【国金机械】_机器人行业报告合集–20230911

敬请参阅最后一页特别声明 1 更多调研纪要，访问【文八股调研】：https://wenbagu.com 免责申明： 1.本附加与原报告无关; 2.本资料来源互联网公开数据； 3.本资料在“行业研讯社群”和“知识星球行业研讯社”均免费获取； 4.本资料仅限社群内部学习，如需它用请联系版权方 合作与沟通，请联系客服 客服微信客服微信 行业研讯社报告群 1.进群即领福利即时学习资源免费下载； 2.每日分享学习最新8+份精选行业研报； 3.股友咨询，群主免费提供相关行业报告。 微信扫码，长期有效 知识星球行业研讯社 知识星球行业研讯社即时的调研纪要、个股简报、行业简报以及会议音频、研究报告等，免费分享，共股友阅读学习 ，一起成长。每天150-200份，覆盖A股市场。 知识星球投资有道个人思考，板块跟进，机会的交流，重点研报的分享与解读，； 微信扫码加入后无限制搜索下载。 微信扫码，研报全有 更多调研纪要，访问【文八股调研】：https://wenbagu.com 国金机械团队 国金机械团队秉承独立、深度的研究风格，挖掘机器人各细分方向，数篇深度报告涉及机器人框架及核心部件，看好机器人未来大趋势。此外，底部坚定推荐工业母机、科学仪器、通用自动化等。 满在朋，首席分析师。浙江大学工学学士、博士，CPA，CFA。8年机械行业研究经验，曾任职于平安证券、 兴业证券、国元证券，2022年加入国金证券。底部挖掘恒立液压、晶盛机电等十倍股。深度研究工业母机、机器人。 秦亚男，浙江大学工学硕士，华中科技大学工学学士，5年机械行业研究经验，曾任职嘉合基金、国元证券，主要覆盖机器人、通用自动化、工程机械。 李嘉伦，新南威尔士大学金融分析学硕士，曾任职于国元证券，2022年加入国金证券。主要覆盖刀具、机床、锂电设备等。 倪赵义，香港中文大学（深圳）金融工程硕士，法国南锡高等商学院全奖。主要覆盖科学仪器、工程机械、机 器人。 房灵聪，中南财经政法大学金融硕士，江南大学管理学学士，主要覆盖船舶、轨交设备。 目录 核心观点4 机器人轴承：机械设备核心部件，机器人有望打开应用11 机器人电机行业专题研究60 机器人灵巧手的发展历程及未来发展方向探讨85 为什么智能机器人需要力控？107 运动控制器专题：高端装备“大脑”，机器人孕育新空间132 人形机器人减速器行业深度：从人形机器人关节设计看待减速器投资机会172 机器人研究框架：“机器人+”大时代加速来临，产业链“繁荣”可期222 滚动功能部件行业研究：高壁垒、高成长，国产替代又一蓝海市场263 核心观点 AI的发展以及科技巨头的入场，有望加速通用智能机器人的产业化进程。我们从减速机、滚珠/滚柱丝杠、运动控制、传感器、灵巧手、电机等多个维度进行深度研究，发布数篇深度报告，始终引领市场。 轴承为机械设备核心部件，市场空间巨大：轴承为机械传动轴提供支承，为装备性能、功能与效率提供保证，是工业领域重大装备核心部件之一，在航空航天、轨交、高端机床、工程机械等高端制造领域扮演重要角色。根据precedenceresearch数据22年全球市场空间1302亿美元，根据中国轴承工业协会数据22年国内市场空间预计突破2500亿元人民币，市场空间巨大。根据《中国机械工业年鉴2021》数据，21年国内轴承前三大下游应用汽车、家电、电机占比分别为39%/20%/18%。 滚动轴承应用最为广泛，轴承钢材、专用装备、滚子构筑三大核心技术壁垒：轴承主要分为滑动轴承与滚动轴承，其中滚动轴承应用最为广泛。滚动轴承由轴承套圈（内圈/外圈）、滚动体、保持架、密封装置构成，根据承受载荷方向、接触角、滚动体形状不同有较多分类。轴承钢材（高碳铬轴承钢/渗碳轴承钢/不锈轴承钢/高温轴承钢等）、专用装备 （超精密磨床和热处理设备）、滚子（圆锥/圆柱/球面滚子与专用装备）构筑三大核心技术壁垒。 滚动轴承在机器人减速器、电机、丝杠中均有应用前景，未来移动机器人的发展有望显著拉动轴承市场需求： 减速器：预计与工业机器人旋转关节采用的RV减速器/谐波减速器轴承类似，以交叉滚子轴承、等截面薄壁轴承、柔性轴承等为主。单个减速器预计使用轴承种类及数量：1）谐波减速器：用1个交叉滚子轴承和1个柔性轴承；2）行星减速器：输入和输出端使用球轴承，另外3个行星轮各需要使用1个滚针轴承；3）RV减速器：用3*2个滚针轴承、3*2个圆锥轴承和1个角接触轴承。 电机：根据电机配置不同，以深沟球轴承、圆柱滚子轴承、角接触轴承、调心滚子轴承等为主，单个电机采用两个轴承进行组合使用（例如双深沟球轴承、一柱一球轴承等），假设采用简单轴承结构，单个电机使用2个深沟球轴承。 丝杠：预计以深沟球轴承+四点接触轴承为主进行配套使用，单个丝杠采用1个深沟球轴承和1个四点接触轴承。八大家垄断全球市场，国内企业逐步突围取得一定份额，但仍有较大成长空间：根据人本股份招股说明书数据，2020年全球八大家斯凯孚、舍弗勒、NSK企业占据全球市场份额超过70%。国内头部企业例如人本股份已取得一定规模，21年轴承产量突破17.56亿套，收入体量达到91.21亿元。但整体国产化率依旧较低，且国内企业份额较为分散， TOP3的人本股份、万向钱潮、洛阳轴承2020年市场份额分别为10.4%、4%、2.2%，未来仍有较大成长空间。 考虑机器人轴承行业有望打开增量市场，随着人形机器人产业发展有良好成长前景，建议重点关注国机精工、五洲新春、秦川机床、力星股份、长盛轴承。 机器人需求不及预期风险、竞争格局恶化风险。 无框力矩电机：机器人关节电机，国内外厂商性能仍有差距 为什么机器人关节要用无框力矩电机？机器人关节要求电机体积小、扭矩大、响应快。而无框力矩电机仅由转子和定子组成，体积小，同时具有较高的功率，低转速情况下能够输出更大扭矩，更符合人形机器人的需求。 如何看待无框力矩电机的壁垒、竞争格局？（1）壁垒：磁路和工艺设计。海外厂商起步早，工艺技术拥有先发优势，例如科尔摩根采用分布式的分数槽及碳纤维绑扎技术，TQRobodrive采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术。国内企业起步晚，工艺水平和国外相比存在差距。（2）格局：全球龙头为科尔摩根，国内外厂商产品性能仍有差距。科尔摩根是全球无框力矩电机龙头，其电机性能在全球处于第一梯队。国内目前进展较快的公司包括步科股份、航天电器。相比海外龙头，国产无框力矩电机输出扭矩较小，在产品性能方面仍有差距。 空心杯电机：灵巧手动力之源，国产替代空间广阔 为什么机器人灵巧手要用空心杯电机？灵巧手空间狭小，需要配备小型化且控制精度高的电机。空心杯电机属于特殊的伺服电机，采用无铁芯转子结构，消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，具有体积小、控制精度高、寿命长、转速快、能效高、能量密度大等优势，完美契合了灵巧手对驱动电机的轻量化和高精度要求。 如何看待空心杯电机的壁垒、竞争格局？ 壁垒1：线圈绕组设计。（1）线圈成型方式分为卷绕生产和一次成型生产，后者工艺简单、效率高。国内厂商多采用卷绕式生产，生产效率低，废品率高，线圈直径小。（2）线圈绕法分为直绕形、马鞍形和斜绕形，其中斜绕形和马鞍形工艺简单，具有输出力矩大、转动惯量小、时间常数小等优势，国外厂商工艺更加纯熟。 壁垒2：绕线设备。海外厂商Meteor、田中精机等设备先进，基本实现了绕线设备的自动化、智能化。国内设备自动化程度低，尤其是面对较大功率电机的粗线径线圈，在可靠性和绕制精度方面与海外厂商仍有较大差距。格局：海外厂商技术领先，国产替代空间广阔。空心杯电机全球头部企业包括瑞士Maxon、瑞士Portescap和德国Faulhaber三家。国内企业中，鸣志电器技术水平位居全球前列，拓邦股份空心杯电机已实现批量应用；江苏雷利处于小批量验证阶段；伟创电气处于产品内部测试阶段，其余企业技术相对薄弱，国产替代空间广阔。 考虑当前电机市场空间较大，同时国内厂商在无框力矩电机和空心杯电机技术领域仍有较大提升空间，在人形机器人产业链发展催化下，国内厂商有望加速实现国产替代，建议重点关注无框力矩电机领域的步科股份，空心杯电机领域的鸣志电器、拓邦股份、江苏雷利。 本篇报告聚焦机器人灵巧手，主要探讨灵巧手的演变历程、分类方式以及未来有可能的发展方向。 什么是机器人灵巧手？ 综合机器人学和运动学理论，我们认为灵巧手是指数不少于3，自由度不低于9的末端执行器。 从技术角度看，自20世纪70年代以来，多指灵巧手的研究经历了三个阶段：（1）20世纪70年代——20世纪90 年代，灵巧手开始搭载电机、腱绳等驱动器或传动系统部件，可以完成基本的抓持等动作。（2）20世纪90年代 -2010年，受益嵌入式硬件的发展，灵巧手具备更高的系统集成度和更加丰富的感知能力。（3）2010年至今，通过欠驱动等结构设计来简化系统、提高鲁棒性是近十年灵巧手设计的重要方向。 机器人灵巧手有哪些类型？ 根据驱动器位置分为驱动器内置、外置和混合置灵巧手，内置微型驱动器有望成发展方向。（1）驱动器外置具有外观设计拟人化、驱动器选型自由、可以采用更大的驱动电机等优势，但存在驱动器与手本体距离远，须借助腱绳连接、可维护性差等缺点。（2）驱动器内置利于传感器直接测量、利于更换维护，但通信和控制难度大，灵巧手尺寸偏大，关节灵活度下降。（3）驱动器混合置可以提高手指输出力矩、控制体积大小，但仍需借助腱绳传动。因此，在灵巧手内安装微型驱动器，既能保证传感器直接测量，又能减少灵巧手体积，有望成为未来发展方向。 根据驱动器类型分为电机驱动、气压驱动、液压驱动和形状记忆合金驱动，电机驱动是主流。（1）电机驱动具有标准化、稳定可靠、精度高、响应快、驱控一体等优势，是灵巧手主要驱动方式，缺点在于质量体积大、成本高。 （2）气压/液压驱动灵巧手具有输出功率密度大、易于实现远距离控制以及输出力大等优点，但由于气压/液压的控制相对较难导致灵巧手运动过程不平稳，无法进行手指位置的精确控制。（3）形状记忆合金具有驱动速度快、负载能力强等优势，但存在疲劳和寿命问题。 根据传动方式分为腱传动、连杆传动、齿轮/蜗轮蜗杆传动。（1）腱传动对手指关节远距离驱动，可以减小手指的尺寸，具有结构紧凑、研制灵活等优势，缺点在于控制精度不高、抓取力不大，腱绳易磨损。（2）连杆传动易于实现强力抓取、迟滞性较低，传动精确，但传动机构复杂，对零部件的制造精度要求高且拟人性不足。（3）齿轮/蜗轮蜗杆传动较为精密、传递效率高、稳定性好，但存在结构复杂，使灵巧手的惯性增大、自重增大的缺点。 灵巧手未来有哪些发展方向？ 方向1：内置微型驱动器：可以避免因腱绳连接带来的设计难度大的缺点，同时利于传感器直接测量，方便维修。 方向2：多感知能力融合：利于提高灵巧手精细抓取能力和智能化水平，是未来灵巧手发展的另一重要方向。 方向3：多自由度：自由度是灵巧手灵巧性的决定因素，提升自由度是未来灵巧手的又一发展方向。 机器人灵巧手核心零部件包括伺服电机、传感器、减速器、滚珠丝杠等。考虑当前灵巧手零部件市场空间大，且随着人形机器人产业链发展成长前景较好，建议重点关注：空心杯电机领域的鸣志电器、拓邦股份、江苏雷利；传感器领 域的柯力传感、汉威科技；减速器领域的绿的谐波、双环传动；滚珠丝杠领域的秦川机床、恒立液压。 相比于传统机器人的位置控制、速度控制，机器人想要实现与外界交互的柔顺控制，需要将机器人引入力控。根据南京航空航天大学段晋军博士的分析，机器人的柔顺控制可以分为主动柔顺控制、被动柔顺控制，其中主动柔顺控制又可以分为间接力控、直接力控、混合位置/力控。根据我们复盘历史上各类机器人的柔顺力控方式来看，主动柔顺控制具有力控精度高、与外界交互效果好等多个优势，更有望成为未来人形机器人的可行力控方案；比如优必选机器人就采用了主动柔顺控制中的阻抗控制使得机器人具有了柔性和抗性，能够在外力作用下仍然平