行业点评报告：机器人大会人形“关节”多样，电机、轴承确定性高

机械设备 2023年08月28日 ——行业点评报告 投资评级：看好（维持） 孟鹏飞（分析师）mengpengfei@kysec.cn证书编号：S0790522060001 熊亚威（分析师）xiongyawei@kysec.cn证书编号：S0790522080004 人形机器人电机确定性高，关节采用无框力矩电机、灵巧手采用空心杯电机 2023年8月16日，世界人形机器人大会在北京召开，各厂商人形机器人产品百花齐放，“关节”方案多样。其中，关节电机方案确定性较高，多选用无框电机做关节集成，且具有定制需求。灵巧手采用空心杯电机+多级行星减速器，在此基础上集成丝杠、传感器及驱动器后形成微型伺服电缸。 传动方案行星滚柱丝杠最优，降本为关键；其他直线方案得以呈现 行星滚柱丝杠是丝杠中性能最优异也最贵的品类，为目前性能最优的关节方案。由于价格高昂，降本能力将成为行星滚柱丝杠方案能否大量应用的关键。特斯拉采用行星滚柱丝杠的优势主要在于，其申请了采用滚柱丝杠的汽车线控转向专利后，可加速滚柱丝杠量产进程，加快车机协同，实现降本。除行星滚柱丝杠外，其他几种人形机器人腿部传动方案包括滚柱丝杠、连杆、T型丝杠等。其中智元机器人的轮足式结构采用连杆方案，能够在轮式模式和足式模式之间可切换。 相关研究报告 《世界机器人大会召开，国产人形机器 人 发 展 超 预 期—行 业 周 报 》-2023.8.20 力控方案三种方式并存，控制系统“小脑+脑干”是基础方向 （1）力控方面，智元机器人将视觉传感集成进灵巧手指尖，实现末端视觉闭环，可实现精细操作。帕西尼采用多维度大阵列触觉传感器，能够完成抓取薯片、缝合伤口等精细动作。力矩传感一般集成在关节中，机器人自由度越高，对力矩传感的精度、协同性要求就越高；柔性机械臂的力矩传感主要使用SEA方案。（2）控制系统方面，智元的具身智脑EI-Brain架构把控制系统分为云端的超脑和端侧的大脑、小脑，以及脑干几层；大脑提供AI辅助的抽象思维能力，小脑生成运动控制指令，脑干负责电机控制、伺服等硬件底层任务。而对于特斯拉人形机器人来说，由于其本身的软件及算法已经很强，我们认为，后续量产落地的关键主要在于“小脑”及“脑干”级的对应厂商能否配合产品迭代并实现有力降本。 《巨头纷纷入局人形机器人，传感器迎 来 发 展 机 遇 期—行 业 周 报 》-2023.8.13 《智能焊接渗透空间大，国产焊接控制 系 统 率 先 突 破—行 业 周 报 》-2023.8.6 减速器方案行星、谐波皆有应用，轴承环节相对确定 （1）减速器方面，大量国产人形机器人厂商推出一体化关节模组，大多采用“伺服电机+驱动器+谐波减速器/行星减速器+传感器”的方案。而在需要高承载能力的关节，高刚性高精度的行星减速器可能是更好的选择。（2）轴承方面，以特斯拉机器人为例，其旋转/线性关节分别使用到了角接触轴承、交叉滚子轴承、四点接触轴承及深沟球轴承。其中交叉滚子轴承制造难度最大，国内具有大批量供应能力的厂商不足10家。其他三种轴承技术壁垒相对较低，国内供应成熟。 受益标的 本体：博实股份等技术优势突出、享受人形机器人产业政策支持的本体厂商。零部件：按照竞争格局、价值量、受益确定性排序：（1）丝杠与关节轴承：五洲新春;（2）传感器：奥普光电、奥比中光（指尖视觉传感器）、昊志机电;（3）电机：鸣志电器（空心杯电机）、步科股份（无框力矩电机）；（4）行星减速器：中大力德、双环传动；（5）控制器：拓邦股份、雷赛智能。 风险提示：人形机器人落地进度不及预期，机器人硬件及控制方案迭代风险。 目录 1、电机确定性高，关节采用无框力矩电机、灵巧手采用空心杯电机.....................................................................................31.1、关节采用无框力矩电机.................................................................................................................................................31.2、灵巧手采用空心杯电机+多级行星减速器...................................................................................................................32、传动方案行星滚柱丝杠最优，降本为关键；其他直线方案得以呈现.................................................................................53、力控方案三种方式并存，或应用于不同场景.........................................................................................................................63.1、视觉传感：集成进灵巧手指尖，实现末端视觉闭环..................................................................................................63.2、触觉传感：用于手指，多维度大阵列触觉传感器初露头角......................................................................................73.3、力矩传感：关节组成部件，协同控制的核心..............................................................................................................74、控制方案逐步明确，“小脑+脑干”是基础方向.......................................................................................................................85、减速器方案待定，行星或谐波皆有应用.................................................................................................................................96、轴承环节相对确定，核心供应商收益....................................................................................................................................97、受益标的..................................................................................................................................................................................118、风险提示..................................................................................................................................................................................11 图表目录 图1：无框力矩电机只包含转子和定子.......................................................................................................................................3图2：无框电机可应用于协作机器人关节...................................................................................................................................3图3：灵巧手关节紧凑、空间有限...............................................................................................................................................4图4：特斯拉灵巧手集成空心杯电机、多级行星减速器............................................................................................................4图5：空心杯电机结构紧凑...........................................................................................................................................................4图6：微型伺服电缸集成伺服电机、减速器、丝杠、传感器及驱动器....................................................................................4图7：行星滚柱丝杠融合了行星减速器和丝杠的传动原理........................................................................................................5图8：行星滚柱丝杠与滚珠丝杠相比优势明显............................................................................................................................5图9：行星滚柱丝杠也可以应用于新能源车电动缸及换挡系统................................................................................................5图10：特斯拉采用行星滚柱丝杠方案.........................................................................................................................................6图11：智元机器人轮足式结构采用连杆方案..............................................................................................................................6图12：智元机器人灵巧手集成了基于视觉的指尖传感器.