通過復(fù)盤全球工業(yè)機(jī)器人發(fā)展歷程，我們看到工業(yè)機(jī)器人經(jīng)歷了從特種到通用、從機(jī)械到智能、從單一到復(fù)雜的演變過程。隨著工業(yè)機(jī)器人開始應(yīng)用到各類下游行業(yè)，逐步替代人類重復(fù)勞動(dòng)，產(chǎn)業(yè)價(jià)值開始逐步顯現(xiàn)。以ABB為例，拆解產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，工業(yè)機(jī)器人核心部件包括傳感、執(zhí)行、決策三層，其中IT架構(gòu)是決定機(jī)器人智能化程度的核心，軟件重要性有望逐步提升。與此同時(shí)，隨著ChatGPT等大預(yù)言模型的興起，機(jī)器人正開始向具身智能演進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變革有望加速到來。

核心觀點(diǎn)

工業(yè)機(jī)器人逐步走向智能化/通用化，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景可期

全球工業(yè)機(jī)器人大致經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段：1）技術(shù)萌芽階段：最初的工業(yè)機(jī)器人主要用于軍事、核工業(yè)等高危領(lǐng)域，以示教再現(xiàn)型機(jī)器人為主；2）產(chǎn)業(yè)崛起階段：ABB、庫卡、發(fā)那科等領(lǐng)軍企業(yè)開始崛起，工業(yè)機(jī)器人開始具備感知和處理外界信息能力；3）產(chǎn)業(yè)升級(jí)階段：向通用工業(yè)場(chǎng)景延伸，智能化水平不斷提升。據(jù)IFR數(shù)據(jù)，2021年全球新增工業(yè)機(jī)器人安裝量為51.7萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)31.2%；據(jù)Inkwood Research預(yù)測(cè)，2021-2028年年全球工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)值的CAGR將達(dá)14.7%。我們認(rèn)為，隨著工業(yè)機(jī)器人智能化不斷升級(jí)，人口供給收縮和下游需求釋放驅(qū)動(dòng)行業(yè)增長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景可期。

IT架構(gòu)是決定機(jī)器人智能化程度的核心，軟件重要性有望逐步提升

以ABB為例，拆解核心環(huán)節(jié)來看，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈包括上游核心部件、中游機(jī)器人本體及軟件、下游系統(tǒng)集成與應(yīng)用，主要成本集中在減速器、伺服系統(tǒng)等上游核心零部件。從功能分類來看，工業(yè)機(jī)器人部件可以分為感知、執(zhí)行、決策三層。ABB在傳感器、伺服系統(tǒng)/控制器、算法軟件等各層級(jí)均有布局，形成工業(yè)機(jī)器人全棧解決方案。我們認(rèn)為，隨著工業(yè)機(jī)器人向智能化發(fā)展，已經(jīng)逐步進(jìn)入軟件定義階段，機(jī)器人正逐步演化為IT產(chǎn)品，軟件算法的差異將對(duì)機(jī)器人最終能夠?qū)崿F(xiàn)的智能化水平產(chǎn)生重要影響，軟件地位有望逐步提升。

AI賦能有望助力產(chǎn)業(yè)變革加速到來

我們看到，對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)器人任務(wù)，ChatGPT已經(jīng)能夠以zero-shot的方式解決，對(duì)于課程學(xué)習(xí)、AirSim避障等復(fù)雜任務(wù)，ChatGPT可以在人類用戶on-the-loop交互下實(shí)現(xiàn)。從工業(yè)領(lǐng)域落地情況來看，目前具身智能還處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展早期，AI應(yīng)用集中在部分簡(jiǎn)單場(chǎng)景。以ABB為例，2020年2月ABB與Covariant合作推出智能分選機(jī)器人，通過機(jī)器視覺算法提升識(shí)別效率和準(zhǔn)確率。此外，2023年7月，ABB宣布與微軟合作，將GPT-4應(yīng)用于工業(yè)分析等場(chǎng)景?；诖?，我們認(rèn)為，隨著ChatGPT等大模型的出現(xiàn)，機(jī)器人正開始向具身智能演進(jìn)，產(chǎn)業(yè)變革有望加速到來。

風(fēng)險(xiǎn)提示：宏觀經(jīng)濟(jì)波動(dòng)；技術(shù)應(yīng)用落地不及預(yù)期。

正文

工業(yè)機(jī)器人：逐步走向智能化/通用化，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景可期

發(fā)展歷程：工業(yè)機(jī)器人走向智能化/通用化發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程可以分為三個(gè)階段：

技術(shù)萌芽階段（20世紀(jì)50-60年代，第一代工業(yè)機(jī)器人）：第二次世界大戰(zhàn)期間工業(yè)機(jī)器人的雛形始成，其最初是出于軍事、核工業(yè)的發(fā)展需要，用來滿足代替人類進(jìn)行放射性物質(zhì)處理的遙控機(jī)械手。此后，美國(guó)發(fā)明家喬治·德沃爾最早提出工業(yè)機(jī)器人的概念并于1954年申請(qǐng)“可編輯關(guān)節(jié)式轉(zhuǎn)移物料裝置”的專利。1958年，世界上第一家機(jī)器人公司Unimation成立，并于1959年利用喬治·德沃爾的專利推出了世界上第一臺(tái)真正意義上的工業(yè)機(jī)器人Unimate，開創(chuàng)了機(jī)器人發(fā)展的新紀(jì)元。在此期間主要為第一代工業(yè)機(jī)器人，即沒有自主決策能力和環(huán)境感知能力的示教再現(xiàn)型機(jī)器人。

產(chǎn)業(yè)崛起階段（20世紀(jì)末期，第二代工業(yè)機(jī)器人）：1968年起，Unimation先后將機(jī)器人制造技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本川崎、英國(guó)GKN公司，工業(yè)機(jī)器人業(yè)務(wù)擴(kuò)張到日本和歐洲，開始走向產(chǎn)業(yè)化和全球化。1969年，ASEA公司研制出全球首臺(tái)噴涂機(jī)器人，川崎成功推出了日本第一臺(tái)液壓動(dòng)力機(jī)器人“川崎 Unimate 2000”。此后，更多公司入局工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，形成了以ABB、庫卡為代表的歐洲機(jī)器人企業(yè)以及以川崎、發(fā)那科、安川為代表的日本機(jī)器人企業(yè)格局，機(jī)器人市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)。在此期間，工業(yè)機(jī)器人從第一代發(fā)展到第二代，能夠感知外界信息并進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理和反饋。

產(chǎn)業(yè)升級(jí)階段（21世紀(jì)初期，第三代工業(yè)機(jī)器人）：隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人不斷拓展應(yīng)用場(chǎng)景、發(fā)展核心技術(shù)。1）從應(yīng)用場(chǎng)景來看，工業(yè)機(jī)器人能達(dá)到更快速度、更高精準(zhǔn)度，以及更大范圍的大小型號(hào)和負(fù)載，實(shí)現(xiàn)在大型工件搬運(yùn)生產(chǎn)、物流運(yùn)輸、食品飲料、生物制藥、汽車制造等更加廣泛和智能的場(chǎng)景應(yīng)用。2）從技術(shù)發(fā)展來看，工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)得到快速發(fā)展。2002年美國(guó)波士頓公司和日本公司共同申請(qǐng)了第一臺(tái)“機(jī)械狗”智能軍用機(jī)器人專利；2004年安川和ABB均開發(fā)了可以同步控制多臺(tái)機(jī)器人的控制器；2006年意大利柯馬公司推出了第一款無線示教器；2015年ABB推出世界上第一臺(tái)真正意義上的協(xié)作機(jī)器人YuMi。在此期間工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入第三代，具備智能化特點(diǎn)，可以利用各種傳感器、測(cè)量器獲取信息并利用智能技術(shù)進(jìn)行識(shí)別、理解和反饋。

工業(yè)機(jī)器人四大家族憑借在原有業(yè)務(wù)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和對(duì)機(jī)器人技術(shù)的高度掌握占據(jù)高位。以ABB的發(fā)展歷程為例，公司成立于1988年，是由具有百年歷史的兩家著名電氣公司——電氣照明和發(fā)電機(jī)制造商ASEA和高壓電氣傳輸公司BBC合并而來，此后ABB成為了電氣和自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，提供全面且日益數(shù)字化的電氣化、運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)化解決方案。在此基礎(chǔ)之上，ABB對(duì)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，延續(xù)其前身ASEA公司在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)先布局，開始快速發(fā)展機(jī)器人業(yè)務(wù)，自1974年推出世界上第一臺(tái)微電腦控制的機(jī)器人以來，ABB不斷取得突破性創(chuàng)新，不斷完善工業(yè)機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品布局，并通過技術(shù)創(chuàng)新提升性能。

市場(chǎng)現(xiàn)狀：“四大家族”占據(jù)的穩(wěn)增長(zhǎng)市場(chǎng)

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，全球新增裝機(jī)量快速增長(zhǎng)。根據(jù)IFR數(shù)據(jù)，2021年全球新增工業(yè)機(jī)器人安裝量為51.7萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)31.2%，2012-2021年復(fù)合增長(zhǎng)率為12.0%。根據(jù)Inkwood Research數(shù)據(jù)，未來全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，從2020年的553.7億美元增長(zhǎng)至2028年的1653.5億美元，2021-2028年復(fù)合增長(zhǎng)率為14.7%。

工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)集中度較高，以機(jī)器人“四大家族”為主。根據(jù)IFR數(shù)據(jù)，2020年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)中，發(fā)那科、ABB、安川、庫卡四家占比超過65%，其中發(fā)那科排名第一占比17.3%，ABB第二占比15.7%，安川和庫卡分別占比12.9%和12.1%。“四大家族”的主要業(yè)務(wù)和在機(jī)器人領(lǐng)域的核心技術(shù)各不相同，安川和庫卡以機(jī)器人業(yè)務(wù)為核心，而發(fā)那科和ABB則分別起家于工廠自動(dòng)化設(shè)備和電力業(yè)務(wù)。其中ABB的業(yè)務(wù)以電氣、運(yùn)動(dòng)控制、過程自動(dòng)化、機(jī)器人與離散自動(dòng)化為核心的，2022年電氣業(yè)務(wù)營(yíng)收占比47.9%，機(jī)器人與自動(dòng)化業(yè)務(wù)占比10.8%。

驅(qū)動(dòng)力：人口供給收縮和下游需求釋放驅(qū)動(dòng)行業(yè)增長(zhǎng)

人口老齡化導(dǎo)致人力成本上升，機(jī)器替人為大勢(shì)所趨。世界各國(guó)的生育率已連續(xù)多年下降，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2021年中國(guó)15-64歲人口占比已降至68.3%。企業(yè)用人成本不斷攀升，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2022年中國(guó)制造業(yè)就業(yè)人員人均工資已達(dá)86933元，同比增長(zhǎng)5.2%，高于GDP增速。勞動(dòng)力成本上升的長(zhǎng)期趨勢(shì)將成為工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。

新能源汽車的爆發(fā)為工業(yè)機(jī)器人帶來需求釋放。由于新能源汽車的帶動(dòng)，汽車行業(yè)進(jìn)入下一輪擴(kuò)張周期，工業(yè)機(jī)器人將持續(xù)受益。以中國(guó)為例，據(jù)同花順數(shù)據(jù)，從2021年起新能源汽車銷量進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)階段，2023年6月銷量超過80萬輛。

半導(dǎo)體、光伏、鋰電等行業(yè)也有望帶來大量工業(yè)機(jī)器人需求。汽車與3C電子是工業(yè)機(jī)器人需求量最大的兩個(gè)行業(yè)，如今3C電子需求相對(duì)疲軟，大部分企業(yè)開始積極探索汽車和3C之外的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)點(diǎn)，如半導(dǎo)體、光伏、鋰電等。2022年全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)5735億美元，隨著AI帶動(dòng)算力芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝等產(chǎn)業(yè)需求，半導(dǎo)體擴(kuò)產(chǎn)有望帶動(dòng)工業(yè)機(jī)器人建設(shè)需求。

IT架構(gòu)是智能化核心，軟件重要性有望逐步提升

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈：可分為上游核心零部件、中游機(jī)器人本體及軟件以及下游系統(tǒng)集成及應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。上游核心零部件包括傳感器、控制器、減速器、伺服系統(tǒng)，傳感器主要分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器，伺服系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)兩個(gè)部件；中游包括機(jī)器人本體制造及配套軟件產(chǎn)品；下游包括系統(tǒng)集成及應(yīng)用，系統(tǒng)集成即將各種機(jī)器人、傳感器、控制器、軟件等組合以形成一個(gè)完整的自動(dòng)化生產(chǎn)線，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用覆蓋廣泛，其中主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槠囍圃?、電子電氣、食品制造、金屬加工及制藥行業(yè)等。

上游核心零部件為工業(yè)機(jī)器人主要成本來源，盈利能力強(qiáng)勁。從成本來看，2020年工業(yè)機(jī)器人60%的成本由上游核心零部件構(gòu)成，其中減速器、伺服系統(tǒng)、控制器分別占比35%、25%、10%，機(jī)器人本體僅占比15%。從毛利率來看，盈利能力較強(qiáng)的環(huán)節(jié)主要集中在上游核心零部件，2020年減速器、伺服系統(tǒng)、控制器的毛利率分別約為40%、35%和25%，中游本體制造毛利率較低僅15%，下游系統(tǒng)集成毛利率較高為35%。

以ABB為例，按照具體功能結(jié)構(gòu)，我們可以將工業(yè)機(jī)器人核心部件歸納為：感知層、執(zhí)行層、決策層。具體來看：

感知層：工業(yè)機(jī)器人的信息最初來源

傳感器是機(jī)器人的“感知器官”，是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)與環(huán)境交互及精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的信息來源。傳感器用來感應(yīng)和采集各種信息，并按照一定規(guī)律將被測(cè)量的信息轉(zhuǎn)化成便于傳輸和處理的有用信號(hào)。傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦兄苯痈袘?yīng)被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髂軐⒚舾性妮敵鲛D(zhuǎn)換為適于傳輸和處理的電信號(hào)部分。傳感器一般分為內(nèi)部和外部傳感器，內(nèi)部傳感器主要測(cè)量機(jī)器人內(nèi)部系統(tǒng)狀態(tài)，如溫度、轉(zhuǎn)速、電壓等；外部傳感器主要測(cè)量外界環(huán)境的信息，包括位置傳感器、速度傳感器、力傳感器、視覺傳感器等。

機(jī)器人傳感器市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，市場(chǎng)集中度較低。根據(jù)Mordor Intelligence預(yù)測(cè)，全球機(jī)器人傳感器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將從2023年的6.16億美元升至2028年的9.24億美元，2024-2028年CAGR為8.4%。機(jī)器人傳感器市場(chǎng)主要參與者來自全球不同國(guó)家的眾多企業(yè)，包括瑞士寶盟集團(tuán)、泰科電子；美國(guó)ATI、Tekscan、Futek、森薩塔、霍尼韋爾；日本發(fā)那科、TDK、歐姆龍集團(tuán)等。

力傳感器是工業(yè)機(jī)器人的重要傳感器，ABB集成力控技術(shù)是力傳感器主要技術(shù)之一。工業(yè)機(jī)器人大多為機(jī)械臂形態(tài)，由機(jī)器人的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件組成，力傳感器可以對(duì)機(jī)械臂上的力度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行反饋。隨著機(jī)器人向智能化發(fā)展，對(duì)與外界交互的柔順控制需求更高，對(duì)力控技術(shù)提出了更高的要求。為了提高傳感器的靈活度和精度，2014年ABB成功開發(fā)了集成力控技術(shù)，基于此技術(shù)，ABB提供3種集成式力控傳感器，兼容其IRB 140到IRB 6700的大部分工業(yè)機(jī)器人。配備該技術(shù)的機(jī)器人能根據(jù)外部實(shí)時(shí)回饋信號(hào)應(yīng)對(duì)制造過程中的細(xì)微變化，像人類一樣拿捏易碎物品或執(zhí)行精密作業(yè)，編程時(shí)間也可縮短。

執(zhí)行層：決定工業(yè)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度

機(jī)器人的“肌肉”——伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是機(jī)器人的“肌肉”，是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程。伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、伺服編碼器及配套軟件組成。伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)，其作用是將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，一般通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。伺服電機(jī)是控制機(jī)械元件進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，接收到伺服驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服編碼器一般安裝在伺服電機(jī)末端，用于測(cè)量轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速，是伺服系統(tǒng)的信號(hào)反饋裝置，對(duì)伺服系統(tǒng)的精度有著關(guān)節(jié)作用。

ABB伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)越，覆蓋電壓及功率范圍較大。ABB的伺服驅(qū)動(dòng)器能滿足大部分電壓范圍應(yīng)用場(chǎng)合，定位精度較高。MicroFlex e190 和 MotiFlex e180 高度集成了以太網(wǎng)的靈活連接和電機(jī)反饋技術(shù)，并針對(duì)要求苛刻的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。ABB伺服電機(jī)也同樣擁有完整的產(chǎn)品系列，功率覆蓋范圍滿足大部分應(yīng)用場(chǎng)合，高轉(zhuǎn)速及高轉(zhuǎn)矩滿足能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)及精準(zhǔn)控制。

ABB為其伺服產(chǎn)品提供了專門的選型和調(diào)試工具。Servosize是針對(duì)ABB伺服產(chǎn)品的選型工具，支持的產(chǎn)品有MotiFlexe180、MicroFlexe190和E530伺服驅(qū)動(dòng)器以及eSM、DSM和HDS伺服電機(jī)。MintWorkbench、ServoComposer和AutomationBuilder是針對(duì)ABB產(chǎn)品的編程和調(diào)試工具。MintWorkbench可用于MotiFlexe180和MicroFlexe190伺服驅(qū)動(dòng)器的編程和調(diào)試，ServoComposer可用于E530伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試，而AutomationBuilder則可用于運(yùn)動(dòng)控制PLC的編程和調(diào)試。

機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”——減速器

減速器機(jī)器人的“關(guān)節(jié)”，是連接伺服電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置。減速器通過齒輪嚙合將伺服電機(jī)高轉(zhuǎn)速的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩的機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，起到匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。減速器的輸出轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)精度、輸出轉(zhuǎn)矩等決定了對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)速度、定位精度和承載能力。一般來說，工業(yè)機(jī)器人的每一個(gè)關(guān)節(jié)都需要搭配一個(gè)減速器，工業(yè)機(jī)器人大多為六軸，故一般一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人需要六個(gè)減速器。減速器可以分為諧波減速器和RV減速器，諧波減速器使用簡(jiǎn)單、精度較高，但結(jié)構(gòu)剛性不及RV減速器，日本哈莫納科為全球最大諧波減速器生產(chǎn)商；RV減速器結(jié)構(gòu)剛性較好、輸出轉(zhuǎn)矩大，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、制造成本高、傳動(dòng)精度略低，日本納博特斯克為全球最大RV減速器生產(chǎn)商。

工業(yè)機(jī)器人企業(yè)減速器自產(chǎn)程度較低，大多采取外購(gòu)。減速器市場(chǎng)集中程度較高，據(jù)哈工大2021年發(fā)布的《中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，日本哈默納科、納博特斯克和住友占據(jù)了85%的份額，其中納博特斯克是RV減速器的發(fā)明者，占據(jù)全球工業(yè)機(jī)器人減速器市場(chǎng)的60%，并在以及數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀（ATC）裝置的RV減速器市場(chǎng)占比80%，工業(yè)機(jī)器人四大家族減速器自產(chǎn)能力較弱，均外購(gòu)納博特斯克的減速器。日本哈默納科是全球最早研發(fā)生產(chǎn)諧波減速器的企業(yè)，減速器市場(chǎng)占比第二位15%。

決策層：決定工業(yè)機(jī)器人性能的關(guān)鍵

控制器在機(jī)器人結(jié)構(gòu)中承擔(dān)“小腦”的作用，是決定機(jī)器人性能的主要因素?？刂破鹘邮諅鞲行畔⒉?jù)此生成對(duì)應(yīng)的控制指令，控制機(jī)器人完成動(dòng)作任務(wù)。控制器包括硬件和軟件兩部分，硬件為控制計(jì)算機(jī)和示教器，其中示教器是進(jìn)行機(jī)器人手動(dòng)操縱及配置與編程的手持裝置；軟件主要為以控制算法為核心的運(yùn)用軟件和系統(tǒng)?？刂破鞯墓ぷ髟硎菍z測(cè)單元的輸入信號(hào)與設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較，并對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果輸出到執(zhí)行器，又執(zhí)行器改變操縱變量再輸出到被控對(duì)象。

以ABB為例，OmniCore工業(yè)機(jī)器人控制器為工業(yè)機(jī)器人提供強(qiáng)勁性能。其中C系列是 OmniCore 家族的緊湊型控制器，不僅在尺寸上大大減小，而且具備靈活的集成能力；E系列是超緊湊控制器，旨在滿足客戶運(yùn)行緊湊電子產(chǎn)品裝配線的需要；V系列（特韌型）是模塊化OmniCore控制器系列中的中型控制器，主要面向工業(yè)環(huán)境中的中型和大型機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化，例如MH/MT、弧焊。

ABB的IRC5是機(jī)器人控制器技術(shù)的行業(yè)標(biāo)桿。ABB IRC5控制器包含單柜型、雙柜型和緊湊型，其中單柜型IRC5由控制器和FlexPendant示教器兩個(gè)硬件部分組成。使用者可以在FlexPendant示教器或FlexPendant示教器上的RobotStudio上對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程。此外，IRC5采取靈活的模塊化分布設(shè)計(jì)。模塊化分布設(shè)計(jì)較集中式控制器更為靈活，IRC5由控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成，可選增過程模塊，使得IRC5可以靈活控制一臺(tái)六軸機(jī)器人和伺服驅(qū)動(dòng)工件定位器。其中，控制模塊自帶主計(jì)算機(jī)，能夠執(zhí)行高級(jí)控制算法，為多達(dá)36個(gè)伺服軸進(jìn)行復(fù)合路徑計(jì)算，并可指揮四個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。此外，IRC5還提供靈活性、安全性、模塊化、應(yīng)用程序接口、多機(jī)器人控制和PC工具支持。

ABB控制器由其優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)支持。QuickMove、TrueMove和MultiMove是ABB的核心運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，它們對(duì)于機(jī)器人的精度、速度、周期時(shí)間、可編程性以及與外部設(shè)備同步性等機(jī)器人性能指標(biāo)的提升起到了重要作用。TrueMove保證了機(jī)器人的路徑精度，能夠確保不論速度或運(yùn)行模式如何，甚至是在安全保護(hù)停止、進(jìn)程停止、程序停止或斷電后，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑也會(huì)遵循編程路徑；QuickMove則能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，可以根據(jù)不同的工作任務(wù)自動(dòng)優(yōu)化軸的加速度和速度，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制，提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和精度，循環(huán)速度比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快25%；MultiMove的引入進(jìn)一步鞏固了ABB在先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)和功能方面的領(lǐng)先地位，可以確保多達(dá)4臺(tái)機(jī)器人協(xié)同運(yùn)行。

貝加萊控制系統(tǒng)為ABB機(jī)器人提供強(qiáng)大集成架構(gòu)。據(jù)公司官網(wǎng)，2017年4月ABB宣布收購(gòu)貝加萊，貝加萊在工業(yè)軟件行業(yè)處于領(lǐng)先地位，是 PLC、工業(yè) PC 機(jī)、伺服系統(tǒng)控制的真正領(lǐng)導(dǎo)者，其擁有完整的集成架構(gòu)。2019年，ABB和貝加萊聯(lián)合開發(fā)了一種將ABB機(jī)器人集成到貝加萊機(jī)器控制系統(tǒng)中的解決方案。該方案簡(jiǎn)化了機(jī)器人的編程，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)和機(jī)器人的并行工作、提高了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和傳感器的同步、實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的仿真模擬，使開發(fā)更加便捷。

IT架構(gòu)：軟件地位有望逐步提升

以ABB為例，工業(yè)機(jī)器人IT架構(gòu)是決策系統(tǒng)的底座。在工業(yè)機(jī)器人的決策系統(tǒng)中，我們看到控制器起到了調(diào)度機(jī)器人行為、執(zhí)行復(fù)雜指令的重要作用。拆解決策系統(tǒng)來看，底層的基礎(chǔ)控制硬件和控制軟件，是工業(yè)機(jī)器人IT架構(gòu)中的核心底座。

硬件：主控設(shè)備由DSQC1000主計(jì)算機(jī)等核心硬件構(gòu)成。單柜型IRC5搭載DSQC1000主計(jì)算機(jī)，是整個(gè)控制器的大腦，用來接收機(jī)器人運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和外圍信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送到各單元；軸計(jì)算機(jī)接收機(jī)器人軸串行測(cè)量板返回的位置數(shù)據(jù)，并與原來的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和運(yùn)算輸出新的位置和速度控制參數(shù)；主伺服驅(qū)動(dòng)器用來驅(qū)動(dòng)分布在機(jī)器人6個(gè)軸上的伺服電機(jī)；I/O模塊用來連接外部信號(hào)，是用戶自定義的輸入、輸出信號(hào)板；安全面板用來連接安全相關(guān)的信號(hào)，正常工作時(shí)LED燈保持點(diǎn)亮。

軟件：一般由操作系統(tǒng)和算法庫構(gòu)成。操作系統(tǒng)主要包括VxWor（嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）及使用較多的開源操作系統(tǒng)Windows CE、嵌入式Linux、嵌入式Linux、μC/OS-Ⅱ以及通用ROS 平臺(tái)。其中算法庫包括底層算法庫和應(yīng)用工藝算法庫，底層算法庫是直接在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上開發(fā)出的算法，控制算法用來規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)位，動(dòng)力學(xué)算法用來識(shí)別機(jī)身負(fù)載物的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；應(yīng)用工藝算法庫是軟件使用人員二次開發(fā)的算法。RobotWare是 ABB 嵌入式工業(yè)機(jī)器人控制器專用軟件系列，用于控制 ABB 公司生產(chǎn)的各種工業(yè)機(jī)器人。所含選購(gòu)插件可為機(jī)器人用戶提供一系列豐富系統(tǒng)功能，如多任務(wù)并行、對(duì)機(jī)器人傳輸文件信息、外部系統(tǒng)通信、先進(jìn)運(yùn)動(dòng)任務(wù)等。

ABB還提供各種針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下不同功能的軟件包。包括噴涂軟件包、上下料軟件包、拾料軟件包、機(jī)加工軟件包、切割軟件包、碼垛軟件包、PickMaster揀選包裝軟件包等。為焊接、切割、拾料、碼垛等專門環(huán)節(jié)提供了定制化的軟件服務(wù)，提高特定生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作效率。

此外，工業(yè)機(jī)器人的編程方法一般包括示教編程和虛擬仿真編程。示教編程需要由操作者對(duì)機(jī)器人進(jìn)行逐步的作業(yè)引導(dǎo)，通過示教器操作告知機(jī)器人需要完成的動(dòng)作，示教操作完成后即生成程序，機(jī)器人即可按照生成的程序復(fù)現(xiàn)全部示教動(dòng)作，適用于自動(dòng)生產(chǎn)線等重復(fù)作業(yè)機(jī)器人。虛擬仿真編程是通過編程軟件實(shí)現(xiàn)編程和仿真兩個(gè)功能，不僅可以編寫程序，還可以對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真以驗(yàn)證程序有效性。虛擬仿真編程需要配備機(jī)器人廠家專門的編程軟件，例如ABB的Robot Studio。

Robot Studio是ABB機(jī)器人仿真和編程軟件，一方面提供可視化編程環(huán)境是機(jī)器人編程更加靈活高效，另一方面強(qiáng)大的仿真功能可以幫助用戶進(jìn)行機(jī)器人應(yīng)用程序的開發(fā)和測(cè)試。2023年1月，ABB通過云功能增強(qiáng)了其 RobotStudio 機(jī)器人編程和仿真軟件，新的 RobotStudio Cloud 使個(gè)人和團(tuán)隊(duì)能夠在任何設(shè)備上遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)協(xié)作進(jìn)行機(jī)器人單元設(shè)計(jì)。

IT架構(gòu)：軟件地位有望逐步提升。我們認(rèn)為，隨著工業(yè)機(jī)器人向智能化發(fā)展，已經(jīng)逐步進(jìn)入軟件定義階段，機(jī)器人不再是一個(gè)機(jī)械制造品（迭代慢/軟硬高度耦合），而逐步演化為IT產(chǎn)品（迭代快速/軟硬解耦）。不論是操作系統(tǒng)、算法庫、還是編程開發(fā)軟件，在機(jī)器人迭代過程中，正扮演著越來越重要的角色，軟件算法的差異將對(duì)機(jī)器人最終能夠?qū)崿F(xiàn)的智能化水平產(chǎn)生重要影響。基于此，我們看好機(jī)器人產(chǎn)業(yè)變革下，IT軟件發(fā)展機(jī)遇，軟件地位有望逐步提升。

AI賦能有望助力產(chǎn)業(yè)變革加速到來

產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)：工業(yè)機(jī)器人正在向具身智能演進(jìn)

ChatGPT將人類從機(jī)器人流程中的in-the-loop變?yōu)閛n-the-loop。目前，機(jī)器人pipeline（流程）需要一個(gè)專門的工程師in-the-loop編寫代碼來改進(jìn)流程。而ChatGPT的引入，可以替代人類在循環(huán)中的位置，人類（技術(shù)或非技術(shù)均可）用戶可以以on-the-loop的形式，通過高級(jí)語言命令與語言模型交互，實(shí)現(xiàn)無縫部署各種平臺(tái)和任務(wù)。

人類用戶在機(jī)器人pipeline中評(píng)估ChatGPT輸出的質(zhì)量和安全性。人類在機(jī)器人pipeline中的任務(wù)主要包括：1）定義高級(jí)機(jī)器人函數(shù)庫。高級(jí)機(jī)器人函數(shù)庫（high-level robot function library）一方面面向機(jī)器人平臺(tái)，能夠調(diào)用和指導(dǎo)機(jī)器人相關(guān)動(dòng)作；另一方面面向ChatGPT，保證庫中函數(shù)的命名應(yīng)能便于ChatGPT理解和遵循。2）構(gòu)建prompt。Pompt描述任務(wù)目標(biāo)，并標(biāo)識(shí)允許ChatGPT使用的高級(jí)函數(shù)庫中的函數(shù)。此外，還可以包括約束信息，或者告知ChatGPT如何組織其響應(yīng)。3）分析評(píng)估ChatGPT輸出結(jié)果并反饋。用戶以on-the-loop的形式，通過直接分析或模擬來評(píng)估ChatGPT輸出的代碼，并就輸出代碼的質(zhì)量和安全性向ChatGPT提供反饋。4）迭代。不斷迭代chatgpt生成的結(jié)果直到符合人類預(yù)期，并確保最終的代碼可以部署到機(jī)器人上執(zhí)行。

簡(jiǎn)單任務(wù)：ChatGPT能夠以zero-shot的方式解決簡(jiǎn)單的機(jī)器人任務(wù)。對(duì)于簡(jiǎn)單的機(jī)器人任務(wù)，用戶只需提供prompt和函數(shù)庫描述，不需要提供具體的代碼示例，ChatGPT即可zero-shot解決時(shí)空推理、控制真實(shí)無人機(jī)和無人機(jī)工業(yè)檢測(cè)等問題。1）時(shí)空推理：要求ChatGPT控制一個(gè)平面機(jī)器人，用視覺伺服捕捉籃球位置。2）真實(shí)世界無人機(jī)飛行：使用ChatGPT和API控制一個(gè)真實(shí)的無人機(jī)，完成物體尋找任務(wù)。3）AirSim工業(yè)檢測(cè)：基于AirSim模擬器，利用ChatGPT控制模擬域無人機(jī)進(jìn)行工業(yè)巡檢。

復(fù)雜任務(wù)：在人類用戶on-the-loop交互下，ChatGPT能夠完成更復(fù)雜的機(jī)器人控制任務(wù)。對(duì)于更復(fù)雜的問題，ChatGPT沒法zero-shot完成或者完成效果有限，此時(shí)人類用戶可以以文本反饋交互的方式輔助ChatGPT，完成課程學(xué)習(xí)、AirSim避障等任務(wù)。1）課程學(xué)習(xí)：教授ChatGPT簡(jiǎn)單的拾取和放置物體技能，并將所學(xué)會(huì)的技能按邏輯組合用于更復(fù)雜的區(qū)塊排列任務(wù)。2）AirSim避障：ChatGPT構(gòu)建了避障算法的大部分關(guān)鍵模塊，但仍需要人工反饋無人機(jī)朝向等部分信息。人工反饋均是高級(jí)的自然語言，但ChatGPT能夠理解并在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行代碼修正。

落地情況：ABB等頭部廠商積極擁抱產(chǎn)業(yè)變化

工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域AI應(yīng)用還處于探索階段，賦能部分智能識(shí)別和智能編程環(huán)節(jié)。以ABB為例，通過其人工智能機(jī)器人物品揀選器賦能電商物流領(lǐng)域。根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，未來五年內(nèi)全球電子商務(wù)收入預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)50%以上，從2019年的1.7萬億歐元增至2024年的2.6萬億歐元。ABB積極發(fā)掘人工智能機(jī)器人解決方案在物流、倉儲(chǔ)、包裹和郵件分揀等廣泛應(yīng)用中的巨大機(jī)遇，據(jù)公司官網(wǎng)，2020年2月公司和硅谷人工智能初創(chuàng)公司 Covariant 宣布建立合作伙伴關(guān)系，將人工智能機(jī)器人解決方案推向市場(chǎng)。Covariant的協(xié)變大腦是一種通用人工智能，它允許機(jī)器人在周圍的世界中觀察、推理和行動(dòng)，完成對(duì)于傳統(tǒng)編程機(jī)器人來說過于復(fù)雜和多樣化的任務(wù)。Covariant 的軟件使機(jī)器人能夠進(jìn)行強(qiáng)化學(xué)習(xí)：通過反復(fù)試驗(yàn)自行適應(yīng)新任務(wù)，從而不斷擴(kuò)大它們可以挑選的物體范圍。ABB 和 Covariant AI 支持解決方案在 Active Ants首次部署，該公司是荷蘭電商服務(wù)領(lǐng)先提供商。

AI和機(jī)器視覺提升賦予機(jī)器人人類靈巧性，提升揀選智能識(shí)別效率和揀選速度。據(jù)公司官網(wǎng)，2023年4月25日，ABB 通過推出基于人工智能和視覺可以在倉庫和履行中心的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中準(zhǔn)確檢測(cè)和揀選物品，大大提高揀選速度和精準(zhǔn)度。使用機(jī)器視覺和人工智能，物品拾取器可以在吸力夾具拾取物品并將其放入指定的箱子之前確定每個(gè)物品的最佳抓取點(diǎn)。該系統(tǒng)不需要任何人工監(jiān)督或有關(guān)其挑選的物品的物理屬性的信息，能夠在動(dòng)態(tài)和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中處理各種物品，并通過ABB視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度揀選，準(zhǔn)確度超過99.5%，每小時(shí)可拾取多達(dá) 1,400 個(gè)未分類的物品。該產(chǎn)品目前適用于各種負(fù)載和應(yīng)用，可安裝到三種 ABB 機(jī)器人之一 - IRB1200、IRB 1300 和 IRB 2600。

ABB與微軟合作，利用生成式AI賦能工業(yè)分析。據(jù)公司官網(wǎng)，2023年7月5日，ABB與微軟合作將生成式AI功能整合到工業(yè)數(shù)字化解決方案中，本次合作旨在通過部署Copilot功能，使ABB Ability Genix工業(yè)分析和AI套件及其應(yīng)用可以進(jìn)行更直觀的用戶交互，進(jìn)一步發(fā)揮關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的價(jià)值，從而提升效率和可持續(xù)發(fā)展性。ABB Ability Genix 是一個(gè)綜合性的模塊化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、分析和AI平臺(tái)。ABB將通過Azure OpenAI服務(wù)，包括GPT-4等大型語言模型(LLM)將生成式AI整合到Genix平臺(tái)和應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)代碼、圖像和文本生成等功能。新的Genix Copilot應(yīng)用將提供直觀的功能并簡(jiǎn)化各個(gè)流程和運(yùn)營(yíng)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)流來增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。通過為行業(yè)管理人員、職能專家和車間工程師提供實(shí)時(shí)的可執(zhí)行洞見，改善決策質(zhì)量并提高生產(chǎn)力。據(jù)ABB，此類洞見有望將資產(chǎn)生命周期延長(zhǎng)高達(dá)20%，并將意外停機(jī)時(shí)間減少多達(dá)60%。