2020年协作机器人发展情况

一、概念及范畴

1.概念及定义

协作机器人（collaborative），简称cobot或co-robot，是一种可以安全地与人类进行直接交互/接触的机器人。与传统工业机器人相比，协作机器人打破了只能应用于工业场景的限制，凭借低自重、高灵活、易编程、可快速配置、作业空间局限性小等特色优势，在医疗、教育培训、新零售等服务业场景中同样具有广阔的应用前景。

与传统工业机器人不同，协作机器人拓展了机器人功能内涵中“人”的属性，具备一定的自主行为和协作能力，可在非结构环境下与人配合完成复杂的动作和任务，使机器人真正成为人的合作伙伴。协作机器人结合人的智力、灵巧性和机器的力量和准确性，人机协作可完成诸如精密装配等工作，克服传统工业机器人应用的局限性。

2.分类

主流协作机器人目前有两种分类方法，一是按照结构分类，二是按照负载能力分类。

按照结构分类，主要可分为双臂协作机器人和单臂协作机器人。其中，双臂协作机器人作业范围相对较广，可适应相对复杂的工作场景，但其生产及应用成本较高；单臂协作机器人则在生产及应用成本和安置空间上具备较大优势。

按照负载能力分类，主要分为有效负载＜5kg、5kg≤有效负载≤10kg、有效负载＞10kg三类。

3.产业链结构

协作机器人产业链与工业机器人基本一致，主要包括上游核心零部件、中游本体制造、系统集成及下游应用等四大环节。协作机器人产业链全景见图1。

在核心零部件方面，由于协作机器人在运行过程中要与人工密切接触，人身安全保障对协作机器人的运行精度、操作灵活度及零力矩控制与碰撞检测技术等方面提出了更高要求，因此，协作机器人核心零部件的产品类型与工业机器人略有差异，主要包括中空直流电动机、安全控制器、力矩传感器、减速器、制动器和编码器等。

中游本体制造环节主要是指机器人本体和机械臂制造。

系统集成主要是指机器人本体与喷涂、焊接、上下料、装配等生产环节的集成应用，综合解决方案供应商以机器人本体制造商为主。

下游应用主要指协作机器人在3C电子、汽车、家电、机械装备、物流、食品饮料、商业服务等行业的应用。

4.应用场景

随着技术的发展，协作机器人在准确性、灵活性、安全性等方面能够满足更细致工作的需求，商业应用领域不断扩展。目前，协作机器人在3C电子、半导体、日化品、机械加工等领域中已广泛应用，主要用于上下料、装配、检测、搬运和装卸等作业，也可用于仓储物流、医疗、智慧零食等商业服务领域，实现物料、物品的自动搬运、上下料、分拣等操作，应用边界逐渐扩大。协作机器人主要应用场景见表1。

二、行业现状

协作机器人行业自2017年开始高潮迭起，无论资本投入还是企业规划，协作机器人成为炙手可热的机器人方向。经过多年的发展，协作机器人市场增速一直领跑行业，产业化进程不断加快，新进厂商不断增加，应用领域不断延伸和扩展，创新商业模式不断涌现。

1.全球协作机器人市场概况

据统计，2020年全球协作机器人厂商数量超过120家，我国协作机器人厂商数量超过75家。协作机器人已经深入人心并获得广泛认可和应用。区别于前几年资本的高热度，从2019年开始协作机器人领域的资本热度有所降低，只有少数厂商获得资本的持续注入，不少新进厂商成长迅速，同时也有个别厂商面临破产出局的命运。

据高工机器人产业研究所估算，2019年全球协作机器人销量为2.55万台，占全球工业机器人市场的6.4%，同比提升1.3个百分点，市场规模达44.1亿元。从2014年到2019年，全球协作机器人销量年均复合增长率为50%。预计到2023年，全球协作机器人销量将达8万台，市场规模将接近120亿元。2014—2023年全球协作机器人销量及预测见图2。

2.我国协作机器人市场概况

2019年我国协作机器人市场持续增长，国内厂商相继增添了新品，以发那科、安川为代表的外资巨头也相继推出了新型协作机器人，在国内外企业不断加码下，协作机器人市场已经开始进入真正的高速市场化阶段。我国市场经过多年的培育，已逐渐成为全球协作机器人增长的引擎之一，越来越多的协作机器人厂商进入我国。

据高工机器人产业技术研究所数据，2019年我国协作机器人销量为8200台，同比增长29.75%；市场规模10.7亿元，同比增长15.05%。2014—2019年，协作机器人销量及市场规模年均复合增长率分别为68.71%和53.39%。

预计未来几年，随着技术的进步和产品价格的下行，协作机器人的接受度将获得进一步提升，真正实现量产应用的厂商逐年增加，市场竞争日趋激烈，协作机器人销量及市场规模将进一步扩大。预计到2023年，协作机器人销量将达26500台，市场规模将突破27.1亿元。

3.我国协作机器人竞争格局分析

从整体竞争格局来看，内资厂商市场占比逐年提升，外资厂商主要以优傲为代表，其他厂商贡献的份额较小。传统的工业机器人巨头虽然都推出了协作机器人产品，但并未将其作为主打产品，只是作为战略产品，在市场上并未重点推广。此外，新进入我国市场的外资厂商普遍水土不服，过度强调产品本身，在市场渠道布局及应用开发层面偏弱。国内厂商通过成本控制将产品的性价比提升，快速打开市场并获得市场份额的提升。

2018—2019年我国协作机器人内外资企业市场份额见图3。

三、技术成果

1.核心技术要素

协作机器人区别于传统工业机器人的核心技术特点在于其安全性、灵活性、易用性和共融性更高。安全性是人机协作系统的基础和前提；灵活性和易用性是人机协作系统的重点，是快速适应柔性、复杂生产方式的必要技术；共融性是协作机器人全面深入市场的核心。

协作机器人要实现易用性，涉及的具体技术包含各类图形化编程、工艺包、示教方式、指令丰富程度、二次开发平台、系统扩展性（硬接口、软协议）、离线编程软件等。协作机器人要实现共融性，涉及的具体技术主要包括视觉技术、力控技术、移动操作技术及AI技术等。

2.专利申请情况

截至2019年年末，我国协作机器人相关专利共申请1277件。其中，发明专利为793件，占比62.10%；实用新型专利为229件，占比17.93%；发明授权专利为169件，占比13.23%，外观专利为86件，占比6.73%。

四、趋势分析与预测

未来协作机器人的主要发展趋势如下：

1.工业场景逐渐成为存量市场，商业服务场景是增量市场

从应用分布来看，目前协作机器人在工业场景的应用主要集中在3C电子、汽车及其零部件、家电等行业，工业场景逐渐成为存量市场，厂商之间的竞争日趋激烈与残酷；商业服务场景将是协作机器人未来的增量市场，尤其是物流仓储、医疗、智慧零售等细分场景，未来将有更多的厂商进入，抢占增量市场。

协作机器人在工业及商业服务场景中的核心价值差异在于：工业领域以利用机器人替代人从而实现降本增效为主要目的；商业服务领域则更多地强调机器人带来的额外价值，替代人并非首要目的，更重要的是打造创新型的服务业态。

随着协作机器人技术的不断进步，其易用性、安全性和智能性有望获得提升，届时协作机器人在各领域的应用边界也将日趋模糊。协作机器人将不仅是机器人，更是智能工具和智能伙伴。

2.协作机器人生态日益丰富，周边可配套的设备越来越多

当前协作机器人生态圈已经涵盖上游零部件、本体、集成商、视觉系统、传感器和末端执行器等，越来越多的创新型产品的诞生又将大大促进协作机器人生态的丰富。为进一步提高协作机器人的安全性、灵活性和易用性，视觉系统、传感器以及软件的应用将日益广泛，在应用中也将会使用越来越多的柔性夹具，而末端执行器则将成为机器人应用的核心部件，配备不同的末端执行器可实现更多的新功能。

在这个发展趋势下，国内外企业都更加关注协作机器人快速更换夹具的功能，机器人能够全自动更换并识别任意工具和夹爪，操作者则可以通过拖拽式一次性编校机器人运动路径及所有对接的工具夹或夹爪的运作，无须使用手持式示教器，真正实现手把手编校。

3.深耕细分领域应用，工艺积累+创新产品是企业发展之道

协作机器人作为工业机器人的一种新产品类型，产品仍处于迭代升级中。同时，协作机器人的功能、技术参数尚未完全定型，仍满足不了一些特殊应用场景的实际需求。例如：一些偏软性的物料的组装和插拔，以及复杂工件的拆卸与装配等，协作机器人还不能完全胜任。

在未来的市场竞争中，协作机器人厂商之间的较量还是要回归到产品技术与应用积累上。深耕细分应用领域及生产环节，全面打磨产品的功能并与应用工艺相结合，形成可复制的工艺包，将会是协作机器人企业长足发展之道。

〔撰稿人：上海机器人产业技术研究院廖霞〕