工业机器人国产化发展研究报告1126090646.docx
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工业机器人国产化发展研究报告1126090646
工业机器人国产化发展研究报告
新兴领域拓展与高性价比将加速工业机器人控制器国产替代
智能制造时代来临，控制器是自动化的核心，工业机器人将成为控制器下游利润重要增长点控制系统作为工业自动化的大脑，在智能制造的大潮下得以迅速发展，全球运动控制器市场规模到2022年预计将达到228.4亿美元。
工业机器人是控制器新兴下游，2016年在专用控制器、PC-based控制器市场占比已达13.93%、10.50%。
控制器作为工业机器人核心零部件，在总成本中占比12%。
未来工业机器人市场
持续扩张将使控制器需求进一步扩大，据估算2020年我国工业机器人控制器市场规模可达63亿元。
工业机器人控制器领域国产化不及控制器整体市场，国产替代空间较大在工业机器人控制器细分市场中，由于国外厂商在机器人领域具有绝对的先发优势，且核心零部件自产自用为机器人行业领先企业普遍的生产模式。
四大家族工业机器人控制器市场占比达53%，与机器人本体市场占比基本一致，
而国产品牌不及16%。
在核心零部件中，控制器是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件，有望逐步实现国产替代。
高性价比的本土产品可在中低端市场、新兴领域寻求突破口对比国内外厂商的控制器产品，国产控制器可控制的机器人类型齐全，不输国外厂商，主要差距在于操作精度和稳定性等。
国产机器人与控制器性价比高，可抢占对机器人精度要求不高的中低端行业市场需求。
未来国产机器人企业对新兴下游应用领域的拓展将给控制器供应商带来重要发展机遇。
产品开放式、标准化趋势将削弱国外龙头品牌优势，新技术加成将改变工业机器人控制器行业格局
工业机器人控制器发展趋势是开发具有开放式结构的模块化、标准化产品，且使用通用语言正在成为工业机器人控制软件的主流，届时控制器不必与本体捆绑销售，产销将更加市场化，生产专门化也有望实现，性价比相对高的国产控制器前景广阔。
此外，中国在人工智能等前沿技术领域与国外处于同一起跑线，政策与资金加成，工业机器人控制器行业格局将被逐步改变。
投资建议：
建议关注在工业机器人领域有良好布局的运动控制器龙头，与具备技术、客户及成本优势的机器人控制器企业
以工业机器人为主要发展方向的运动控制器龙头可依托规模和技术优势，顺应未来机器人零部件生产专门化趋势拓展工业机器人下游领域。
长期深耕机器人控制器领域、深度绑定主流国产机器人本体厂商，产品性价比高的机器人控制器企业也有望突出重围，随国产机器人一同提升市占率。
重点关注标的：
固高科技、埃斯顿（002747.SZ）、华成工控、卡诺普风险提示：
技术瓶颈无法突破风险；机器人行业政策性风险；同业竞争风险。
图表目录3
1智能制造时代来临，工业机器人将为控制器厂商发展带来机遇4
1.1控制器是自动化的核心4
1.2工业机器人是控制器的重要下游领域8
1.3机器人市场扩张带动控制器需求上涨9
2工业机器人控制器国产化程度不及运动控制器整体市场11
2.1运动控制器整体市场国产化程度较高11
2.2工业机器人本体制造商自产控制器，国外品牌占据大部分控制器市场12
3工业机器人控制器国产化趋势有迹可循13
3.1控制器主要差距在于软件，国产机器人在中低端、新兴领域可有所突破13
3.2两种发展路径14
4技术更迭将改变工业机器人控制器行业格局15
5关注：
具有技术优势和规模化控制器生产潜力的机器人企业、涉足工业机器人的运动控制器龙头16
6风险提示17
图表目录
图表1工控发展历程4
图表2计算机集中控制系统可分为集散控制系统和现场总线控制系统4
图表3工业控制系统产业链5
图表5PC-BASED控制器和专用控制器分类比较7
图表6PC-BASED控制器用于运动控制的比例将显著提升8
图表7工业机器人工作场景及其构成8
图表8不同工业机器人使用不同控制模式.9
图表9中国工业机器人市场规模实现巨大飞跃.10
图表10我国工业机器人密度首超世界水平（台/万人）.10
图表11零部件约占机器人成本的72%.10
图表122020年我国工业机器人控制器市场规模可达63亿元（亿元）.10
图表13国内运动控制器整体市场分布.11
图表14国内PCBASED专用运动控制器国产化水平较高11
图表15国外品牌占据大部分工业机器人控制器市场，四大家族占比可达53%12
图表16当前市场上国内国外的主要工业机器人控制器厂商与产品13
图表17除电子和化工其他行业自动化程度不及全球水平，在非汽车领域，国产机器人有一定优势14
15
图表18机器人控制系统按智能程度分类
1智能制造时代来临，工业机器人将为控制器厂商
发展带来机遇
1.1控制器是自动化的核心
工业过程大致分为连续过程工业、离散过程工业、间隙过程工业三大类，随着工业自动化技术的发展,类工业过程衍生出过程控制、离散控制和间隙控制。
1930年以来，工控技术经历了三个主要阶段。
图表1工控发展历程
时间
工控技术
1930年到1940年
以基地式仪表为代表的机械控制技术
十八世纪中期至二十世纪初
电气控制技术为主的继电器控制技术和调节器为代表的模拟控制技术
二十世纪七十年代
使用单一计算机控制整个工业控制系统，被称为直接数字控制
（DirectDigitalControl）,计算机集中控制系统。
目前所称的控制系统是第三代控制系统，主要技术代表是用于流程工业的集散控制系统（DistributedContorlSystem），用于离散工业的可编程控制器
（ProgrammableLogicController）和现场总线控制系统（FieldBusContorlSyestem）
资料来源：
公开资料整理、广证恒生
目前工业控制属于直接数字控制（DDC）,即由计算机集中控制系统。
通常使用的控制系统包括集散
控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）,二者主要区别在于DCS一对多，FCS—对一。
图表2计算机集中控制系统可分为集散控制系统和现场总线控制系统
DCS二卜CS
理场总毁捽制采址T性统冲制乐统的炳构H比
资料来源：
公开资料、广证恒生
工业控制系统一般包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系的网络系统。
可编程
逻辑控制器（PLC）等同于工业控制系统中的现场控制器。
PLC负责协调生产线上所有工业机器人、工装夹
具、传送带、焊接变位机、移动导轨等设备的运作。
无论是工业控制系统或是系统下的工业机器人，都拥
有本身的控制系统。
图表3工业控制系统产业链
电阻电容
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
控制系统上游包括各类电子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶体管、电阻电容等，中游核心部件包含
运动控制器、伺服驱动器、伺服电机等，下游运用于工业机器人、半导体、机床等各行各业。
目前控制器有三种主要的控制方式：
PLC控制、专用控制、PC-Based控制，三种方式在控制系统市场上平分秋色，各占比
30%38%32%
图表4工业控制主要方式
分类
特点
下游
纺织机械、包装机械、
EMS
■纺织
■包装
14.50%
■EMS
系统简单，可靠性高、体积小、环
■半导体
PLC
境适应性强，但不支持先进复杂的
47.60%
12.80%
■纸巾机械
算法，不满足多轴联动等复杂的运
F
印刷
动轨迹
■物流
•
n1
■工作机械
4.70%
f■工业机器人
2.20%V/
3.80%
匚其他
2.60%丿
3.50%
^5.10%
3.20%
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
工业机器人、机床、包装机械
图表4工业控制主要方式
分类特点
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
从三种工业控制器下游分布可看出，专用控制主要运用于机械、工业机器人等，PC-based控制器主要
运用于半导体、包装和工业机器人，PLC主要运用于纺织机械、包装机械、EMS等行业。
PC-based相较PLC在功能占优，可实现更为复杂的运动控制，下游厂商可利用PC-based厂商提供的底层函数库进行灵活的二次开发和编程，除了传统的PLC语言，开发者更可以C++、Base等语言进行编程，
通用性强。
专用控制器早期主要用于机床领域，即计算机数字控制系统（CNC,ComputerizedNumericalControl），
随后在机械、工业机器人等行业大范围使用，是面向特定行业提供专用的控制产品。
专用控制器集成现有的所有控制器技术，包括PLCPC-based，核心不在硬件，而在于行业应用软件功能块，这种类型的控制器
只能满足特定行业使用，性能稳定，定价高。
图表5PC-based控制器和专用控制器分类比较
大类
小类
特征
代表
PC-based
运动控制器
IPC+运动控
制卡
运动控制卡不能独立使用，需要搭配工控机（IPC）。
运动控制卡延展性良好，成本较低，但组合式使用使得系统稳定性欠缺
研华、研祥、控创、华北工
■
匚控、固冋、雷赛等
嵌入式控制器
集成运动控制器和工业计算机，体积小，可接伺服独立使用，价格高于运动控制卡
研华、研祥、控创、Beckhoff、TIRO等
1
软PLC
运动控制功能以纯软件的方式运行在计算机系统上，通过总线协议控制伺服，一般以软硬件打包“运动控制软件+工业计算机方式出售，价格昂贵。
西门子的WinAC、罗克韦
福的TwinCAT
-1
hr
目尔的SoftLogix、倍
-S
1$1
7「
专用控制器
行业专用控制器
针对特定行业，具备特定功能的专用控制器，融合了PLC的可靠性和IPC的开放性、高性能CPU等优点
风电：
Mit&Teknik、木格（MOOG）；纺织机械：
经纬纺织（自主研发以及西门子开发的专用产品）；机器人：
Inovance、KEBABeckhoff
可编程自动控制器
（PAC）
控制功能集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，属于低端控制器
本土厂商
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
控制领域包括运动控制、过程控制、开关量逻辑控制等，其中运动控制占比最高。
三类控制器中，运动
控制在专业控制器的占比最高，预计到2020年，运动控制功能在PC-Based控制器、专用控制器、PLC控制领域的比重将分别达到59%、92%27%其中专业控制器和PC-Based控制器控制领域中运动控制的比例将显著提升。
在一些运动控制运用领域中，专用控制器或者PC-Based将替代PLCPLC的市场占比在减少。
比如专用控制器在传统切削机床、高端工业机器人中发展较快；PC-Based在雕刻机、半导体、物流、
激光加工机等运用领域增长较快。
汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用刺激了PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。
另外由于直角坐标机器人和
国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。
100%
图表6PC-Based控制器用于运动控制的比例将显著提升
92%
83%
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
1.2工业机器人是控制器的重要下游领域
在自动化生产中，工业机器人整体，包括自有控制器，属于PLC控制下的一个部分，而且自有的控制器
通常属于专业控制器或PC-based控制器，两种控制器技术共用，主要差别在于对应用领域是否专业化。
控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，是工业机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影
响。
工业机器人控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。
对于不同类型的机器人，如有腿的步行机器人与关节型工业机器人，控制系统的综合方法有较大差别，控制器的设计方案也不一样。
例如直角坐标机器人售价低，运动控制相对简单，多采用运动控制卡+工控机；在多关节机器人和SCARA机器人售价高，结构紧凑，运动控制较为复杂，多采用嵌入式控制器。
图表8不同工业机器人使用不同控制模式
资料来源：
MIR、广证恒生
目前使用较为广泛的为运动控制卡+工控机和嵌入式运动控制器，控制器的研发可分为硬件和软件两
部分，在工业机器人控制硬件研制方面，已经开发出了比较有代表性的双、多CPU及分级控制系统。
其
中，基于DSP技术的工业机器人控制器的设计较为典型。
软件部分是工业机器人的“心脏”，也是目前国内外控制器差距最大的地方。
1.3机器人市场扩张带动控制器需求上涨
工业机器人密度实现了跨越式的发展，千亿市场蓄势待发。
随着人口红利消退和产业升级需求扩
张，中国制造业对工业机器人的需求旺盛。
自2013年起，我国发展成为全球工业机器人的第一大市场。
2018年我国工业机器人市场规模达到62.3亿美元，占全球市场的37.04%。
根据国家级专项规划《机器人产业发展规划（2016-2020年》，2020年我国工业机器人使用密度达到150台/万人。
假设到2020年目标能够实现，预计2018-2020年我国工业机器人使用密度分别为109、129和150台/万人，同时假设我国工人数量保持稳定，每年存量工业机器人更新率为12.5%。
考虑工业机器人售价降低的情况，我
们预计2020年我国工业机器人本体市场规模可达到459亿元，201&2020年我国工业机器人本体市场规
模总计可达千亿元以上。
敬请参阅最后一页重要声明证券研究报告
控制器属于工业机器人上游生产核心零部件，其他核心零部件包括减速器和伺服系统。
核心零部件占工
业机器人成本的72%，其中控制系统占比12%。
图表11零部件约占机器人成本的72%
资料来源：
OFweek、广证恒生
可以预见，未来几年中国工业机器人市场将持续扩张，伴随而来的是对控制器日益增长的需求。
据IFR数
据显示，假设每台工业机器人对应3万元的控制器市场需求，可以大致估算出我国近年来的工业机器人控制器市场规模，2020年我国工业机器人控制器市场可达63亿元，现有空间有限，但前景广阔。
图表122020年我国工业机器人控制器市场规模可达63亿元（亿元）
数据来源：
Wind、广证恒生
2工业机器人控制器国产化程度不及运动控制器整
体市场
2.1运动控制器整体市场国产化程度较高
在运动控制器市场中，德国西门子、台湾的新代、宝元、研华等厂商表现突出。
图表13国内运动控制器整体市场分布
■德国西门子
11%
10%
■台湾新代
■台湾元宝
40%
台湾研华
■北京凯恩帝
9%
■三菱
■罗克韦尔
5%
■香港固高
5%
5%
4%
欧姆龙
4%
施耐德
3%
4%
其他
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
按控制器分类，PLC控制器市场龙头是西门子，PC-based控制器市场竞争较激烈，台湾研华、香港固高分
别占据16%、13%，专用控制器领域生产厂商集中，新代、宝元、北京凯恩帝、北京航空航天数控共占69.6%。
汽车、
半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用，刺激了PC
Based运动控制器在机器人领域的快速发展。
另外直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。
PC-based
图表14国内PCbased、专用运动控制器国产化水平较高
专用控制器
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
2.2工业机器人本体制造商自产控制器，国外品牌占据大部分市场
在工业机器人领域，控制器与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发，四大家族自产自销，国内部
分企业控制器仍通过外购。
目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进
行自主研发，各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配。
四大家族在中国控制器市场的占比与其在本体市场的占比基本保持一致，国内自主品牌本体市场市占率达32.8%，而在控制器市场仅占不到16%，国内企
业控制器尚未形成市场竞争力，部分本体生产厂家的控制器需要通过外购。
但在发展过程中仍然涌现出一批具有代表性的企业，比如汇川技术、埃斯顿、新时达、固高、新松、华中数控等企业较有优势。
图表15国外品牌占据大部分工业机器人控制器市场，四大家族占比可达53%
中国工业机器人控制器市场
资料来源：
中国报告网、广证恒生
工业机器人产业链上中游国产化率较低，本土品牌在工业机器人控制器市场表现不如整体控制器市场，
国产替代将带来生机。
目前国内的上游核心零部件厂商以及中游的本体制造商国产化率都较低，市面上80%
的市场份额都被外资占据。
虽然目前国内部分厂商已经在技术上实现了突破，核心零部件以及本体都实现
了大规模的量产，但是由于国内机器人发展起步较慢，规模不及海外巨头。
除了控制器外，在工业机器人领
域本土品牌的减速器市场份额不及10%，在伺服电机市场仅占22%。
而核心零部件占机器人成本的72%，其中
控制系统占比12%，国产厂商技术不断进步的情况下，核心零部件国产替代将为本土品牌带来生机。
3工业机器人控制器国产化趋势有迹可循
3.1主要差距在于软件，国产机器人在中低端、新兴领域可有所突破
国内机器人控制器与国外产品存在的差距主要在软件部分，即控制算法和二次开发平台的易用性方面。
控
制系统的开发涉及较多核心技术，包括硬件设计，底层软件技术，上层功能应用软件等，随着技术和应用经验的积累，国内机器人控制器所采用的硬件平台与国外差距不大。
但是由于缺乏平台基础，国产厂家制造的控制器多为封闭结构，存在开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点，难以适应智能
化和柔性化要求。
另一方面，由于硬件大多外购，工业机器人供应商几乎都能买到相同的硬件，软件就成为了竞争核心，而在机器人软件开发环境方面，一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程语言：
如ABB的RAPID编程语言，库卡的KRL,安川的INFORM和川崎的AS,发那科的Karel。
由于不同生产厂商所使用软件不同，且国产控制器软件技术优势不明显，再加上国外企业领先的机器人整体技术及市场中普遍自产自用的模式，国产工业机器人控制器目前未能得到广泛应用。
图表16当前市场上国内国外的主要工业机器人控制器厂商与产品
公司
产品
控制类型
机器人应用领域
优势
发那科
R-J3IC/R-J3
6轴机器人
点焊、涂胶、搬运等
集成视觉功能，自身软件平台研发
KUKA
KRC4
6轴机器人
物料搬运、加工、堆垛、点焊和弧焊，金属加工、食品和塑料等行业
数据基础、设施标准统一
ABB
IRC5
6轴工业机器人
装配、切割/去毛刺、研磨/抛光、上下料、物料搬运、喷雾、点焊
模块化，可容纳各种定制设备和接口
安川
DX、MA、MP
6轴工业机器人
搬运、码垛、组装/分装、喷涂、电弧焊
开放式结构、网络功能，配备AI，部分设定工作自动化
汇川技术
IMC100
小型六轴、小型
SCARA并联机器人
等
食品包装、电机、TP、锂电、3C、通信行业
网络化，可连接工业视觉终端，可控制多台机器人
固咼科技
GUC系列
从三轴到八轴各类型号机器人
PCB板加工、包装、
半导体封装、检测测量、印刷、冶金加工、电子加工等
嵌入式计算机与运动控制器无缝连接，提高用户控制系统的可靠性和稳定性
央威腾
英威腾工业机
器人控制系统
6轴本体轴加2轴辅助轴或4轴本体轴加2轴辅助轴
装配、点胶、焊接、喷涂、码垛、切割、抛光打磨、搬运等
优化控制算法保证咼速咼精度及运动平稳；模块化、开放式结构方便功能扩展
华成工控
-
6轴机器人
塑料机械等行业
注塑机专用机械手的控制方面居于国内垄断地位
卡诺普
CRP-S840/80
总线、8轴、4轴机器人
在搬运、焊接、喷涂、码垛、切割、抛光打磨
模块化、开放式软硬件平
台
新松
SIASUN-GRC
直角坐标、6轴机器人
电子、教育培训行业等
可小批量生产
华中数控
CCR
6轴机器人
物流行业
-
资料来源：
各公司官网、广证恒生
对比各大机器人生产厂商的控制器产品，国产控制器可控制的机器人类型齐全，其中不乏六轴、八轴机器人，不输国外厂商，主要差距在于操作精度和稳定性等。
国内工业机器人生产厂家的控制器主要具有
价格优势。
随着微电子技术的快速发展，处理器的性能越来越高，成本越来越低廉，高性价比的微处理器使得开发低成本、高性能的工业机器人控制器成为可能。
KUKA、ABB控制器价格分别为5.8、6.8万元，
而固高只需6千元。
国产控制器性价比高，可抢占对机器人精度要求不高的、通用型机器人的市场需求。
同时，从控制器应用领域来看，国产机器人应用也十分广泛，其中一些新兴领域将带来发展机遇。
除
了传统的电子、汽车领域，国产机器人厂商一直致力于拓展下游领域，如食品饮料、医疗、物流等行业。
这些新兴行业机器人需求多样化，在工业机器人未普及的情况下强调定制，精度要求不高，且由于价值量较低、订单规模不大，外资品牌难以全面顾及，国产品牌占据主导优势。
图表17除电子和化工其他行业自动化程度不及全球水平，在非汽车领域，国产机器人有一定优势
资料来源：
《伺服与运动控制》、广证恒生
3.2两种发展路径
目前国内工业机器人控制器领先企业可以分为两种发展路径：
一是以数控设备起家，涉足工业机器人领域的企业：
广州数控、新时达、埃斯顿、汇川技术、华中数控；二是运动控制技术的推广和高水平应用下成长起来的专业运动控制企业，代表企业为固高、卡诺普，他们已经开始向市场提供机器人专用控制器。
还有开发自己控制系统的机器人企业，包括新松机器人。
短期而言，与第三方合作、并购可能是中国机器人企业提升控制器质量的有效途径。
目前中国工业机器
人企业尚未完全掌握最先进的控制器，未来可能有两种趋势：
1采用第三方供应商的控制器。
工业机器人本体企业通过引进第三方的控制器，实现机器人控制技术提
升，比如很多国产机器人企业采用固高科技的控制器，固高的产品适配从三轴到八轴各种型号的机器人，为国内
基于pc运动控制器市场的龙头企业。
2通过投资并购逐步引入国外的控制器技术。
2010年，专注电气传动及运动控制的新时达切入工业机
器人领域，后从2013年开始，新时达收购众为
升级会员 