电力设备及新能源行业深度研究报告：人形机器人系列之二，奇点时刻，丝杠崛起

行业研究 证券研究报告 电力设备及新能源2023年09月21日 电力设备及新能源行业深度研究报告 人形机器人系列之二：奇点时刻，丝杠崛起 推荐（维持） 华创证券研究所 证券分析师：黄麟 邮箱：huanglin1@hcyjs.com执业编号：S0360522080001 证券分析师：苏千叶 邮箱：suqianye@hcyjs.com执业编号：S0360523050001 行业基本数据 股票家数(只) 296 占比% 0.04 2022-09-19~2023-09-18 7% -2% -11% 22/09 -21% 22/11 23/0223/0423/0723/09 电力设备及新能源沪深300 相关研究报告 《人形机器人：技术奇点时刻，新一次工业革命的开始》 2023-07-17 丝杠传动是主流的直线传动方式 丝杠传动基本原理：螺杆作为主动旋转体时，螺母会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的旋转运动转化成直线运动。 丝杠的分类：按其摩擦特性可分为三类：滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠，人形机器人中常使用的滚动丝杠又可细分为滚珠和行星滚柱丝杠。 滚珠与行星滚柱丝杠的差异性：行星滚柱丝杠在承载能力、转速、寿命、传动噪音上较滚珠丝杠进一步提升，并能适应更多样的工作环境，缺点是成本高、难以做到高精度、传动效率略低于滚珠丝杠。 滚动丝杠的下游应用：1）传统领域：工业制造业是滚珠丝杠应用的最主要下游行业，市场占比为32%，数控机床是主要应用方向。2）人形机器人领域：特斯拉Optimus直线关节预计采用14个反向式行星滚柱丝杠，其中肘部2个，腕部4个，腿部8个。 丝杠的市场总空间：2030年人形机器人带来的丝杠市场空间有望达到270 总市值(亿元) 51,983.35 5.73 亿元，传统领域市场空间约217亿，总计达到487亿元。预计人形机器人中丝杠价值量占据半壁江山。 流通市值(亿元) 42,887.48 6.14 滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠——运动控制的核心环节 相对指数表现 % 1M 6M 12M 绝对表现 -6.3% -13.2% -20.2% 相对表现 -4.9% -7.3% -15.0% 核心壁垒：1）加工工艺及设备：目前有轧制和磨制两种工艺路径，轧制加工效率高、精度低。磨制效率低、精度高。核心设备是高精度的磨床2）精度：数控机床普遍要求0-1级，人形机器人要求4-5级。人形机器人中丝杠主要作用是驱动而非定位，对精度要求相对较低。3）国产现状： 目前国产丝杠普遍存在精度范围有限，尺寸范围有限，承载能力弱等缺 点；人形机器人对降本要求高，国内成本优势明显，国产空间巨大。 市场空间：传统领域市场空间较小。1）滚珠丝杠：2022年全球市场规模126.41亿，2015-2022年CAGR为6.16%。2）行星滚柱丝杠：2022年全球市场规模为20.59亿元，2019-2022年CAGR为14.83%。 竞争格局：1）滚珠丝杠：生产厂商大部分来自于欧洲和日本，CR5为46%，亚太是主要应用区域，市场份额为49.46%。2）行星滚柱丝杠：竞争格局分散，国内市场份额前三为Rollvis、GSA以及瑞典的斯凯孚，CR3=66%。 国产品牌南京工艺、博特精工占比均为8%。国内企业追赶速度快，专利数量已经成为全球第一，占比约44%。 投资建议：轴承企业有望通过技术迁移切入丝杠生产，传统丝杠企业的产品高端化进程加速，建议关注： 轴承： �洲新春，成功研发RV减速器轴承及谐波减速器柔性轴承，并送样知名机器人减速器企业；车用滚珠丝杆业务拓展顺利，且具备技术迁移能力。长盛轴承，特斯拉二级供应商，产品已用于工业减速器，并积极拓展在人 形机器人中的应用；22年定增项目进一步扩大滚珠丝杠及轴承生产规模。 丝杠： 新剑传动，先发布局机器人传动部件生产，拥有成熟的滚轧技术，具备行星滚柱丝杠批量生产能力。 鼎智科技，线性执行器市占率全球第二，具备滚动丝杠自主设计能力，微型行星滚柱丝杆里程碑式达成。 贝斯特，全面布局高精度滚珠丝杠及滚动导轨，并导入“工业母机”新赛道。目前公司生产的首套滚珠丝杠副、直线导轨副已成功下线。 恒立液压，液压行业龙头企业，依托定增项目横向切入线性驱动器（含电动缸、滚珠丝杆）生产。 秦川机床，机床工具行业的龙头骨干企业，具备高精度螺纹磨床生产能力；依托先进机床，先发布局高精度滚动丝杠及导轨生产，竞争优势显著。 恒而达，切削工具领域头部企业，依托领先切削工艺跨入滚动部件生产，高精度直线导轨已迈入产业化进程，并持续开拓滚珠丝杠等工件生产线。 风险提示：人形机器人发展不及预期；国内丝杠的研发生产进度不及预期；新产品对丝杠产生替代风险。 投资主题 报告亮点 本报告与市场的不同点在于，我们对丝杠的传动优势、下游应用进行了全面的梳理，并在参考了大量学术论文的基础上，对滚珠以及行星滚柱丝杠的产品特性、核心壁垒、市场空间及竞争格局进行了系统性介绍。 投资逻辑 丝杠在直线传动方式中综合对比最优。从传动效率、精度以及使用寿命的角度看，丝杠传动较其他直线传动方式具备比较优势。从丝杠的子类别看，行星滚柱丝杠性能好、成本高，适用于重载领域，滚珠丝杠精度范围更宽、成本更低、市场空间更大。 滚珠丝杠传统市场空间较小，但行业供给缺口有望拓宽企业发展的增量空间。2022年全球滚珠丝杠市场规模126.41亿，2015-2022年CAGR为6.16%，国内滚珠丝杠占全球市场的比例近年来均维持在20%以上。滚珠 丝杠供需缺口近年稳定在400万套以上，由此给滚珠丝杠生产企业带来了较大的市场拓展空间。 行星滚柱丝杠发展方兴未艾，国产替代大有可为。2022年的全球行星滚柱丝杠市场规模为20.59亿元，2019-2022年CAGR为14.83%，目前全球行星滚柱丝杠竞争格局较为分散，国内市场份额CR3为66%。在行星滚柱丝杠的申请专利上，国内企业具备显著的领先优势（325项），且领域 内新兴技术的专利主要由国内机构申请，技术储备较为丰富。 人形机器人开辟丝杠需求第二增长曲线。特斯拉人形机器人Optimus线性关节采用反向式行星滚柱丝杠，其中肘部2个，腕部4个，腿部8个。在人形机器人进入量产阶段后，或将对丝杠需求贡献核心增量，我们预计行业在进入高速发展期后，人形机器人带来的丝杠市场规模于2030年有 望达到270亿元，市场空间或占全球丝杠市场总规模的55%。 目录 一、丝杠传动是主流的直线传动方式7 （一）直线传动方式：带、链、齿轮、液压与丝杠传动7 1、各直线传动方式差异性分析：丝杠传动适用于高端领域7 2、丝杠的定义及分类：滚动、滑动、静压丝杠7 3、滚珠丝杠与行星滚柱丝杠差异性分析10 （二）丝杠在传统行业中的应用10 （三）丝杠在人形机器人中的应用11 （四）丝杠市场总空间测算12 二、滚珠丝杠VS行星滚柱丝杠——运动控制的核心环节14 （一）滚珠丝杠14 1、滚珠丝杠的分类：内循环与外循环14 2、滚珠丝杠的精度分级14 3、滚珠丝杠的加工工艺及设备：磨制及轧制，高精度磨床是核心15 4、滚珠丝杠市场空间及竞争格局：国产替代大有可为16 （二）行星滚柱丝杠17 1、行星滚柱丝杠的分类：标准式、反向式、循环式、差动式、轴承环式17 2、行星滚柱丝杠的精度分级：国内厂商高精度产品待突破19 3、行星滚柱丝杠的核心壁垒：丝杠性能19 4、行星滚柱丝杠市场空间及竞争格局：市场小而美，国产正发力20 三、相关标的分析23 （一）轴承企业有望通过技术迁移切入丝杠生产23 （二）国内丝杠生产企业标的梳理23 1、新剑传动：专精特新小巨人企业，具备行星滚柱丝杠批量化生产线23 2、鼎智科技：微特电机龙头企业，具备自主设计丝杠能力24 3、贝斯特：专注精密零部件研发生产，全面布局高精度滚珠丝杠及滚动导轨25 4、恒立液压：精密加工制造能力出众，横向切入电动缸及滚珠丝杠领域26 5、秦川机床：国内机床业务领先企业，滚珠丝杠制造先发优势显著28 6、恒而达：切削工具领域头部公司，高精度滚动部件产品迈入产业化进程29 四、风险提示30 图表目录 图表1机械传动方式对比7 图表2丝杠的分类及工作原理8 图表3滚珠丝杠结构图8 图表4滑动及滚珠丝杠性能对比9 图表5行星滚柱丝杠结构图9 图表6行星滚柱丝杠实拍图9 图表7滚珠丝杠与行星滚柱丝杠性能对比10 图表8滚珠丝杠全球市场规模占比——按照下游行业分类10 图表9数控机床传动结构图11 图表10特斯拉人形机器人Optimus简介11 图表11特斯拉Optimus直线关节丝杠拆解12 图表12人形机器人中丝杠市场规模测算12 图表13丝杠市场规模结构预测13 图表14滚珠丝杠外循环示意图14 图表15滚珠丝杠内循环示意图14 图表16各种机械的适用国内精度等级15 图表17各种机械适用的国际精度标准15 图表18磨制与轧制（转造）工艺对比16 图表19日本MITSUISEIKI三井精机螺杆蜗杆数控磨床GSE100/200H16 图表20全球滚珠丝杠市场规模（亿元）17 图表21国内滚珠丝杠市场规模（亿元）17 图表22滚珠丝杠市场份额各区域占比17 图表23全球滚珠丝杠竞争格局17 图表24�种行星滚柱丝杠结构特点对比表18 图表25行星滚柱丝杠精度等级对应表19 图表26国内外领先行星滚柱丝杠生产公司产品参数对比19 图表27反转式行星滚柱丝杠示意图20 图表28全球行星滚柱丝杠市场规模（亿元）20 图表29滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商所属国家占比（2022年预测值）21 图表30滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商占比（2022年预测值）21 图表31行星滚柱丝杠专利申请区域占比21 图表32行星滚柱丝杠的专利申请趋势（项）21 图表33行星滚柱丝杠技术分支专利申请情况22 图表34部分机构行星滚柱丝杠的专利申请量（项）22 图表35行星滚柱丝杠关键细分技术专利申请情况22 图表36各轴承企业的丝杠产品布局23 图表37新剑传动丝杠产品23 图表38鼎智科技各线性执行器产品24 图表39鼎智科技营业收入（亿元）及增速25 图表40鼎智科技归母净利润（亿元）及增速25 图表41宇华精机产品和应用领域25 图表42贝斯特营业收入（亿元）及增速26 图表43贝斯特归母净利润（亿元）及增速26 图表44恒立液压主要产品26 图表45恒立液压营业收入（亿元）及增速27 图表46恒立液压归母净利润（亿元）及增速27 图表47秦川机床主要产品28 图表48秦川机床营业收入（亿元）及增速29 图表49秦川机床归母净利润（亿元）及增速29 图表50公司主要产品介绍29 图表51恒而达营业收入（亿元）及增速30 图表52恒而达归母净利润（亿元）及增速30 一、丝杠传动是主流的直线传动方式 （一）直线传动方式：带、链、齿轮、液压与丝杠传动 1、各直线传动方式差异性分析：丝杠传动适用于高端领域 传统的机械传动方式包含带传动、链传动、齿轮传动、液压传动和丝杠传动。目前丝杠已经广泛应用于电动缸、小版面数控切割机及数控机床等工业领域。 带传动：结构简单且成本低廉，但其传动效率较低且寿命较短； 链传动：传动比的准确性高，能适配各样的工作环境，但由于链长等问题，平稳性 较差，振动以及噪声较大； 齿轮传动：传动比准确且传动效率高，但由于其依靠齿轮间的啮合实现传动，因此对每个齿轮的精度要求均较高，不适宜轴间距离大的传动； 液压传动：输出功率、传动结构、响应速度、操纵便利度上均具备比较优势，被应用于波士顿动力的Altas中。但因其在传动中使用油液，导致无法实现稳定的传动比，与此同时，油液在流动过程中存在泄露风险，也会影响传动效率，由此带来的后期维修保养成本较高； 丝杠传动：子类别较多，其中滚珠丝杠的传动效率、精度以及使用寿命均较优，由于其利用的是滚珠的内循环/外循环实现的传动，因此精度的影响因素源于丝杆凹槽部位的螺距大小，与此同时，其主要零部