近年來，我國機器人產業化進程不斷加快，產業規模不斷擴大，在機器人研發及制造方面也取得了長足的進步，但在核心及關鍵技術的原創性研究、高可靠性基礎功能部件方面，特別是6自由度及以上工業機器人用關鍵零部件性能、可靠性和使用壽命方面，與發達國家還存在相當的差距，一些關鍵零部件大量依賴進口，成為掣肘產業發展的瓶頸。
《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》針對這一問題，將“大力發展機器人關鍵零部件”作為主要任務之一，提出要“從優化設計、材料優選、加工工藝、裝配技術、專用制造裝備、產業化能力等多方面入手，提升高精密減速器、高性能機器人專用伺服電機和驅動器、高速高性能控制器、傳感器、末端執行器等五大關鍵零部件的質量穩定性和批量生產能力，突破技術壁壘，打破長期依賴進口的局面?！?/p>
一、關鍵零部件對外依存度高制約產業發展
機器人是機電一體化的智能制造裝備，集精密機械、控制技術、電機技術、傳感器技術等于一體，其較為重要的上游產品包括減速器、控制器、伺服電機、傳感器等關鍵零部件以及系統軟件、應用軟件等。其中，精密減速機、控制器、伺服系統以及高性能驅動器等關鍵零部件成本占到機器人整體生產成本的70%以上，關鍵零部件所涉及的技術含量高，在同類產品中具有較強的技術溢出性。
近年來，我國雖然已有部分企業在減速器、伺服電機和控制器等關鍵零部件的研制上有所突破，但技術方面與國外仍然存在一定差距。關鍵零部件在精度、可靠性等方面與國外產品相比缺乏競爭力，高端產品缺乏，進口依賴嚴重。同時，由于關鍵零部件的市場集中度，而我國本體廠商規模普遍偏小，在采購進口零部件時議價能力較弱，采購成本居高不下。對進口關鍵零部件的依賴使得國內機器人生產企業失去很大比例的利潤空間，難以在國際競爭中勝出。
“十三五”期間，我國機器人產業應針對這一產業發展的“瓶頸”和“短板”，著力突破核心技術制約，切實提高關鍵零部件國產化能力，夯實產業基礎，促進我國機器人產業的持續健康發展。
二、突破五大關鍵零部件提高核心競爭力
1、高精密減速器
機器人用精密減速器是控制機器人關節運動的核心部件，其精度高低直接決定了機器人操作的精細程度（包括定位精度和運動精度），是機器人產業鏈至關重要的應用環節。
機器人用減速器主要分為諧波減速器和RV減速器兩種。精密減速器技術開發難度較高，是純精密機械部件，要求較高的回轉精度、剛度和疲勞強度，對加工工藝技術和材料技術也提出了很高的要求。產品要求具有率、高精度、高可靠性、低重量、長期免維護性等。
在機器人用高精度減速器的研發和生產領域，日本具備優勢，以納博特斯克、哈默納科、住友等企業為代表。其中，全球機器人行業70%以上的精密減速機被日本的納博特斯克和哈默納科兩家壟斷，ABB、FANUC、KUKA等國際主流機器人廠商的減速器也均由上述兩家公司提供。納博特斯克優勢產品是RV減速機，哈默納科的優勢產品是諧波減速機。日本納博精密減速機扭矩大且精度高，高剛性且抗震性強，尤其產品質量保障期超長，2015年，納博斯特克精密減速機銷售額達到453億日元，營業利潤達到68億日元。
總的來看，國產減速器在額定扭矩和傳動效率等方面與國外產品差距較小，但在扭轉剛度、傳動精度等穩定性和精度指標方面差距還比較明顯，由于材料和工藝水平等問題，耐疲勞強度方面差距也比較明顯。經過近兩年發展，我國在諧波減速器的研制方面已經取得突破，產品也趨于成熟，部分企業的諧波減速器已經實現量產并初步得到國內市場的認可；但在RV減速器方面，由于其制造技術難度大，雖然國內也有幾家廠商在研發銷售，但仍處于推廣試用階段，沒有真正實現國產化的批量生產，國產化進程較為緩慢。
隨著我國工業機器人需求規模不斷擴大，國內對高精密減速器的市場需求也在不斷提高，然而當前國內精密減速器市場仍然被日本納博特斯克和哈默納科主導，且國內外價差較大，使得自主品牌工業機器人產品缺乏市場競爭力。未來幾年，通過發展高強度耐磨材料技術、加工工藝優化技術、高速潤滑技術、高精度裝配技術、可靠性及壽命檢測技術以及新型傳動機理的探索，發展適合機器人應用的率、低重量、長期免維護的系列化減速器，并實現規模化生產，是降低國產機器人成本、提升國際競爭力的重要環節。
2、高性能機器人專用伺服電機和驅動器
伺服電機用于驅動機器人的關節，要求有功率質量比和扭矩慣量比、高啟動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。驅動器是用來使機器人發出動作的動力機構，機器人驅動器可將電能、液壓能和氣壓能轉化為機器人的動力。
機器人專用伺服電機和驅動器是在普通通用伺服電機和驅動器的基礎上，根據機器人的高速、重載、高精度等應用要求，增加驅動器和電機的瞬時過載能力，增加驅動器的動態響應能力，進一步提高控制品質。高性能伺服電機能夠使機器人跟隨外部指令進行人們所期望的運動，運動要素包括位置、速度和力矩。工業機器人精度要求高，使用的主要是高精度伺服電機；從電機種類上看，交流伺服電機占比較高。
目前全球高性能機器人專用伺服電機的主流供應商主要由日系、歐美系、臺灣和韓國等占主導，其中，歐系機器人的電機主要由倍福、倫茨、Lust、博世力士樂等公司提供，其特點是過載能力和動態響應好，驅動器開放性強，具有總線結構，但價格相對昂貴；日系主要由安川、松下、三菱、FANUC等公司提供，價格相對較低，但動態響應能力較差，開放性較差，且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式。控制器的主流供應商主要包括美國的DeltaTau和Gail、英國的TRIO和中國的固高、步進等公司。
與減速器相比，國內伺服電機和驅動器市場未形成國外主要廠商壟斷的情況，一些國產伺服電機和驅動器品牌已經具備了一定的研發和生產能力，并占據了一定的市場份額，同時幾大國外廠商在中國也建立了分工廠，供應充足，產品價格相對合理。但相對來看，國產伺服電機和驅動器主要面向中低端市場，高端產品在動態性能、開放性、可靠性、單位體積扭矩和運動精度上與國外知名品牌仍存在一定差距。未來幾年，高性能機器人專用伺服電機和驅動器的攻關方向是通過高磁性材料優化、一體化優化設計、加工裝配工藝優化等技術的研究，提高伺服電機的效率，降低功率損失，實現高功率密度。
3、高速高性能控制器
機器人控制器是根據指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業任務的裝置，它是機器人的，決定了機器人性能的優劣。控制器主要包括硬件和軟件兩部分，硬件部分基本就是工業控制板卡，包括一些主控單元、信號處理部分等電路，國內外技術差異不大，技術難點主要在軟件部分，包括軟件實現的構建、控制算法、二次開發等。
控制器的技術水平包括控制的高同步性、良好的操作性、高速高精度控制、同時控制的軸數等。高速高性能控制器是通過采用高速CPU，大幅提高周期、動作軌跡以及內部處理時間等來實現高速處理控制能力。
控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠商自主設計研發。目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發，各品牌機器人均有自己的控制系統與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機器人保持一致，作為關鍵核心零部件的控制器市場，也同樣被外企所占據，主要供應商包括FANUC、松下、三菱、那智、安川、貝加萊、KEBA、倍福、KUKA、ABB等。
控制器在機器人關鍵零部件中技術難度相對較低，經過多年的沉淀，國內逐步成長起了一批專業的運動控制企業，他們開始逐步向市場提供機器人專用控制器。于此同時，不少國內機器人企業也陸續開發自己的控制系統。
目前國產控制器已完全掌握硬件開發技術，所采用的硬件平臺和國外產品相比并沒有太大差距，基本能滿足機器人的控制需求，但在控制算法、二次開發平臺的易用性以及控制軸數、快速性、穩定性等方面與國際品牌產品尚有一定差距，且國內企業力量分散，缺乏拳頭企業，產品的品牌效應欠佳。
未來幾年，國產控制器應重點突破高性能關節伺服、振動抑制技術、慣量動態補償技術、多關節高精度運動解算及規劃等技術，提高高速變負載應用過程中的運動精度，改善動態性能，同時重點發展并掌握開放式控制器軟件開發平臺技術，提高機器人控制器可擴展性、可移植性和可靠性。
4、傳感器
傳感器是機器人實現環境感知的硬件基礎。傳感器在機器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機器人才具備了類似人類的知覺功能和反應能力。
根據檢測對象的不同，傳感器可分為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器用來檢測自身狀態的信息，主要是位置、速度、加速度等傳感器，并且作為反饋信號構成伺服控制；外部傳感器用來檢測機器人所處環境，如壓力、距離、視覺、觸覺、聽覺、滑覺等傳感器。隨著智能化的程度提高，機器人傳感器應用越來越多。
從傳感器國際市場來看，占據主導地位的仍然是德國、日本、美國等老牌工業國家，其生產的傳感器應用范圍很廣，其中許多生產廠家已經實現了規模化生產，部分企業年生產能力達到幾千萬只甚至幾億只。日本和歐洲作為全球工業機器人市場的兩大主角，已經實現了傳感器等核心零部件的完全自主化。
與國外廠商相比，我國機器人傳感器應用范圍較窄，在高精度、高敏感度分析和特殊應用的高端方面存在較大差距，產品往往形不成系列，產品在測量精度、溫度特性、響應時間、穩定性、可靠性等指標上與國外也有相當大的差距，國內高、精、尖和新型傳感器市場主要被國外品牌或合資企業所壟斷，中高端芯片依賴進口。
國內傳感器企業主要以中小企業為主，未能形成規模效益，且研發能力較弱、產品技術水平偏低。傳感器的質量、價格、功能都是將來國內企業要重點提高的方面。隨著機器人等高端裝備制造業的發展，在市場需求帶動和政策扶持的帶動下，傳感器將迎來重大發展機遇。國內傳感器制造企業應加大技術投入，改進企業管理模式，提高對新原理、新器件和新材料傳感器的研發和產業化能力。
5、末端執行器
機器人末端執行器裝配在機械臂末端，直接與工件接觸來執行工作任務，具有處理、傳輸、夾持、放置和釋放工件到某一準確的離散位置等功能，其性能的優劣在很大程度上決定了機器人的工作性能。根據作業任務的不同，它可以是夾持器或專用工具等，如吸盤、機械手抓、托持器等。專用工具是用以完成某項作業所需要的裝置，如機器人噴涂槍、弧焊焊槍、電焊焊槍等。
機器人末端執行器涉及機構學、仿生學、人工智能、材料學、通訊技術、傳感器技術等多個交叉學科，是機器人設計中的一個重要環節。美國、德國、日本、俄羅斯等國家成功研制了多種通用和專用的機器人末端執行器，全球工業機器人本體主要生產商ABB、KUKA、FANUC、安川在機器人末端執行器領域占據主導地位，此外，日本松下、那智越、川崎重工等也占據一席之地。
從國內外對比來看，我國末端執行器研究相對落后，在自主創新能力、生產規模、主要技術參數、工作效率、精度、可靠性等方面與國外廠商都存在較大差距。隨著人工智能、仿生技術、人機交互技術、智能感知等技術的進步，機器人正在不斷向柔性化、智能化方向發展，國內機器人制造企業應當加大技術研發投入，將技術創新成果轉化為生產能力，重點開發抓取與操作功能的多指靈巧和具有快換功能的夾持器等末端執行器，擴大機器人末端執行器的應用領域，滿足機器人產業的應用需求。
我國已成為全球發展潛力的機器人需求市場之一，在激烈的市場競爭中，推動高精度減速器、高性能機器人專用伺服電機和驅動器、高速高性能控制器、傳感器以及末端執行器等關鍵部件的研制及產業化，對于提高我國機器人的規模化生產能力，提升中高端產品的市場競爭力意義重大。
