人形机器人引领丝杠新需求，国内供应商有望加速突围

人形机器人引领丝杠新需求，国内供应商有望加速突围 行业评级：增持 分析师：邹润芳 证券执业证书号：S0640521040001 研究助理：闫智 证券执业证书号：S0640122070030 分析师：卢正羽 证券执业证书号：S0640521060001 行业报告：先进制造行业周报 2023年7月23日 中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分 股市有风险入市需谨慎 重点推荐：华中数控、国茂股份、中科创达、航锦科技、双良节能、超图软件、纽威股份、天通股份、西子洁能、捷佳伟创、天准科技 核心个股组合：华中数控、国茂股份、中科创达、贝斯特、五洲新春、禾川科技、航锦科技、双良节能、纽威股份、华伍股份、西子洁能、骄成超声、奥特维、罗博特科、高测股份、宇晶股份、捷佳伟创、科威尔、绿的谐波、埃斯顿 本周专题研究：特斯拉人形机器人包括三类共14个线性执行器，分布在肘部、腕部、髋部等部位，其中丝杠为线性执行器的重要组成部分，据我们估计，当前丝杠约占人形机器人成本的24%。丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动附件，主要应用于机床、航空航天、汽车、机器人等领域。据PersistenceMarketResearch数据，2023年全球滚柱丝杠市场规模预计为3.00亿美元，2033年市场规模有望达到5.57亿美元，年均复合增速约为6.4%。进一步，若考虑人形机器人放量给滚柱丝杠带来的新需求，滚柱丝杠全球市场规模有望持续高增。丝杠生产难度大，对原材料、设备、加工工艺等要求较高，中高端领域大部分为外资企业占据，我们认为，未来随着机器人等领域需求放量、高端制造领域自主可控迫切，我国供应商有望加速突围。建议关注精密机械领域积累深厚、布局领先的相关企业，如：恒立液压、贝斯特、秦川机床、禾川科技、鼎智科技/江苏雷利、长盛轴承等。 重点跟踪行业： 锂电设备，全球产能周期共振，预计21-25年年均需求超千亿，国内设备公司优势明显，全面看好具备技术、产品和规模优势的一二线龙头； 光伏设备，设备迭代升级推动产业链降本，HJT渗透率快速提升，同时光伏原材料价格下降有望刺激下游需求，看好电池片、组件设备龙头； 换电，2025年换电站运营空间有望达到1357.55亿元，换电站运营是换电领域市场空间最大的环节，看好换电站运营企业； 储能，储能是构建新型电网的必备基础，政策利好落地，发电、用户侧推动行业景气度提升，看好电池、逆变器、集成等环节龙头公司； 半导体设备，预计2030年行业需求达1400亿美元，中国大陆占比提高但国产化率仍低，看好平台型公司和国产替代有望快速突破的环节； 自动化，下游应用领域广泛的工业耗材，市场规模在400亿左右，预计2026年达557亿元，看好受益于集中度提高和进口替代的行业龙头； 氢能源，绿氢符合碳中和要求，光伏和风电快速发展为光伏制氢和风电制氢奠定基础，看好具备绿氢产业链一体化优势的龙头公司； 工程机械，强者恒强，建议关注行业龙头，看好具备产品、规模和成本优势的整机和零部件公司。 特斯拉人形机器人包括三类共14个线性执行器，分布在肘部、腕部、髋部等部位。根据特斯拉AIDay示意图，特斯拉机器人包括40个自由度，其中有14个旋转关节、14个线性关节、12个手部关节。线性关节具体包含三种类型的执行器，出力/重量分别为500N/0.36kg、3900N/0.93kg、8000N/2.20kg，具体应用在人形机器人的肘部、腕部、髋部、膝盖、脚踝。 滚柱/滚珠丝杠现阶段成本较高，未来有下降空间。线性执行器由“驱动器+无框力矩电机+行星滚柱丝杠+倒置滚珠丝杠+力矩传感器+编码器+轴承”组成，其中滚柱/滚珠丝杠为其重要组成部分。根据我们估算，现阶段滚柱/滚珠丝杠在特斯拉人形机器人成本中占比约为24.4%，终局成本占比预计为15.5%。当前阶段丝杠价格高的原因一方面是特斯拉人形机器人执行器需定制后才能量产，另一方面是当前滚柱丝杠整体市场规模不大、生产难度高、参与者较少。 图表：特斯拉人形机器人关节自由度及类型拆分图表：特斯拉人形机器人线性关节及结构示意图 自由度 旋转关节 手部关节 直线关节 灵巧手6（*2） 6（*2） 手臂7（*2） 肩部3（*2） 倒置滚珠丝杠 行星滚柱丝杠 肘部1（*2） 腕部1（*2）2（*2） 腰部22 腿部6（*2） 髋部2（*2）1（*2） 膝盖1（*2） 脚踝2（*2） 合计 14 12 40 14 与滚珠丝杠相比，滚柱丝杠负载高、寿命长、转速与加速度大、导程小，更适合应用于人形机器人。丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动附件，根据摩擦特性可分为滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠三类，其中滚动丝杠又可以分为滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两大类，区别在于行星滚柱丝杠负载传递单元为螺纹滚柱，是典型的线接触；而滚珠丝杠负载传递单元为滚珠，是点接触。与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠拥有更多接触点，因而能够承受更高静态负载和动态负载，静载为滚珠丝杠的3倍，寿命为滚珠丝杠的15倍；刚度和抗冲击能力更强，因而转速和加速度更大；螺距设计范围更广，导程可设计更小。 分类行星滚柱丝杠滚珠丝杠 图表：行星滚柱丝杠与滚珠丝杠对比示意图图表：滚柱丝杠与滚珠丝杠运动机理和受力状态对比 示意图 滚动体滚柱滚珠 滚动体循环运动方式滚柱围绕丝杠轴心做行星运动借助反向机构实现循环滚动 滚动体受力状态 滚动体受载面积大，任何时候都滚珠受载面积小，且轮流受载， 同时受载，无循环交变力。 产生循环交变应力。 纯滚动比率很高较高 滚动体的离心力行星机构阻止离心力高速运转时会产生较大离心力 行星滚柱丝杠根据其结构组成和零部件相对运动关系的不同，可分为标准式、反向式、循环式、轴承环式、差动式五大类。标准式滚柱丝杠适用 于环境恶劣、高负载、高速等场景，主要应用于精密机床、机器人、军工装备等领域，是目前主要的应用类型。 图表：滚柱丝杠可分为标准式、反向式、循环式、轴承环式、差动式五大类 标准式 丝杠、滚柱、内齿圈、螺母、 保持架 反向式丝杠、螺母、滚柱、弹簧挡圈 轴承环式 丝杠、滚柱、轴承环、圆柱滚 子轴承、螺母 以丝杠旋转为驱动，通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动 带动螺母做直线运动。 通过螺母的旋转运动输入动力源，以丝杠运动直线运动作为输出，滚柱和丝杠之间没用相对轴向位移。 由丝杠将动力传递给滚柱，再由滚柱通过轴承环的自由旋转运动将动力传递到推力圆柱滚子轴承上，最后再传输到螺母壳体表面。 适用于环境恶劣、高负载、高速等场景，主要应用于精密机床、机器人、军工装备等领域，是目前应用最广泛的类型。 适用场景 运动方式 结构组成 示意图 分类 循环式 丝杠、螺母、滚柱（螺纹升角当发生旋转运动时，滚柱被凸轮环推入凹槽，完成一适用于高刚度、高承载、高精度、中低速运行场合，如医 为零的圆弧沟槽）、凸轮环 个循环运动，而整个国产滚柱始终与螺母保持啮合，疗器械、光学精密仪器等领域。 使得滚柱回到开始啮合的位置。 多用于恶劣环境、较大负载、要求高速度和大传动比的场合，如航空、航天、船舶、电力等领域。 差动式 丝杠、滚柱、螺母（均采用不通过改变丝杠与滚柱、滚柱与螺母的啮合接触位置，更适应高速重载的工作场合 同牙型角的螺纹） 来改变整个结构的导程（传动比）。 主要适用于高承载、高效率等场合，如石油化工、重型机 械等领域。 人形机器人将进一步打开滚柱丝杠市场空间。据PersistenceMarketResearch数据，2023年全球滚柱丝杠市场规模预计为3.00亿美元，伴随工业自动化对精密机械的需求增长，滚柱丝杠将在机床、航空航天、汽车、机器人等领域加速应用，2033年市场规模有望达到5.57亿美元，年均复合增速约为6.4%。进一步，若考虑人形机器人放量给滚柱丝杠带来的新需求，滚柱丝杠全球市场规模有望持续高增。 滚柱丝杠制造壁垒高，供应商数量少、目标下游分散。目前全球滚柱丝杠的供应商主要包括Ewellix、Rollvis、GSA、Rexroth、CMC、南京工艺、济宁波特、优仕特，据《E公司滚柱丝杠产品营销策略研究》数据，2022年Rollvis、GSA、Ewellix、Rexroth四家公司在我国合计市占率约为78%，而国内厂商在供货质量方面与欧美企业存在较大差距。 图表：2023-2033年全球滚柱丝杠市场规模CAGR约6.4%图表：2022年我国滚柱丝杠市场竞争格局 滚柱丝杠生产难度大，建议关注精密机械领域积累深厚、布局领先的相关企业。此前滚柱丝杠较多应用在机床、航空航天、汽车等领域，高端制造领域自主可控大趋势下，贝斯特、秦川机床等企业加速布局；此外，滚柱丝杠因其优越性能对其他直线传动的替代也将带来新增产能布局，如恒立液压拟投入14亿元布局线性驱动器项目。滚柱丝杠生产难度大，对原材料、设备、加工工艺等要求较高，未来随着机器人等领域需求放量、高端制造领域自主可控迫切，我国供应商有望加速突围，建议关注精密机械积累深厚、布局领先的相关企业，如：恒立液压、贝斯特、秦川机床、禾川科技、鼎智科技/江苏雷利、长盛轴承等。 图表：国内企业滚柱/滚珠丝杠布局进展情况 主要厂商 滚珠/滚柱丝杠进展 恒立液压 拟投入14亿建设线性驱动器项目，达产后将形成年产10.4万根标准滚珠丝杠电动缸、4500根重载滚珠丝杠电动缸、750根行星滚柱丝杠电动缸、10万米标准滚柱丝杆和10万米重载滚珠丝杆的生产能力。 贝斯特 公司大力布局直线滚动功能部件领域。 秦川机床 拟投入2亿元建设新能源汽车领域滚动功能部件研发与产业化建设项目，计划增加滚珠丝杠/精密螺杆副产能28万件/年、滑动直线导轨产能13万米/年、配套的螺母及滑块产能30万件/年及26万件/年。 禾川科技 拟投资5.64亿元建设高效工业传动系统及精密传动部件研发及产业化项目，主要包括滚珠丝杠副和滚动直线导轨副等部件。 鼎智科技（江苏雷利） 公司线性传动产品包括滑动丝杆、滚动丝杠、行星滚柱丝杠。微型行星滚柱丝杆的研发与生产已有里程碑式进展，应用领域包括机器人、飞机起落架、部分工业场景等。 长盛轴承 拟投2.65亿元建设自润滑轴承技改扩产项目，达产后将形成包括3万套滚珠丝杠等轴承相关产能。 光伏设备：1）N型电池片扩产项目多点开花，光伏设备企业技术持续突破，需求与技术共振，推动光伏产业高景气增长。建议关注：迈为股份、捷佳伟创等。2）光伏产业链价格调整将会使产业链利润重新分配，同时刺激下游需求，有望引导整个产业链向好发展。在产业链调整的过程中，看好以下几个方向：靠近下游的电池组件、电站运营环节；非硅辅材、耗材环节；光伏设备等。建议关注：双良节能、奥特维等。 锂电设备：从新技术带来新需求、扩产结构性加速度和打造第二成长曲线等角度出发筛选公司，2023年重点推荐以下方向：1、新技术：①复合集流体从0到1加速渗透，推荐关注相关设备商东威科技、骄成超声；②若大圆柱渗透率提升，激光焊接等环节有望受益，推荐关注联赢激光；2、锂电储能：2023年或成为国内大储高增速元年，重点关注电池、逆变器、温控、消防等环节；3、主业拓展：锂电设备是少有的能出现千亿级别大市值公司的领域，推荐关注平台型公司先导智能；电力电子、激光加工技术具备延展性，需求增长持续性有望更强，推荐关注星云股份等；4、出口链：海外扩产有望出现结构加速，推荐关注杭可科技。 储能：发电侧和用户侧储能均迎来重磅政策利好，推动储能全面发展。1）发电侧：2021年8月10日，《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》出台，首次提出市场化并网，超过保障性并网以外的规模按15%的挂钩比例（4小时以上）配建调峰能力，按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网，抽水蓄能、电化学储能都被认定为调峰资源，为发电侧储能打开。2）用户侧全面推行分时电价，峰谷价差达3到4倍，进一步推动用户侧储能发展。星云股份是国内领先的以锂电池检测系统为核心的智能制