工业机器人及工控系统：人形机器人系列报告（二） ：行星滚柱丝杠——“卡脖子”零件，高价值的必需品

http://www.huajinsc.cn/1/28请务必阅读正文之后的免责条款部分2023年07月23日行业研究●证券研究报告工业机器人及工控系统行业深度分析人形机器人系列报告（二）：行星滚柱丝杠——“卡脖子”零件，高价值的必需品投资要点我们站在特斯拉角度，将Optimus人形机器人潜在零部件厂商分为以下几类：1）与特斯拉有长期合作关系，配合度高，原有合作领域相关产品可直接应用于人形机器人领域，优先选择；2）细分领域有头部公司，由于原有市场空间较小，且有一定技术壁垒，行业龙头未切入该细分领域，其他零部件厂商短期内较难实现大规模供应，但长期有竞争加剧趋势，如空心杯电机和无框力矩电机等领域；3）细分领域有龙头公司，原有市场空间较小，且技术上know-how壁垒较高，其他零部件厂商短期较难突破技术壁垒，中期较难实现大规模量产，这类厂商具有较强的不可替代性，如谐波减速器领域；4）产品壁垒不高，原有市场空间较大，厂商多，市场集中度较低，如连接器、编码器等产品，侧重响应快、配合度高、管理能力强的公司。5）原有市场空间较小，产品壁垒非常高，原有市场中生产这类产品性价比低，市场集中度高，而在人形机器人中价值量大，降本难度大，是“卡脖子”的零部件，如行星滚柱丝杠。我们认为在选择以行星滚柱丝杠为代表的第5类厂商时可能的要求：1）能够突破技术壁垒，实现应用2）长期具有大幅降低成本的可能3）具备大规模量产的能力4）初期降低性能要求，逐步优化迭代。人形机器人中，丝杠类型选取核心制约因素是小型化，小型化诉求下优先级为：倒置行星滚柱丝杠>行星滚柱丝杠>滚珠丝杠。Optimus因为有“人形”要求，小型化是“能不能用”的问题，承载能力是“好不好用”的问题，单位寿命的价格是“贵不贵”的问题。丝杠的寿命和额定负载正相关，额定负载和体积正相关，因此制约寿命和负载的原因就是体积要求。行星滚柱丝杠相比滚珠丝杠有明显优势的核心就是易满足小型化要求。体现在：1）可以倒置。从结构上来看，行星滚柱丝杠具有行星滚子部件，其螺母可作为伺服电机的转子，螺母旋转带动丝杠做轴向运动。而滚珠丝杠螺母上的反向循环装置无法驱动滚柱大幅度移动，因此无法倒置。2）单位体积承载力高。行星滚柱丝杠是面接触而滚珠丝杠是点接触，因此在相同丝杠直径下，前者比后者的承载能力提高6倍，相同负载下节省1/3空间，寿命提高14倍。行星滚柱丝杠核心难点在于制造工艺，加工精度主要影响寿命。行星滚柱丝杠价值量高，单价约2万元，方案明确；滚珠丝杠价值量较低，价格在几十元到几百元，方案尚不明确，不过由于两者结构相似，生产过程中部分设备和工艺通用，部分滚珠丝杠厂商具备切入行星滚柱丝杠的可能性。因此本篇报告我们以行星滚柱丝杠为主，滚珠丝杠为辅。我们认为行星滚柱丝杠领域工艺壁垒>设备壁垒>设计壁垒>材料壁垒。行星滚柱丝杠设计难度不算太大，难点在于制造。考虑到特斯拉对供应商扶持力度较大，目前全球已有成熟的制造设备，因此设备不是“有无”的问题，只是“价格高低”的问题。而工艺问题较难用资金实现突破，投资评级领先大市-B维持一年行业表现资料来源：聚源升幅%1M3M12M相对收益-8.9214.613.1绝对收益-10.019.383.32分析师刘荆SAC执业证书编号：S0910520020001liujing1@huajinsc.cn相关报告耐普矿机：业绩超预期，海外市场潜力逐步兑现-耐普矿机2023半年度业绩快报点评2023.7.21工业机器人及工控系统：特斯拉Optimus性能全面升级，“身具智能”引领未来趋势-机器人行业点评2023.5.22通用设备：通用设备机床板块2022年报、2023Q1季报综述-机械行业周报2023.5.7博实股份：22年业绩略低于预期，23年一季度整体经营情况大幅改善，公司订单饱满业绩有望集中兑现-博实股份一季报点评2023.5.4卓然股份：年报业绩符合预期，新订单落地炼化景气周期启动-卓然股份年报点评2023.4.26精工科技：国产碳纤维设备整线龙头，订单饱满业绩腾飞-精工科技深度报告2023.4.24纽威数控：公司业绩符合预期，盈利能力持续增强，海外营收占比提升-纽威数控年报点评2023.4.17 行业深度分析http://www.huajinsc.cn/2/28请务必阅读正文之后的免责条款部分且特斯拉在工艺方面很难提供大的支持，因此对行星滚柱丝杠领域厂商来说，核心是掌握制造工艺。中国厂商短板是工艺和设备，欧洲厂商短板是人力成本、能源价格和产业链稳定性，前者是短期、可解决的，后者是难解决的。根据特斯拉2022年AIDay,我们推测Optimus中共用到14个线性执行器，均采用倒置行星滚柱丝杠。当前行星滚柱丝杠单价约2万元，倒置的工艺更复杂，价值量更高，因此不考虑量产后降本因素，行星滚柱丝杠在单台机器人价值量近30万元。由于工艺复杂，国内行星滚柱丝杠执行器的应用起步不久，主要集中在国外德国LTK、瑞士Rollvis、瑞典SKF等公司，其中Rollvis全球市占率达40%。目前滚柱丝杠的加工还无法实现自动化，扩大产能就必须同时增加必要的生产人员，欧洲高昂的人力成本、俄乌冲突带来的能源危机等问题下，欧洲有色金属协会甚至提出欧洲面临“永久去工业化”的风险，我们认为欧洲厂商很难成为特斯拉长期大批量生产零部件的选择。相关标的恒力液压、秦川机床、鼎智科技、贝斯特、长盛轴承等。风险提示：人形机器人发展进度不及预期风险；人形机器人需求不及预期风险；产能不及预期风险。 行业深度分析http://www.huajinsc.cn/3/28请务必阅读正文之后的免责条款部分内容目录一、行星滚柱丝杠：高难度、高价值，国内起步较晚.........................................................................................5（一）什么是行星滚柱丝杠？......................................................................................................................5（二）生产难度大，磨削工艺精度最高.......................................................................................................7（三）瑞士Rollvis全球市占率40%，国内处于起步阶段..........................................................................11二、行星滚柱丝杠性能优势显著，为Optimus直线关节方案..........................................................................13（一）滚珠丝杠与行星滚柱丝杠结构类似，部分设备工艺通用.................................................................13（二）行星滚柱丝杠核心优势是高承载，高承载带来一系列优势..............................................................16（三）加工精度主要影响寿命，疲劳破坏主要在滚柱................................................................................18（四）Optimus直线关节为反式行星滚柱丝杠，核心优势是小型化..........................................................19三、投资建议....................................................................................................................................................23（一）恒力液压：21年定增布局线性驱动器，兼具滚珠丝杠与行星滚柱丝杠..........................................23（二）秦川机床：滚珠丝杠已量产，行星滚柱丝杠的“卖铲人”..............................................................24（三）鼎智科技：微型行星滚柱丝杆里程碑式达成，线性执行器市占率全球第二.....................................24（四）贝斯特：特斯拉汽车供应商，已布局高精度滚珠丝杠.....................................................................25（五）长盛轴承：特斯拉二级供应商，具备人形机器人滚珠丝杠生产能力...............................................25四、风险提示....................................................................................................................................................26图表目录图1：行星滚柱丝杠示意图.................................................................................................................................5图2：滚珠丝杠示意图........................................................................................................................................5图3：行星滚柱丝杠主要部件..............................................................................................................................6图4：行星滚柱丝杠的电动缸结构示意图............................................................................................................6图5：I-EMA结构................................................................................................................................................7图6：C-EMA结构..............................................................................................................................................7图7：合金结构钢42CrMo...................................................................................