机器人行业专题报告：前景广阔，飞轮待启

文琳行业研究 2024-04-11

（报告出品：长城证券）

1. 机器人：技术进步推动行业持续成长

1.1 机器人定义与分类

机器人（Robot）是指包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械（如机器狗、机器猫等），其特点是可编程性、灵活性、自动性。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。狭义上对机器人的定义还存在很多分类法及争议，主要国家及国际组织对机器人的定义有：

国际标准组织（ISO）：机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器，其机械结构具有一定的自由度，通过控制系统完成移动、操纵或定位。美国机器人协会（RIA）：机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编程动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。日本机器人协会（JIRA）：机器人是一种带有记忆装置和末端执行器的、能够通过自动化的动作而代替人类劳动的通用机器。《中国大百科全书（第二版）》：机器人具有类似某些生物器官功能、用以完成特定操作或移动任务的应用程序控制的机械电子自动装置。国家标准 GB/T 36530-2018：机器人是具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在其环境内运动以执行预定任务的执行机构。

关于机器人的分类，根据标准和国家、组织的不同，机器人有着不同的分类标准。根据用途的不同，国际标准组织将其分为工业机器人、服务机器人和医疗机器人；国际机器人联合会（IFR）将其分为工业机器人和服务机器人；我国国家标准将其分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。

根据信息输入方式的不同，日本工业机器人协会将其分为手动操作手、定序机器人、变序机器人、复演式机器人、程控机器人和智能机器人。

1.2 机器人发展历程：智能化和自主化

初代机器人诞生于 20 世纪 40 年代，发展至今其理论知识、生产制造、功能形态等均有明显优化。根据智能化程度，机器人产品可划分为三代：示教再现机器人、感知反馈机器人、自主决策机器人。

1.0 示教再现机器人（1940-1960）：这一阶段产品具有记忆、存储能力，能够按照相应程序重复作业，但是对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。产品代表有 1947 年美国橡树岭国家实验室研发的遥控机器人、1962 年美国研发的通用示教再现机器人。

2.0 感知反馈机器人（1970-2010）:随着传感技术、控制技术发展，机器人智能化程度明显提升，这一阶段产品能够获得作业环境、对象的部分信息，一部分产品还能完成信息的实时处理。全球多地涌现出多家优质机器人企业，扫地机器人、仿生机器人等逐渐步入商品化阶段。产品代表有 1999 年索尼拖出的犬型机器人爱宝、 2002 年美国 iRobot 公司推出的扫地机器人 Roomba 系列。

3.0 自主决策机器人（2010 至今）：图像识别、自然语言处理、机器视觉等人工智能技术不断赋能，这一阶段产品具有进行复杂的逻辑推理、判断及决策的能力，能够根据内外环境变化，实时作出决策，但是完全理想化的智能机器人还处于研究阶段。

人形机器人作为机器人领域最重要的分支之一，其技术发展起步于 1960 年代后期，以日本的研究成果最为显著。根据产品运动和交互功能成熟度，可大致分为四个阶段：

早期发展阶段（2000 年以前）：1973 年早稻田大学研发出的世界第一款人形机器人 WABOT-1 的 WL-5 号两足步行机，1986 年，日本本田开始进行人形机器人 ASIMO 的研究，并成功于 2000 年发布第一代机型。本田第一代 ASIMO 可以实现无线遥感，产品形态足够小型化和轻量化，但运动平衡性较差、智能化程度较低。

高度集成发展阶段（2000-2015）：这一阶段参与企业逐渐增加，他们主要攻克特定场景下的人形机器人，例如 2003 年日本丰田发布的“音乐伙伴机器人”，其可以实现吹喇叭、拉小提琴等乐器演奏功能；日本本田推出的第三代 ASIMO，其利用传感器避开障碍物等自动判断并行动的能力，还能用五根手指做手语，或将水壶里的水倒入纸杯。

高动态运动发展阶段（2015 年至今）：这一阶段运动能力明显提升，例如 2016 年美国波士顿动力公司发布的双足机器人 Altas 具有较强的平衡性和越障碍能力，能够承担危险环境搜救任务。优必选发布的 Walker X 采用 U-SLAM 视觉导航技术，实现自主规划路径；基于深度学习的物体检测与识别算法、人脸识别等，可以在复杂环境中识别人脸、手势、物体。但是目前人形机器人仍难实现运动和交互功能的融合，产品实用性较差、成本较高。

高度智能化发展阶段（2025 年左右至今后）：特斯拉有望在 2025 年前后落地一款兼具高动态运动性能和高度智能化的人形机器人 Optimus，并且有望小批量应用于汽车工厂。若这一目标能实现，有望较大程度推动人形机器人智能化进程。

1.3 机器人市场规模持续增长

多品类全球化普及，中国市场快速发展。机器人作为新兴技术的重要载体和现代产业的关键装备，市场渗透逐步从美欧日韩等发达国家拓展至中国等新兴发展中国家；机器人品类也由工业机器人延伸至扫地机器人、手术机器人、军用机器人等多领域。机器人潜在需求不断被挖掘，全球机器人市场销售率创新高，2022 年全球机器人市场规模 513 亿美元，同比增长 19.58%，2017-2022 年 CAGR 为 14.0%；我国机器人市场规模 174 亿美元，同比增长 22.54%，2017-2022 年 CAGR 为 22.1%，增速持续领先全球。

市场结构方面，工业机器人发展更早、产业更成熟，目前是机器人市场主要分支，2022 年全球市场份额为 41%；个人/家用服务机器人受益于扫地机器人爆发，市场份额仅次于工业机器人，占比 40%；专业服务机器人尚处于探索期，细分领域众多，未来发展前景可期，占比 19%。

根据我国分类标准，2021 年全球工业机器人、服务机器人、特种机器人市场份额分别为 41%、40%、19%；我国工业机器人、服务机器人、特种机器人市场份额分别为 53%、 35%、13%。

2. 工业机器人：最先爆发的分支，产业升级加快普及

2.1 工业机器人定义、分类

根据国际标准组织的定义，工业机器人（Industry Robot）是指面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人，其特点是能够靠自身动力和控制能力来实现各种功能、可以接受人类指挥也可以按照预先编排的程序运行。根据机械结构、用途、应用场景，工业机器人分类标准如下：

根据机械结构不同可分为多关节机器人、SCARA 机器人、协作机器人和并联机器人。多关节机器人运动形态多样、负载相对较高，应用范围最广；协作机器人与 SCARA 机器人的结构相对紧凑，部署更为灵活；并联机器人速度快、精度高，适用于高速分拣场景。

根据用途的不同可分为搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人、分拣机器人、码垛机器人。搬运、装配机器人对负载要求较高，一般使用多关节机器人；分拣、码垛机器人对灵活性、精准度要求较高，一般使用 SCARA 机器人。

根据应用场景不同可分为汽车、电子、金属制品、食品工业、快消零售用机器人。电子、金属制品行业通常需要精密装配，多采用结构紧凑、速度快的 SCARA 机器人；汽车行业焊接、装配、码垛等环境均可应用机器人，通常选择多关节机器人和 SCARA 机器人；食品工业、快消零售行业负载通常较小，通常选择并联机器人和协作机器人。

2.2 工业机器人产业链：分工明确，成熟度较高

工业机器人产业上/中游重技术，下游系统集成重品牌。上游零部件主要包括控制器、伺服系统、减速器等，受限于基础材料、生产工艺、专利技术等因素，中高端零部件主要依赖进口，中低端市场可实现自主覆盖。中游本体制造对产品设计能力和生产工艺要求高，国内企业具备一定优势，在 Delta、SCARA、协作机器人等产品上市场份额较高，大负载六轴机器人仍被外资垄断。下游集成商主要根据用途和应用场景提供定制化产品和服务，由于工业机器人尺寸需要根据生产线、工业机床设计方案确定，产品落地周期较长，品牌效益明显。

我国工业机器人产业布局集中于沿海地区。自 1959 年美国 Unimation 公司设计出世界第一台工业机器人后，工业机器人生产技术及其产品成为柔性制造系统、自动化工厂和计算机集成制造系统等的自动化工具。随后美欧、日本等发达国家逐渐将工业机器人投入到制造业中。20 世纪 90 年代，韩国和中国也逐渐加入其中。在这些国家内部，机器人产业集群普遍集中在机器人领域的特定产业地区、城市或者顶尖大学附近。例如，波士顿、硅谷和匹兹堡常被认为是美国三个最主要的机器人产业聚集区。在我国，企业用工成本上升、人口老龄化速度加快、政策扶持制造业产业升级等大背景下，机器替人逐渐成为行业转变要素结构、大幅提升生产效率的重要途径之一。目前我国已形成京津冀、长三角、珠三角以及东北部、中部和西部这六个机器人产业聚集区，并且这些聚集区均已建设了一定数量的工业机器人产业园区。

2.3 产业升级助推规模增长，国产化替代进行时

全球产业升级趋势不变，工业机器人规模稳步增长。近年来，工业机器人已在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业得到广泛应用。在劳动力成本增加和老龄化趋势加剧下，各行业加快数字化转型；同时随着产业链逐步成熟，工业机器人均价持续下探，推动其在新兴发展中国家的普及。2021 年全球工业机器人市场规模 175 亿美元，同比增长 25.90%，2018-2021 年 CAGR 为 1.98%；工业机器人安装量 51.7 万台，同比增长 31.22%，2018-2021 年 CAGR 为 6.92%。根据《中国机器人产业发展报告（2022）》预测，到 2024 年全球工业机器人规模有望达到 230 亿美元。

需求政策齐发力，中国市场增速有望持续引领全球。在国内需求和政策鼓励驱动下，工业机器人增长迅猛。除汽车、3C 电子两大需求最为旺盛的行业，化工、石油等应用市场逐步打开。2021 年我国工业机器人市场规模 75 亿美元，同比增长 15.38%，2018-2021 年 CAGR 为 14.47%；工业机器人安装量 26.8 万台，同比增长 50.56%，2018-2021 年 CAGR 为 20.02%。根据《中国机器人产业发展报告（2022）》预测，我国市场规模将持续保持增长，预计到 2024 年市场规模将超过 110 亿美元，占全球的比例达到 47.8%。

与发达国家相比，我国工业机器人密度提升空间大。根据 IFR 数据，随着我国工业机器人规模快速增长，工业机器人密度由 2015 年的 49 台/万人提升至 2021 年的 322 台/万人，5 年 CAGR 为 36.48%。2021 年全球工业机器人平均密度为 141 台/万人，中国工业机器人密度是全球平均水平的近 3 倍，全球排名从 2015 年的第 25 位上升至 2021 年的第 5 位，但是与韩国 1000 台/万人、新加坡 670 台/万人的水平相比，中国工业机器人密度仍有较大提升空间。

根据机械结构分类看，我国四种工业机器人均呈现高速增长趋势，其中多关节、平面型机器人发展较快、渗透领域广阔，销量和销额规模靠前。协作机器人、并联机器人基数小增长快，其中协作机器人国内厂商参与度较高，近几年市场迅猛增长。

需求持续增长，多关节机器人销售保持高增。2021 年我国多关节机器人市场规模 236.12 亿元，同比增长 54.83%，2016-2021 年 CAGR 为 16.07%；销量 16.98 万台，同比增长 57.09%，2016-2021 年 CAGR 为 26.70%。我国多关节机器人爆发式增长主要得益于轻小负载产品持续拉动以及中大负载产品开始放量，众多厂商聚焦 3C 电子、金属焊接等应用在轻小负载产品发力；新能源汽车、锂电、光伏等行业景气度回升，高负载六轴机器人在焊接、搬运、包装等领域应用实现大幅增长；重型工业的搬运码垛需求增长，也对高负载六轴机器人销量产生积极影响。

3C 市场高景气赋能，平面关节机器人稳健增长。2021 年我国平面关节机器人市场规模 26.29 亿元，同比增长 41.57%，2016-2021 年 CAGR 为 31.52%；销量 6.57 万台，同比增长 41.90%，2016-2021 年 CAGR 为 38.06%。平面关节机器人主要应用于 3C 制造，近年来我国 3C 制造产业升级需求高涨，赋予平面关节机器人较强增长动力。

协作机器人应用场景广泛，国产厂商推动产品普及。2021 年我国协作机器人市场规模 20.39 亿元，同比增长 76.84%，2016-2021 年 CAGR 为 41.46%；销量 18623 台，同比增长 87.62%，2016-2021 年 CAGR 为 51.94%。协作机器人多与其他自动化设备配套使用，对人际协同、定制化需求较高，国内厂商充分利用价格、区位、服务等优势拓展协作机器人的应用。目前协作机器人在主要应用于 3C、汽车整车及零部件、科研教育等领域，未来其凭借部署灵活、安全性高、成本相对较低等特点，有望在新能源、医疗器械、商业领上等领域实现加速渗透。

并联机器人起步晚增长快，在食品医药行业快速放量。2021 年我国并联机器人市场规模 8.44 亿元，同比增长 43.54%，2016-2021 年 CAGR 为 22.98%；销量 7176 台，同比增长 45.56%，2016-2021 年 CAGR 为 35.01%。并联机器人在我国市场起步虽晚，市场规模较小但增长迅速，其轻负载、高速、高精度的特点可以满足食品、医药等多场景需求，未来有望保持高速增长。

根据用途分类看，我国工业机器人主要用于搬运码垛、焊接和装配，2021 年三者销量份额合计 89.85%。搬运码垛机器人在机床上下料及钣金冲压上下料领域表现亮眼，加之广泛应用于各类机床作业场景，近年来增长迅速，销量份额从 2016 年的 45.76%提升至 2021 年的 59.85%。

根据应用场景分类看，我国工业机器人主要应用于汽车整车及零部件、3C 电子、金属加工领域，2021 年三者销量份额合计 67.23%。从整体的增量需求看，3C 电子、新能源、金属机械等领域贡献超过 60%份额，新能源行业需求释放有望成为工业机器人新的支柱。

四大家族份额稳定，国产品牌成长空间大。从全球市场看，“四大家族”发那科、ABB、安川和库卡持续引领市场，2020 年合计市场份额超过 50%，中国品牌仍有一定差距，合计市场份额 11.86%。从国内市场看，“四大家族”、爱普生等外资企业占据主导地位，国产龙头品牌如埃斯顿、汇川科技等起步较晚，规模和技术实力有一定差距但在快速追赶。受益于国内市场广阔、产业部门齐全、政策大力扶持等优势，未来本土企业成长空间巨大。