人形机器人系列专题之丝杠：壁垒精密机械件，国产替代空间广阔

证券研究报告|2024年12月04日 核心观点行业研究·行业专题 车端和机器人部分零部件生产、制造等环节共通性高，带来汽车零部件公司产业升级机遇。部分机器人零部件与汽零在材料、工艺、设备及成本管控等维度具一定相通性，具备相似的底层制造逻辑，带来相关零部件（电机、减速器、丝杠等）产业升级机遇（车→机器人）；后续在特斯拉等大厂引领、软硬件技术迭代、相关政策支持的三重催化下，人形机器人发展有望提速，2025年有望成为量产元年，带来相关产业链投资机遇。 丝杠是人形机器人中旋转运动转直线运动的核心部件。丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的机械部件，主流丝杠方案包括梯形、滚珠、行星滚柱等，行星滚柱丝杠虽制造成本较高，但具传动效率高、精度高、寿命长、负载能力强等优势，其中反向式滚柱丝杠一体化、小型化程度高，便于集成为机电集成装置，有望成为特斯拉Optimus机器人关节的方案选择（预估量产后单台机器人关节行星滚柱丝杠价值量占比约15%-25%左右）。 精度与效率的权衡，行星滚柱丝杠加工工艺和设备的壁垒较为明显。丝杠性能的背后是极高的工艺要求和设备壁垒，如何在保持精度的同时提高效率，是降低成本、打开空间的重要基础；行星滚柱丝杠壁垒：1）设备方面，丝杠高精度特性对设备要求高，目前高端加工设备依赖进口，但海外高端磨床成本高且采购周期长；2）工艺方面，螺纹精度要求高，加工存在轧磨车铣等方案；螺母内螺纹加工系壁垒之核心，需利用磨杆带动砂轮伸入有限直径的螺母进行磨削，难度极大；同时热处理环节也需深厚的技术和经验积累；3）一致性批量生产：人形机器人远期需求有望达百万台，对供应链的批量生产和一致性保持能力同样提出较高要求。 人形机器人打开成长空间，国产玩家依托自身优势布局。外资品牌舍弗勒基于长期技术积累和产业整合等方式主导高端丝杠市场；国内产品在精度、可靠性等指标较外资仍有提升空间；但部分国内玩家也逐步基于自身的能力禀赋（如基于工业母机、车用丝杠等的工艺和设备储备）切入人形机器人丝杠产业布局，国产滚柱丝杠正逐渐被高端应用领域认可和采用；测算中性情形下，中期全球人形机器人关节用行星滚柱丝杠市场空间约150-200亿元。 风险提示：行业进展和技术迭代不及预期、供应商订单不确定性的风险。 投资建议：关注人形机器人进展带来的投资机遇。看好在技术升级迭代下人形机器人发展，看好机器人量产后带来的潜在供应链零部件的需求和投资机会，推荐人形机器人潜在总成供应商三花智控、拓普集团，在相关零部件领域有较深度布局的公司北特科技、贝斯特、双林股份、斯菱股份等。 重点公司盈利预测及投资评级 公司 公司 投资 昨收盘 总市值 EPS PE 代码 名称 评级 （元） （亿元） 2024E 2025E 2024E 2025E 601689.SH 拓普集团 优于大市 52.30 882 1.75 2.30 30 23 002050.SZ 三花智控 优于大市 23.20 866 0.90 1.09 26 21 603009.SH 北特科技 优于大市 39.12 132 0.22 0.32 175 121 300580.SZ 贝斯特 优于大市 20.58 103 0.63 0.78 33 26 300100.SZ 双林股份 优于大市 21.66 87 1.09 1.01 20 21 301550.SZ 斯菱股份 优于大市 62.69 69 1.78 2.10 35 30 资料来源：Wind、国信证券经济研究所预测 汽车 优于大市·维持 证券分析师：唐旭霞证券分析师：孙树林0755-819818140755-81982598 tangxx@guosen.com.cnsunshulin@guosen.com.cnS0980519080002S0980524070005 市场走势 资料来源：Wind、国信证券经济研究所整理 相关研究报告 《汽车行业周报（24年第47周）-鸿蒙智行尊界即将亮相，中欧电车关税或将缓和》——2024-11-25 《汽车行业年度投资策略-把握汽车出海及智能化产业升级机遇》——2024-11-22 《汽车行业周报（24年第43周）-大选落地特斯拉产业链或迎利好，关注广州车展新车亮相》——2024-11-12 《汽车行业2024年11月投资策略暨三季报总结：三季度行业盈 利能力略降，关注广州车展》——2024-11-11 《特斯拉专题研究系列三十二-车端盈利环比提升，新品周期蓄势待发》——2024-10-25 人形机器人系列专题之丝杠 高壁垒精密机械件，国产替代空间广阔 优于大市 请务必阅读正文之后的免责声明及其项下所有内容 内容目录 前言：机器人与车端供应链高度重合度，带来产业升级机遇7 机器人与车端供应链高度重合7 2025年有望成为量产元年，带来零部件投资新机会10 精密丝杠：人形机器人线性关节核心零部件11 梯形丝杠：结构简单，一次完成工艺效率高15 滚珠丝杠：精密传动元件，滚动摩擦代替滑动摩擦16 行星滚柱丝杠：精度和承载力高，当下机器人关节主流方案18 壁垒分析：壁垒高筑，制造设备与工艺技术Knowhow为核21 工艺：螺纹加工工艺复杂，技术路径尚未收敛，壁垒深厚22 热处理：工艺复杂、种类繁多，温度把控等多维度要求高30 设备：尖端设备受制于海外厂商，进口价格高昂31 市场分析：外资品牌主导高端市场，国产替代+人形机器人催生成长机遇35 格局：外资品牌先发优势明显，国产品牌处于追赶阶段35 国产：机加工工艺和设备的共通性驱动零部件厂商积极入局37 空间：人形机器人有望催生丝杠全新增量空间39 投资建议：关注具工艺禀赋、设备储备的厂商41 拓普集团41 三花智控42 北特科技44 贝斯特49 双林股份56 斯菱股份63 风险提示71 图表目录 图1：特斯拉人形机器人产品进展7 图2：特斯拉车端VS人形机器人9 图3：汽车与人形机器人的线控制动核心部件拆解9 图4：特斯拉人形机器人零部件价量拆分10 图5：特斯拉人形机器人量产和应用场景探讨10 图6：丝杠基本功能原理11 图7：精密丝杠主要类型12 图8：行星滚柱丝杠应用领域12 图9：行星滚柱丝杠及相关构造拆解13 图10：丝杠导程与螺距关系13 图11：滚珠丝杠的核心结构参数13 图12：梯形丝杠示意图16 图13：梯形丝杠结构简单16 图14：滚珠丝杠结构16 图15：滚珠与滚道接触图16 图16：滚珠与滚道面的小接触点提高传动效率17 图17：螺母轴向载荷由滚珠的接触载荷轴向分量之和平衡17 图18：内循环式与外循环式滚珠丝杠18 图19：行星滚柱丝杠内部结构示意图18 图20：行星滚柱丝杠零部件18 图21：行星滚柱丝杠接触点比滚珠丝杠多19 图22：行星滚柱丝杠寿命比滚珠丝杠高19 图23：滚珠丝杠应力与负载集中在滚珠接触点19 图24：行星滚柱丝杠多个滚柱共同承受载荷19 图25：行星滚柱丝杠类型特点及应用领域20 图26：行星滚柱丝杠与加工制造相关的误差来源22 图27：滚柱一次滚压成形原理23 图28：轧辊及其局部图23 图29：热轧示意图24 图30：冷轧示意图24 图31：轧制丝杠生产率高24 图32：轧制滚柱齿形的应力较为集中24 图33：螺纹车削加工原理图25 图34：砂轮磨削加工外螺纹螺旋面27 图35：砂轮磨削加工螺母内螺纹27 图36：滚珠丝杠的磨削加工工艺流程27 图37：行星滚柱丝杠的磨削加工工艺流程27 图38：旋风硬铣削加工原理图29 图39：旋风铣五大加工运动29 图40：外螺纹旋铣系统29 图41：内螺纹铣削示意图29 图42：丝杠热处理工艺流程30 图43：丝杠热处理工艺曲线31 图44：机床进口数量与均价情况32 图45：热处理设备32 图46：金属加工机床分类33 图47：我国进口与出口磨床均价情况（单位：万美元/台）33 图48：我国进出口铣床均价情况（单位：万美元/台）35 图49：我国进出口铣刀均价情况（单位：美元/千克）35 图50：滚珠丝杠和行星滚柱丝杠发展历程36 图51：2022年国内中高端滚珠丝杠市场格局情况37 图52：2022年国内行星滚柱丝杠市场格局情况37 图53：滚珠丝杠应用领域39 图54：特斯拉Optimus关节展示39 图55：特斯拉关节分布39 图56：特斯拉Optimus机器人丝杠方案40 图57：拓普集团产品拓展图谱42 图58：三花汽零主要产品布局43 图59：北特科技历史沿革44 图60：北特科技股权结构图及控股公司情况44 图61：北特科技主要产品布局45 图62：北特科技营业收入及同比45 图63：北特科技归母净利润及同比45 图64：北特科技毛利率及净利率46 图65：北特科技期间费用率46 图66：贝斯特历史沿革49 图67：贝斯特股权结构图50 图68：贝斯特产业布局51 图69：贝斯特营收结构（亿元）51 图70：贝斯特营业收入及同比51 图71：贝斯特归母净利润及同比51 图72：贝斯特毛利率及净利率52 图73：贝斯特期间费用率52 图74：双林股份历史沿革56 图75：双林股份股权结构56 图76：双林股份产品体系57 图77：双林股份业务结构贡献情况（亿元）57 图78：双林股份业务结构贡献百分比情况（亿元）57 图79：公司核心业务座椅水平驱动器58 图80：双林股份国内与出口业务贡献百分比情况58 图81：双林股份部分客户矩阵58 图82：双林股份营业收入（亿元）及同比59 图83：双林股份归母净利润（亿元）及同比59 图84：双林股份毛利率及净利率59 图85：双林股份期间费用率59 图86：斯菱股份历史沿革64 图87：斯菱股份产品矩阵64 图88：斯菱股份股权架构65 图89：公司海内外营收情况（万元）65 图90：公司收入结构占比65 图91：斯菱股份营业收入及同比66 图92：斯菱股份归母净利润及同比66 图93：斯菱股份毛利率及净利率66 图94：斯菱股份期间费用率66 表1：大厂入局带来人形机器人进步发展8 表2：机器人与智能汽车的零部件具有一定相通性8 表3：丝杠关键技术指标、含义及影响因素13 表4：丝杠精度等级及部分应用领域要求14 表5：三种丝杠的核心参数对比及优缺点梳理15 表6：行星滚柱丝杠不同部位热处理方法21 表7：丝杠加工工艺对比22 表8：硬车削加工工艺情况25 表9：丝杆磨削加工工艺流程较长26 表10：行星滚柱丝杠不同零部件加工参数及工艺细节28 表11：秦川机床募投项目车、铣、磨床部分设备价格情况33 表12：国内磨床部分玩家相关信息梳理34 表13：国内外行星滚柱丝杠产品对比36 表14：国内丝杠主要玩家相关信息梳理（单位：亿元）37 表15：全球人形机器人关节用行星滚柱丝杠市场空间测算40 表16：北特科技业绩拆分（亿元）47 表17：未来3年盈利预测表(单位：百万元）47 表18：情景分析（乐观、中性、悲观）48 表19：可比公司估值49 表20：贝斯特核心管理层情况49 表21：贝斯特业绩拆分（亿元）53 表22：未来3年盈利预测表(单位：百万元）53 表23：情景分析（乐观、中性、悲观）54 表24：公司盈利预测假设条件（%）54 表25：资本成本假设54 表26：贝斯特FCFF估值55 表27：绝对估值相对折现率和永续增长率的敏感性分析（元）55 表28：可比公司估值56 表29：双林股份业绩拆分（亿元）60 表30：未来3年盈利预测表(单位：百万元）61 表31：情景分析（乐观、中性、悲观）61 表32：公司盈利预测假设条件（%）62 表33：资本成本假设62 表34：双林股份FCFF估值62 表35：绝对估值相对折现率和永续增长率的敏感性分析（元）62 表36：可比公司估值63 表37：公司主要行业内知名客户情况65 表38：斯菱股份业绩拆分（亿元）67 表39：未来3年盈利预测表(单位：百万元）68 表40：情景分析（乐观、中性、悲观）68 表41：公司盈利预测假设条件（%）6