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2017年机器人市场专题投资前景调研分析报告.doc

2017年机器人市场专题投资前景调研分析报告.doc

上传者: 张海龙 2018-03-16 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《2017年机器人市场专题投资前景调研分析报告doc》,可适用于行业分析领域,主题内容包含年机器人市场专题投资前景调研分析报告目录第一节机器人编年史一、机器人与人类的关系二、机器人的三个时代三、浅探人与机器人的伦理关系第二节青铜时代:关在符等。

年机器人市场专题投资前景调研分析报告目录第一节机器人编年史一、机器人与人类的关系二、机器人的三个时代三、浅探人与机器人的伦理关系第二节青铜时代:关在牢笼里的机器人一、劳动力替代的时代二、机器人的更多应用第三节白银时代:人机协作和人机融合一、人机协作机器人二、VRAR机器人第四节黄金时代:机器人的文明一、人工智能(AI)发展迅速二、人工智能机器人第五节投资能改变世界的力量一、整机系统二、产业链核心部件第一节机器人编年史机器人的诞生或许并不是世纪产业界最伟大的成就但却可能是世纪最伟大的变革!自年捷克斯洛伐克作家卡雷尔bull恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中根据Robota(捷克文原意为ldquo劳役、苦工rdquo)和Robotnik(波兰文原意为ldquo工人rdquo)创造出ldquoRobot(机器人)rdquo这个词以来机器人注定是人类好逸恶劳的产物。如果人类的欲望止步于此机器人安安静静的守候在整洁的工厂流水线上单调重复着枯燥的工作或许是人类和机器人之间最美好的归宿但是显然人类对机器人的所需更甚我们想要它们更强壮、更灵活、能感知、能判断、有表情、有智能未来的机器人或许成为ldquo人造人rdquo人类正以造物主的视角来雕琢改进自己的作品。不要以为这一天是多么的科幻多么的遥远别忘了科技的跳跃式发展同样让年前的我们对手机、PC带来的智能生活觉得梦幻和不切实际也许某天清晨我们醒来时机器人在镜子前穿衣在厨房里做着早餐陪小狗在玩耍在办公室里监视着所有的生产环节在自动交易能挣钱的股票。这一切并不是空想我们准备好了么?回顾机器人的发展简史可以发现机器人的代际演进已经到了第三代。第一代的机器人是遥控操作机器不能离开人的控制独自运动。第二代的机器人是按事先编好的程序对机器人进行控制使其自动重复完成某种方式的操作。第三代机器人是智能机器人它是利用各种传感器、测量器等来获取环境信息然后利用智能技术进行识别、理解、推理最后作出规划决策能自主行动实现预定目标的高级机器人。图表:机器人发展简史时间理论和进程捷克斯洛伐克作家卡雷尔middot恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中根据Robota(捷克文原意为ldquo劳役、苦工rdquo)和Robotnik(波兰文原意为ldquo工人rdquo)创造出ldquo机器人rdquo这个词。诺伯特middot维纳出版《控制论》阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律率先提出以计算机为核心的自动化工厂。美国乔治德沃尔(GeorgCDevol)获得了示教再现方式的专利《ProgrammedArticleTransfer》,这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作因此具有通用性和灵活性。在达特茅斯会议上马文middot明斯基提出了他对智能机器的看法:智能机器ldquo能够创建周围环境的抽象模型如果遇到问题能够从抽象模型中寻找解决方法rdquo。这个定义影响到以后年智能机器人的研究方向。德沃尔与美国发明家约瑟夫middot英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后成立了世界上第一家机器人制造工厂mdashmdashUnimation公司。由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传他也被称为ldquo工业机器人之父rdquo。美国AMF公司生产出ldquoVERSTRANrdquo(意思是万能搬运),与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人并出口到世界各国掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。约翰middot霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置根据环境校正自己的位置。世纪年代中期开始美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、ldquo有感觉rdquo的机器人。美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人拉开了第三代机器人研发的序幕。日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人WABOT。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人被誉为ldquo仿人机器人之父rdquo。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长后来更进一步催生出本田公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA这标志着工业机器人技术已经完全成熟。PUMA至今仍然工作在工厂第一线瑞典ASEA公司开发出电动多关节机器人国际机器人联盟(IFR)成立日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)当即销售一空从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。IRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba它能避开障碍自动设计行进路线还能在电量不足时自动驶向充电座。Roomba是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。资料来源:日本机器人协会一、机器人与人类的关系机器人能干的工作也已经从搬运、码垛、焊接等生产活动到读报、陪护、弱交流等生活活动再到排雷、战斗等军事活动渗透到了人类的方方面面。随着需求范围的扩大机器人结构和形态的发展呈现多样化。高端机器人具有明显的仿生和智能特征其性能不断提高功能不断扩展和完善各种机器人系统逐步向具有更高智能方向演进。机器人和生产与生产相对应的机器人是工业机器人。目前工业机器人以机械设备的形式出现在生产线上但未来机器人可能是车间唯一的主人。现阶段的机器人主要解决三个层次的问题即人干不了人干不好以及人不想干的问题。人干不了:主要应用集中在医药、食品和电子领域这些领域往往对生产洁净性要求较高不能使用人来生产。人干不好:主要应用于汽车和汽车零部件领域使用机器人可以显著提高焊接品质保持产品的质量一致性提高生产效率。人不想干:在传统ldquo人干不了rdquo和ldquo人干不好rdquo的领域工业机器人已经较为普及随着我国人工成本的上升再加上我国制造业大国的地位工业机器人未来的主要发展方向将集中于此。工业机器人将从传统的搬运、码垛向各个生产环节和工序普及。机器人和生活与生活相对应的机器人是服务机器人。服务机器人产业化速度大幅低于工业机器人主要原因是服务机器人比工业机器人本质上高出一代。服务机器人需要对复杂的环境作出感知并能根据环境的变化采取不动的行动策略。我们认为成功的服务机器人应该至少具备三个条件:人用得好:成功的服务机器人必须要能够满足特定场景下的人类需求比如餐馆中端茶送水、在家扫地等并且服务效果要接近ldquo真人rdquo提供的服务。人用得起:服务机器人成本必须足够便宜而对于工业产品来说便宜的成本往往意味着大规模生产因此如果要人用得起服务机器人机器人的市场空间必须足够大。服务机器人很难在小众市场中诞生。人用得多:服务机器人还需要有一定的粘性服务最好针对人的高频行为例如吃饭、打扫卫生等等。图表:服务机器人成功要素资料来源:北京欧立信咨询中心扫地机器人是目前市场上产业化最成功的服务机器人类型其满足了我们设定的三个标准:吸尘拖地效果基本令人满意千元价格可让一般家庭接受市场空间大打扫卫生需求较为频繁家庭有较强购买意愿。未来进入人工智能时代服务机器人可能会更加拟人化(更接近ldquo人的劳务rdquo)并且实现一机多能比如一台机器人可以实现扫地、做饭和陪护等多种功能。机器人和战争与战争相对应的机器人是特种机器人。理论上战争机器人需求最强因为其替代的是人的生命替代需求远非服务机器人和工业机器人可比。目前常见的与战争相关的机器人包括无人机、哨兵机器人和辅助机器人等。无人机:军用无人机的使用已经得到普及无人机的侦查能力已经备受肯定且已经具备一定的目标打击能力。未来军用无人机将向空中加油、空中对抗、空运等多个领域发展。地面机器人:目前最接近ldquo自动杀人rdquo武器的地面机器人是韩国研发并在朝韩边境部署的哨兵机器人机器人配有红外探测器和音视频系统控制人员如果通过音视频系统确认存在威胁可以下令机器人自动开火。辅助机器人:波士顿动力公司开发的ldquo大狗rdquo机器人是军事辅助机器人当中的明星产品。其行进速度约kmh可以在复杂路面运行能够自动避开障碍物和进行人员跟随。该机器人采用单缸二冲程燃油引擎续航时间具有保障可以帮助士兵搬运大量武器和杂物。道义责任也许仅会在和平年代得到考量。除技术外目前对军事机器人讨论最多的是伦理问题即机器人能否自主决定开火。目前已经有一些武器系统可以自主开火例如美国海军的ldquo密集阵rdquo系统但其目标对象主要是导弹等威胁不涉及人的生命。从现有技术发展上看机器人还不能判断一个人是否是平民或是否准备投降道义考量基本由操纵机器人的士兵作出但如果未来爆发全面战争道义的考量将很可能放在生命考量之后。图表:主要的军事机器人示意资料来源:环球军事新浪网BostonDynamics二、机器人的三个时代对于机器人的代际我们认为大致可以分为:牢笼时代、人机协作融合时代、机器人文明时代主要依据于机器人和人的关系的演进。青铜时代:关在牢笼里的机器人。机器人在生产流水线隔绝在生产孤岛上作为单纯的生产设备从而防止伤人事件发生是工业机器人出现到大规模工业应用的主要特征与人没有任何的交互。白银时代:人机协作和人机融合。机器人与人协同(初级阶段)人机融合(高级阶段)如同目前KUKA推广的人机协作机器人LBRiiwa以及ABB推广的双臂工业机器人YuMi以及VR、AR与机器人的结合。黄金时代:人工智能机器人(机器人文明)。从现实去理解或许未来具有人工智能的机器人大量普及将演进出人与机器人的伦理关系思考具有超人工智能的机器人不排除会产生自己的哲学、宗教和艺术等进而形成自己的文明从可科幻界的理论去理解如美国作家菲利普迪克(PhilipDick)在小说《机器人能梦见电子羊吗?》(DoAndroidsDreamofElectricSheep,)中描绘的机器人可能具有比人更高贵的品质。三、浅探人与机器人的伦理关系机器人特别是类人型机器人与其他机器的最大不同是它实际上是从科幻作品中走出来的是一种基于人们想象的概念性机器对机器人的概念性思考影响到了它的发展。作为人的想象的机器机器人的概念从一开始就体现出对人文价值的关切。乐观者认为基于科学的认识与创造最终会使人类不断突破各种ldquo奇点rdquo虽然科学技术可能造成各种危害与风险但借助科技人们总能找到应对之策机器人被描述为人类的得力助手以服务人类为主旨悲观者认为随着对智能机器人的研发让生命进化脱离了自然演变的过程进而释放出难以预料的破坏性力量智能机器人最终摆脱了人类控制并反过来统治或灭绝人类。更多的文学作品中透过人类与机器人的反乌托邦表达了对其创造物可能出现反叛的恐惧根源上来源于人们对生命和智能等高级自然过程的起源知之甚少或知其然不知其所以然。人类对于创造物全面超越人类本身的担忧一定程度上是心理上的正如日本机器人专家森正宏在年提出的ldquo恐怖谷rdquo理论指出的:由于机器人与人类在外表、动作上都相当相似所以人类亦会对机器人产生正面的情感直至到了一个特定程度他们的反应便会突然变得极之反感。哪怕机器人与人类有一点点的差别都会显得非常显眼刺目让整个机器人显得非常僵硬恐怖让人有面对行尸走肉的感觉。可是当机器人的外表和动作和人类的相似度继续上升的时候人类对他们的情感反应亦会变回正面贴近人类与人类之间的移情作用。图表:恐怖谷理论资料来源:网络资料人与机器人的主仆二元对立关系对于机器人全面超越人的担忧科幻界早已给出了设想的答案。科幻作家阿西莫夫于年所提出的机器人行为的三法则:ldquo第一不伤害定律:机器人不得伤害人类也不得见人受到伤害而袖手旁观。第二服从定律:机器人必须服从人的命令但不得违反第一定律。第三自保定律:机器人必须保护自己但不得违反一、二定律。rdquo这三条法则体现了对人类安全的重视同时也确立了人与机器人的主仆关系。但人与机器人的主仆二元对立关系很难构建起稳健的伦理关系从根源上这种关系是以人为核心的机器人伦理的不稳健性体现在:责任的不可认定。机器人工作的相对独立性使得这种伦理架构难以对责任做出有效界定。主张以人为中心的伦理架构的初衷是希望以此凸显人应该为机器人的行动的成败及后果mdash特别是所造成的危害mdash承担责任但机器人的设计者原则上无法预见机器人的全部行为后果(很难通过技术控制具有超人工智能的机器人)如具有学习能力的机器人受原来设计的程序影响有限设计者也无法对机器人与人互动的二阶负面后果负责。情感的不可控制。人类的情感世界是非常复杂的或许人类被机器人抚育长大后他们之间会产生类似亲情的感情譬如阿西莫夫的小说《罗比》(Robbie,)。也许一些人和机器人长期相处可能会产生类似友情的感情譬如美国作家迈克尔雷斯尼克(MikeResnick)的小说《知己》(SoulMates,)。甚至在虚拟现实环境基础上甚至不用等到具有高度智能的人型机器人的诞生不用直接的性接触人也可以与人型机器人发生亲密行为。本体确认非唯一性。究竟是自然遗传属性还是社会文化属性决定了ldquo人rdquo的身份?在目前的科技发展水平或许这并不是一个问题但随着科技进步这将是个问题。随着人造器官的研制一些机器部件逐步被纳入血肉之躯譬如植入大脑的芯片广泛使用的义肢(美国科学家称之为ldquo赛博格Cyborgrdquo)人类开始与机器结合。如果说赛博格必须保留人体关键的神经系统比如大脑和脊髓反应的是人类的逐渐机械化那么人工智能则从反方向体现了机器人的逐渐ldquo人化rdquo而双方的发展轨迹最终会碰撞在一个根本的哲学问题上即ldquo何为人?rdquo。图表:机器人的ldquo人化rdquo和人类的ldquo机器化rdquo资料来源:本田公司百度图库人与机器人渐进的平等关系年在日本福冈召开的世界机器人大会发布的《福冈机器人宣言》指出:)下一代的机器人将作为伙伴与人类共存)下一代的机器人应该在物质和心理上帮助人类)下一代的机器人要为社会的安全与和平做贡献。这表明下一代机器人不再仅仅是人类友好的仆从而更多地以人类伙伴的角色出现。隐含着人们将机器人视为具有与人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象(moralpatient)理论界确实需要为下一代的机器人与人的伦理关系未雨绸缪了。在《机器人何时可以视为道德能动者?》一文中JohnSullins主张机器人在满足自主性、意向性和责任等条件的情况下可以视为道德能动者。他首先对遥控机器人与自主机器人做出了区分进而从自主性、意向性和责任等三个方面探讨了具有道德能动性的要求。他认为:)机器人的自主性并不是绝对的自主性mdash即便人类是否具有这种自主性也非常值得怀疑而只是简单地强调当机器人的行为不直接受到其他主体和使用者的支配时就可能是具有自主性的道德能动者)我们无法在最强烈的意义上证明机器人的行为具有意向性mdash人的意向性也是如此而只是在常识心理学的意义上把握其行善与作恶的意向即当机器人及其程序在与环境的互动中所做出的善恶行为看似经过考虑和计算时就可以认定其行为基于其意向性机器人因而可能被视为具有意向性的道德能动者)当一个机器人的行为只能被理解为其对其他道德实体所履行的责任才有意义时机器人可能被视为负责任的道德能动者。人类势必要与具有人类似的道德地位的道德能动者乃至道德对象的智能机器人建立平等协同的关系但在此前的机器人代际演进过程中我们是否也要按照平等的关系与初期机器人协作?正如同在人类繁衍史中臣服强者凌辱弱者并不符合道德伦理在机器人无人工智能、或者弱人工智能时抑或是在机器人具有超越人类智能时我们对待机器人的态度能否还依然一样?现在回答这个问题或许较难但在一项有意思的调研表明目前的机器人至少在功能与心理上可以模拟道德能动者并成为道德感受的对象(的儿童认为机器狗Aibo具有道德地位而真的小狗的比例是测试的方法是询问儿童当他们不喜欢机器狗时是否会将其扔进垃圾桶?)。第二节青铜时代:关在牢笼里的机器人工业机器人从诞生之初就隔绝在生产流水线的生产孤岛上只是作为生产的机器设备而存在是名不副实的ldquo机器人rdquo并没有深刻的改变世界。并且机器人在诞生至今屡屡发生伤人的安全事故钢铁之躯的机器文明始终难以给人安全感如最早的案例发生在年(距离工业机器人发明公司unimation公司成立年)美国福特工厂装配线工人被工业机器人击中身亡以及年德国卡塞尔市的大众汽车厂一名外包工人在工作中忽然受到机器人的撞击挤压而伤重身亡。作为工业产品工业机器人如果仅仅关在牢笼里作为生活工具服务机器人如果仅仅满足某项具体功能资本市场如何能够给予高估值?一、劳动力替代的时代工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置它能自动执行工作是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥也可以按照预先编排的程序运行甚至还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。在发展历史中主要实现的功能是替代劳动力主要布置在重复、危险、粗笨的生产环节。国际:全球销量亚太领先行业渗透汽车最深年全球工业机器人销量仅为万台近年来随着亚洲地区对工业机器人的需求增加工业机器人市场逐渐回暖年全球工业机器人销量再创新高达万台全球工业机器人保有量达到万台。图表:全球工业机器人销量快速增加资料来源:IFR图表:全球工业机器人保有量~CAGR为资料来源:IFR工业机器人的核心销售区域在亚洲尤其中国。年中国地区工业机器人保有量仅占全球保有量的年这一比例已快速增长到。图表:、年全球主要国家工业机器人保有量占比资料来源:IFR全球工业机器人保有量的稳定增长促使全球工业机器人密度稳步提升虽然近年来我国工业机器人销量屡创新高年中国地区销量占全球比重已达但由于一方面我国工业机器人保有量基数较小另一方面从业人员较多所以我国工业机器人密度仍小于全球平均与发达国家相比则更低。图表:全球工业机器人密度稳步提升资料来源:IFR图表:我国工业机器人密度仍较低(年)资料来源:IFR工业机器人主要应用于汽车、电子电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、烟草等行业其中尤以汽车行业为重。以全球工业机器人保有量前十名数据为例年这些国家汽车行业的机器人密度是其他行业机器人密度的~倍。图表:全球主要国家年汽车行业工业机器人密度资料来源:IFR图表:全球主要国家年其他行业工业机器人密度资料来源:IFR国内:需求旺盛应用领域多元化高端产品依赖进口近年来随着我国对于制造业升级的政策推动兼之人口红利的消失、劳动力成本的不断走高对于机器人的需求逐渐增加。年我国工业机器人销量约万台保有量达到万台。图表:中国工业机器人销量逐年攀升资料来源:IFR图表:中国工业机器人保有量~CAGR为资料来源:IFR目前我国工业机器人主要应用于汽车、电子电气、金属、塑料及化学品、食品饮料、烟草等行业过去以汽车行业为重但随着工业机器人对于其他行业的渗入汽车行业占比有所下降。年前五大应用行业合计占比其中汽车行业占比仍最高为。图表:、年中国工业机器人应用行业分布资料来源:IFR工业机器人主要应用于焊接及钎焊、搬运上下料、装配及拆卸、胶封、加工等过去以焊接及钎焊为主但随着工业机器人对于其他应用范围的渗入焊接及钎焊占比有所下降。年前五大应用领域合计占比其中焊接及钎焊、搬运上下料占比较高分别为、。图表:、年中国工业机器人应用范围分布资料来源:IFR虽然我国工业机器人市场迸发出越来越多活力市场销量世界第一但考虑到产品质量、技术先进性等因素国内市场的大部分产品均来源于进口国产高端工业机器人较少。可喜的是国产占比逐年提高年关节机器人国产占比为同比增加。图表:中国工业机器人分类型国产占比(年)资料来源:IFR图表:中国工业机器人分类型国产占比(年)资料来源:IFR目前我国国产机器人企业主要生产直角坐标机器人和平面多关节机器人等而高端的多关节机器人需求量最大目前外资产品仍是主流。图表:外资机器人、国产机器人产品分类()资料来源:中国机器人产业联盟竞争:外资强力内资企业盈利压力较大机器人ldquo四大家族rdquo在国际市场占据绝对优势。发那科、安川、库卡、ABB俗称机器人ldquo四大家族rdquo。观察其发家史其发展路径可归纳为两类:)利用零部件优势取得发展典型代表是发那科、安川)通过系统集成和不断研发成为行业领导者典型代表是ABB、库卡。发那科:发那科以数控系统起家。年发那科数控系统市场占有率世界第一接近随后发那科于年生产其首台机器人。依托数控系统优势发那科机器人广泛运用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂和码垛等不同生产环节。安川:安川伺服系统和变频器市场份额位居全球第一受益于在伺服领域的长期积累安川于年运用特有的伺服和运动控制技术开发成功工业机器人ldquoMOTOMANrdquo并在半导体工业中得到广泛应用。ABB:ABB是电力和自动化技术的领导企业业务涵盖电力产品电力系统离散自动化与运动控制过程自动化低压产品五大领域。ABB公司于年发明了世界上第一台六轴工业机器人在运动控制方面技术领先。ABB强调机器人的整体性能ABB机器人单项指标可能并不突出但实际工作性能极为优秀。库卡:库卡由焊接设备起家客户主要分布于汽车工业借助其在汽车工业中所积累的技术经验后逐步转向在医疗技术、太阳能工业、航空航天等领域拓展机器人自动化解决方案。ldquo四大家族rdquo在中国的市场份额约同时占据着全球机器人市场的主要份额。图表:ldquo四大家族rdquo机器人销量数据估算资料来源:IFRldquo四大家族rdquo纷纷在国内设厂推行本土化服务进一步加重内资企业的生存压力。)ABB最早于年在中国上海设厂位于上海康桥的机器人生产基地是ABB全球两大机器人生产基地之一目前其以上在中国市场销售的ABB机器人产品都实现了本地化生产)发那科与上海电气合资的宝山工厂一期于年建成二期工厂年竣工产能得到进一步增长)库卡年在上海开设其在德国以外的全球首家海外工厂年生产能力台占其全球产量的三分之一)安川年在中国常州开设日本外的首家工厂计划年生产能力台其全球产能约台。年国产机器人占比不足且主要集中于中低端产品。目前国内新时达在焊接机器人(年或将达到台套)、埃夫特(非上市)在打磨机器人领域逐步获得国内企业的认可销量增长迅速。图表:我国工业机器人销售市场份额占比()资料来源:中国机器人网数据研究中心国产机器人企业在系统集成方面具有一定优势。工业机器人的核心部件包括机器人本体、减速机、伺服电机、控制系统等其中减速机、伺服电机合计占到总成本的以上。相应地根据企业从事业务的不同可以将工业机器人企业分为零部件制造、本体制造及系统集成企业。系统集成:国内厂商在系统集成领域具有一定优势。主要因为:)通过对客户生产工艺和过程的理解以及对客户需求的快速响应能力国产机器人企业在系统集成领域相对于外资企业具有相对优势)系统集成商的业绩能够快速释放)随着制造业自动化程度的提升单个集成项目的合同额大幅提高集聚效应开始显现)现在从事机器人相关集成的自动化企业具有向未来ldquo工业rdquo的智能工厂集成转型的先发优势。本体:机器人本体的整体市场并不大目前我国机器人产业与年前的挖掘机十分相似。如果把年的工业机器人产业与年的挖掘机行业进行时空比较的话我们认为机器人行业毫无疑问会有一个快速增长的过程但是整体的市场容量有限单个公司的天花板也更小。行业规模:如果按照中国制造业占全球工业机器人的销量也有望达到全球总量的来推算的话到年机器人本体制造的市场规模有望达到亿。零部件行业相对较小。公司天花板:年工业机器人市场竞争格局与年挖掘机市场类似。经过年快速发展后挖掘机市场竞争格局已经基本稳定年行业销量最高峰时期三一的市场占有率全行业最高却仍只有。如果按照挖掘机行业的市占率来推算内资龙头工业机器人本体制造企业市占率达到则单个企业的天花板约为亿很难产生大企业。图表:年我国工业机器人行业与年的挖掘机行业非常相似资料来源:国际机器人联盟工程机械协会图表:年挖掘机市场竞争格局(左)与年机器人市场(右)类似资料来源:国际机器人联盟工程机械协会图表:年挖掘机行业龙头企业的市占率不超过资料来源:工程机械行业协会图表:从挖掘机的历史经验来推算我国工业机器人产业资料来源:国际机器人联盟工程机械协会注:年挖掘机全球销量为估算值机器人均价万元台挖掘机均价万元台计算核心部件:减速机被日本垄断。目前全球精密减速机市场基本由日本的纳博特斯克(Nabtesco)和哈默纳科(HarmonicDrive)两家垄断合计市场占有率接近。经过多年发展国产减速机虽可形成一定低端替代但在精度、寿命和效率方面与日本产品相比还存在一定差距。国产机器人本体制造企业为了保证高端产品质量仍必须使用进口减速机导致国产机器人无法具有价格优势。图表:精密减速机市场占比资料来源:彭博资讯IFR*年市场规模下降主要由于日元贬值造成核心部件:伺服电机及系统存在较大差距。稳定性和精度是下游企业选择伺服电机的首要考量因素目前国产伺服电机加工工艺与国外差距较大转子和定子之间间隙较大高速时发热较为严重因此一般使用在低速环境。而在高强度、快节拍的流水线上工业机器人往往需要进行长时间高速运动、需要高度精密重复定位因此中高端机器人本体制造企业往往使用进口伺服电机和配套伺服系统。核心部件:控制系统已逐步实现进口替代。为了避免沦为ldquo攒机商rdquo国内本体制造企业选择技术门槛相对较低的控制系统领域进行突破目前部分国产本体制造企业已经开始逐步使用自主研发的控制系统未来有望实现进口替代。二、机器人的更多应用年中央电视台记者向时任计划自动化领域首席科学家蒋新松提出一个问题:机器人到底是什么?他答道:ldquo机器人不是人是机器它能帮助人去做很多人力所不及的工作。rdquo这句话是对上世纪年代机器人状况、机器人本质、人和机器人的关系的精辟阐述。但三十年来随着机器人技术的高速进步及其在世界范围内的迅速普及使得这些概念逐渐发生变化。我们可以认为智能机器人也是机器但是从智能机器人开始机器人也会具有某种程度人的属性由此就产生了新的人、新的机器人与社会的关系。青铜时代机器人的优点包括替代重复劳动、危险工作且工作高效。机器人经过半个多世纪的发展在汽车等产业存在大量重复、单调、枯燥或繁重的工作岗位如焊接、装配和搬运等在这些岗位采用机器人一方面可以减轻人的负担和劳动强度更重要的是能够满足市场对产品的产量、质量、稳定性、可靠性、效率和成本等提出的高要求。青铜时代机器人的不足包括只能示教或编程不能通过人的现场协调改变运动轨迹。青铜时代机器人从技术层面来看是基于自动化技术的机械电子装置其工作环境是不变的称之为结构环境。机器人应对结构环境一般不需要智能机器人的控制方法没有超出传统自动化理论范围机器人的操作只需要示教或预编程序。青铜时代机器人本质上可看作是一种仿人运动的机器确切地说是用机械电子部件实现的不带手指的机械臂机械臂可以实现轴的运动这与机器的典型代表机床相比较两者并无本质区别。因此尽管机器人具有仿人动作但其机器的ldquo属性rdquo并未改变。随着人工智能、生物等技术的发展机器人已经从ldquo只是机器不是人rdquo发展到ldquo还是机器但可视为人rdquo的阶段正在走向人机协作办公甚至人机融合发展的变革。第三节白银时代:人机协作和人机融合人机协作机器人就是机器人与人的协同发展到高级阶段的人机融合如同目前KUKA推广的人机协作机器人LBRiiwa以及ABB推广的双臂工业机器人YuMi以及VR、AR与机器人的结合。一、人机协作机器人国际标准化组织将ldquo人机协作rdquo定义为机器人与工人在一定的工作区域范围内为达成任务目标而进行的直接合作行为机器人从事精确度高、重复性强的工作人在机器人的辅助下做更有创造性的工作。增长动因:传统流程优化已接近极限由于生产流程单一、标准且人工效率低汽车等成熟产业已经大量普及了机器人的使用在现有技术下生产流程的优化已经接近天花板。机器人最终应该可以进行复杂、不规律的生产活动并且完全自主化不需要人的参与。人机协作机器人只是现有技术下妥协的产物其最重要的区别是引入了传感器的使用人机协作机器人的工作环境也变成了不可控环境机器人需要感知周边环境变化并作出反应。工业机器人好比早期的大型计算机强健且有效率然而每次的性能提升和改变都非常的困难而协作机器人好比个人电脑操作简捷具有很强的移动性和灵活性可成为终端用户的工具。行业数据表明目前超过的工业自动化作业是传统机器人无法完成的包括MachineTending(机械管理)、备料、装货卸货、包装等还未实现完全自动化这就需要Cobot来弥补传统机器人在这些方面的不足。其中Cobot非常适合MachineTending作业即工业生产中具有重复性、冗长单调、人类操作效率低、有安全隐患的工作如电子产品生产中在线测试incircuitTesting对电路、电流的检测工作等。因此Cobot对于那些经常更换生产任务和作业内容的小型生产商来说其灵活性和智能性再适合不过。图表:人机协作机器人是妥协产物资料来源:北京欧立信咨询中心竞争优势越来越显著协作机器人集合了安全性高、操作便捷、价格合理等核心优势比传统工业机器人的应用领域更为广泛。得益于运动冗余、安全传感器、轴距和力传感器、机器人定位系统和其他视觉、声音和触感传感器等一系列技术的发展和整合可以用于工业生产、研究与开发。与上一工业机器人相比优势显著:价格、成本优势:传统工业机器人体型庞大安装和维护成本较高。而Cobot采用较低成本芯片和传感器允许机器人拥有一定程度的智能性用来获取基本的感知和思维具有很强的成本竞争力售价、安装、维护各个环节的费用也大大降低成本回收期平均低于年而传统机器人的成本回收期一般在~年。MIT相关研究表明人机协作比人类或机器人独立工作的效率都要高能够降低生产闲置时间相关的运营成本。斯坦福大学的一项调查显示美国工厂每小时在每个员工身上的工资开支为美元中国为美元德国为美元。若该工厂花费,美元够买一台Baxter(包括三年保修)按照一年个工作日每天小时计算等同于每小时仅美元的开支工厂三年便可以实现成本回收。学习能力强:传统机器人智能性不够高每次更新和维护需要专业人士耗费大量时间一般需要超过小时才能完成成本高且耗时。Cobot通过先进的人工智能技术和软件平台无需花费数星期编程机器人可以通过机器学习技术和ldquo远程学习rdquo就可以完成软件升级和技能更新。不需要专业人士的培训操作者可以轻松控制机器人并可以通过手把手教学让机器人习得新工作内容同时还能与其他人工智能技术进行无缝连接。安全性:由于没有内置感应器不具备感知周围环境的能力因此为保证人身安全生产作业中传统机器人必须被放置于像笼子一样的空间中与人隔离。而安装了感应器和智能软件的Cobot不仅可以感知周围物体以避免冲撞等安全隐患还能在人类手把手的教授下学习新的技能。由RethinkRobotics研发的Baxter机器人自主研发的SeriesElasticActuators(系列弹性致动器)由一个马达、一个变速箱和一个弹簧组成能够通过测量弹簧的伸展和弯曲程度来获得力量感应从而控制力量输出。而UniversalRobotics拥有自主研发的轴距感应器和复杂精准的软件可以测量马达的电流和机器人每个关节里各个编码器的位置从而获得力量数据。当机器人感知到轴距和力量压力的增加超过活动所需便可能发生了碰撞那么机器人会自行停止活动。机器人工业协会(RIA)和美国国家标准协会(ANSI)制定了四大要求来保证安全标准Safetyratedmonitoredstop(具有安全评级监控的停止系统)、Handguiding(手把手操作指引)、Speedandseparationmonitoring(速度和分离监控)、Powerandforcelimiting(电力和力限制)。Safetyratedmonitoredstop可以保证机器人在人类进入其工作范围时可以自行停止活动Handguiding通过允许机器人仅在操作者的控制和引导下活动Speedandseparation是机器人度量人类所在位置和距离的系统能在必要的情况下减速甚至停止活动powerandforcelimiting保证了人类在和机器人接触时所承受的电力和力量在安全范围内。硬件和软件的发展为协作机器人的诞生创造了先天条件。硬件价格近年来大幅下降机器人生产成本和价格也随之下降达到市场接受范围奠定了广泛商业化的基础。加之软件技术的不断进步机器人的智能性和应用性也得到了大大提升。主流厂商纷纷推出人机协作机器人传统工业机器人笨重无法与人安全互动不能融入到人工生产流水线中。此外使用机器人进行全自动生产在C等行业又不具有经济性例如汽车行业的机器人投入一般在~年才能收回成本而在产品更新换代较快的C行业一般产品的生命周期可能只有年而机器人设计调试往往需要个月。人机协作机器人可以通过示教方式操作机器人编程周期大大缩短让其在C等行业应用成为可能。KUKA和ABB等厂商已经纷纷推出了自己的人机协作机器人目前主要的协作机器人包括:ABBYuMi机器人:采用紧凑型设计所有线缆内部走线具有双臂轴自由度。内部设有摄像头和传感器精度达毫米。触碰到人类时可在几毫秒内自我急停。KUKAiiwa机器人:轴单臂机器人装配有力矩传感器定位是ldquo工人的第三只手rdquo可以帮助工人从不符合人体工程学的任务中解放出来例如钻进狭窄空间中进行作业。该机器人已经在德国BSH的洗碗机流水线上得到了应用该机器人可以帮助工人在洗碗机中安装水泵能在秒内拧紧颗螺丝。优傲UR系列机器人:安装调试可在一两个小时内完成简单的编程调试只需几分钟时间使工业生产更便捷快速是公司未来发展目标。Rethink公司机器人:分Baxter(双臂)和Sawyer(单臂)两款装备有声呐和机器视觉摄像头能够代替人类从事部分高精度工作比如测试电路板等。新松柔性多关节机器人:国内首台自由度协作机器人具备牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能。图表:KUKA人机协作机器人和员工并肩工作资料来源:IFR案例:RethinkRobotics的协作型机器人的代表年成立的RethinkRobotics总部位于波士顿于世界四大机器人制造商Fanuc、Yaskawa、KuKa和ABB中脱颖而出已成为一家领先的人工智能协作机器人制造商。其产品主要应用于生产和研究环境该公司创始人、主席兼CTORodneyBrooks在年到年间一直任教于麻省理工机器人系年他创立了自己的首个机器人公司iRobot此后创立RethinkRobotics目标改变长久以来外包生产带来的生产困难和效率低下等问题致力于打造具有安全、操作便捷、灵活性高、价格合理的全新自动化生产类型。公司已有工业领域客户包括GE、施耐德电器、JohnDeere、KaiserPermanente等。RethinkRobotics的愿景是打造可与人类并肩工作的机器人目前已经上市在售的协作机器人有三款以Baxter和Sawyer两个产品为主分别于年和年面市售价为,美元和,美元起用户可根据自己的需求定制配件的种类和数量Baxter:公司推出的第一代人机协作机器人改变了以往工业机器人安装和使用成本高、需要与人隔离独立作业的时代。它拥有一双灵活的机械手臂一双机灵的大眼睛在作为头部的屏幕上转动、眨眼可以完成的工作包括:生产线上的装载、卸载、包装、物料搬运等。Baxter的设计使其最擅长在生产线传送带上抓取物品但不能满足更高要求的工业自动化需求。Sawyer:面市的第二代机器人相较于Baxter它的身形更加苗条去掉了ldquo双臂rdquo改为装有个关节更加灵巧的单臂机器人。性能上搭载了升级版促动器的Sawyer拥有更强的技能更高的工作效率专为更为复杂的作业环境设计。Sawyer更适合ldquoMachineTendingrdquo相关要求更为精准、复杂的工作。BaxterResearchRobot:与Baxter属同一系列产品主要用于大学、企业、研究机构的实验室项目包括人机交互、机器学习、自动化、项目研发、策划、教育等领域。正在使用这款机器人的学校包括:麻省理工、普渡大学、杜兰大学、新加坡国立大学、东京大学等。其他配件:机器人的手部可以根据需要选择吸盘式抓手、电子平行触手。软件平台Intera:它不但承载着操作系统更是一个开放的第三方软件应用平台工业者和researchlabs都可以开发并分享第三方应用软件允许机器人根据操作者需求在平台上不断地学习最新的技能从而一步步使机器人在各种各样的工业环境下都能完成工作需求。人机协作机器人市场大C行业有望成为应用急先锋在工业生产方面协作机器人非常擅长于电子产品、塑料品、合同制造、包装、金属加工、消费品等产品众多、换代迅速、生产过程复杂的工业生产领域也同时正逐渐渗透到家用市场。整个人机协作机器人市场空间巨大但仍需培育。根据国际机器人协会数据年协作机器人销量仅,台而所有类型工业机器人同期销量是万台。增长缓慢的趋势还需要制造商们加大对市场培育的投资以提高市场认知度。泰瑞达(Teradyne)预计未来十年协作机器人销量年均增长率将达到。而C行业有望率先成为行业应用急先锋。C行业大量使用人工产品升级换代周期快传统机器人改造升级周期较长采用人机协作机器人具有显著优势。目前我国汽车行业中机器人的密度为台万人制造业密度为台万人我们估计年C行业中机器人密度约为台万人低于制造业平均水平且远低于汽车行业密度。仅假设我国C行业机器人密度在未来达到制造业台万人的平均水平新增机器人需求将达到,台。图表:我国C机器人密度偏低资料来源:IFR国家统计局图表:机器人新增需求约,台资料来源:IFR二、VRAR机器人增强现实(AugmentedReality,AR)和虚拟现实(VirtualReality,VR)将是人机交互的里程碑技术。增强现实强调混合现实即在现实世界上叠加数字信息和虚拟物体等而虚拟现实追求沉浸式的体验用户从现实世界完全隔离而进入虚拟世界。我们认为ARVR机器人将是人机协作之后的下一个产业制高点即人机融合。AR机器人相较于VRAR技术其实早已走进日常生活。AR不追求沉浸式体验通过手机的摄像头和手机自身的处理能力即可实现增强现实效果。目前手机应用中已经出现了大量的增强现实的应用如哈图的拍照应用、哈根达斯的分钟音乐会、华西都市报魔码AR等。由于手机作为终端已经普及消费者不需要另外再购买头盔等辅助硬件机器人与AR的结合可能比与VR的结合来得更快。图表:虚拟现实手机APP(由左至右分别为:哈图、哈根达斯、魔码AR)资料来源:太平洋电脑网在AR技术下部分机器人实体可以被取代。增强现实技术可以完全在现实场景中虚拟出一个机器人由于没有硬件的限制机器人的神态和动作都将更加逼真灵活。一些没有功能性的硬件将被取代例如幼教机器人本体并没有功能性AR眼镜完全可以在现实世界中虚拟一个幼教机器人并提供完全类似的功能。同时机器人的外观可以随意修改和更换例如我国人工智能创业团队图灵机器人就与哈图合作在产品发布会上使用增强现实虚拟了一个图灵机器人。AR机器人在消费电子领域已有成熟应用。在消费电子领域美国Orbotix公司已经推出了多款机器人是AR机器人应用的领导者。其中最新款为BB使用平板电脑或手机控制具有一定的智能可以与人进行交互并且可以通过AR技术播放ldquo全息视频rdquo等。在国内腾讯联合Orbotix公司推出了ldquo微宝rdquo机器人ldquo微宝rdquo外观是一个白色小球可以把虚拟游戏搬到现实当中如虚拟宠物养成类游戏等。图表:OrbotixBB机器人运用AR技术资料来源:Orbotix图表:微宝机器人资料来源:腾讯AR机器人具有生产工具性质。AR具有很强的工具性就如同目前iPad是消费电子而笔记本电脑是生产力工具一样AR机器人具有生产力工具属性。目前技术最先进的微软的HoloLens计划于年一季度开始发售并且首先面向商业用户微软将其作为生产工具的倾向较为明显。其余的AR市场参与者还包括Google、MagicLeap和CastAR等公司Google眼镜在消费市场基本已被证明失败MagicLeap和CastAR尚处于初期研发阶段微软在未来一段时间内都将主导AR市场的走向。AR让人机协作事半功倍。机器人更容易理解虚拟世界而AR作为虚拟世界和现实世界的桥梁为人类操纵机器人提供了更为简便的途径未来人机协作机器人的设臵和调试将变得更加快捷柔性制造程度将大大提高。AR作为一种崭新的人机界面将大幅提高人机协作的效率例如工人只需要用手指一指即可规划AGV的行进路线。图表:宝马使用增强现实指导工人修理汽车资料来源:BMW图表:微软HoloLens控制实体机器人前进资料来源:酷网主流工业机器人厂家纷纷开始使用AR技术。KUKA早在年就展示了KUKAAugmentedRealityViewer软件包该技术通过将工程信息传输到移动设备中简化了KUKA工业机器人的设臵和编程。ABB也于近年开始进行增强现实的研究试图探究工业机器人信息可视化问题以及提升工程师维护机器人的效率问题。图表:KUKA增强现实应用资料来源:KUKA图表:ABB增强现实应用资料来源:《AugmentedRealityApplicationsforIndustrialRobots》UmeaUniversityVR机器人虚拟现实和机器人的结合最初被用于太空领域。虚拟现实技术于年代兴起美国NASA于年研制的遥操作车可以被认为是VR机器人结合应用的开端该项目目的是帮助人类在极端环境进行科学探索。虚拟现实在其中的作用是解决高延时下机器人的操纵问题。机器人首先通过传感器扫描周边环境然后将数据发送回操作端操作端随后会自动生成一个D虚拟场景随后科学家即可在该场景内对机器人进行安全的操作。这一处理延迟的理念为后来的太空探索奠定了坚实的基础。图表:NASA南极水下机器人概念图资料来源:NASA机器人是虚拟现实的主要应用方向之一。VR机器人可以免去D建模生成虚拟世界这一步可直接通过机器人音视频信号的传输帮助人们瞬间到达更远的地方同时产生身临其境的感觉。在虚拟现实技术出现的初期游戏、视频等内容还不充足时VR机器人作为一个应用方向可以迅速填补内容缺失造成的空白。此外VR机器人在传统D建模较为完善的领域也有应用空间如工业机器人示教等。VR机器人的潜在应用包括:消费领域机器人操作:ldquo你是我的眼rdquo形象的描述了虚拟现实机器人在消费领域的应用。)远端临场机器人DORA由宾夕法尼亚大学研发可以让机器人完全匹配使用者戴着眼镜的头部运动并使用远程摄像机让眼镜佩戴者可以环顾四周各个方向的动静。)一家名为Wevolver的初创公司推出了一个项目用机器人做替身让住院的孩子们躺在病床上也能游览动物园其技术主要通过OcculusRift头戴显示器和一款基于电动平衡车的机器人实现。)iRobot公司和思科合作研发的Ava机器人已经能够替代员工出席会议或出现在办公室里。这款机器人配有自动导航系统、LCD屏幕能够四处走动同时传输面部的视频耳机和照相机能够接收并传回周围的音频和视频Ava未来与VR的结合非常值得关注。图表:远端临场机器人DORA资料来源:环球网图表:Wevolver公司残疾儿童机器人资料来源:腾讯数码生产领域机器人操作:目前在工业生产领域还未看到虚拟现实直接操作机器人的案例但是学术界已经对此进行了多方面的研究通过将虚拟现实技术与移动机器人技术相结合可精确地操纵移动机器人完成各类人类不适宜完成的任务例如核事故处理、输电线路除冰操作工业冷凝器清洗等。目前这些研究尚处于软件和虚拟仿真层面但应用前景广阔。医学领域应用:美国直觉外科的达芬奇机器人是虚拟现实和机器人在医学领域的典型应用。达芬奇手术系统通过虚拟现实技术手术视野可放大至倍以上医生可远程控制多种手术器械进行手术同时消除了医生人手生理颤动。直觉外科年收入达到亿美元净利润亿美元是虚拟现实和机器人结合产业化最成功的案例。图表:达芬奇双人手术操控平台资料来源:外科创新论坛网机器人示教:工业机器人可以通过手把手的教育进行示教但是人在操作机器人时仍然有受伤的危险。而利用虚拟现实技术进行机器

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