巡檢機器人實際用量1,400臺智能巡檢機器人滲透率34%特種機器人產業鏈-極限作業機器人中國電力行業發展迅速,尤
181、其是近幾年特高壓項目的建設推動電力行業高速發展,如今電網規模居世界首位,電力人工巡檢存在高風險、低可靠性和受環境影響大等限制,因此國家電網和南方電網大力建設智能電網,并注重設備巡檢的智能化改造,電力智能巡檢市場在大量需求的拉動下持續擴大,預計2026年市場規模達90.2億元,年復合增長率為27.7%;在電力行業中,變電站的市場規模占比最高,因其開始智能化改造較早,且變電站規模擴張迅速,其次是配電站的市場規模,配電站的智能巡檢發展與變電站相比較晚,但巡檢機器人需求量大,電網規模較小,不足整體規模的3%,發展較為滯后。配電站智能巡檢機器人市場規模變電站智能巡檢機器人市場規模電網智能巡檢機器人市場規
182、模電力智能巡檢機器人市場規模02040608010012014016018020020212022E2023E2024E2025E2026E20212022E2023E2024E2025E2026E變電站12.4918.1429.736.0848.2655.21配電站7.7911.3118.5122.530.0834.42電網0.470.470.480.50.520.54合計20.7529.9148.6959.0878.8690.1720212021-20262026年中國電力智能巡檢機器人市場規模年中國電力智能巡檢機器人市場規模變電站配電站電網合計電網巡檢機器人的類型主要為無人機,效率約為1
183、.8萬千米每年,且隨著無人機技術的進步,效率將持續提升。根據國家電網輸電線路長度所占中國輸電線路長度的比例測算未來五年中國輸電線路累計長度,2017-2019年國家電網輸電線路長度所占比重分別為76%、76.7%和77.6%,假設未來五年國家電網所占比重每年增長1%,國家電網輸電線路長度每年增速為5.2%,預計2026年輸電線路總長度達187.9萬千米。據測算2026年電網智能巡檢機器人市場規模將達5.3718萬元,年復合增長率為3.5%特種機器人產業鏈-極限作業機器人88.893.298.1104.3109.3114.220152015-20202020年國家電網輸電線路累計長度年國家電網輸
184、電線路累計長度(萬千米)(萬千米)2015年2016年2017年2018年2019年2020年01000200030004000500060002021年2022年2023年2024年2025年2026年20212021-20262026年中國電網智能巡檢機器人市場規模年中國電網智能巡檢機器人市場規模(萬元萬元)特種機器人產業鏈-極限作業機器人智能巡檢模式下,每臺智能巡檢機器人可負責兩座變電站,只需配備一位工作人員,機器人采購費用約為80萬元,一臺機器人壽命為5年左右,因此每年的機器人成本為16萬元,每年運維費用約為8萬元,在傳統人工巡檢的模式下,每個電網需配備14名巡檢人員,每年的成本為16
185、8萬元;智能巡檢模式下,每個電網需配置兩臺無人機和兩名操作人員,機器人采購費用為100萬元,折合每年20萬元的成本,運維費用為每年10萬元,總計成本54萬元,約為人工巡檢成本的三分之一運用于變電站的智能巡檢機器人分為室內掛軌式和室外輪式智能巡檢機器人兩種,從市場規模來看,室外巡檢機器人規模更大,隨著智能巡檢機器人技術的成熟和法的提升,其單價將持續下降,同時由于變電站規模的擴大以及國網對智能巡檢的2021-2026年預計變電站智能巡檢機器人市場規模低速穩定增長2026年達55.2億元年復合增長率為28.1%12.518.129.736.148.355.201020304050602021年202
186、2年2023年2024年2025年2026年中國變電站智能巡檢機器人市場規模,中國變電站智能巡檢機器人市場規模,20212021-20262026年預測年預測(億)(億)特種機器人產業鏈-極限作業機器人中國配電站智能巡檢發展比變電站要慢,但近幾年隨著配電網的快速發展,配電站智能巡檢需求較大,根據往年配電站的數量,其與變電站的數量大體呈10:1的比例,由此測算未來五年配電站的數量,到2026年約為45萬座。配電站智能巡檢機器人每臺大概43萬元,隨著技術發展未來價格將有所下降,假設配電站智能巡檢機器人滲透率與變電站保持一致,則2026年市場規模將達34.4億元,年復合增長率為28.1%7.811.
187、318.522.530.134.405101520253035402021年2022年2023年2024年2025年2026年20212021-20262026年中國配電站智能巡檢機器人市場規模年中國配電站智能巡檢機器人市場規模(億)(億)特種機器人產業鏈-極限作業機器人目前化工企業中的智能巡檢滲透率較低,僅為2.8%,但化工企業環境復雜,有大量易燃易爆、有毒有害產品,對智能巡檢機器人需求較高,預計未來五年滲透率將加速提升,2026年達到17.8%。2021年中國規模以上化工企業約為2.25萬家,根據往年數據,假設企業數量以每年1%的速度減少,巡檢機器人的價格和增長率與煉油業一致,由此測算出2
188、026年化工企業智能巡檢機器人市場規模達17.2億元,年復合增長率為37.4%2.63.26.810.213.617.20246810121416182020212022E2023E2024E2025E2026E20212021-20262026年中國化工企業智能巡檢機器人市場規模年中國化工企業智能巡檢機器人市場規模(億億)石化行業工作環境危險性較高,多數煉油企業、化工企業中存在大量復雜精密設備和有毒品、易燃品,一旦發生事故往往是重大事故,因此定期巡檢存在必要性,而高危環境給人工巡檢帶來較大的挑戰,而機器巡檢能夠極大地提高巡檢的準確度和全面性,因此石化行業對于智能巡檢機器人的需求將提高。從石化
189、行業智能巡檢機器人市場規模來看,占比最高的是化工企業,因其數量眾多且需求量大,其次是油田與煉油業。預計2026年石化行業智能巡檢機器人市場規模將近23億元,年復合增長率為33.7%051015202520212022E2023E2024E2025E2026E20212022E2023E2024E2025E2026E油田1.11.11.62.22.73.3煉油業0.40.81.11.82.12.8化工企業2.63.26.810.213.617.220212021-20262026年中國石化行業智能巡檢機器人市場規模年中國石化行業智能巡檢機器人市場規模(億億)油田煉油業化工企業特種機器人產業鏈-極
190、限作業機器人中國2021年油田數量共計849處,根據往年數據計算,增長率大約為2%,以此增長率推算未來五年油田數量,每處油田需要2臺智能巡檢機器人,每臺智能巡檢機器人單價為150萬元,且隨著技術進步,價格以每年2%的速度下降,由此推算2026年油田智能巡檢機器人市場規模將達3.3億元,年復合增長率為20.2%1.11.11.62.22.73.300.511.522.533.520212022E2023E2024E2025E2026E20212021-20262026年中國石化智能巡檢機器人市場規模測年中國石化智能巡檢機器人市場規模測算(算(億億)中國2021年規模以上煉油業企業約為1100家根
191、據往年數據,假設企業數量以每年2H的速度增長;煉油企業對設備巡檢需求較高,而人力已無法滿足高效、全面的巡檢要求,因此已有許多煉油業企業使用機器天進行巡檢工作,灣透率約為28%,且隨著智能巡檢的推廣持續增長;機器人單價為150萬元,假設按每年2%的速度下降;由此測算出2026年煉油業智能巡檢機器人市場規模將達2.5億元,年復合增長率為36.60.40.81.11.82.12.800.511.522.5320212022E2023E2024E2025E2026E20212021-20262026年中國煉油業智能巡檢機器人市場規模年中國煉油業智能巡檢機器人市場規模(億億)特種機器人產業鏈-極限作業機
192、器人由于煤炭生產結構的轉變,中國煤礦數量從2017年的6,794座下滑至2021年的4,500座,未來5年預計煤礦數量按每年5%的速度下滑,2026年為3,482座6794580053004700450042754061385836653482010002000300040005000600070008000201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E20172017-20262026年中國煤礦數量(座年中國煤礦數量(座)1.94.16.17.68.89.702468101220212022E2023E2024E2025E2026E20212021
193、-20262026年中國煤礦智能巡檢機器人市場規模年中國煤礦智能巡檢機器人市場規模(億億)近年來煤礦智能化建設取得成效,且其進程正在加快,多種類型的煤礦機器人得到應用,由于煤礦危險性高的特性,智能巡檢機器人的需求增多,預計未來5年滲透率快速提升,2026年為57.8%;假設每座煤礦所需的巡檢機器人為2臺,每臺單價為160萬元,且未來5年按照每年2%的速度下降;由此計算出2026年中國煤礦智能巡檢機器人市場規模將達9.7億元,年復合增長率為31.5%特種機器人產業鏈-極限作業機器人特種機器人生產成本結構中,上游核心零部件占比較高,減速器,伺服,控制系統等核心零部件材料費用占據了70%的比例,是產
194、業鏈中絕對價值獲取者,相比本體制造,核心零部件技術壁壘更高,因此生產成本占比高,其中減速器行業壁壘最高,是中國特種機器人領域發展最薄弱的環節,因此成本相對較高。特種特種機器人廠商機器人廠商特種機器人廠商核心零部件核心零部件產業鏈公司產業鏈公司減速器國內南通振康、埃斯頓(002747)、中大力德(002896)、雙環傳動(002472)、秦川機床(000837)、綠的諧波(688017)國外哈默那科、納博特思克、住友、帝人傳感器國內美新半導體、巨星科技(002444)、中海達(300177)、砂創電子、MCUBE國外西克、日本基恩士、北陽、歐姆龍、博通、意法半導體控制系統國內華中數控(30016
195、1.)、新松機器人(300024)、新時達(002527)、南京埃斯頓(002747)、匯川技術(300124)、廣州數控、固高科技國外庫卡、ABB、安川、發那科、愛普生、貝加萊、柯馬伺服系統國內匯川技術(300124)、固高科技、南京埃斯頓(002747)國外松下、安川、三菱,倫茨、西門子、博世驅動器國內金陵制造、鳳凰動力、同普電力、三相技術、合肥智輪國外德國夏波穆勒、意大利馬路達、意大利CFR中游巡檢機器人中游巡檢機器人國網智能、億嘉和(603666)、申昊科技(300853)、七騰科技Part4人形機器人人形機器人人形機器人機器人傳感器可以根據檢測對象不同分為內部傳感器和外部傳感器;內部
196、傳感器:內部傳感器:用來感知機器人的自身狀態的傳感器位置、速度、加速度;外部傳感器:外部傳感器:用以感受機器人周圍環境、目標物的狀態信息的傳感器視覺、觸覺、聽覺、嗅覺、溫度、力覺。視覺(Vision)位置(Position)聽覺(Sound)語音(Speech)觸覺(Touch)交流(Communication)視覺聚焦(Vision focus)嗅覺(Smell)味覺(Taste)壓力(Pressure)電氣(Electrical)CMOS圖像傳感器IR 傳感器微鏡慣性器件&電子羅盤麥克風微型揚聲器力和觸覺傳感器振蕩器&調諧器&過濾器&開關數字自動對焦&微光器件氣體&氣味傳感器濕度&氣溫傳感
197、器壓力傳感器電極傳感器人形機器人群雄并起,逐鹿人形機器人群雄并起,逐鹿人形機器人;日韓在人形機器人領域布局早,研究表現活躍;美國在人形機器人領域后來居上,波士頓動力研發的代表產品Atlas身高1.8m,體重80kg,具有28個關節,可完成原地起跳轉身一周等流暢、高難度的“跑酷”動作,但主聚焦在科研領域,商業價值低;國內人形機器人成果喜人國內人形機器人成果喜人;在科研領域,清華大學開發的“THBIP-II”身高0.75m,體重18 kg,具有24個自由度,北理工推出的“匯童”機器人可完成摔倒起立,“摔滾走爬”等動作。在產業領域,深圳優必選推出的“Walker”機器人能完成上、下臺階等動作。33各
198、國積極布局人形機器人領域名稱國家高度(m)重量(kg)自由度(個)發布時間特點ASIMO(新)日1.3048572005運動穩定,集成度高HRP-5P日1.80101372019全身協調動作E2-DR日1.6885332015雙足、四足切換行走HUBO+韓1.7080322015輪足結合、步態穩定Atlas(新)美1.8080282017液壓傳動、適應性強TORO德1.7476282013力控性能突出COMAN意0.9224252013SEA驅動、柔順性高資料來源:各公司、高校官網,浙商證券研究所國內機器人技術進步國內機器人技術進步人形機器人人形機器人產業依托較為成熟的工業機器人產業鏈,作為通
199、用化程度高、高度集成和智能化的機器人,人形機器人既需要極強的運動控制能力,也需要強大的感知和計算能力。因此,運動控制和人工智能是人形機器人技術落地的核心難點,人形機器人賽道處于相當早期的階段,當前并未形成產業化,各大參與者以研發為主,賽道的參與者主要將其定位為基礎研究平臺人形機器人產業鏈人形機器人產業鏈雙足行走,相對于一般輪式機器人,其移動難度更大,有賴于高性能的軟硬件尤其是控制算法;相對于一般機器人,它具有冗余的傳感器與運動關節,因而能跨場景地完成任務;但只有當其無需人的輔助,能自主根據環境判斷場景并做出行為決策時,靈活性、綜合性的優勢才能進一步發揮,這有賴于AI技術的進一步發展,當前人形機
200、器人鮮有能達到全自主甚至半自主的。人形機器人認知決策認知決策運動執行運動執行基礎保障導航避障:涉及對環境的認知,以及路徑規劃、智能避障等決策,與自動駕駛存在相 似之處;但人形機器人工作環境非結構化,所需決策或更復雜,有賴AI進一步發展。自主行動:當前人形機器人大都只能在固定的場景、規則下行動,并且需要人或終端 計算機的指令,較難自己發出行動指令并執行,這是全自主式運動狀態。比如,包括 人形在內的眾多服務機器人還只能完成有限的問答而非對話,或自身未搭載成熟計算 單元,而需云端控制器進行控制。更高自主性需要AI、控制算法與芯片均充分發展。雙足行動:機械結構設計上需合理設計機器人腿腳結構、各部分連接
201、與運動方式;運 動驅動上,需高功率電機以滿足腿部輸出大扭矩的需求;計算控制上,需多個傳感器 盡可能地感知環境,并借助算法整合信息、做出決策,對控制算法的要求極高。國內 外在減速器性能上差距較小,在伺服電機、控制系統上差距較大。多指手和雙手協作:通過指關節處精密的驅動系統使手指靈活運動,并通過手眼協調 技術、力矩傳感器確保機器人以合適方向、合適力度執行任務。電源管理系統:機器人的關節多,對電流供應的要求較大,且完成極限動作時瞬時需 極大電流,需在劇烈放電時保證計算單元運行穩定。國內品牌性能足夠滿足要求;熱管理:散熱器件的研發創新與芯片設計制造的進步,電動汽車供應鏈公司有優勢;輕質材料與皮膚:碳纖
202、維、航天鋁等使機器人盡可能減重,表面皮膚則兼具提高與人 的相似度、增添傳感器的作用。當前,載有傳感器的柔軟皮膚鮮有性價比高的技術;人形機器人縱軸:縱軸:成成本本/技術技術成成熟度熟度;此處成熟度主要指 控制算法的性能;AI算法性能,前者影響機器人運動控制能力,進而決定人形機器人能否跨場景完成任務,后者影響人機交互能力,進而決定人形機器人能否自主行動、對人做出豐富回應。橫軸:橫軸:時時間間成本曲線成本曲線技術成熟技術成熟度曲線度曲線2 202024 4-2 202025 520292029-20302030特點:特點:移動能力最成熟,自主重復工作的穩定性待檢驗,且較難跨場景工作 價格:量產程度較
203、低,¥45-60 萬/臺場景:場景:特斯拉率先量產后,可用在特斯拉汽車工廠 發燒友/高端消費者嘗鮮購買 運動穩定性提升,能承擔跨場景、綜合性任務;能較準確地理解人的動作情感,進行一些對話 價格:量產程度提升,¥30-40萬場景:場景:餐廳、便利店等商業服務場景 制造業,應對勞動力不足問題 家庭家務場景滲透率提升特點:特點:運動控制能力進一步完善,同時人機交互能力成熟,可與人進行更富內容的對話交流 價格:量產程度較高,¥20-25萬場景:場景:家庭、養老場景中,發揮陪伴、照顧、情感交流的功能特點特點:人形機器人環境感知、運動控制、人機交互是服務機器人三大功能,人形機器人與之類似;環境感知、運動控
204、制、人機交互是服務機器人三大功能,人形機器人與之類似;環境感知為后續行為奠基,依賴視、觸、聽覺等硬件傳感器,在軟件上需要算法整合數據;運動控制是指:機器人的“大腦”控制器在接受傳感器信息后,做出規劃,并向關節發出指令,使機器人執行動作、保持平衡,有賴于減速器、伺服電機、控制芯片等硬件及有效的控制算法;人機交互則意味著機器人能夠“聽懂”人的語言、“讀懂”人的表情和動作,并能做出回應,這主 要有賴于機器視覺、語義識別等人工智能算法;減速器、電機、控制器、傳感器為核心零部件,前兩者構成機器人的關節,在價值量上占據大頭;減速器、電機、控制器、傳感器為核心零部件,前兩者構成機器人的關節,在價值量上占據大
205、頭;從功能而言,上述四個零部件在硬件層面保障感知、運動、交互三大功能的實現;從價值量而言,減速器、伺服系統、控制器占據工業機器人價值量的70%,同時人形機器人與服務機器人類似,具 有更多傳感器,故傳感器的價值量也隨之上升。服務機器人三大核心功能與技術模塊服務機器人三大核心功能與技術模塊感知能力交互能力運動能力傳感器陀螺儀激光雷達毫米波雷達單目相機多目相機3D攝像頭模擬人的知覺、皮膚運動控制能力:根據目標自主規劃路徑、完成移動、保持平衡等控制器電機減速器執行件控制算法與高性能芯片模擬人對肌肉的控制AI功能體現理解&回應自主行動AI所需技術語音識別語義理解圖像識別深度學習神經網絡NLP基礎運算能力
206、模擬大腦的理解與決策工工業業、人人形形機器機器人人核核心心部部件件價值價值量量分分布布人形機器人成本組成結構預測人形機器人人形機器人識別外部環境主要使用攝像頭、激光雷達等傳感器,與自動駕駛場景存在類似之處。在自動駕駛場景中,智能汽車需要對車輛、行人、交通信號燈、障礙物等行車環境做出既快速又準確的識別,特斯拉在算法和數據方面的長期積累,在傳感器方面僅借助車載攝像頭就奠定了其純視覺路線在自動駕駛中的領先地位,而在絕大多數車企所采用的多器件融合路線中,毫米波雷達、激光雷達具備其獨特優勢,能夠使傳感器系統更好地實現優勢互補,因此毫米波雷達、激光雷達等傳感器在自動駕駛中的廣泛應用是必然趨勢。52對機器人
207、來說對機器人來說,在攝像頭提供的機器視覺以外在攝像頭提供的機器視覺以外,在一些復雜和惡劣環境下在一些復雜和惡劣環境下,激光雷達激光雷達、毫米波雷毫米波雷達等傳感器也有望大大加強機器人的環境感知能達等傳感器也有望大大加強機器人的環境感知能力力。因此因此,預計將來會有更多搭載激光雷達預計將來會有更多搭載激光雷達、毫毫米波雷達的機器人問世米波雷達的機器人問世。優勢:優勢:圖像識別分辨率高,技術成熟度高、成本低劣勢:算法要求高劣勢:算法要求高、容易受到惡劣天氣影響容易受到惡劣天氣影響、復雜復雜環境下抗干擾能力弱環境下抗干擾能力弱成本:成本:1000美元激光雷達激光雷達毫米波雷達毫米波雷達多多 器器 件
208、件 融融 合合毫米波雷達技術優勢毫米波雷達技術優勢純純視視覺覺對環境條件不敏感對環境條件不敏感1 1可檢測玻璃墻、家具可檢測玻璃墻、家具2 23 3提供物體的多普勒信息提供物體的多普勒信息機械復雜程度低機械復雜程度低4 4材料成本低、尺寸小材料成本低、尺寸小5 5人形機器人全球機器視覺器件市場規模全球機器視覺器件市場規模(億美元億美元)20192019-20252025年年3D3D視覺感知市場規模(億美元)視覺感知市場規模(億美元)工業消費電子汽車國防及航天醫療CAGRCAGR20192019-20252025:+20%+20%20192019年年5050億美元億美元20252025年年150
209、150億美元億美元12.012.0億億C CAGRAGR:5.3%5.3%17.117.1億億C CA AG GR R:8.6%8.6%8181.7 7億億C CA AG GR R:2626.2%2%36.736.7億億C CA AG GR R:28%28%3 3.4 4億億C CA AG GR R:4.3%4.3%(17%17%)8 8.7 7億億(17%17%)10.410.4億億(21%21%)8.58.5億億20.220.2億億2 2.6 6億億(40%40%)(5 5%)市場持續擴容:市場持續擴容:根據 Markets and Markets 統計,2015-2020年全球機器視覺器
210、件市場的CAGR為13.83%,市場規模至2020年達到107億美元;2021-2025年,預計全球機器視覺器件市場規模的CAGR將為6.56%,至2025年市場規模將達147億美元。向向3D3D機器視覺升級:機器視覺升級:機器視覺將逐步從2D升級到3D,實現跨度極大的技術革命。3D視覺技術的突破將進一步 推動視覺技術在高端場景的應用,傳統的2D機器視覺將快速向3D機器視覺升級,推動機器視覺市場持續增長人形機器人機器人視覺傳感產業鏈或與車相似:主機廠外購攝像頭結合自研算法,或尋求成熟解決方案,車載攝像頭的上游是鏡片、鏡頭、芯片等零部件廠商,中游是模組封裝、系統集成,而后將攝像頭本體提供給下游汽
211、車廠,如特斯拉兩種模式均有嘗試:起初特斯拉自動駕駛采用Mobileye的方案,當前機器人/汽車均采用自研FSD系統,只需與合適的Tier1廠商合作,對于車載攝像頭,光學鏡頭、攝像頭模組的難度高、壁壘深,實力過硬的光學公司能率先參與人形機器人產業鏈。車載鏡頭呈“一超多強”之勢,車載攝像頭模組則格局分散,由海外公司主導。2020年舜宇光學出貨量位居第一,市場占有率超過30%,在規格、壁壘更高的ADAS鏡頭中,舜宇光學市占率超50%。車載攝像頭模組主要由Tier1、Tier2組裝,主要企業為麥格納、松下、法雷奧、博世等。資料來源:公司公告、東吳證券研究所人形機器人視覺傳感自動駕駛傳感器參與者邏輯機器
212、人的導航、避障、路徑規劃與自動駕駛功能相似;車規篩選下有 資質的廠商產品性能優越;參與者Tier 1廠商:博世、大陸等;自動駕駛解決方案提供商:采埃孚、Mobileye等;邏輯對物體進行較精細地識別,以手眼協調操作或承擔巡檢工作;識別人的姿態表情,更好地人機交互參與者計算機視覺公司:天準科技等3D視覺廠商:基恩士、梅卡曼德等車車載載鏡鏡頭頭、攝像攝像頭頭模模組組市市場場格格局局攝像頭攝像頭/機器視覺廠商入局機器人的模式機器視覺廠商入局機器人的模式人形機器人中國激光雷達市場規模預測(億美元)中國激光雷達市場規模預測(億美元)6.613.120.531.843.1除了測繪和無人駕駛領域,包括以汽車
213、整車廠、Tier 1為代表的高級輔助駕駛,以智能服務機器人為代表的避障導航系統,還有隨著5G技術逐漸普及而產生的車聯網應用,都為激光雷達帶來了更廣闊的市場。全球激光雷達市場規模預測(美元)全球激光雷達市場規模預測(美元)4.2億無人駕駛高級輔助駕駛智慧城市和測繪智能服務機器人0.5億7.0億CAGR:57.9%35.0億CAGR:80.9%46.1億CAGR:83.7%2019年6.8億美元45.0億CAGR:48.5%2025年135.4億美元CAGR2019-2025:+64.5%1.0億1.2億根據沙利文預測,隨著下游應用領域的不斷拓寬,激光雷達 整體市場規模將從2019年的6.8億美元
214、快速增長至2025年的 135.4億美元,2019-2025年CAGR高達64.5%。其中預計智 能服務機器人在此期間的CAGR為57.9%。人形機器人55德國德國日本日本中國中國美國美國重視傳感器功能材料研究;重視傳感器技術開發;重視工藝研究德國視軍用傳感器為優先發展技術,發揮老牌工業強國固有優勢日本約有800家生產和開發傳感器的廠家。初步建立了敏感元件和傳感器產業,目前我國已有1688家從事傳感器的生產和研發的企業人形機器人在短期,人形機器人可能用于工廠、餐廳或家庭等室內場景,或許無需像汽車一樣具備迅速為陌生地形建構地圖的能力,長期來看,機器人視覺傳 感不僅需識別障礙,還需能指定對象,而后
215、者是用戶指定的而非“紅綠燈”這樣固定的,這對視覺傳感提出了嶄新的要求機器人廠商需具備“人體識別”“表情識別”等相關人工智能技術。相較雷達,人形機器人廠商更可能采用攝像頭方案,雷達長于測距測速,短于物體識別,同時,人形機器人的設計與激光雷達不是特別適配,雷達若搭載在軀干上,測量準確度將因軀干搖動而受影響,搭載在頭部,則又將影響機器人的類人感,綜上,相較汽車,更多廠商會采用攝像頭方案。計算機視覺、AI公司有望進入市場,人形機器人的大規模應用離不開機器視覺與AI:視覺不僅輔助 機器人移動,精準測量、手眼協調等技術方可使機器人運用在工業巡檢、家庭服務場景,且若走入家庭,對人類表情、動作的識別理解愈加重
216、要,由此,機器視覺、AI解決方案公司有望進入市場。Pepper500萬像素攝像頭、3D攝像頭提供視覺,激光傳感器搭配聲納、陀螺儀、加速計提供導航ASIMO攝像頭提供視覺,激光雷達搭配紅外傳感器進 行地面障礙物探測Digit頭部搭載激光雷達,因此無類人頭部,立體攝像頭提供視覺Atlas頭部搭載激光雷達,因此無類人頭部,激光雷達與立體相機協同生成3D點云Walker X未搭載激光雷達,使用四目立體視覺、雙目RGBD傳感器、超聲波傳感器助測距測速人形機器人現有人形機器人產品主要為日本本田ASIMO、美國波士頓動力Atlas、美國 Agility Robot、特斯拉Optimus、中國優必選 Walk
217、er、小米 CyberOne,從各品牌人形機器人的發展來看,商業化量產的瓶頸主要可歸結為技術、成本和應用場景 三個方面;但特斯拉多年深耕汽車自動駕駛領域,在三大瓶頸方面均有特有優勢,使人形商業化應用成為可能。人形機器人產業化落地進程人形機器人產業化落地進程本田ASIMO波士頓AtlasAgilityRobot優必選Walkers小米CyberOne特斯拉Optimus國家日本 美國美國 中國中國 美國開發時間2000 年 2013 年 2015 年 2018 年2022 年 8 月2022 年 10 月價格300-400 萬美元200 萬美元+幾十萬美元 400萬人民幣成本 60-70 萬量產
218、價 2 萬美元身高 130CM150cm158cm130cm177cm173cm體重48kg 75kg45kg 63kg 52kg73kg應用場景展覽搜索、救援、軍事物流、工業檢測 教育、展覽 生活服務家務、工業等特點動作靈活,可跑步、跳躍、上下樓梯目前最先進機器人,靈活,剛性強,可跳舞、后空翻靈活,剛性強,可跳舞、后空翻整體設計簡潔緊湊、輕量化,雙臂操作能力較強具有室外行走能力,量產能力具有行走能力擁有人類靈活雙手,AI 技術強產業化水平未產業化實驗室19 年 6 臺,估計目前幾十臺已商業化落地未商業化原型機公布,預計 3-5 年量產示意圖機器人產業鏈相關公司機器人末來思考近年來,工業機器人、服務機器人、特種機器人邊界越來越模糊。各種機器人技術的集合與創新,給機器人產業的發展不斷帶來新機遇,在非常多的特殊場景下,企業的需求已不僅僅是傳統意義上的機器人,而是需要把工業機械臂,服務機器人和人工智能等技術進行融合,形成能有移動能力、有感知能力、有大腦分析與判斷,有操作能力的的智能機器人,尤其是 Chat GPT作為 AIG 領域頂尖的模型,有望加速人工智能在各行業滲透,顛覆現有的生產力形式,機器人將會是人工智能技術全面爆發的重要變量,智能化程度越來越高,逐漸進入顛覆式階段,成為一個集大數據、云計算、人工智能為一體的核心載體,擁有較為廣泛的產業應用。感謝聆聽 批評指導匯報人:代用名