人形機(jī)器人行業(yè)專題報(bào)告:核心零部件的野望,隱形冠軍的搖籃

時(shí)間:2023-07-10

來源:未來智庫(kù)

導(dǎo)語:人形機(jī)器人雖然仍處在研發(fā)階段,未來產(chǎn)業(yè)化仍具有不確定性,但市場(chǎng) 潛力大。若順利產(chǎn)業(yè)化并有效推廣,市場(chǎng)空間從百億到千億美金不等。

(報(bào)告出品方/作者:廣發(fā)證券,代川、孫柏陽、姚佳)

一、產(chǎn)品功能日趨完善,未來成長(zhǎng)高預(yù)期


(一)產(chǎn)品功能日趨完善,身體、視覺能力同步提升
人形機(jī)器人產(chǎn)品研發(fā)逐步推進(jìn),功能日趨完善。2021年8月特斯拉首次公開Optimus 機(jī)器人計(jì)劃,并采用真人舞臺(tái)表演的方式表達(dá)設(shè)計(jì)概念;2022年9月,一款人形機(jī)器 人原型公開亮相,并能夠在舞臺(tái)上表演、走動(dòng);2023年5月,根據(jù)特斯拉官網(wǎng)所發(fā)布 的視頻,可以看到多個(gè)人形機(jī)器人能夠同步或單獨(dú)執(zhí)行任務(wù),新變化包括:(1)身體能力:機(jī)器人身體能力逐步健全,例如行走、抓取物體、感應(yīng)較軟的物體 以及使用電機(jī)扭矩控制施加有限的力;(2)視覺能力:機(jī)器人具備特斯拉視覺AI,能夠發(fā)現(xiàn)并記憶周邊環(huán)境,特斯拉機(jī)器 人和汽車均連接到同一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并安裝了相同的完全無人駕駛系統(tǒng)(FSD);(3)同步控制:特斯拉能夠同時(shí)控制多個(gè)機(jī)器人,連接到同一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN), 并可以同步執(zhí)行任務(wù),為之后產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
(二)機(jī)器替人具備潛力,市場(chǎng)空間預(yù)期較高
預(yù)計(jì)未來人形機(jī)器人將憑借其性能優(yōu)勢(shì)在工業(yè)、生活等各領(lǐng)域高速滲透。根據(jù)高盛、 Payscale數(shù)據(jù),特斯拉工廠工人的平均時(shí)薪為23.75美元,每日工作8小時(shí),假設(shè)25- 26年人形機(jī)器人能滿足工廠作業(yè)需求,其每日工作20小時(shí)(其余時(shí)間為充電、維護(hù)), 約2年便可回收投資成本,具備商業(yè)可行性。高盛中性估計(jì)未來人形機(jī)器人市場(chǎng)約60億美金,而最為樂觀估計(jì)下市場(chǎng)超千億美金。根據(jù)高盛預(yù)測(cè),在中性假設(shè)下,人形機(jī)器人到2030年將填補(bǔ)美國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)缺口的4%,到2035年添補(bǔ)全球養(yǎng)老需求缺口的2%,預(yù)計(jì)未來10-15年內(nèi),人形機(jī)器人市場(chǎng) 規(guī)模將達(dá)60億美元;而在最為樂觀情景下,若人形機(jī)器人完全克服產(chǎn)品設(shè)計(jì)、價(jià)格、 技術(shù)、公眾接受等一系列障礙得到全面普及,2035年市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)1540億美元,接 近2021年全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)。目前,人形機(jī)器人仍處在產(chǎn)品研發(fā)階段,產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 仍任重道遠(yuǎn)。


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根據(jù)我們測(cè)算,人形機(jī)器人潛在市場(chǎng)空間約百億美元。假設(shè)人形機(jī)器人在美國(guó)物流 運(yùn)輸、看護(hù)照料、危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所率先替人。根據(jù)U.S. News,美國(guó)2021年最低工資10 美元/小時(shí)左右,以每日8小時(shí)和250天工作日計(jì)算各崗位的年薪,對(duì)于危險(xiǎn)崗位假設(shè)給3倍左右溢價(jià)。結(jié)合wind的美國(guó)勞工局的就業(yè)人數(shù)進(jìn)行估計(jì),考慮了我們上述預(yù)測(cè) 的機(jī)器換人替代率,預(yù)計(jì)美國(guó)未來這塊潛在的市場(chǎng)可達(dá)數(shù)百億美元。綜上所述,人形機(jī)器人雖然仍處在研發(fā)階段,未來產(chǎn)業(yè)化仍具有不確定性,但市場(chǎng) 潛力大。若順利產(chǎn)業(yè)化并有效推廣,市場(chǎng)空間從百億到千億美金不等。


二、本土企業(yè)在一體化關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機(jī)會(huì)


(一)人形機(jī)器人包括五大模塊,中國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈具備機(jī)會(huì)
人形機(jī)器人包括硬件層和軟件層兩大類。其中軟件層配有特斯拉AI,為特斯拉汽車 FSD算法的橫向遷移;硬件包括控制、感知、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力模塊等。我們認(rèn)為,特斯拉 在頂層數(shù)據(jù)和開發(fā)上實(shí)現(xiàn)逐步突破,自研核心軟件層,而打開下游硬件及其產(chǎn)業(yè)鏈 發(fā)展機(jī)會(huì)。
(1)控制模塊:機(jī)器人的中央處理器在軀干中,是其自動(dòng)駕駛相關(guān)的硬件和軟件的 橫向遷移。機(jī)器人控制系統(tǒng)能處理人腦所能處理的大部分功能,例如處理視覺數(shù)據(jù)、 做多元決策、感官感知和通信等,同時(shí)能夠支持WiFi通信和音頻。
(2)感知模塊:外部傳感器和內(nèi)部傳感器兩大類。以視覺為代表的外部傳感器遷移 自汽車FSD,二者基于相同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù),目前特斯拉已完成了橫跨美國(guó)絕 大多數(shù)道路的數(shù)據(jù)采集,有助于幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜“自動(dòng)駕駛”快速落地;內(nèi)部 傳感器包括位置、力矩、力量等,主要集成于一體化關(guān)節(jié)中。
(3)運(yùn)動(dòng)模塊:包括驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行裝置、傳動(dòng)裝置等。特斯拉將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模 塊和部分感知模塊整合為一體化關(guān)節(jié),包括轉(zhuǎn)動(dòng)、直線關(guān)節(jié)兩大類。人形機(jī)器人共有40個(gè)執(zhí)行器,其中身體28個(gè),手部12個(gè)。
(4)動(dòng)力模塊:電池內(nèi)置于軀干中間,容量為2.3kwh。機(jī)器人蹲坐、行走的功率分 別約100W、500W,電池電量可以待機(jī)約20h,相當(dāng)于一天的工作。所有的電子元器 件全部集成到電池包的PCB中,可以完成傳感、充放電、管理等多功能。同時(shí)特斯 拉將汽車電池關(guān)鍵技術(shù)遷移至機(jī)器人,可以做到使用高效、溫控簡(jiǎn)單、安全管理,并 可以做到供應(yīng)鏈的橫向遷移。
(5)散熱和總裝:包括機(jī)器人熱管理、骨架和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配等。綜上所述,我們認(rèn)為,人形機(jī)器人控制模塊、外部傳感器與軟件層、特斯拉汽車FSD 關(guān)聯(lián)度較大,更多依靠產(chǎn)品自研和海外供應(yīng)商;動(dòng)力模塊中電池的容量遠(yuǎn)小于新能 源汽車(機(jī)器人電池2.5kwh,對(duì)比Model Y標(biāo)準(zhǔn)版55kwh),產(chǎn)業(yè)鏈彈性不大;一體 化關(guān)節(jié)為非核心部件,機(jī)器人公司傾向于外購(gòu),且中國(guó)制造業(yè)的崛起帶動(dòng)了本土以 綠的諧波、鳴志電器、匯川技術(shù)為代表的工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)發(fā)展,全球競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力提升, 因此產(chǎn)業(yè)化早期重點(diǎn)關(guān)注一體化關(guān)節(jié)領(lǐng)域的投資機(jī)會(huì)。
一體化關(guān)節(jié)模塊約占整體成本的50%。根據(jù)Ofweek機(jī)器人網(wǎng),工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模塊 (伺服電機(jī)+減速器)約占整體成本的47%;人形機(jī)器人相比于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié) 數(shù)量更多,但是感知、控制難度也更大,我們預(yù)計(jì)一體化關(guān)節(jié)約占機(jī)器人總成本的 50%.


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(二)身體:共計(jì) 28 個(gè)自由度,包括直線、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器共計(jì) 28 個(gè)
人形機(jī)器人關(guān)節(jié)采用仿生設(shè)計(jì),單關(guān)節(jié)效用高。以膝關(guān)節(jié)為例,特斯拉參考人體膝 蓋結(jié)構(gòu),將線性連接變成了仿生的四桿連接方式,從而增加了關(guān)節(jié)的柔性,適用于 更多場(chǎng)景并降低受力。同時(shí),特斯拉選取多個(gè)場(chǎng)景對(duì)機(jī)器人進(jìn)行工作模擬,計(jì)算每 一個(gè)關(guān)節(jié)在每一種場(chǎng)景下的投入產(chǎn)出并抽象為一個(gè)點(diǎn),求解數(shù)十萬個(gè)點(diǎn)的帕累托最 優(yōu)便得到了可以滿足多使用場(chǎng)景的關(guān)節(jié)選型。6類執(zhí)行器復(fù)用實(shí)現(xiàn)身體28個(gè)自由度。機(jī)器人關(guān)節(jié)需要完成Pitch(繞X軸旋轉(zhuǎn))、Yaw (繞X軸旋轉(zhuǎn))、Roll(繞Z軸旋轉(zhuǎn))等不同動(dòng)作,特斯拉通過關(guān)節(jié)優(yōu)化選型做到復(fù) 用,3類旋轉(zhuǎn)和3類直線執(zhí)行器共實(shí)現(xiàn)28個(gè)自由度,其中旋轉(zhuǎn)、直線執(zhí)行器數(shù)量各為 14個(gè)。
按照?qǐng)?zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方式不同,分為轉(zhuǎn)動(dòng)和直線執(zhí)行器。轉(zhuǎn)動(dòng)執(zhí)行器用于聯(lián)接各運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu),同時(shí)傳遞各機(jī)構(gòu)間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),由無框力矩電機(jī)+諧波減速器+離合器+位置/ 扭矩傳感器+軸承等組成,主要用于機(jī)器人的肩部、腕部、臀部和軀干。直線執(zhí)行器 在垂直方向上具有剛度,可類別于人的肌肉,主要傳遞伸縮運(yùn)動(dòng),主要由無框力矩 電機(jī)+倒置式行星滾柱絲杠+位置/力傳感器+軸承等組成,主要用于機(jī)器人的膝蓋、 腳踝、肘部、臀部、腕部。因此,身體部分所用的零部件包括驅(qū)動(dòng)/執(zhí)行裝置無框力矩電機(jī),傳動(dòng)裝置諧波減速 器、行星滾柱絲杠、各類軸承等,以及位置、力矩、力量傳感器。
(三)雙手:共計(jì) 22 個(gè)自由度,包括 12 個(gè)關(guān)節(jié)
機(jī)器人雙手采用人體工程學(xué)設(shè)計(jì),對(duì)物體抓取進(jìn)行優(yōu)化。靈巧手之上配有傳感器, 能夠識(shí)別抓取的物體,并實(shí)時(shí)感知手所處的空間位置,抓住細(xì)小而精致的物體。同 時(shí),靈巧手具有“自適應(yīng)性(Adaptive grasp)”和“非反向驅(qū)動(dòng)能力(Non-backdrivable fingers)”,可以自適應(yīng)所抓取的物體并在不開啟馬達(dá)的情況下抓住和運(yùn)輸物體。特斯拉靈巧手單手共有11個(gè)自由度和6個(gè)執(zhí)行器。靈巧手單手共有11個(gè)自由度,包括 6個(gè)主動(dòng)自由度和5個(gè)被動(dòng)自由度,其中主動(dòng)自由度大拇指有兩個(gè)(擺動(dòng)+彎曲),其 余4個(gè)手指各有1個(gè)。手指的主動(dòng)自由度由執(zhí)行器實(shí)現(xiàn),其驅(qū)動(dòng)/執(zhí)行裝置為空心杯電 機(jī),傳動(dòng)裝置為精密齒輪,并配有多種傳感器等。
(四)總結(jié):重點(diǎn)關(guān)注電機(jī)、減速器、絲杠等領(lǐng)域
根據(jù)我們測(cè)算,人形機(jī)器人一體化關(guān)節(jié)中高價(jià)值環(huán)節(jié)有無框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)、 諧波減速器和行星滾柱絲杠,此類產(chǎn)品側(cè)重標(biāo)準(zhǔn)化,且部分產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人 等行業(yè)運(yùn)用相對(duì)成熟;而軸承和傳感器領(lǐng)域所涉及的產(chǎn)品種類較多、均價(jià)偏低,各 供應(yīng)商所側(cè)重細(xì)分領(lǐng)域有所差異,對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)的采購(gòu)集中度可能不大。


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三、本土企業(yè)在一體化關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機(jī)會(huì)


(一)電機(jī):空心杯電機(jī)應(yīng)用廣,力矩電機(jī)逐漸系列化
電機(jī)品種繁多,普遍有兩種分類方式,按照控制方式分類和按照驅(qū)動(dòng)方式分類??刂品绞椒诸悾喊ㄋ欧姍C(jī)、步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī),伺服電機(jī)采用閉環(huán)/半閉環(huán)控 制、控制精度高、高低速切換流暢、成本較高;步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為角動(dòng) 量,步距角恒定,精度弱于伺服但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低。按照驅(qū)動(dòng)方式分類:分為直流電機(jī)和交流電機(jī),其中交流電機(jī)按照轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動(dòng) 是否同步可以分為同步電機(jī)和異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī)),同步電機(jī)通過轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定 子磁場(chǎng)之間的“互鎖”來運(yùn)行。而異步電機(jī)的工作原理是“電磁感應(yīng)”,定子旋轉(zhuǎn)變 化的磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流,此電流在磁場(chǎng)中受力,帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
人形機(jī)器人涉及的電機(jī)產(chǎn)品包括無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)等。力矩電機(jī)是一種多級(jí)對(duì)、無機(jī)殼的直驅(qū)電機(jī),扭矩增強(qiáng)且結(jié)構(gòu)緊湊。相較于普通電 機(jī)主要規(guī)格為功率,力矩電機(jī)的規(guī)格和選型主要取決于扭矩,力矩電機(jī)極對(duì)數(shù)多, 在電機(jī)低速甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)仍能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并提供穩(wěn)定的力矩給負(fù)載;同時(shí),力矩電機(jī)為 直驅(qū)電機(jī),負(fù)載直接連接轉(zhuǎn)子,不需要任何傳動(dòng)件,減少摩擦損耗,結(jié)構(gòu)緊湊;除此 之外,力矩電機(jī)為無框架式永磁電機(jī),沒有機(jī)殼,只有定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部件,中空孔 大,方便走線。目前,無框力矩電機(jī)主要用在協(xié)作機(jī)器人等領(lǐng)域??招谋姍C(jī)是微特電機(jī)的一種,無鐵芯轉(zhuǎn)子,重量輕且效率高。
空心杯電機(jī)在結(jié)構(gòu) 上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式,采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子,也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。因?yàn)闆]有鐵損, 所以它的效率要比普通的微型直流電機(jī)要高;同時(shí),由于轉(zhuǎn)子重量大幅降低,所以 轉(zhuǎn)動(dòng)慣性減小,相比傳統(tǒng)鐵芯電機(jī),大扭矩急加速急減速性能突出;另外,空心杯電 機(jī)還具有體積小、可控性高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。因此,空心杯電機(jī)主要用在需要快速 響應(yīng)(如軍工、檢測(cè))和對(duì)重量和能耗要求較高(如無人機(jī)、機(jī)器人)等領(lǐng)域。
國(guó)內(nèi)無框力矩電機(jī)主要玩家有步科股份、昊志機(jī)電。其中步科股份無框力矩電機(jī)產(chǎn) 品形成完整的系列化的產(chǎn)品線,收入達(dá)到百萬級(jí);昊志機(jī)電產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于協(xié) 作機(jī)器人和輕型機(jī)器人領(lǐng)域。空心杯電機(jī)主要玩家為鳴志電器、江蘇雷利、偉創(chuàng)電氣。其中鳴志電器為運(yùn)動(dòng)控制 領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)的出口企業(yè),空心杯電機(jī)暢銷國(guó)內(nèi)外;江蘇雷利和鼎智科技的空心杯電機(jī) 為共同研發(fā)生產(chǎn),產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍工、半導(dǎo)體、醫(yī)療等領(lǐng)域,同時(shí)當(dāng)前多款樣品處 在測(cè)試階段。匯川技術(shù)和禾川科技為國(guó)內(nèi)伺服產(chǎn)品主要供應(yīng)商。其中匯川技術(shù)具備工控和工業(yè)機(jī) 器人雙重業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì),并持續(xù)研發(fā)提高直驅(qū)電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)力;禾川科技的無框力矩直驅(qū)電 機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人、激光等領(lǐng)域。
(二)減速器:諧波減速器水平一流,RV 本土市占率提升
減速機(jī)是機(jī)器人的核心精密零部件之一,技術(shù)壁壘高。減速機(jī)的主要工作原理為通 過機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)原動(dòng)機(jī)的減速增矩,是影響機(jī)器人性能的核心因素,在高精 度場(chǎng)景中尚未存在替代方案,技術(shù)壁壘較高。同時(shí),研發(fā)投入和固定資產(chǎn)投入都較 高,綠的諧波從研發(fā)到成品花了10年的時(shí)間,初始投入大(根據(jù)招股書披露,其磨 床原價(jià)約200萬元,滾齒300萬元),是典型的高壁壘的行業(yè)。機(jī)器人用減速器主要有諧波、RV、行星齒輪減速器等。一般來說,機(jī)器人的每 個(gè)關(guān)節(jié)都需要配置一臺(tái)減速器,減速器的選型需要綜合考慮體積、減速比、扭矩 和價(jià)格等方面因素,不同的機(jī)器人有不同數(shù)量的關(guān)節(jié),而且負(fù)載不同,所用的減 速器也不同。一般而言,重載的關(guān)節(jié)多使用RV減速器,輕載關(guān)節(jié)一般用諧波減 速器。
國(guó)內(nèi)諧波和RV減速器主要用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)容。根據(jù)MIR數(shù)據(jù),受 益下游工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)高景氣,國(guó)內(nèi)諧波和RV減速器銷量有19年的54.3萬臺(tái)增長(zhǎng) 至22年的126.3萬臺(tái),期間CAGR為32.5%,預(yù)計(jì)23-25年將繼續(xù)以16.8%的CAGR增 長(zhǎng)超過200萬臺(tái);結(jié)構(gòu)性看,工業(yè)機(jī)器人為減速器第一大應(yīng)用領(lǐng)域,22年占比為79.7%。競(jìng)爭(zhēng)格局角度,國(guó)產(chǎn)品牌以具備一定話語權(quán)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人減速器的企業(yè)數(shù) 量逐漸增多,且技術(shù)在逐步提升,部分廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并逐步推向市場(chǎng),在精密 減速器國(guó)產(chǎn)化的道路上進(jìn)步明顯。22年,綠的諧波在諧波減速器領(lǐng)域的中國(guó)市占率 為40%,位列第一位,相較于17年提升5pct,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已具有一席之地。


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綠的諧波為國(guó)內(nèi)諧波減速器龍頭,市占率達(dá)40%,同時(shí)生產(chǎn)銷售無框力矩電機(jī)等機(jī) 電一體化產(chǎn)品。23年4月綠的諧波與三花智控簽署了框架協(xié)議,雙方同意在三花墨西 哥工業(yè)園共同設(shè)立合資企業(yè),綠的諧波有望借助三花的渠道和客戶優(yōu)勢(shì)加速出海, 具備打入人形機(jī)器人供應(yīng)鏈的潛力。中大力德、國(guó)茂股份等企業(yè)在各自減速機(jī)細(xì)分領(lǐng)域也較為領(lǐng)先。其中中大力德產(chǎn)品 線齊全,包括RV、諧波、精密行星減速器等;國(guó)茂股份擺線針輪減速器實(shí)力強(qiáng),且 子公司國(guó)茂精密也切入諧波減速器領(lǐng)域。
(三)絲杠:行星滾柱絲杠已有里程碑式達(dá)成
絲桿的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng),主要包括滑動(dòng)絲杠、滾柱絲杠、行 星滾柱絲杠等產(chǎn)品?;瑒?dòng)絲桿是滑動(dòng)摩擦,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但精度差,傳動(dòng)效率25%-50%, 主要用于電梯、汽車等各領(lǐng)域;滾珠絲杠是滾動(dòng)摩擦,高效率、高精度、高速,但價(jià) 格高。滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滑動(dòng)摩擦系數(shù),滾珠絲桿的傳動(dòng)效率大約在 90%-99%;行星滾柱絲桿在周圍行星布置了6-12個(gè)螺紋滾柱,接觸面的增加使承載 能力和剛性大大提高,且絲杠軸是小導(dǎo)程角的非圓弧螺紋,有利于達(dá)到較高的導(dǎo)程 精度,具有高承載、耐沖擊、高精度、體積小等特點(diǎn)。行星滾柱絲杠因其較小的體積空間使用,高效精準(zhǔn)的大推力輸出,以及耐用穩(wěn)定的 性能等特點(diǎn)正被越來越廣泛的應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域,對(duì)滾珠絲杠、液壓驅(qū)動(dòng)等技術(shù)路線 形成有效替代,在機(jī)器人、自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、汽車、石油天然氣等領(lǐng)域 的應(yīng)用正逐漸普及。
人形機(jī)器人直線執(zhí)行器應(yīng)用反向式行星滾柱絲杠,主要用于中小負(fù)載、小行程和高 速的應(yīng)用場(chǎng)景。反向式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)形式與標(biāo)準(zhǔn)式類似,不同在于其沒有內(nèi)齒 圈,絲杠兩端加工有直齒與滾柱兩端的齒輪嚙合,且螺母作為主動(dòng)件,其長(zhǎng)度比標(biāo) 準(zhǔn)式的大得多。一般情況下,不同于標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠,反向式行星滾柱絲杠的螺母為 主動(dòng)件,絲杠為輸出構(gòu)件,滾柱、絲杠之間無相對(duì)軸向位移,其主要用于中小負(fù)載、 小行程和高速的應(yīng)用場(chǎng)景,其最大的優(yōu)勢(shì)在于可將其螺母作為電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)電機(jī)和 絲杠一體化設(shè)計(jì),形成結(jié)構(gòu)緊湊的體式機(jī)電作動(dòng)器。
海外高度壟斷,國(guó)內(nèi)處于起步階段。行星滾柱絲杠制造壁壘極高,海外企業(yè)大多于 1950年左右在國(guó)防軍工等領(lǐng)域開啟產(chǎn)品研發(fā),主要企業(yè)包括瑞典斯凱孚、瑞士舍弗 勒、美國(guó)穆格、美國(guó)Exlar等,國(guó)內(nèi)外在行星滾柱絲杠的產(chǎn)品差距主要為制造材料(硬 度、耐腐蝕、可加工性等)和制造能力(含機(jī)床、工藝等)。本土玩家大多為非上市 公司,逐漸嶄露頭角,包括中國(guó)船舶704所、博特精工、思科瑞傳動(dòng)、仲孚機(jī)械等, 其行星滾柱絲杠已在閥門、石化、軍事、工業(yè)等各領(lǐng)域逐步應(yīng)用。
鼎智科技微型行星滾柱絲桿的研發(fā)與生產(chǎn)上已有里程碑式達(dá)成,具備發(fā)展?jié)摿?。?智科技深耕于線性傳動(dòng)領(lǐng)域,其線性傳動(dòng)產(chǎn)品包括滑動(dòng)絲桿、滾動(dòng)絲桿,行星滾柱 絲桿。三類絲桿的應(yīng)用場(chǎng)景、壽命、傳動(dòng)效率有差異,在技術(shù)和工藝等方面有一定協(xié)同,鼎智線性傳動(dòng)產(chǎn)品的精密性、穩(wěn)定性、使用壽命、定制化程度等均處于行業(yè)領(lǐng)先 水平。在微型行星滾柱絲桿領(lǐng)域,公司已取得里程碑式進(jìn)展,該類產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包 括機(jī)器人、飛機(jī)起落架、部分工業(yè)場(chǎng)景等。
(四)傳感器:全球競(jìng)爭(zhēng)集中,本土企業(yè)發(fā)展任重道遠(yuǎn)
機(jī)器人需要多傳感器來保證靈敏度。各種傳感器相當(dāng)于工業(yè)機(jī)器人的手、眼、耳和 鼻,有助于識(shí)別自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和環(huán)境狀況。在這些信息的幫助下,控制器可以發(fā) 出相應(yīng)的指令,使機(jī)器人完成所需的動(dòng)作。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同,可以分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器一般用來檢 測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài),包括位置、速度、力覺傳感器等;外部傳感器一般用來檢測(cè)機(jī)器 人搜出環(huán)境狀況,包括距離、觸覺、聽覺、視覺傳感器等。

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傳感器下游細(xì)分領(lǐng)域多,龍頭企業(yè)才易具有規(guī)模效應(yīng)。以基恩士為代表的國(guó)際傳感 器大公司需要國(guó)際化銷售、制造外包模式來攤薄研發(fā)成本。根據(jù)MIR數(shù)據(jù),基恩士一 直以來占據(jù)位移傳感器市場(chǎng)的“半壁江山”,產(chǎn)品憑借優(yōu)異的性能、優(yōu)惠的價(jià)格和良 好的貨期,2022年市場(chǎng)份額進(jìn)一步提升,市占率超過60%。規(guī)模效應(yīng)更強(qiáng)的領(lǐng)域,或率先實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。中國(guó)消費(fèi)類電子的傳感器,由于市場(chǎng) 的拉動(dòng),近十年已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。在工業(yè)領(lǐng)域,部分低端領(lǐng)域已有成功案例,但 高端產(chǎn)品目前卡脖子情況仍較為嚴(yán)重,國(guó)產(chǎn)替代之路任重道遠(yuǎn)。未來人形機(jī)器人如 果能夠達(dá)到消費(fèi)品級(jí)別的體量,可能推動(dòng)細(xì)分板塊的國(guó)產(chǎn)替代加速。
全球競(jìng)爭(zhēng)集中,行業(yè)高盈利。以基恩士、安森美、意法半導(dǎo)體為代表的全球頭部企 業(yè)具備產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化或跨行業(yè)解決方案能力,占據(jù)全球大多數(shù)市場(chǎng),且毛利率 平均約50%以上,盈利能力較強(qiáng)。本土企業(yè)包括漢威科技、柯力傳感、保隆科技等,其產(chǎn)品包括壓力、光學(xué)、位置、速 度傳感器等,目前主要應(yīng)用于汽車、儀器儀表、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域,未來收入和盈利 仍有較大的提升空間。
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