《人形機器人行業研究:從理想走進現實-250216(85頁).pdf》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《人形機器人行業研究:從理想走進現實-250216(85頁).pdf(85頁珍藏版)》請在三個皮匠報告上搜索。
1、敬請參閱最后一頁特別聲明 1 量產新紀元+DeepSeek 成功,人形機器人從理想走進現實 在科技浪潮的推動下,人形機器人成為未來最為確定的方向之一,獲得了國內外頂級政策、政企資金以及科技龍頭的全方位加持,產業進入快速發展期。預計 25 年人形機器人產業可總結為 2 大關鍵詞:(1)量產。過去 2 年,國內外眾多科技及初創企業如璀璨星辰,紛紛切入人形機器人新賽道,2024 年是國內外人形機器人的原型機發布大年,如1XTech 的 NEO、開普勒的先行者 K2、小鵬的 Iron,經過半年到一年的技術優化與調試,2025 年有望成為真正的量產元年。國際巨頭特斯拉一馬當先,預計 25 年生產 1 萬
2、臺 Optimus,26 年年中開始量產 1 萬臺/月,27 年達 50 萬臺。2 月 6 日,特斯拉發布招聘機器人生產制造工程師,再次強化其機器人量產進程。1 月 30 日,figureAI 公司中標第二個大客戶、并表示未來 4 年將量產 10 萬臺人形機器人。國際巨頭人形機器人的量產是產業從概念到應用現實的重大跨越,對發掘人形機器人通用應用場景具備戰略指導意義,產業進入“chatGPT”時刻前夕。(2)DeepSeek。DeepSeekAI成功突破 AI 發展的高昂成本問題,憑借降本、開源的優勢,在人形機器人領域展現出強大的賦能能力,有望助力機器人在環境感知、任務規劃與決策、持續進化等大模
3、型方面實現質的飛躍。此外,DeepSeek 也讓國產廠商在 AI 領域看到希望,強化國產機器人在軟件端持續深耕和突破的信心。聚焦商業化量產短板及產業分工細化趨勢,建議關注絲杠和運控及國產機器人鏈總成環節(1)硬件端,絲杠產能緊缺是量產痛點。從量產維度看、產能是關鍵。近兩年國內外機器人廠商的硬件設計方案百家爭鳴,總體路線目前已趨于收斂。人形機器人硬件不再是本質約束條件,難點主要體現在規模制造及降本能力上。其中,絲杠制造難度相對最高、產能也最為緊缺,屬于重資產、勞動密集型環節,短期快速擴產難度大。國內目前已建成的絲杠產能不足以滿足人形機器人的量產需求。而恒立液壓線性驅動器項目在產能建設上處于全球領
4、先水平,項目總投資 15.27 億元,設計產能 20 億元,目前公司線性驅動器項目已投產、滾珠絲杠產品已進行送樣和小批量供貨。隨著下游人形機器人量產的臨近,我們看好恒立液壓在絲杠及線性總成的產能優勢及快速放量能力。(2)軟件端,“小腦”智能亟待突破,運控是被忽視的短板。機器人從軟件算法策略上分為“大腦”和“小腦”,“大腦”負責感知外界并模擬人類思維決策過程,“小腦”則模仿生物進行復雜的運動,即運動控制。受益于 AI 大模型的發展,機器人大腦智能化程度有望提升、已備初階人類腦力。而“小腦”是由一系列算法和硬件設備組成的綜合系統,包括傳感器融合模塊、動力學模型和控制器等,控制人形機器人全身上下幾十
5、個自由度進行高維運動,受制于沒有通用的算法模型以及海量數據,是當前產業發展的瓶頸。如何進一步提高機器人小腦運動控制算法的實時性、魯棒性和可解釋性是下一步產業重要研究方向。建議關注人形機器人小腦智能運控賽道的進步和突破。(3)產業鏈分工有望細化、看好國產機器人鏈本體代工或總成商。隨著產業生態的發展,產業鏈有望從垂直走向細分,形成專注機器人軟件或專注機器人硬件的產業分工。24 年 11 月,華為與禾川科技、兆威機電等 16 家公司簽訂戰略合作協議,就具身智能領域展開合作、共同搭建生態圈。我們認為,像華為這樣具備具身大模型研發能力的公司積極布局相關根技術與產業創新賦能,有望給國產機器人本體廠商帶來
6、AI 能力,助力國產機器人廠商可專注于本體或應用場景開發,實現彎道超車。因此建議關注掌握核心零部件自制能力并具備機器人總成能力的公司。投資建議與估值 科技巨頭量產臨近+不斷進步的軟件模型,人形機器人已從主題投資往景氣投資風格切換,投資具有板塊性效應。建議關注價值量高、產能為王的絲杠(線性執行器)環節,機器人運動控制環節,國產機器人鏈本體(總成)代工環節。風險提示 人形機器人商業化進展低于預期的風險;現有主業下游發展不及預期風險;競爭加劇的風險。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 2 掃碼獲取更多服務 內容目錄內容目錄 1、人形產品:群星璀璨,25 年迎量產元年、26 年有望商業化爆發.8
7、1.1 產業節奏:24 年原型機元年,25 年量產元年.8 1.2 國外公司:特斯拉引領、初創公司跟隨.13 1.3 國內公司:科技、初創、傳統車企多領域發力.28 2、政策加持,機器人廣受產業資本青睞.44 2.1 各國政府推動“機器人”戰略,中國重視程度更高.44 2.2 國內產業政策加速落地,驅動機器人產業發展駛入快車道.45 2.3 人形機器人迎融資熱潮,廣受資本青睞.47 3、軟件:“大腦”進步飛速,“小腦”或為量產痛點.48 3.1 機器人邏輯架構由“大腦”+“小腦”+肢體組成.48 3.2 具身智能技術為人形機器人最具突破性進展.49 3.3“大腦”:受益于大模型進步,已備初階人
8、類腦力.50 3.4“小腦”:數據及泛化能力亟待突破.54 4、硬件:技術路線趨于收斂,核心環節產能是關鍵.56 4.1 硬件方案趨于收斂.56 4.2 絲杠:成本+產能為王.60 4.3 減速器:諧波為主、行星為輔雙路線并存.64 4.4 電機:設計創新和新材料是發展趨勢,國產性能日益進步.67 4.5 傳感器:視覺、力覺、觸覺為主,亟待培育國產龍頭.69 4.6 靈巧手:向高承載力、柔性感知方向發展.77 4.7 整機:海內外幾乎處于同一起跑線,國產整機廠商有望乘勢而起.79 5、投資建議.80 6、風險提示.83 圖表目錄圖表目錄 圖表 1:國內外人形機器人典型代表公司情況.8 圖表 2
9、:人形機器人按形態分類對比.9 圖表 3:人形機器人下游應用場景.10 圖表 4:人形機器人公司分為元老級、初創、跨界、原生機器人、科技公司五大類.11 圖表 5:人形機器人分為“軟硬件”均自研、本體自研+大模型合作兩類模式.12 圖表 6:部分人形機器人公司大模型自研/合作情況.12 圖表 7:特斯拉人形機器人持續進化迭代.13 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 3 掃碼獲取更多服務 圖表 8:特斯拉 Optimus 硬件拆解.14 圖表 9:特斯拉人形機器人量產計劃以及關鍵事件節點梳理.14 圖表 10:EVE 和 NEO 機器人對比.15 圖表 11:NEO 采用“無齒輪”設計理念
10、.15 圖表 12:NEO 進行清潔工作.15 圖表 13:NEO 通過具身學習、世界模型、多模型分工提升智能化水平.16 圖表 14:2025 年 NEO 預計將量產千臺.16 圖表 15:FigureAI 公司發展歷程及產品發展歷程.17 圖表 16:Figure01vsFigure02 產品示意圖和產品參數對比.17 圖表 17:Figure02 大腦與 OpenAIGPT-4o 多模態大模型深度集成.18 圖表 18:Figure02 商業化逐步推進.18 圖表 19:SanctuaryAIPhoenix 機器人迭代進程.19 圖表 20:SanctuaryAI 融資與商業合作進程.1
11、9 圖表 21:PhoenixGen8 向輪式人形機器人轉變.20 圖表 22:自研 CarbonAI 同時向外與微軟、英偉達合作.20 圖表 23:Phoenix 靈巧手精細操作能力強.21 圖表 24:SanctuaryAI 靈巧手自由度領先.21 圖表 25:PhoenixGeneration8 指腹集成觸覺傳感器.21 圖表 26:2023 年 Apptronik 開發出人形機器人 Apollo.21 圖表 27:Apollo 機器人產品拆解.22 圖表 28:Apollo 人形機器人模塊化設計.23 圖表 29:Apollo 物流領域輔助場景.23 圖表 30:Apptronik 商
12、業化及外部合作進程.23 圖表 31:谷歌具身智能大模型迭代至 RT-H,有望推動 Apptronik 產品智能化加速升級.24 圖表 32:Digit 的更新改造史.24 圖表 33:Digit 機器人外觀.24 圖表 34:Digit 主要應用場景.24 圖表 35:Digit 分為 RaaS 和整機銷售兩種模式.25 圖表 36:Digit 搬運貨箱.25 圖表 37:Digit 制造工廠產能爬坡順暢.25 圖表 38:Digit 機器人制造工廠.25 圖表 39:Atlas 人形機器人外觀.26 圖表 40:Atlas 人形機器人可以完成躍平衡木、過斜坡、后空翻等高難度動作.26 圖表
13、 41:Atlas 人形機器人在工廠給人類充當助手.26 圖表 42:Atlas 人形機器人向全電驅轉型.27 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 4 掃碼獲取更多服務 圖表 43:Atlas 人形機器人向全電驅轉型.27 圖表 44:電驅 Atlas 實現在工廠環境下完全自主抓取、搬運、放置汽車零件.28 圖表 45:優必選成立以來已成功開發多款人形機器人產品.28 圖表 46:優必選大扭矩伺服驅動器.29 圖表 47:優必選中小扭矩伺服驅動器.29 圖表 48:優必選的步態規劃和控制算法技術助力機器人實現穩定行走.29 圖表 49:優必選機器人擁有穩定的控制能力.29 圖表 50:優必
14、選機器人擁有較強的動態平衡能力.29 圖表 51:優必選服務機器人可以實現與人類的安全交互.30 圖表 52:優必選服務機器人可以實現與人類的安全交互.30 圖表 53:WalkerS1 已在多個汽車工廠實訓,預計 25Q2 開始規模交付.30 圖表 54:宇樹科技發展歷程.31 圖表 55:優必選服務機器人可以實現與人類的安全交互.31 圖表 56:宇樹 H1 搭載大扭矩高功率 M107 關節電機.32 圖表 57:宇樹 H1 是國內第一臺能跑的人形機器人.32 圖表 58:UnitreeH1 亮相 2025 年春晚.32 圖表 59:UnitreeG1 能夠流暢跑過階梯.33 圖表 60:
15、UnitreeG1 具有較高性價比優勢.33 圖表 61:UnitreeH1、G1 商業化落地順利.33 圖表 62:成立不到 2 年,智元機器人累計下線 1000 臺通用機器人.33 圖表 63:智元機器人產品矩陣豐富.34 圖表 64:智元關節峰值扭矩提升至 450Nm.34 圖表 65:遠征 A2 靈巧手提升至 19 個自由度.34 圖表 66:三次開源,引領技術革新.35 圖表 67:行業規模最大機器人工廠投產,量產加速.35 圖表 68:脫胎于哈工大機器人俱樂部,夸父人形機器人接入華為盤古大模型.36 圖表 69:夸父人形機器人接入華為盤古大模型.36 圖表 70:蘇州工廠產線啟動,
16、量產或將加速.36 圖表 71:技術實力深厚,受資本青睞.37 圖表 72:Galbot1 實現泛化能力、自研語言溝通以及零代碼部署.37 圖表 73:率先在藥房、工廠落地,26 年有望開啟量產.37 圖表 74:產品迭代至 Iron,技術和商業化落地對標 Optimus.38 圖表 75:小鵬 Iron 更類人化,靈巧手、智能化升級.38 圖表 76:Iron 已進入小鵬工廠實訓,商業化進程推進.38 圖表 77:小米人形機器人 CyberOne 全身 21 個自由度,行走速度達 3.6km/h.39 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 5 掃碼獲取更多服務 圖表 78:小米人形機器人
17、CyberOne 視覺敏銳,可以三維重建真實世界.39 圖表 79:華為機器人領域布局進展.40 圖表 80:華為盤古大模型 5.0 能力全面升級.40 圖表 81:盤古具身智能大模型賦能人形機器人.41 圖表 82:GR-2 具備世界建模和強大泛化能力.41 圖表 83:GR-2 能泛化到新背景、新環境、新物體和任務.42 圖表 84:GR-2 接受語言指令能生成相應動作軌跡.42 圖表 85:GR-2 有望向人形機器人廠商推廣.42 圖表 86:人居環境機器人“5 號”注重人機互動.42 圖表 87:小五機器人物理交互輔助老人起身.43 圖表 88:小五機器人攜人避障.43 圖表 89:騰
18、訊采用層次化學習方案.43 圖表 90:投資優必選、樂聚機器人,入局人形機器人.43 圖表 91:中國近兩年發布機器人相關政策多,重視程度更高.44 圖表 92:2024 年國內機器人產業政策數量更多、目標也更為具體.45 圖表 93:2024 年為機器人產業基金落地大年,25、26 年機器人產業資金短板或得到補齊.46 圖表 94:人形機器人迎融資熱潮,廣受資本青睞.47 圖表 95:機器人技術邏輯架構.49 圖表 96:人工智能和機器人的關系.49 圖表 97:具身智能機器人具備感知、認知、行動三大要素.49 圖表 98:具身智能技術體系.50 圖表 99:具身智能機器人技術演進路線.50
19、 圖表 100:大模型分類.51 圖表 101:大模型在機器人領域研究.51 圖表 102:大模型技術路線.52 圖表 103:銀河通用:三層大模型系統.52 圖表 104:銀河通用 10 億全仿真合成數據 a.52 圖表 105:谷歌 RT-2 機器人大模型邏輯.53 圖表 106:機器人大模型發展方向.54 圖表 107:機器人“小腦”運動控制方案.54 圖表 108:具身智能數據采集和生成.55 圖表 109:遙控操作數據收集和學習系統.55 圖表 110:視頻演示指導人形機器人執行新任務.56 圖表 111:RoboGen 工作原理.56 圖表 112:人形機器人硬件構成示意圖.57
20、行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 6 掃碼獲取更多服務 圖表 113:典型人形機器人廠商執行器方案.57 圖表 114:不同廠商靈巧手方案對比.58 圖表 115:各類型傳感器對比.58 圖表 116:主要人形機器人廠商感知方案對比.59 圖表 117:特斯拉人形機器人的各類核心零部件對比.59 圖表 118:絲杠螺母分類.60 圖表 119:反向式行星滾柱絲杠與標準式行星滾柱絲杠結構特點.60 圖表 120:特斯拉人形機器人絲杠方案.61 圖表 121:新劍傳動行星滾柱絲杠標準產品.61 圖表 122:絲杠的加工流程較長,材料、熱處理、設計、粗精加工、檢測環環相扣涉及大量“KnowHo
21、w”.62 圖表 123:絲杠相關市場參與者.62 圖表 124:磨床精度等級屬于機床里最高一檔,技術難度最高.63 圖表 125:泰川機床滾動功能部件擴產設備投資中磨床占比 48%.63 圖表 126:絲杠加工設備有較大優化空間,國內企業貼近終端客戶有望搶占先機.63 圖表 127:國內磨床企業收入體量較小,未來有較大成長空間.64 圖表 128:以銑代磨、以車代磨設備公司.64 圖表 129:三種高性能機器人驅動器(執行器)方案特性比較.65 圖表 130:精密減速器主要技術指標對比.65 圖表 131:精密減速器精度及價格對比概念圖.66 圖表 132:國內精密減速器廠商情況.66 圖表
22、 133:綠的諧波產能規劃.67 圖表 134:機器人電機側重三點:高效率、高動態和高功率密度.67 圖表 135:無框力矩電機.68 圖表 136:空心杯電機.68 圖表 137:空心杯電機線圈繞制形式.68 圖表 138:國內外無框力矩電機廠商對比.68 圖表 139:國內外空心杯電機廠商.69 圖表 140:人形機器人傳感器的主要類型.69 圖表 141:機器人視覺感知由芯片、算法、傳感器影響.70 圖表 142:機器人視覺感知向 3D 化發展.70 圖表 143:主流人形機器人廠商視覺傳感方案.70 圖表 144:主流廠商短距離 3D 視覺傳感器性能對比.71 圖表 145:主流廠商長
23、距離 3D 視覺傳感器性能對比.71 圖表 146:主流視覺傳感器廠商梳理.71 圖表 147:力傳感器不同檢測方法優缺點對比.72 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 7 掃碼獲取更多服務 圖表 148:硅/箔電阻應變式傳感器具有更強的綜合性能.72 圖表 149:一維、三維、六維傳感器作用示意圖.72 圖表 150:人形機器人力矩傳感器應用場景全景圖.73 圖表 151:力矩傳感器代表廠商梳理.73 圖表 152:電子皮膚能感知壓力、剪切力、接觸力等多種類型力.74 圖表 153:電子皮膚主要分為基底層、導電層、傳感層.74 圖表 154:傳統的主要觸覺傳感器類型優缺點介紹.74 圖表
24、 155:帕西尼的 Dex13 多維觸覺靈巧手結合了視覺和觸覺.75 圖表 156:帕西尼 IPTUGEN2 觸覺傳感器在多項指標技術領先.76 圖表 157:2023 年全球柔性觸覺傳感器行業集中度高.76 圖表 158:觸覺傳感器代表廠商梳理.77 圖表 159:機器人靈巧手的發展趨勢.77 圖表 160:特斯拉靈巧手自由度有提升趨勢.78 圖表 161:空心杯電機采用無齒槽結構.78 圖表 162:有齒橫電機及無齒槽電機結構圖.78 圖表 163:腱繩傳動靈巧手整體機構.79 圖表 164:腱繩+絲杠復合傳動(單自由度視圖).79 圖表 165:特斯拉 0ptimusGen2 靈巧手搭載
25、觸覺傳感器輕松拿取雞蛋.79 圖表 166:華為具身智能合作備忘錄公司.80 圖表 167:產業鏈全景圖.81 圖表 168:相關標的估值表.82 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 8 掃碼獲取更多服務 1、人形產品:群星璀璨,25 年迎量產元年、26 年有望商業化爆發 隨著 AI 時代的到來以及人口老齡化加劇,人形機器人有望成為面向未來的黃金賽道。在這一波人形機器人浪潮中,以特斯拉、1X、FigureAI 為首的多家科技明星公司及無數初創團隊猶如璀璨星辰,紛紛切入人形機器人新賽道,為人形機器人產業注入了源源不斷的活力與希望。從產業發展節奏看,人形機器人產業 25 年有望進入量產元年,2
26、6 年則迎來商業化爆發。1.11.1 產業節奏:產業節奏:2424 年原型機元年,年原型機元年,2525 年量產元年年量產元年 預計預計 2525 年是人形機器人量產元年、年是人形機器人量產元年、2626 年產業年產業商業化商業化爆發。爆發。從國內外人形機器人廠商研發進展上看,國內外廠商進展幾乎處于同一起跑線。2024 年是全球人形機器人原型機發布元年,例如 1XTech 發布雙足人形機器人 NEO、開普勒發布先行者 K2、波士頓動力發布電動版人形機器人進入 atlas 等。2025 年,人形機器人產業有望進入量產、集中功能測試階段,馬斯克表示,特斯拉 25 年將生產 1 萬臺 Optimus
27、 機器人,如果一切順利,特斯拉可能 26 年中開始量產 1 萬臺/月機器人。圖表圖表1 1:國內外人形機器人典型代表公司情況國內外人形機器人典型代表公司情況 機器人公機器人公司司 成立時成立時間間 團隊背景團隊背景 產品名稱產品名稱 產品產品 商業化計劃(單位:臺)商業化計劃(單位:臺)首發時間首發時間 2024A2024A 2025E2025E 2026E2026E 特斯拉 2003 年 馬斯克:項目發起者和推動者;MilanKovac:工程主管 OptimusGen2 2022 年 測試 10000 10000/月 FigureAI 2022 年 BrettAdcock:創始人兼首席執行官
28、;Figure01/02 2023 年 小批量 JerryPratt:博士,擅長機器人技術、人工智能 1XTechnologies 2014 年 BerntivindBrnich:挪威奧斯陸大學,機器人與納米電子專業 NEOBeta 2024 年 8 月 20 1000 副總裁 EricJang:布朗大學計算機專業,曾在谷歌機器人負責 AI SanctuaryAl 2018 年 GeordieRose:聯合創始人兼前首席執行官,曾是世界上第一家量子計算公司 D-Wave 的聯合創始人;PhoenixGen7 2023 年 1 月 原型機 1000 OliviaNorton:聯合創始人兼首席技術
29、官,曾領導KindredAI 位于溫哥華的通用人工智能小組 Apptronik 2016 年 JeffCardenas:創始人,畢業于得克薩斯大學,人形經驗豐富;Apollo 2023 年 原型機 小批量 BillHelmsing:聯合創始人,機器人技術研發和工程能力卓越;團隊多來自得克薩斯大學奧斯汀分校人本機器人實驗室,并與 GoogleDeepMind 合作 AgilityRobotics 2015 年 DamionShelton(CEO,耐基梅隆大學機器人博士學位,匹茲堡大學生物工程和科學哲學學士學位)Digitv4a 2019 年 原型機 1000+波士頓動力 1992 年 Robin
30、Deits:MIT 博士、波士頓動力機器人工程師;電動版 atlas 2024 年 10 月 原型機 試生產 MarcRaibert:波士頓動力公司的創始人,數十年研發經驗 優必選 2012 年 趙明國(清華雙足機器人教授,機器人控制領域專家)陶大程(AI 國際知名學者)WalkerS1 2024 年 10 月 工廠測試 500 智元機器人 2023 年 稚暉君(AI 芯片、算法,華為天才少年),算法研發能力業界第一梯隊,閆維新(上海人工智能研究院首席科學家,研發 60+餐飲服務機器人)遠征 A1/A2 2023 年 8 月 累計生產近 1000臺 規?;慨a 宇樹科技 2016 年 創始人王
31、興興(機械控制背景,曾就職于大疆,研發團隊全自研電機、減速器、控制器、運動控制算法等)UnitreeH1/G1 2023 年 8 月 小批量 樂聚機器人 2023 年 創業團隊來自哈工大,董事長冷曉琨是哈爾濱工業大學計算機學院博士,專注于機器人整體結構設計、核心部件制造和人工智能算法研發 夸父 2023 年 12 月 小批量 截至 1 月 17 日已批量交付 100 臺 開普勒機器人 2023 年 胡德波:聯合創始人兼 CEO,70 后,曾就職華為 先行者 K2 2024 年 10 月 小批量 批量生產 小鵬汽車 2015 年/Iron 2024 年 11 月 原型機 魔法原子 2024 年
32、追覓投資,團隊核心成員多畢業于清華大學、上海交通大學、浙江大學、北京航空航天大學、紐約大學等國內外知名高校 MagicBot 2024 年 12 月 原型機 100 1000 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 9 掃碼獲取更多服務 傅利葉 2015 年 徐振華(傅利葉科技聯合創始人,研發康復機器人)GR-1 通用人形機器人 2023 年 7 月 100 顧捷(人工智能高級工程師)小米 2010 年/CyberOne 2022 年 8 月 原型機 星塵智能 2022 年 程昊曾是字節系高管,師從清華大學人形機器人專家趙明國教授 AstribotS1 2024 年 8 月 原型機 銀河通用機
33、器人 2023 年 王鶴:創始人、CTO,本科清華大學,博士斯坦福大學;姚騰洲:聯合創始人,是王田苗教授高徒,曾就職于 ABB 集團上海機器人研發中心 GalbotG1 2024 年 6 月 原型機 小批量 量產 帕西尼感知科技 2021 年 許晉誠:創始人兼 CEO,日本早稻田大學機器人實驗室畢業,師從日本機器人學界權威菅野重樹教授,擁有超多年人形及傳感器研發經歷 TORA-ONE 2024 年 8 月 原型機 星動紀元 2023 年 陳建宇:創始人,清華大學交叉信息研究院助理教授,清華大學持股 小星 2023 年 8 月 原型機 天鏈機器人 2012 年 胡天鏈帶領西南科技大學相關團隊中的
34、 9 名成員 T1 2024 年 8 月 小批量 達闥 2015 年 黃曉慶(董事長兼 CEO,曾任中國移動研究院院長,擅長人工智能)XR4 2023 年 8 月 原型機 量產 來源:各公司官網,國金證券研究所(灰色底紋是國外機器人公司)根據人形機器人的形態,可以將其分為輪式人形機器人、足式人形機器人、通用人形機器人。人形機器人相比其他機器人,對智能感知、運動控制、智能決策、人機交互的綜合能力要求更高,具體包括:智能感知方面:需要配備多種傳感器,能夠感知非結構化場景并根據不同情況做出相應反應。運動控制方面:需要人形機器人具備高度的精確性和靈敏度、良好的穩定性和平衡控制能力,精確地模仿人類的行走
35、、跑步、抓取等動作,實時響應各種傳感器的輸入和環境變化。智能決策方面:可通過人工智能技術,根據環境、任務和目標等信息,自主地做出最優的決策,以實現自主導航、任務執行、人機交互等功能,需要高效的算法和強大的計算能力,以處理大量的信息和數據。人機交互方面:需要對自然語言進行識別與處理,以便機器人能夠理解用戶的指令、問題或指導,需要具備情感識別技術,識別用戶情感狀態,提供更人性化的互動體驗。此外,對手勢與動作的識別、多模態交互等方面也有著較高的要求。圖表圖表2 2:人形機器人按形態分類對比人形機器人按形態分類對比 來源:高工機器人產業研究所(GGII),國金證券研究所 場景復雜度決定人形機器人運動控
36、制能力需求,根據運動控制能力需求強弱排序,由弱到強為工業制造商用服務極端作業100 米 1000 美元 極高 測量精度高、抗干擾強 成本高,大霧、雨雪天氣效果差 攝像頭 50 米 六維力矩傳感器諧波減速器空心杯電機無框力矩電機。從競爭格局看,國產供應鏈具備較強的創新及降本能力,有望對人形機器人的量產及降本做出巨大貢獻,預計未來隨著人形機器人市場的爆發,國內廠商市場份額有望進一步提升,實現跨越式發展。圖表圖表117117:特斯特斯拉拉人形機器人的各類核心零部件人形機器人的各類核心零部件對比對比 環節 市場成熟度 技術壁壘 國產化率 關鍵要素 線性總成、旋轉總成 滾柱/滾珠絲杠 低 高 低 性能、
37、產能 六維力矩傳感器 低 高 低 算法、設計、制造 靈巧手 低 高 低 設計、控制、制造 無框力矩電機 高 低 高 設計、價格 諧波減速器 高 中 中 性能、產能 一維/關節扭矩傳感器 高 低 中 性能、價格 空心杯電機 中 中 高 設計、制造工藝 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 60 掃碼獲取更多服務 行星減速器 高 低 高 產能 軟件及系統 低 高 低 大模型能力 來源:國金證券研究所 4 4.2 2 絲杠:成本絲杠:成本+產能為王產能為王 4.2.14.2.1 絲杠廠商:規模制造能力是關鍵,其次降本能力絲杠廠商:規模制造能力是關鍵,其次降本能力 絲杠螺母傳動將旋轉運動變換為直線運
38、動(或相反傳遞),主要分為滑動絲杠、滾珠絲杠、行星滾珠絲杠?;瑒咏z杠是滑動摩擦、結構簡單但精度差,傳動效率 25-50%;滾珠絲杠是滾動摩擦,傳動效率約 90-99%,精度高、效率高、但價格高。行星滾柱絲杠承載力強、耐沖擊、體積小,但是由于結構復雜、加工難度大且成本高。圖表圖表118118:絲杠螺母絲杠螺母分類分類 來源:機電一體化,國金證券研究所 反向式行星滾柱絲杠與標準式行星滾柱絲杠的差別在于螺母作為動力輸入構件,繞自身軸線旋轉,絲杠作為執行部件,沿軸向移動;絲杠兩端增加齒輪替代內齒圈與滾柱端齒嚙合,保證滾柱在絲杠上為滾動,滾柱與絲杠沒有相對軸向位移,一起沿軸向移動。反向式行星滾柱絲杠的螺
39、母為主動件,絲杠為輸出構件,滾柱、絲杠之間無相對軸向位移,其主要用于中小負載、小行程和高速的應用場景,其最大的優勢在于可將其螺母作為電機轉子實現電機和絲杠一體化設計,形成結構緊湊的一體式機電作動器。圖表圖表119119:反向式行星滾柱絲杠與標準式行星滾柱絲杠反向式行星滾柱絲杠與標準式行星滾柱絲杠結構特點結構特點 左圖:標準式行星滾柱絲杠結構 右圖:標準式行星滾柱絲杠結構 來源:行星滾柱絲杠傳動精度分析與設計柯浩、行星滾柱絲杠設計王家健,國金證券研究所 行星滾柱絲杠是人形機器人“肢體”的核心組成部分,可以廣泛應用于機器人的手臂、腿部以及靈巧手等多個方面,為機器人提供精確的線性運動控制。以特斯拉人
40、形機器人為例,其人形機器人髖部、大腿、小腿部分采用行星滾柱絲杠,肘部采用滑動絲杠,絲杠分為 500N、3900N、8000N 三種規格,以適應不同關節的承載需求。根據特斯拉公開信息,GEN3 靈巧手自由度從 11 提升到 22 個,驅動方式預計采用線性執行器。目前,特斯拉在其人形機器人 Optimus 中使用反向/反轉式行星滾柱絲杠,主要基于其在性能上的優勢,尤其是在承載能力和剛度方面,但不排除對承載力要求更低的人形機器人采用成本更低的滾珠絲杠。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 61 掃碼獲取更多服務 圖表圖表120120:特斯拉人形機器人特斯拉人形機器人絲杠絲杠方案方案 特斯拉人形機器
41、人特斯拉人形機器人絲杠方案絲杠方案 技術路線技術路線 行星滾柱絲杠【8kN、4kN、500N 三種類型】滑動絲杠 行星滾柱絲杠 使用部位使用部位 肘部、髖部、大腿、小腿 腕部 靈巧手 示意圖示意圖 來源:Tesla,新劍傳動官網,國金證券研究所 精度是衡量行星滾柱絲杠性能的關鍵指標之一。國際行星滾柱絲杠精度分類標準 G 級,行星滾柱絲杠標準精度等級為 G1、G3、G5(導程精度:6m/315mm、12m/315mm、23m/315mm)。我們估計,人形機器人不需要像機床考慮重復定位精度,絲杠精度或許不需要達到 G3 級別,G5 精度或能滿足需求。圖表圖表121121:新新劍劍傳動傳動行星滾柱絲
42、杠行星滾柱絲杠標準產品標準產品 來源:新建傳動官網,國金證券研究所 高精度行星滾柱絲杠制造難度非常高,主要有三大壁壘:原材料、工藝流程、生產設備。并且由于反轉式的螺母長度遠遠高于普通式,如何在如此高長度的螺母內加工螺紋是難點,需要精密的機械加工技術和高質量的控制。材料:普通的金屬材料無法滿足需求,通常需要特種金屬材料來進行制備,國外絲杠與國產絲杠均采用加入了 Mo 元素的優質合金結構鋼,但國產仍有不小差距。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 62 掃碼獲取更多服務 工藝流程:絲杠加工流程長工藝復雜,規模制造能力是關鍵。從材料、熱處理、設計、粗精加工、檢測環環相扣涉及大量“KnowHow”,
43、絲杠制造廠商需要較長時間的積累才能掌握全部工藝,并且應用和反饋中不斷迭代和優化。生產設備:設備決定絲杠的加工精度和效率,磨床是絲杠加工的核心技術壁壘,其精度直接決定絲杠精度。磨床通過其高度精密的磨削技術,能夠確保絲杠具有一致的螺紋形狀和尺寸,從而提供可靠的性能和穩定的運動控制。磨床的精度直接影響著絲杠的軸向精度、徑向精度以及整體的運動平穩性。磨床研磨工藝的選擇及磨床技術人員的儲備是一個制約因素。圖表圖表122122:絲杠的加工流程較長,絲杠的加工流程較長,材料、熱處理、設計、粗精加工、檢測材料、熱處理、設計、粗精加工、檢測環環相扣環環相扣涉及大量“涉及大量“KnowHowKnowHow”來源:
44、高性能滾珠絲杠副加工工藝分析研究與 CAPP 系統的開發,國金證券研究所 當前行星滾柱絲杠格局較為集中,主要被海外龍頭壟斷,國內僅有幾家具備量產能力。隨著人形機器人市場的爆發,國產廠商積極進入行星滾柱絲杠市場,將在產品性能、成本控制以及產能擴張能力進行比拼。全球市場,海外龍頭企業占據了在高端行星滾柱絲杠領域的主導地位,包括:瑞士 GSA、瑞士 Rollvis、瑞典 Ewellix、博世力士樂、美國 CMC 等。瑞士 GSA 公司是舍弗勒子公司,于 2015 年收購瑞士 rollvis 集團,并且和母公司收購了伊維萊集團(前 skf行星滾柱絲杠部門),成為全球行星滾柱絲杠龍頭之一。目前,特斯拉人
45、形機器人用的是瑞士 GSA 集團的 RGTI 行星滾柱絲杠。我國行星滾柱絲杠進口占比較高,具備量產能力的僅有南京工藝、博特精工等少數幾家。人形機器人市場,新進入的國內廠商包括貝斯特、恒立液壓、北特科技、雙林股份、新劍傳動、北特科技、五洲新春、江蘇雷利、震??萍嫉?。圖表圖表123123:絲杠相關市場參與者絲杠相關市場參與者 公司名稱公司名稱 絲杠產品簡介及進展絲杠產品簡介及進展 舍弗勒 全球行星滾柱絲杠全球大型供應商,實力較強,有 RGT 行星滾柱絲杠,RGTR 循環式行星滾柱絲杠,RGTI 和 RGTRI 反轉行星滾柱絲杠 斯凱孚 SKF 全國第二大行星滾柱絲杠生產商,有 SR/BR/TR/P
46、R 系列標準式行星滾柱絲杠及 SV/BV/PV 系列循環式滾柱絲杠 穆格 Moog 美國的慕格是全球精密運動控制系統的領先集成商,有超過 30 年的行星滾柱絲杠定制歷史 博世力士樂 滾柱絲杠產品是在近 10 年內推出的新產品,采用軋制成型技術 博特精工 公司主要產品有包含行星滾柱絲杠在內的多種機械傳動用軸類產品,其研制的 BT-GZXS 行星滾柱絲杠具有長時間承受重載的能力 思科瑞傳動 全球極少數擁有設計、制造全系列行星滾柱絲杠的企業,目前設計多種產品已投入石化、軍事等領域使用 仲孚機械 具有非標直徑、非標導程、行星滾柱絲杠的描繪與出產才能,并成功研制出了高精細行星滾柱絲杠 中國船舶704 所
47、 其成功自主研制的超精密行星滾柱絲杠導程誤差測量儀,目前公司已掌握多種滾珠絲杠的核心工藝 恒立液壓 部分設備已到,已建設相關技術團隊,在研滾柱絲杠 貝斯特 設備已到,已建設相關技術團隊,在研滾柱絲杠 五洲新春 已有滾珠絲杠產品,在研滾柱絲杠,積極推進機器人領域 新劍傳動 已實現滾柱絲杠類產品的生產銷售,并積極推進;擬建設年產 100 萬臺人形機器人行星滾柱絲 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 63 掃碼獲取更多服務 斯菱股份 已建設相關技術團隊,在研滾柱絲杠 南京化纖 擬收購南京工藝,產品有滾珠絲杠副、滾動導軌副等 雙林股份 滾柱絲杠產品已研發出樣品,試制產線也在建設之中,由于尚未獲得客
48、戶定點 北特科技 推進絲行星滾柱絲杠和 T 型絲杠,包括螺母、行星滾柱、絲桿、齒圈等部件研發工作,目前上海嘉定工廠投資建設了相應的小批量產線,擬投資 18.5 億昆山擴產 鼎智科技 產品包括線性執行器、混合式步進電機等產品,其在微型行星滾柱絲杠的研發有里程碑式進展,其產品具有負載能力更高、使用壽命更長等優點 震??萍?行星滾柱絲杠產品有兩家本體廠小批試制、兩家打樣 來源:公司公告,國金證券研究所 4.2.24.2.2 設備:磨床是核心,關注精加工環節降本新路線設備:磨床是核心,關注精加工環節降本新路線 磨床是精加工設備核心,需求彈性大。在絲杠有較大潛在成長空間背景下,產能擴產有望成為絲杠企業下
49、一步工作重點。絲杠制造流程較長,會帶來熱處理、校直、車床、磨床、檢測設備等多類設備需求。其中,螺紋磨床是決定絲杠精度的核心設備之一,要實現最終的高精度加工,磨床核心功能部件需要具有較高精度。根據秦川機床公告信息,從再融資項目中關于滾動功能部件擴產的項目規劃看,5 億絲杠產值(公司公告披露的測算結果)對應設備投資額 1.56 億元,其中磨床價值量占比約為 48%,價值量占比高主要由于高端磨床采用了進口機床,單價較高,高精度床身導軌磨單價可達 2800 萬元。圖表圖表124124:磨床精度等級屬于機床里最高一檔,技術難度磨床精度等級屬于機床里最高一檔,技術難度最高最高 圖表圖表125125:泰川機
50、床滾動功能部件擴產設備投資中磨床占泰川機床滾動功能部件擴產設備投資中磨床占比比 48%48%來源:機械加工工藝簡明速查手冊,國金證券研究所 來源:秦川機床公司公告,國金證券研究所 假設人形機器人出貨量達到 100 萬臺,平均每臺機器人使用 10 支行星滾柱絲杠,使用兩臺磨床(內螺紋和外螺紋加工)進行制造,假設設備單價為 200 萬元(內螺紋磨加外螺紋磨對應 400 萬元/套),每支絲杠平均制造時間分別為 40/60/80 分鐘(按照精磨環節時間計算),對應磨床市場需求分別為 44/67/89 億元。圖表圖表126126:絲杠加工設備有較大優化空間,國內企業貼近終端客戶有望搶占先機絲杠加工設備有
51、較大優化空間,國內企業貼近終端客戶有望搶占先機 人形機器人出貨量(萬臺)人形機器人出貨量(萬臺)100100 單機行星滾柱絲杠需求(支)10 絲杠總需求(萬支)1000 平均加工時間(分鐘)40 60 80 每日有效加工時間(小時)20 20 20 一套設備年產量(按照 300 天計算)9000 6000 4500 設備需求量(套)1111 1667 2222 設備單價(萬元/套)400 400 400 設備市場需求(億元)44 67 89 來源:面向精密螺紋絲杠的智能制造單元系統研究,國金證券研究所 測試儀器6%磨床48%旋風銑10%其他機床34%其他2%行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲
52、明 64 掃碼獲取更多服務 螺紋磨床原本是較小的市場,海外企業單一體量不會太大,國產廠商未來有較大成長空間。德國、日本等發達國家的磨床企業起步較早、技術水平領先,產品附加值較高,包括德國斯來福臨集團、日本捷太格特、德國埃馬克、士羅曼蒂克等。國內磨床企業普遍體量也還較小,在絲杠擴產有較大潛在市場需求的情況下,我們認為國內有能力實現螺紋磨床突破的企業將有較大彈性。目前秦川機床、華辰裝備、日發精機均積極加碼螺紋磨床布局。粗加工制造環節存在技術升級迭代的新機會。提升加工效率是實現降本的重要方式之一,例如通過以車代磨、以銑代磨實現降本,這會帶來硬車床、旋風銑床、超硬刀具的需求。以銑代磨:經統計,傳統磨削
53、工藝中,螺紋磨削時間占整個工藝流程的 2/3?;诼菁y磨削切削用量的限制,并且在磨削過程中要不斷地修整砂輪和校直絲杠,工時較長。硬銑螺紋工藝是將螺紋滾道一次成形銑削,不僅減少了工序,而且不必反復修整刀具和校直,在一定程度上降低了螺紋加工所占時間份額,從而大大縮短了滾珠絲杠加工周期,提高了加工效率。目前國內企業正積極布局旋風銑床開發,秦川機床子公司漢江機床目前開發的數控絲杠銑床可用于滾珠絲杠滾道硬旋銑成型加工,加工效率比傳統方式提高 30%。以車代磨:粗加工環節,通過數控車床實現以車代磨,以縮短磨削加工工時、提升加工效率是絲杠降本核心方向之一。目前浙海德曼開發的高精度高剛性主軸結構電主軸,可以承
54、受較大的軸向負荷,可實現重切削及以車代磨,根據浙海德曼公告信息,公司已積極與下游多家企業進行了應用技術交流對接,已向有關企業供應過相關設備?,F有產品高端機(車床及車銑復合加工中心)系列精度指標已達到了行業領先水平,未來將往更高精度突破,實現部分工藝以車代磨技術。圖表圖表128128:以銑代磨、以車代磨以銑代磨、以車代磨設備公司設備公司 方式 公司 以銑代磨 德國萊斯特瑞茲、秦川機床、晨光數控 以車代磨 Humbrug、Kummer、浙海德曼、沈陽機床 來源:浙海德曼官網,Humbrug,沈陽機床,南京工藝官網,秦川機床,晨光數控公眾號,國金證券研究所 4 4.3 3 減速器:諧波為主、行星為輔
55、雙路線并存減速器:諧波為主、行星為輔雙路線并存 從代表廠商披露的執行器方案來看,基于成本、技術性能與軟硬件耦合等多方面的考量,主要以剛性驅動器方案(諧波減速器)和準直驅驅動器(行星減速器)方案為主,其中特斯拉人形機器人采用剛性驅動方案(即諧波減速器)、國產人形機器人大都采用準直驅動方式(即行星減速器方案)。根據國內外雙足人形機器人驅動器綜述,人形機器人的驅動單元主要包括了剛性驅動、彈性驅動和準直驅驅動三種,剛性驅動器在雙足人形機器人率先應用,設計理論也相對成熟,在傳統的雙足機器人、工業機器人、協作機器人和工業精密轉臺等方面得到廣泛應用,但受到電機裝置功率密度限制。彈性驅動器由于彈性體的引入,系
56、統驅動不足,給控制帶來了難度,尤其是在機器人前置使用時,機器人整機的運動控制比較難實現。準直驅動驅動器是最近幾年新興技術,發展迅速,并有很多產品得到應用。圖表圖表127127:國內磨床企業收入體量較小,未來有較大成長空間國內磨床企業收入體量較小,未來有較大成長空間 來源:Wind,國金證券研究所:注:漢江機床、日發機床業務不僅限于磨床 3.215.334.24.790123456漢江機床(秦川機床子公司)日發機床(日發精機子公司)宇環數控華辰裝備23年營業收入(億元)行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 65 掃碼獲取更多服務 圖表圖表129129:三種高性能機器人驅動器(執行器)方案特性比
57、較三種高性能機器人驅動器(執行器)方案特性比較 類型類型 剛性驅動單元剛性驅動單元 彈性驅動單元彈性驅動單元 準直驅驅動單元準直驅驅動單元 結構配置 電機+高傳動比減速器(諧波)+高剛性力矩傳感器 電機+高傳動比減速器(諧波)+彈性體 高扭矩密度電機(無框力矩電機)+低傳動比減速器(行星)示意圖 傳感器方案 2 個位置傳感器(編碼器)3 個位置傳感器(編碼器)1 個位置傳感器(編碼器)力矩測量方式 應變片原理或電流 編碼器或應變片原理 電流環 控制方式 簡單、精度高 較復雜、精度低 簡單、精度一般 扭矩密度 高 高 較低 沖擊減緩性 差 好 好 效率 低 功率一般 效率高 應用場景 傳統雙足機
58、器人、協作機器人 協作、四足機器人、人形機器人 人形機器人、四足機器人 典型案例 特斯拉 Optimus 1Xtech 公司 NEO FigureAI 公司 Figure02 來源:國內外雙足人形機器人驅動器研究綜述,高工產業研究院,國金證券研究所 減速器是旋轉執行器的核心零部件之一,在原動機和工作機或執行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用。目前諧波減速器、行星減速器以及創新型減速器存在技術路線問題。特斯拉人形機器人主流路線是諧波減速器方案,同時也與雙環傳動研發的新型減速器、或者行星減速器方案。國產人形機器人大都采用行星減速器為主,諧波減速器為輔。使用諧波減速器方案需用到力矩傳感器做力控,結構
59、和成本更加復雜,多級行星結構相對簡單、但精度相對較低。從產品和成本差異度看,諧波減速器賽道好于行星減速器,諧波減速器未來規模經濟和成本迭代空間大于行星。圖表圖表130130:精密減速器主要技術指標精密減速器主要技術指標對比對比 主要指標主要指標 精密行星減速器精密行星減速器 諧波減速器諧波減速器 優點 高剛性、高扭矩、結構簡單 傳動比大、體積小 缺點 減速比小 效率較低、抗沖擊能力弱、結構復雜 傳動效率 95%70%傳動精度()180 60 傳動比 3-512 30-160 設計壽命(h)20,000 8,000 扭轉剛度(Nm/arcmin)10-370 1.34-54.09 額定輸出轉矩(
60、Nm)40-1200 6.6-921 噪音(db)65 60 溫升(C)30 40 來源:科峰智能招股書,國金證券研究所 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 66 掃碼獲取更多服務 圖表圖表131131:精密減速器精密減速器精度及價格對比概念圖精度及價格對比概念圖 來源:哈默納克科公告,國金證券研究所 全球諧波減速機市場較為集中,日本的哈默納科、日本新寶等企業技術水平處于行業領先地位。國內諧波齒輪傳動技術發展相對較晚,內資綠的諧波率先在國內實現了諧波減速器的產業化和規?;?,同時也涌現了來福、大族等優質廠商。國內部分企業通過技術攻關、生產工藝的改進,研發出的產品在性能和穩定性等方面已能夠達到
61、國際先進水平,打破了國外的技術壟斷,對國外品牌逐漸形成一定的替代。在行星減速器方面,相對來說,中國產廠商已經占據較大市場份額,主要代表廠商有賽威傳動(德國)、紐卡特(德國)、威騰斯坦(德國)、新寶(日本)、紐格爾智能(中國)、羅斯特(中國)、中大力德(中國)、紐仕達特(中國)、科峰智能(中國)等。圖表圖表132132:國內精密減速器廠商情況國內精密減速器廠商情況 公司名稱公司名稱 專注領域專注領域 綠的諧波 諧波減速器 來福諧波 諧波減速器 同川科技 諧波減速器 中大力德 諧波、RV 減速器、行星 大族傳動 諧波減速器 國茂股份 諧波減速器 雙環傳動 RV 減速器、諧波減速器 南通振康 RV
62、減速器 秦川機床 RV 減速器 斯菱股份 諧波減速器 瑞迪智驅 諧波減速器 豐立智能 諧波減速器、行星減速器 來源:公開資料整理,各公司公告,高工機器人,國金證券研究所 龍頭公司已率先計劃擴產。龍頭公司已率先計劃擴產。面對人形機器人對諧波減速器的需求,哈默納科、綠的諧波紛紛擴產。2024 年 10 月,哈默納科計劃進行約 100 億日元的戰略投資,開拓新興的人形機器人市場。2025 年 1 月 1 日,綠的諧波完成非公開發行募集資金 14 億元用于新一代諧波減速器擴產項目,擬建設 100 萬臺/年諧波減速器產能,預計 2027 年兩代諧波減速器產能合計 159 萬臺/年。行業深度研究 敬請參閱
63、最后一頁特別聲明 67 掃碼獲取更多服務 圖表圖表133133:綠的諧波產能規劃綠的諧波產能規劃 單位:萬臺單位:萬臺/年年 20192019 20202020 20212021 20222022 2022024 4 2027E2027E 諧波減速器 一代 9 12 25 33 50 59 新一代 100 來源:綠的諧波公司公告,國金證券研究所 4 4.4 4 電機:設計創新和新材料是發展趨勢,國產性能日益進步電機:設計創新和新材料是發展趨勢,國產性能日益進步 人形機器人電機要求三個關鍵點,即高效率、高動態和高功率密度。電機是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置,主要作用是產生驅
64、動轉矩,作為用電器或各種機械的動力源。關節電機為人形機器人各種動作和姿態的實現提供動力,具備減速、傳動、提升扭矩等功能,作為機器人的核心硬件,是機器人運動的“心臟”。人形機器人的自由度決定電機需求的數量,機器人靈活性越高,所需的電機數量越多。高效率:低能耗和低摩擦損失很重要,因為機器人通常由電池供電,能經受得起苛刻的運行條件,可進行十分頻繁的正反向和加減速運行,并能在短時間內承受過載。高動態:整個驅動器(電機、機構、接線、傳感器和控制器)的慣性應盡可能低,電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態的時間應短。高功率密度:機器人應用需要高速、高扭矩電機,這些電機還需要小巧,緊湊,輕巧。圖表圖
65、表134134:機器人電機側重三點:高效率、高動態和高功率密度機器人電機側重三點:高效率、高動態和高功率密度 來源:Maxon 官網,高工機器人產業研究所(GGII),國金證券研究所 空心杯電機和無框力矩電機為人形機器人核心電機。通常,無框力矩電機具有高效、高扭矩密度和長壽命等特點,因此在需要高性能和精確控制的人形機器人關節中得到了廣泛應用??招谋姍C是一種直流永磁的伺服控制電機,主要應用于末端靈巧手。無框力矩電機:無框力矩電機是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機,沒有軸、軸承、外殼或端蓋,只有轉子和定子兩個部件。轉子是內部部件,由帶永磁體的旋轉鋼圓環組件構成,直接安裝在機器軸上。定子
66、是外部部件,包含有齒鋼疊片,外面包裹著能產生電磁力的銅繞組,緊湊地安裝在機器外殼的主體內。以特斯拉人形機器人為例,特斯拉人形機器人全身共有 28 個執行器,則對應需求 28 個無框力矩電機??招谋姍C:屬于伺服電機,不同于普通鐵芯電機將電機繞組固定在鐵芯之上,空心杯電機繞組不依靠鐵芯支撐,而是利用特殊工藝將電機繞組做成可以獨立支撐的杯狀。由于采用無鐵芯轉子結構,空心杯電機消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。同時,其重量和轉動慣量大幅降低,減少了轉子自身的機械能損耗,大幅提高了電機的運轉性能。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 68 掃碼獲取更多服務 圖表圖表135135:無框力矩電機無
67、框力矩電機 圖表圖表136136:空心杯電機空心杯電機 來源:高工機器人,國金證券研究所 來源:高工機器人,國金證券研究所 空心杯電機的生產難點在于線圈的繞制過程,這一環節包括設計和加工兩個關鍵步驟,直接影響電機本身特性的重要參數。目前,空心杯電機廠商線圈繞制主要使用專門定制的線圈設備,國內市場主流繞線設備供應商包括田中精機、中特科技、東莞臺立、昆山庫克等。圖表圖表137137:空心杯電機線圈繞制形式空心杯電機線圈繞制形式 來源:永磁無刷空心杯電機及控制器研究,水母研究,國金證券研究所 無框力矩電機無框力矩電機國內外廠商國內外廠商產品產品性能性能逐漸縮小。逐漸縮小。美國科爾摩根是全球無框力矩電
68、機龍頭,擁有超 70 年的運動控制研發經驗,電機性能在全球處于第一梯隊。國內目前進展較快的公司包括步科股份、航天電器。相比海外龍頭,國產無框力矩電機在產品性能方面雖然仍有差距,關鍵參數與國外企業的差距不斷縮小。圖表圖表138138:國內外國內外無框力矩無框力矩電機廠商對比電機廠商對比 公司公司 主要產品主要產品 無框力矩電機進展無框力矩電機進展 科爾摩根(美國)運動控制器、電機、驅動器、電機和驅動器附件等 全球領先的運動控制系統和配件供應商,無框力矩電機全球龍頭,性能遠超競爭對手,實現輕重量、高扭矩,更符合人形機器人需求 步科股份 人機界面、伺服系統、步進系統等 國內無框力矩電機頭部企業,目前
69、無框電機產品主要應用在協作機器人 航天電器 電機、連接器、光電器件和廣電設備、智能制造等 子公司貴州航天林泉電機在機器人高動態感知驅動功能部件方面實現突破,技術已經應用于慣導領域、轉臺領域及無框力矩電機領域,并產生收入 來源:各公司官網,各公司公告,國金證券研究所 鳴志電器是人形機器人空心杯電機國產先鋒,兆威機電厚積薄發??招谋姍C起源于德國、瑞士等歐美國家,全球頭部企業包括德國 Faulhaber、瑞士 Maxon 和瑞士 Portescap。海外龍頭在空心杯電機領域布局較早,技術經驗積累深厚,是全球空心杯電機的主要供應商。國內起步較晚,有業務布局的企業包括鳴志電器、拓邦股份、江蘇雷利和偉創
70、電氣。根據上述各公司公告,鳴志電器空心杯電機技術水平位居全球前列;拓邦股份空心杯電機已經實現批量應用;江蘇雷利子公司鼎智科技的空心杯電機已實現量產,目前處于小批量驗證階段;偉創電氣處于產品內部測試階段,其余企業技術相對薄弱,國產替代空間廣闊。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 69 掃碼獲取更多服務 圖表圖表139139:國內外空心杯電機廠商國內外空心杯電機廠商 公司公司 主要產品主要產品 空心杯電機進展空心杯電機進展 瑞士 Maxon 機電驅動系統、直流有刷電機、齒輪箱、傳感器等 全球空心杯電機龍頭,ECX、EC-max、EC-4pole 等系列空心杯電機遠銷海內外 德國 Faulhab
71、er 直流伺服電機等 空心杯電機擁有 BX、CXR、CR 和 CT 四大系列產品 鳴志電器 步進電機、無齒槽&空心杯電機等、LED 驅動及智能照明產品等 提供 8mm-24mm 多種外徑及機身長度規格型號的有刷空心杯電機,技術水平位居全球前列 拓邦股份 智能控制器、鋰電池、高效電機、工控產品等 已批量應用于智能制造的電動來爪、醫療健康的骨科動力工具、智能跟隨的高爾夫球包車等領域 兆威機電 微型驅動系統方案 空心杯電機的產品已推出,量產能力得到驗證,積極布局 3.4mm和 4.4mm 電機研發 禾川科技 鼎智科技 步進電機、空心杯電機等 空心杯電機實現量產,目前處于小批量驗證階段 偉創電氣 變頻
72、器、伺服系統、控制系統等 空心杯電機目前處于內部測試階段 來源:各公司公告、官網,國金證券研究所 4 4.5 5 傳感器:視覺、力覺、觸覺為主,亟待培育國產龍頭傳感器:視覺、力覺、觸覺為主,亟待培育國產龍頭 具身智能機器人是指將 AI 融入機器人物理實體,賦予它們像人一樣感知、學習和與環境動態交互的能力。具身智能機器人根據其功能和應用場景,配備了多種類型的傳感器,包括視覺傳感器(如攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、紅外傳感器等)、聽覺傳感器(如麥克風)、嗅覺傳感器(如氣味傳感器)、觸覺傳感器(包括力傳感器)、編碼器、IMU 等,以實現感知和分析外部環境并進行自身狀態反應,實現復雜的交互和操作任務。
73、圖表圖表140140:人形機器人傳感器的主要類型人形機器人傳感器的主要類型 傳感器類型傳感器類型 原理原理 獲得的信息獲得的信息 在工業機器人中的應用在工業機器人中的應用 觸覺傳感器 電容式、壓電式、壓阻式、光學式 接觸力、面積、位置 人機協作、物體抓取、質量監控 視覺傳感器 CCD 或 CMOS 成像 圖像 人-機器人協作(HRC)、導航、機械手控制、裝配、機器人編程 激光傳感器 飛行時間(TOF)、三角測量、光學干涉 距離、位移 人-機器人協作(HRC)、導航、操縱器控制 編碼器 光電、磁性、電感性、電容性 角位移 導航、操縱器控制 接近傳感器 電容式、電感式、光電式 物體接近 人-機器人
74、協作(HRC)、物體抓取 慣性的傳感器 航位推算(DR)加速度、角速度、方位角 導航、操縱器控制 扭矩傳感器 感應電阻應變 扭矩 人-機器人協作、物體抓取、機器人編程 聲傳感器 電容的 聲音信號 人-機器人協作(HRC)、焊接 磁性傳感器 霍爾效應 磁場強度 航行 超聲波傳感器 飛行時間(TOF)距離 障礙物回避 來源:工業機器人傳感器技術綜述,國金證券研究所 4.5.14.5.1 視覺:主流方案為視覺:主流方案為 3D3D 視覺,國產化較高視覺,國產化較高 視覺方案主要分為 2D 視覺和 3D 視覺:1)2D 視覺:通過 2D 相機分析灰度或彩色圖像中的像素灰度特征獲取目標中的有用信息,識別
75、紋理形狀。容易受到光照影響,且無法實現三維精準測量。2)3D 視覺:精度更高、信息量更大(三維圖像)、集成度更高,適用于更加復雜、精密的識別、檢測需求。機器人的視覺感知屬于高度集成的模組方案,對于體積、成本、精準度都有較高要求,因此 3D 視覺高度集成、體積小、精度高的優勢更適合機器人的場景。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 70 掃碼獲取更多服務 圖表圖表141141:機器人視覺感知由芯片、算法、傳感器影響機器人視覺感知由芯片、算法、傳感器影響 圖表圖表142142:機器人視覺感知向機器人視覺感知向 3D3D 化發展化發展 對比指標對比指標 2D2D 3D3D 產品型態 模塊化視覺設備
76、(體型大)嵌入式視覺設備(高度集成)應用場景 一般固定 復雜多變 掃描精度 工業產線范圍內 毫米級甚至更高 維度 平面維度 立體維度 技術要求 較低 技術壁壘較高 下游市場 識別、檢測、測量 刷臉支付、FaceID、智能機器人 來源:奧比中光官網,國金證券研究所 來源:奧比中光官網,國金證券研究所 目前主流機器人廠商的視覺方案各不相同。其中波士頓動力 Atlas 選擇的是 TOF 深度相機方案,特斯拉 Optimus 選擇多目攝像頭方案,小米 CyberOne 采用深度視覺模組,優必選WalkersX 采用多目視覺傳感器。圖表圖表143143:主流人形機器人廠商視覺傳感方案主流人形機器人廠商視
77、覺傳感方案 來源:奧比中光官網,波士頓動力,TeslaAIDAY,優必選,小米官網,國金證券研究所 3D 視覺傳感器的性能由芯片、算法、傳感器模組影響。從硬件端來看,壁壘在于感光芯片、多傳感器融合模組設計以及生產中標定、對齊等工藝把控。從軟件端來看,3D 視覺傳感器對于算法研發、光學系統等有較高要求。從性能表現來看,壁壘在于精度、視角、測量范圍、分辨率:深度分辨率:代表每一幀圖像深度數據點數,分辨率越高細節越優;深度幀率:幀率越高,動態場景支持越好。視場角/測量范圍:視場角/測量范圍越大覆蓋場景范圍越大。精度:體現 3D 測量數據值與真實值之間的差異。功耗:同性能下,功耗越低適配性越好。從性能
78、指標來看,國內頭部廠商奧比中光在部分指標(如:分辨率、精度和功耗等)已經對標、甚至超過海外競爭對手,有望引領國產廠商實現替代。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 71 掃碼獲取更多服務 圖表圖表144144:主流廠商短距離主流廠商短距離 3D3D 視覺傳感器性能對比視覺傳感器性能對比 圖表圖表145145:主流廠商長距離主流廠商長距離 3D3D 視覺傳感器性能對比視覺傳感器性能對比 來源:奧比中光招股書,國金證券研究所 來源:奧比中光招股書,國金證券研究所 海外頭部廠商先發優勢明顯,國內廠商多技術布局、通過芯片自研逐漸打開市場。海外頭部 3D 視覺傳感器廠商通過芯片自制、自身產品依托,業務
79、規模較大,國內代表公司奧比中光等通過自研芯片,實現 3D 視覺傳感器部分技術指標逐漸接近海外龍頭廠商,未來有望實現國產替代。圖表圖表146146:主流視覺傳感器廠商梳理主流視覺傳感器廠商梳理 來源:奧比中光招股書,國金證券研究所 4.5.24.5.2 力覺:機器人精確、靈活操作的核心力覺:機器人精確、靈活操作的核心 從力傳感的檢測方法來看,可分為電阻式、電容式、電感式,光電式等。電阻應變式綜合性能檢測模式優勢明顯,有望在人形機器人中得到應用。硅/金屬箔電阻應變傳感器有望應用于人形機器人。不同類型的力矩傳感器在穩定性、剛度、動態特性等維度進行比較后,硅/金屬箔電阻應變式傳感器在穩定性、剛度、信噪
80、比等方面具有優勢,有望在人形機器人中得到應用。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 72 掃碼獲取更多服務 圖表圖表147147:力傳感器不同檢測方法優缺點對比力傳感器不同檢測方法優缺點對比 圖表圖表148148:硅硅/箔電阻應變式傳感器具有更強的綜合性能箔電阻應變式傳感器具有更強的綜合性能 檢測方法檢測方法 方法描述方法描述 優點優點 缺點缺點 電磁式 力作用下使磁通量的變化 動態測量范圍大、功耗小、系統簡單可靠 非線性誤差較大、互換性分辨率較差 光電式 力作用下使光學量的變化 可靠性高、測量范圍廣、動態響應好 價格昂貴、對測試環境要求高 電感式 力作用下使電感量的變化 高靈敏度和高分辨率
81、、線性度好、重復性高 不適用于動態測量、可靠性不高 電阻應變式 力作用下使應變片電阻變化 精度高、技術成熟、測量范圍廣、成本低、頻響特性好 存在非線性誤差、信號輸出微弱 電容式 力作用下使電容改變 高靈敏度和分辨率、頻率范圍寬、結構簡單、環境適用性強 調理電路復雜、寄生電容影響大 來源:機器人多維力傳感器,國金證券研究所 來源:leaderobot,國金證券研究所 從力傳感器的感知維度來看,力矩傳感器可以分為一維到六維,測量維度的數量越多,產從力傳感器的感知維度來看,力矩傳感器可以分為一維到六維,測量維度的數量越多,產品生產難度越大、檔次越高品生產難度越大、檔次越高;從主流的傳感器的測量維度來
82、看,一、三、六維力矩傳感器為常見產品,二、五維力矩的相對較少。圖表圖表149149:一維、三維、六維傳感器作用示意圖一維、三維、六維傳感器作用示意圖 來源:坤維科技,國金證券研究所 從人形機器人的工作原理來看,我們判斷未來人形機器人的手腕、腳踝環節需六維力矩傳感器、其他關節可以適用關節扭矩傳感器。1)末端執行機構(手部、腳部)-六維力矩傳感器:由于人形機器人末端執行機構主要為手部和腳部,執行的過程中力臂在幾十到幾百毫米之間,力臂較大且屬于隨機變化;而對于這兩類環節的力也要求實現精確處理,因此這兩類關節所受的力并非簡單的一維、三維力,我們判斷這個關節需要適用六維力矩傳感器。2)其他關節-關節扭矩
83、傳感器:特斯拉人形機器人旋轉執行機構類似協作機器人關節,而線性執行機構也通過滾珠絲杠完成直線運動,整體對于力的感知相對簡單,我們預計其他關節需單軸力矩傳感器。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 73 掃碼獲取更多服務 圖表圖表150150:人形機器人力矩傳感器應用場景全景圖人形機器人力矩傳感器應用場景全景圖 來源:Force-TorqueSensinginRobotics,TeslaAIDay,國金證券研究所 全球力矩傳感器的龍頭為美國 ATI,國內目前力矩傳感器技術領先的企業主要為創業公司(南寧宇立儀器、常州瑞爾特),上市公司主要為柯力傳感、中航電測、東華測試等。圖表圖表151151:力
84、矩傳感器代表廠商梳理力矩傳感器代表廠商梳理 公司公司 是否上市是否上市 力矩傳感器進展力矩傳感器進展 Tier1Tier1 ATI 否 ATI 致力于機器人末端執行器的研發制造有三十余年,已生產制造了世界上高性能的六維力和力矩傳感器,目前已在機器人、航空航天、生物醫學、科研等領域得到了廣泛應用,特別是在機器人領域,在為機器人提供觸覺感知為機器人提供觸覺感知方面起了關鍵作用。Tier2Tier2 宇立儀器 否 宇立儀器是集研發、生產為一體的技術密集型企業,公司主營多軸力傳感器、力控打磨設備和汽車測試設備,圍繞力測量和力控制,為全球客戶提供系列化的解決方案。多軸力傳感器包括六維力傳感器、三維力傳感
85、器、一維力傳感器和關節扭矩傳感器。常州瑞爾特 否 一家提供各類高端標準測力傳感器以及非標定制服務于一體的綜合性高新技術企業。公司所生產的三維、六維以及多維力測量傳感器:精度高、抗偏載能力強、容易安裝、串擾小、耐沖擊力、穩定性好、體積小、響應快、過載能力強,已用于軍工、航空航天、核電等級的測量,機器手臂精密控制、曲面研磨拋光、加工中心精雕加工、醫療精密設備測試。Tier3Tier3 坤維科技 否 2020 年 12 月實現了KWR46/96 系列六維力傳感器的量產;2021 年成功開發出基于 MEMS 器件的低成本高可靠性六維傳感器制造技術;公司六維力傳感器產品矩陣完善,已經形成了從直徑 36毫
86、米到直徑200 毫米的傳感器,可以覆蓋各類智能機器人的全部應用場景??铝鞲?是 截至 24H1,公司六維力/力矩傳感器已完成人形機器人手腕、腳腕,工業臂、協作臂末端的產品系列開發,掌握了結構解耦、算法解耦、高速采樣通訊等技術要點,并已給多家國內協作機器人、人形機器人客戶送樣。中航電測 是 公司面向國產大飛機、民用直升機、公務機等,形成壓力、接近、力矩傳感器等傳感器配套,力爭實現通航領域吊掛投放系統的專業配套 東華測試 是 公司已投入六軸力傳感器研發,支持 RS485、CAN 和工業以太網等通信方式,可應用于機器人、科學研究、自動化檢測等領域。目前處于內部研發狀態,擬達到目標參數:串擾:2%F
87、S,非線性:0.5%FS,遲滯:0.5%FS 來源:ATI 工業自動化公眾號,宇立儀器官網,高工機器人公眾號,坤維科技官網,柯力傳感公告,中航電測公告,東華測試公告,國金證券研究所 4.5.34.5.3 觸覺:視覺觸覺:視覺+觸覺為目前技術前沿、應用潛力大觸覺為目前技術前沿、應用潛力大 電子皮膚是是新型的仿生柔性觸覺傳感系統,通過柔性傳感器進行信號感知轉換。從表面的接觸方向來看,電子皮膚能夠感知壓力、剪切力、接觸力等多多個類型的力,能夠助力機器人在手部實現更加精細的操作。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 74 掃碼獲取更多服務 圖表圖表152152:電子皮膚能感知壓力、剪切力、接觸力等多
88、種類型力電子皮膚能感知壓力、剪切力、接觸力等多種類型力 來源:Abioinspiredthree-dimensionalintegratede-skinformultiplemechanicalstimulirecognition,國金證券研究所 電子皮膚主要分為基底層、導電層、傳感層?;讓樱夯讓邮请娮悠つw的最內層,通常由柔性材料制成,以模擬人體皮膚的彈性和柔韌性。又稱為支撐層,起到支撐作用。導電層:導電層在電子皮膚中起到傳導電信號的作用,通常包含導電材料,如導電石墨或特定的導電聚合物,用于檢測并傳輸由外界刺激引起的電信號變化。導電層的設計和材料選擇對于電子皮膚的靈敏度和響應速度至關重要。
89、傳感層:傳感層位于電子皮膚的中間層,包含了大部分的傳感元件,負責精確識別壓力和摩擦力并轉化為電信號。傳感層可以實現對外界刺激的精細感知,是電子皮膚的核心材料。圖表圖表153153:電子皮膚主要分為基底層、導電層、傳感層電子皮膚主要分為基底層、導電層、傳感層 來源:纖維基自供能電子皮膚的構建及其應用性能研究進展,國金證券研究所 電子皮膚主要內部的柔性傳感器是觸覺傳感器的一個子集。從檢測方法來看,柔性觸覺傳感器傳統方案主要包括壓阻式、電容式、壓電式、摩擦式四種類型,其中壓阻式觸覺傳感器具有成本低、穩定性好等多個優點,是目前的主流方案。圖表圖表154154:傳統的主要觸覺傳感器類型優缺點介紹傳統的主
90、要觸覺傳感器類型優缺點介紹 壓阻式壓阻式 電容式電容式 壓電式壓電式 摩擦式摩擦式 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 75 掃碼獲取更多服務 原理 材料的壓阻效應,即將機械信號轉換成電信號,具體機制包括材料的電阻率變化、接觸電阻的變化以及復合材料中的量子隧穿效應等。電容效應,將力學信號轉化為電容信號,通過測量電容值的變化來獲取物體與電子皮膚之間接觸狀態的信息 壓電效應,壓電材料由于形變而產生電極化 柔性摩擦納米發電機,通過摩擦效應和靜電感應耦合作用將外部機械能轉換為電能 優點 成本較低、制造結構簡單、穩定程度高、靈敏度高、響應快 靈敏度高,能夠測量微小接觸力 高靈敏性、響應快 結構簡單,
91、制備簡便 缺點 電阻變化可能受到環境因素的影響 對噪聲敏感,介電常數易受到環境溫度影響 壓電材料常常會受到溫度和濕度等環境因素的影響 受環境影響大,只能檢測動態壓力 來源:柔性觸覺傳感電子皮膚研究進展,國金證券研究所 國內頭部廠商帕西尼提出了視覺國內頭部廠商帕西尼提出了視覺+觸覺方案,在觸覺的多項技術指標實現領先,有望成為觸覺方案,在觸覺的多項技術指標實現領先,有望成為未來的主流方案。未來的主流方案。在去年的 2024WRC 大會上,帕西尼正式發布了、第二代多維觸覺靈巧手 DexH13,及基于ITPU 技術的多維度觸覺傳感器 PX-6AXGEN2。在帕西尼感知科技的 DexH13 雙手上,搭載
92、了近 2000 顆自研生產的高精度觸覺傳感器 PX-6AXGEN2;此外,該雙手還集成了 DexH13 雙手集成了有 800 萬高清 AI 手眼相機,基于先進的零樣本位姿估計視覺算法,能夠識別和抓取物體六維位姿,適應多種復雜環境和任務。圖表圖表155155:帕西尼的帕西尼的 Dex13Dex13 多維觸覺靈巧手結合了視覺和觸覺多維觸覺靈巧手結合了視覺和觸覺 來源:帕西尼官網,國金證券研究所 帕西尼的 IPTUGEN2 觸覺傳感器在多項技術指標領先、且成本低。根據帕西尼官網,ITPUGEN2 多維觸覺傳感器在靈敏度、抗干擾等多項指標表現優異,且通過全集成方案,產品成本相對較低。行業深度研究 敬請
93、參閱最后一頁特別聲明 76 掃碼獲取更多服務 圖表圖表156156:帕西尼帕西尼 IPTUGEN2IPTUGEN2 觸覺傳感器在多項指標技術領先觸覺傳感器在多項指標技術領先 來源:帕西尼官網,國金證券研究所 全球市場以外資品牌為主,行業集中度高。全球市場以外資品牌為主,行業集中度高。全球柔性觸覺傳感器市場主要以外資品牌為主,其中CR5為57.1%,頭部廠商包括Novasentis、Tekscan、JapanDisplayInc.(JDI)、Baumer、Fraba。國內柔性傳感器廠商以帕西尼科技、漢威科技、鈦深科技、弘信電子等企業為代表,近年來迅速發展。圖表圖表157157:20232023
94、年全球柔性觸覺傳感器行業集中度高年全球柔性觸覺傳感器行業集中度高 來源:華經產業研究院,國金證券研究所 國內目前觸覺傳感器技術領先的企業主要為創業公司(鈦深科技、柔宇科技、蘇州慧聞),上市公司主要為漢威科技旗下的蘇州能斯達。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 77 掃碼獲取更多服務 圖表圖表158158:觸覺傳感器代表廠商梳理觸覺傳感器代表廠商梳理 名稱名稱 概況概況 主要產品主要產品 國內廠商 帕西尼 為業內首家實現多維度大陣列觸覺傳感器及機器人產品批量商業化公司。公司技術來源來自日本早稻田大學菅野實驗室,該實驗室在機器人自動化和傳感器領域擁有數十年豐富經驗,發布了數款行業前沿的人形機器
95、人、及靈橋手等產品 具有多維觸覺人形機器人、多為觸覺靈巧手、ITPU 多為觸覺傳感器等多個產品 蘇州能斯達 具有穩定的納米敏感材料體系;柔性壓阻、柔性壓電、柔性溫濕度、柔性電容四大核心技術;一條年產 1000 萬支柔性傳感器的超凈印刷線和組裝線 柔性壓力傳感器、柔性壓電傳感器、柔性織物、柔性應變傳感器、柔性溫濕度傳感器、柔性熱敏傳感器、柔性電容傳感器 鈦深科技 開發并擁有全球最靈敏、最柔性的觸覺傳感技術-柔性離電式傳感技術(FITS)、能夠提供實時的、高質量的、低噪聲的觸覺/壓力信號、并擁有全柔性、光學透明及超薄封裝等物理特性 脈搏波測量、壓力分布測量、柔性壓力傳感器、觸覺傳感器、壓力陣列傳感
96、器、壓力薄膜傳感器、壓力分布測量系統、壓電式壓力傳感器 柔宇科技 成立于 2012 年,擁有自主研發的核心柔性電子技術,推出全球最薄彩色柔性顯示屏、建立全球首條全柔性顯示屏大規模量產線 生產全柔性顯示屏和全柔性傳感器 蘇州慧聞 成立于 2014 年,是國內少數能夠提供人工嗅覺解決方案的智能傳感器企業 柔性薄膜壓力傳感器、氣體傳感器 國外廠商 Tekscan 成立于 1987 年,公司擁有薄型觸覺傳感器技術,專注于超薄、柔性壓力傳感器,具有極高的分辨率和超薄性,既可用作測試和測量工具,也可用作嵌入式傳感組件 壓力傳感器5051、壓力傳感器3000、壓力傳感器 7202、壓力傳感器6300 Jap
97、anDisplay 成立于 2002 年,從事中小型顯示設備及相關產品的開發、生產和銷售,通過結合靜電容量式玻璃指紋傳感技術和柔性顯示屏技術,成功開發靜電容量式柔性指紋傳感器 透明傳感器、柔性OLED 面板 Canatu 成立于 04 年,是 3D 可成型和可彎曲透明導電薄膜和觸摸傳感器的開發商和制造商 汽車 3D 觸摸控制面板 Sensel 成立于 13 年,開發了一種多點觸控輸入設備,能感應施加在各個點上的壓力 壓敏輸入設備 Forciot 成立于 2015 年,可穿戴設備、汽車和物流行業的壓力傳感器組件供應商,傳感器可以通過集成來監控力分布、負載平衡、運動等參數。適用于運動狀態跟蹤、物流
98、和汽車跟蹤,以優化負載平衡并防止機器組件顫動等?;谖锫摼W的壓力傳感器 來源:傳感器專家網,CINNO,人形機器人場景應用聯盟,國金證券研究所 4 4.6 6 靈巧手:靈巧手:向向高承載力、柔性感知方向高承載力、柔性感知方向發展發展 靈巧手的設計靈感來源于人類手部的復雜結構和功能,它使得機器人能夠執行諸如抓取、操縱、甚至感知等多樣化任務,靈巧手的成熟度決定了其融入人類世界的深度。靈巧手結構設計三要素:驅動、傳動、感知。典型靈巧手由驅動系統、傳動系統、感知系統和控制系統構成。靈巧手的技術迭代方向往高靈活度、柔性感知、智能化方向發展。圖表圖表159159:機器人機器人靈巧手的發展趨勢靈巧手的發展趨
99、勢 來源:國金證券研究所 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 78 掃碼獲取更多服務 根據特斯拉公開信息,GEN3 靈巧手相比于 GEN2 的主要變化在于:(1)手部增加了自由度,從 11 個提升至 22 個。(2)驅動器裝載在了手腕部位。圖表圖表160160:特斯拉靈巧手自由度有提升趨勢特斯拉靈巧手自由度有提升趨勢 來源:特斯拉發布會,馬斯克采訪,國金證券研究所 驅動方式:空心杯電機是靈巧手電機主流驅動方式:空心杯電機是靈巧手電機主流方案,無刷有齒槽電機是降本方案。方案,無刷有齒槽電機是降本方案。電機驅動是最適合靈巧手批量生產使用的方式,其使用的電機按有無齒槽區分為無刷有齒槽電機和無刷無
100、齒槽電機,大部分直流無刷電機都是有齒槽設計,空心杯電機屬于無齒槽電機,具備小直徑、扭矩波動小等特點,是當前機器人靈巧手電機的主流方案。無刷有齒槽電機直徑較空心杯電機更大,可部分替代空心杯電機在靈巧手中的應用,是可行的靈巧手降本方案。圖表圖表161161:空心杯電機采用無齒槽結構空心杯電機采用無齒槽結構 圖表圖表162162:有齒橫電機及無齒槽電機結構圖有齒橫電機及無齒槽電機結構圖 來源:萬泰電機官方微信公眾號,國金證券研究所 來源:科爾摩根官方公眾號,國金證券研究所 傳動方式:微型絲杠傳動方式:微型絲杠+腱繩復合傳動或成未來靈巧手主流方案。腱繩復合傳動或成未來靈巧手主流方案。機器人靈巧手抓取的
101、穩定性和靈活性指標主要取決于傳動系統,按照傳動方式不同,可將靈巧手分為腱傳動、連桿傳動、齒輪/蝸輪蝸桿傳動等類型。特斯拉 0ptimusGen1 靈巧手采用空心杯電機+多級行星減速器+蝸輪蝸桿方案。腱傳動是應用最廣泛的靈巧手傳動方式,具備排布靈活、柔性傳動等優點,但負載能力較弱。微型絲杠新型傳動方案具備高承載、高效率、高精度、高可靠性等優點,未來微型絲杠+腱繩復合傳動或成主流方案。2024 年11 月 28 日,Tesla0ptimus 在 X 平臺官方賬號發布旗下 0ptimus 機器人接球視頻展示其新一代手臂和靈巧手,掌內所有驅動系統已移至前臂,通過腱繩驅動手指。根據空間五指靈巧手控制系統
102、設計_韓運崢,電機和滾珠絲杠外置于手臂中,電機通過減速器帶動滾珠絲杠,電機軸的旋轉運動被轉化為絲杠螺母的平移運動,絲杠螺母拉動腱繩,腱繩另一端連接到手指指骨上,拉動手指關節繞關節軸旋轉,形成手指彎曲運動。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 79 掃碼獲取更多服務 圖表圖表163163:腱繩傳動靈巧腱繩傳動靈巧手整體機構手整體機構 圖表圖表164164:腱繩腱繩+絲杠復合傳動絲杠復合傳動(單自由度視圖)(單自由度視圖)來源:空間五指靈巧手控制系統設計_韓運崢,國金證券研究所 來源:空間五指靈巧手控制系統設計_韓運崢,國金證券研究所 感知系統感知系統:電阻式和電容式觸覺傳感器有望成為主流電阻式
103、和電容式觸覺傳感器有望成為主流。靈巧手感知系統可使用的傳感器包含力、位移、觸覺、角位移、視覺、壓力、力矩、位置、霍爾和溫度傳感器等。根據特斯拉 GEN2 發布會,特斯拉機器人上確定搭載了觸覺傳感器。觸覺傳感器賦予靈巧手觸覺感知能力,通過接觸測量物體的物理特征,從而實現對周圍環境的感知。根據原理不同,觸覺傳感器分為壓阻式、電容式、壓電式和光學式等,最見的是壓阻式、電容式和壓電式觸覺傳感器。通常,電阻式適用于大面積覆蓋,可用于手臂和身體部位;電容式適用于高精度場景,可用于指腹以辨別紋理;熱輻射式:可布局在指縫間感知溫度。圖表圖表165165:特斯拉特斯拉 0ptimusGen20ptimusGen
104、2 靈巧手搭載觸覺傳感器輕松拿取雞蛋靈巧手搭載觸覺傳感器輕松拿取雞蛋 來源:X 平臺 Tesla0ptimus 官方賬號,國金證券研究所 4.74.7 整機:海內外幾乎處于同一起跑線,國產整機廠商有望乘勢而起整機:海內外幾乎處于同一起跑線,國產整機廠商有望乘勢而起 2023 年 11 月 2 日,工業和信息化部又印發了人形機器人創新發展指導意見,提出到2027 年,人形機器人技術創新能力顯著提升,構建具有國際競爭力的產業生態,綜合實力達到世界先進水平。自上而下的政策支持體系,產生了一系列區域集群效應。人形機器人行業發展海內外幾乎處于同一起跑,國產主機廠有望充分分享產業上升浪潮。國內機器人廠商,
105、如智元機器人、宇樹科技、優必選、埃夫特、禾川科技均積極投身人形機器人主機研發中,且華為重磅加碼人形機器人產業,隨著以華為為中心的具身智能產業鏈聯盟技術逐漸完善,國產人形機器人在應用場景開拓及產業鏈降本中起到重要作用,迎來快速發展。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 80 掃碼獲取更多服務 圖表圖表166166:華為具身智能合作備忘錄公司華為具身智能合作備忘錄公司 來源:證券日報,國金證券研究所 5、投資建議 25 年是人形機器人量產元年,26 年商業化應用有望落地,人形機器人產業迎來高速發展期,具備板塊性投資機會,已從主題投資往景氣投資切換,建議關注產業鏈的短板環節。絲杠制造難度相對最高、
106、產能也最為緊缺,屬于重資產、勞動密集型環節,短期快速擴產難度大。特斯拉人形機器人要實現萬臺量產,目前已建成的絲杠產能是不足以滿足人形機器人的量產需求。而恒立液壓線性驅動器項目在產能建設上處于領先水平,隨著下游人形機器人量產的臨近,我們看好恒立液壓絲杠及線性總成的產能優勢及快速放量能力。當前,機器人小腦智能其邁向通用領域被廣泛應用的技術瓶頸,機器人運控是下一步產業重點發力環節。具備機器人運控能力的公司產業地位及關注度有望提升,我們看好具備機器人智能化、運動控制方面龍頭公司,如固高科技、埃夫特、華中數控等。從商業模型發展看,未來隨著政策、產業基金以及技術的進步,仍將為有更多的公司參與到人形機器人產
107、業浪潮中,產業鏈分工也將更加細化,有望形成專注機器人軟件或專注機器人硬件的產業分工,因此利好掌握核心零部件自制能力并具備機器人系統解決方案能力的公司,首推禾川科技。禾川科技已實現人形機器人空心杯電機、無框力矩電機、編碼器等核心零部件自制能力,同時擁有旋轉執行器、線性執行器總成制造能力,有望憑借較強的成本控制能力以及系統解決方案能力分享產業成長蛋糕。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 81 掃碼獲取更多服務 圖表圖表167167:產業鏈全景圖產業鏈全景圖 來源:高工機器人產業研究所,奧比中光招股書,各公司官網,ATI 工業自動化公眾號,柯力傳感公告,中航電測公告,東華測試公告,機器人技術與應
108、用,傳感器專家網,CINNO,人形機器人場景應用聯盟,特斯拉 AIDAY2022,焉知人形機器人,機器人大講堂,中國機器人網,工業機器人,36 氪,人形機器人洞察研究院,澎湃新聞,國金證券研究所 行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 82 掃碼獲取更多服務 圖表圖表168168:相關標的估值表相關標的估值表 (潛在)(潛在)產業鏈產業鏈 股票名稱股票名稱 市值市值 (億元億元)歸母凈利潤歸母凈利潤(一致預測均值,億元一致預測均值,億元)PEPE 2023A2023A 2024E2024E 2025E2025E 2026E2026E 2023A2023A 2024E2024E 2025E202
109、5E 2026E2026E 總成*拓普集團 1,159 21.51 30.25 39.96 46.65 54 38 29 25*三花智控 1,193 29.21 34.25 41.95 50.10 41 35 28 24*恒立液壓 929 24.99 27.52 32.59 38.64 37 34 28 24 禾川科技 70 0.54-1.49 0.16 0.83 130-47 449 84 絲杠*貝斯特 135 2.64 3.46 4.21 5.25 51 39 32 26*秦川機床 105 0.52 0.77 1.53 2.39 202 137 69 44 北特科技 162 0.51 0.
110、80 1.14 1.68 318 203 142 96 震??萍?149 0.43 2.70 4.10 5.72 349 55 36 26 南京化纖 68-1.85 -37 *五洲新春 146 1.38 1.63 2.11 2.54 106 89 69 57 雙林股份 145 0.81 4.68 4.05 4.82 180 31 36 30 鼎智科技 61 0.81 0.53 0.70 0.87 76 115 87 70 減速器 綠的諧波 287 0.84 0.87 1.15 1.55 341 330 251 186*雙環傳動 300 8.16 10.30 12.85 15.50 37 29
111、23 19 中大力德 98 0.73 0.89 1.09 1.30 133 109 89 75 豐立智能 75 0.24 0.29 0.49 0.75 311 260 152 100 瑞迪智驅 80 0.97 1.00 1.12 1.30 83 80 72 62 傳感器 奧比中光 225-2.76-0.80 0.16 1.32-82-283 1,417 171 東華測試 54 0.88 1.76 2.35 3.03 62 31 23 18 福萊新材 79 0.70 0.95 1.16 1.37 112 82 68 57 日盈電子 28 0.08 0.00 0.00 0.00 358 柯力傳感
112、205 3.12 3.34 3.89 4.42 66 62 53 46 漢威科技 94 1.31 1.27 1.55 1.90 72 74 61 49 安培龍 80 0.80 1.00 1.33 1.76 100 80 60 45 凌云股份 140 6.32 7.09 8.35 9.71 22 20 17 14 電機(靈巧手)鳴志電器 303 1.40 1.20 1.90 2.48 216 253 160 122 兆威機電 272 1.80 2.16 2.72 3.48 151 126 100 78 步科股份 66 0.61 0.72 0.97 1.30 109 92 68 51 偉創電氣 1
113、09 1.91 2.70 3.41 4.29 57 40 32 25 金力永磁 250 5.64 3.27 6.35 8.24 44 77 39 30 匯川技術 1,793 47.42 50.40 60.29 71.29 38 36 30 25 運控 固高科技 120 0.51 0.00 0.00 0.00 233 拓斯達 151 0.88 0.18 1.63 2.73 172 818 93 55 埃夫特 156-0.47 *華中數控 58 0.27 0.62 1.27 1.85 213 94 45 31 設備 秦川機床 105 0.52 0.87 1.46 2.06 202 121 72 5
114、1 日發精機 50-9.03 -6 華辰裝備 80 1.18 68 田中精機 31 0.10 310 浙海德曼 37 0.29 0.32 0.66 0.88 124 114 55 42 來源:iFind,國金證券研究所(*表示國金證券研究所預測,估值日期 2025 年 2 月 15 日)行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 83 掃碼獲取更多服務 6、風險提示 人形機器人發展過程中將面臨智能能力提升、硬件降本和政策等多重阻礙,若放量時間低于預期,將導致相關設備的放量時間不及預期,資本投入長期難以回收,對公司的業績產生負向影響?,F有主業下游發展不及預期風險。各主機廠多數下游呈中低速增長,若訂單
115、交付量不及預期,將對業績經營產生負向影響。競爭加劇的風險。隨著需求的變化,細分市場的企業競爭關系如果競爭加劇,則存在企業盈利能力下降風險。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 84 掃碼獲取更多服務 行業行業投資評級的說明:投資評級的說明:買入:預期未來 36 個月內該行業上漲幅度超過大盤在 15%以上;增持:預期未來 36 個月內該行業上漲幅度超過大盤在 5%15%;中性:預期未來 36 個月內該行業變動幅度相對大盤在-5%5%;減持:預期未來 36 個月內該行業下跌幅度超過大盤在 5%以上。行業深度研究 敬請參閱最后一頁特別聲明 85 掃碼獲取更多服務 特別聲明:特別聲明:國金證券股份有
116、限公司經中國證券監督管理委員會批準,已具備證券投資咨詢業務資格。形式的復制、轉發、轉載、引用、修改、仿制、刊發,或以任何侵犯本公司版權的其他方式使用。經過書面授權的引用、刊發,需注明出處為“國金證券股份有限公司”,且不得對本報告進行任何有悖原意的刪節和修改。本報告的產生基于國金證券及其研究人員認為可信的公開資料或實地調研資料,但國金證券及其研究人員對這些信息的準確性和完整性不作任何保證。本報告反映撰寫研究人員的不同設想、見解及分析方法,故本報告所載觀點可能與其他類似研究報告的觀點及市場實際情況不一致,國金證券不對使用本報告所包含的材料產生的任何直接或間接損失或與此有關的其他任何損失承擔任何責任
117、。且本報告中的資料、意見、預測均反映報告初次公開發布時的判斷,在不作事先通知的情況下,可能會隨時調整,亦可因使用不同假設和標準、采用不同觀點和分析方法而與國金證券其它業務部門、單位或附屬機構在制作類似的其他材料時所給出的意見不同或者相反。本報告僅為參考之用,在任何地區均不應被視為買賣任何證券、金融工具的要約或要約邀請。本報告提及的任何證券或金融工具均可能含有重大的風險,可能不易變賣以及不適合所有投資者。本報告所提及的證券或金融工具的價格、價值及收益可能會受匯率影響而波動。過往的業績并不能代表未來的表現??蛻魬斂紤]到國金證券存在可能影響本報告客觀性的利益沖突,而不應視本報告為作出投資決策的唯一
118、因素。證券研究報告是用于服務具備專業知識的投資者和投資顧問的專業產品,使用時必須經專業人士進行解讀。國金證券建議獲取報告人員應考慮本報告的任何意見或建議是否符合其特定狀況,以及(若有必要)咨詢獨立投資顧問。報告本身、報告中的信息或所表達意見也不構成投資、法律、會計或稅務的最終操作建議,國金證券不就報告中的內容對最終操作建議做出任何擔保,在任何時候均不構成對任何人的個人推薦。在法律允許的情況下,國金證券的關聯機構可能會持有報告中涉及的公司所發行的證券并進行交易,并可能為這些公司正在提供或爭取提供多種金融服務。本報告并非意圖發送、發布給在當地法律或監管規則下不允許向其發送、發布該研究報告的人員。國
119、金證券并不因收件人收到本報告而視其為國金證券的客戶。本報告對于收件人而言屬高度機密,只有符合條件的收件人才能使用。根據證券期貨投資者適當性管理辦法,本報告僅供國金證券股份有限公司客戶中風險評級高于 C3 級(含 C3 級)的投資者使用;本報告所包含的觀點及建議并未考慮個別客戶的特殊狀況、目標或需要,不應被視為對特定客戶關于特定證券或金融工具的建議或策略。對于本報告中提及的任何證券或金融工具,本報告的收件人須保持自身的獨立判斷。使用國金證券研究報告進行投資,遭受任何損失,國金證券不承擔相關法律責任。若國金證券以外的任何機構或個人發送本報告,則由該機構或個人為此發送行為承擔全部責任。本報告不構成國金證券向發送本報告機構或個人的收件人提供投資建議,國金證券不為此承擔任何責任。此報告僅限于中國境內使用。國金證券版權所有,保留一切權利。上海上海 北京北京 深圳深圳 電話:021-80234211 郵箱: 郵編:201204 地址:上海浦東新區芳甸路 1088 號 紫竹國際大廈 5 樓 電話:010-85950438 郵箱: 郵編:100005 地址:北京市東城區建內大街 26 號 新聞大廈 8 層南側 電話:0755-86695353 郵箱: 郵編:518000 地址:深圳市福田區金田路 2028 號皇崗商務中心 18 樓 1806