机械设备行业周报人形机器人丝杠走向量产，国产丝杠领跑全球

机械设备 2024年12月22日 投资评级：看好（维持） 人形机器人丝杠走向量产，国产丝杠领跑全球 ——行业周报 孟鹏飞（分析师）罗悦（分析师） 行业走势图 mengpengfei@kysec.cn 证书编号：S0790522060001 luoyue@kysec.cn 证书编号：S0790524090001 36% 24% 12% 0% -12% -24% -36% 机械设备沪深300 丝杠：人形机器人价值量最高的核心硬件 自2022年特斯拉首次在人形机器人关节模组引入行星滚柱丝杠，丝杠已经成为人形机器人价值量占比最高的关键硬件。特斯拉机器人历次迭代最大的边际变化就是丝杠用量持续增加。除线性关节外，灵巧手也使用微型滚珠或者滚柱丝杠；成本占到机器人整体约20%，我们按照人形机器人量产百万台测算，仅特斯拉带来的机器人丝杠市场有望从现在的数亿元扩容至252亿元。我们认为，类比特斯 拉在星舰项目中的模式，未来同样会将机器人平台开源，进一步推动供应链量产 2023-122024-042024-08 数据来源：聚源 相关研究报告 《机器狗为首发经济重要分支，民用市场大有可为—行业周报》 -2024.12.15 《大国科技博弈持续，设备及零部件为自主可控基石—行业点评报告》 -2024.12.10 《军工有望成为机器人优先落地场景，四足机器狗领衔—行业周报》 -2024.12.8 降本，同时其他人形机器人企业也会以特斯拉的路线和供应链为导向。目前国内近百家人形机器人企业中，使用丝杠方案仅为个位数，未来渗透率有望大幅提升，丝杠的市场空间进一步打开。 人形机器人丝杠需要达到C5级精度，规模化量产壁垒高精度为丝杠的核心技术难点，直接决定了性能及应用领域。根据JIS标准，丝杠的精度等级从C0到C10，其中C0为最高精度，代表丝杠在任意300mm长度内的误差最大为3.5微米。综合人形机器人算法、传感能力及降本维度考虑，我们预计人形机器人丝杠精度需达到C5级。C5精度在丝杠领域属于中高端产品，要求理解电机（需与电机输出功率匹配）输出，同时对材料的理解、内螺纹加工、热处理、车铣加工、螺纹加工、磨制和组装、生产设备定制、刀具管理、检测能力、专业技术人员等都提出了很高的要求。从样品试制、小批量生产、大规模制造交付是三道门槛。 国内丝杠企业具备量产优势，首个大规模量产项目走向落地 此前行星滚柱丝杠在全球范围内应用有限，具备规模化量产能力的企业极少。国内厂商积极拥抱人形机器人，加大研发、工艺投入和积极做量产准备，相比国外厂商有望更快实现落地。12月18日，杭州新剑传动年产100万台人形机器人及汽车行星滚柱丝杠产业化项目开工，成为全球第一家公布大规模量产的企业。国内丝杠企业具备量产优势，三类具备丝杠底层技术的企业包括：（1）长期深耕丝杠行业的企业：南京化纤（南京工艺）、新剑传动等；（2）精密磨具、精密部件等技术同源性的企业：震裕科技、五洲新春、贝斯特、双林股份等；（3）其他具备精密加工能力的企业：恒立液压。 投资建议 受益标的：（1）丝杠：五洲新春、震裕科技、南京化纤、双林股份（2）丝杠设备和刀具：浙海德曼、集智股份、秦川机床、恒锋工具、华锐精密。 风险提示：宏观经济波动风险；机器人量产不及预期；供应链发展不及预期。 行业研究 行业周报 开源证券 证券研究报 告 内容目录 1、丝杠：人形机器人价值量最高的核心硬件3 1.1、丝杠为人形机器人价值量最高的核心部件3 1.2、国产机器人丝杠渗透率提升空间大，丝杠市场有望进一步打开4 1.3、规模化量产壁垒高精度为丝杠的核心技术难点5 2、人形机器人丝杠重大量产项目落地，国内供应链有望领跑全球7 2.1、国内丝杠企业具备量产优势，首个大规模量产项目走向落地7 2.2、三类具备丝杠底层技术的企业8 3、投资建议8 4、风险提示9 图表目录 图1：行星滚柱丝杠由螺母、丝杠和滚柱组成3 图2：丝杠应用于人形机器人的线性执行器中3 图3：特斯拉Gen1灵巧手采用“腱绳+蜗轮蜗杆”的传动方案4 图4：特斯拉Gen3灵巧手应采用“腱绳+丝杠”的传动方案4 图5：行星滚柱丝杠以及滚珠丝杠的主要生产流程7 图6：新剑传动年产100万台人形机器人及汽车行星滚柱丝杠产业化项目8 表1：丝杠具有高承载力、高精度和刚性等突出优势5 表2：JIS丝杠精度等级划分标准（丝杠在任意300mm长度内的最大误差）6 表3：C5精度丝杠属于中高端产品，精度要求较高6 1、丝杠：人形机器人价值量最高的核心硬件 1.1、丝杠为人形机器人价值量最高的核心部件 丝杠是人形机器人非常重要的部件，成本占到机器人整体约20%，为价值量最高的核心部件。丝杠是将旋转运动转化为直线运动的部件，特斯拉机器人线性关节应用行星滚柱丝杠，灵巧手应用微型滚珠丝杠。根据大规模量产后人形机器人成本2 万美金，按照行星滚柱丝杠单价1000元，单机用量18根，微型滚珠丝杠单价300元，单机用量24根，丝杠ASP达2.5万元，占到人形机器人BOM成本约20%，是人形机器人价值量最高的核心部件。 图1：行星滚柱丝杠由螺母、丝杠和滚柱组成图2：丝杠应用于人形机器人的线性执行器中 资料来源：郑伟《精密行星滚柱丝杠副工艺制造与传动性能研究资料来源：新剑传动 我们按照人形机器人量产百万台测算，仅特斯拉带来的机器人丝杠市场有望从扩容至252亿元。我们按照人形机器人量产百万台时，单台机器人行星滚柱丝杠数 量18根、单价1000元，微型滚珠丝杠数量24根、单价300元，机器人丝杠市场有 望扩容至252亿元，其中行星滚柱丝杠市场扩容180亿元，微型滚珠丝杠市场扩容 72亿元。 特斯拉机器人迭代，最大的边际变化是丝杠用量持续增加。特斯拉机器人历次迭代最大的边际变化就是丝杠用量持续增加。除线性关节外，灵巧手也使用微型滚珠或者滚柱丝杠。 图3：特斯拉Gen1灵巧手采用“腱绳+蜗轮蜗杆”的传动方案 图4：特斯拉Gen3灵巧手应采用“腱绳+丝杠”的传动方案 资料来源：特斯拉、开源证券研究所资料来源：特斯拉、开源证券研究所 1.2、国产机器人丝杠渗透率提升空间大，丝杠市场有望进一步打开 此前丝杠的主要痛点在于成本高、有量产能力的供应商少、配套控制算法不成熟等，限制在丝杠在机器人领域的应用。早期丝杠的制造成本较高，生产精密的丝杠和配套部件需要大量投入，有量产能力的供应商少，高成本成为应用障碍。此外，过去丝杠产品普遍较重，占据较大空间，限制了人形机器人在高机动性和灵活性的应用。在早期人形机器人算法不够完善背景下，精确控制丝杠的动作、避免误差积累也成为一大挑战。以上因素限制了丝杠在人形机器人领域的应用。 丝杠具有高承载力、高精度和刚性等突出优势，特斯拉率先采用丝杠方案，并推动工艺优化及供应链量产降本，推动了产业链对丝杠方案的认可。丝杠具有强大的承载力、优异的精度保持性和刚性等优势，能够提供较大的推力和高负载能力， 适应人形机器人执行复杂任务时对精细控制和稳定性的需求。特斯拉通过工艺优化，解决了传统方案中精度控制和重量问题，并且通过与供应商合作推动丝杠量产，大幅降低生产成本。随着特斯拉成功应用丝杠方案，人形机器人逐渐展现出丝杠的独特优势，推动了产业链对丝杠方案的广泛认可。 优势描述 表1：丝杠具有高承载力、高精度和刚性等突出优势 强承载力高精度控制刚性保持性高传动效率 自锁特性 节能 丝杠能够提供较大的推力和扭矩，适应高负载任务，特别是在复杂的机器人动作中能够保持稳定性。 丝杠系统具有非常高的定位精度，适合执行精密任务，能够确保机器人在长时间运行中的精度保持。丝杠结构刚性较强，能够避免系统变形或松动，提供更为稳定的运动和负载支持。 与其他传动系统相比，丝杠具有较高的传动效率，减少能量损耗，提升整体系统的效率。 丝杠具备自锁功能，能够在没有外部动力的情况下保持当前状态，有助于减少能耗，适用于静态姿势保持。 由于自锁特性，丝杠在静止时无需持续消耗能量进行支撑，能效比其他传动方式更优。 资料来源：金属加工公众号、开源证券研究所 我们认为，类比特斯拉在星舰项目中的模式，未来同样会将机器人平台开源，进一步推动供应链量产降本，同时其他人形机器人企业也会以特斯拉的路线和供应链为导向。目前国内近百家人形机器人企业中，使用丝杠方案仅为个位数，未来渗透率有望大幅提升，丝杠的市场空间进一步打开。 1.3、规模化量产壁垒高精度为丝杠的核心技术难点 精度代表了丝杠的核心技术难点。丝杠精度指丝杠传动的移动距离与理想移动距离之间的偏差，偏差越小则精度越高。丝杠精度的要求非常高，主要体现在以下三个方面： （1）旋转一周的运行精度：指的是丝杠旋转一圈时，实际移动的距离与理想值之间的误差。 （2）整根丝杠的运行精度：指的是整根丝杠在运动过程中的精度，通常涉及到丝杠的整体几何误差和负载分布。 （3）任意300mm的运行精度：指的是在丝杠的任意300mm长度范围内，丝杠的精度。通常，精度等级是根据这一段距离内的误差来衡量的。 在国际上，丝杠精度标准之一为JIS标准（日本、韩国和中国台湾等地广泛使用）。根据JIS标准，丝杠的精度等级从C0到C10不等。精度等级为C0时，丝杠在任意300mm长度内的误差最大为3.5微米；精度等级为C10时，误差最大为210微米。 精度等级C0 C1 C2 C3 C5 C7 C10 精度(E300) 3.5 5 7 8 18 50 210 表2：JIS丝杠精度等级划分标准（丝杠在任意300mm长度内的最大误差） (um) 资料来源：开源证券研究所 丝杠精度直接决定了性能及应用领域。从下游应用来看，普通机械设备通常采用C7和C10级丝杠精度；而在工业机器人领域，一般的机械臂使用C5至C7级精度，精密机械臂则需要C1至C4级精度；航空制造设备、精密投影仪和三坐标测量 设备等通常使用C3级精度；对于工业母机，特别是用于加工设备的高精密磨床和车床，对丝杠的精度要求较高，通常需要C0级精度。综上所述，非标设计中常用的滚珠丝杠精度等级为C7，而对精度要求更高的应用，C5级精度通常已足够满足需求。 综合人形机器人算法、传感能力及降本维度考虑，我们预计人形机器人丝杠精度需 达到C5级。 表3：C5精度丝杠属于中高端产品，精度要求较高 丝杠 所属类别 国内供应情况 梯形丝杠和C7-C10级滚珠丝杠 中低端丝杠 国内成熟供货。制造难度低、低价竞争激烈。 C3-C5级滚珠丝杠、C3-C5级行星滚柱丝杠 中高端丝杠 国内可供货。制造难度更大，价值量更高。 C0-C3级滚珠丝杠、C0-C3级行星滚柱丝杠高端丝杠资料来源：金属加工微信公众号、米思米中国公众号、开源证券研究所 国内极少数厂商可供货。制造难度最大、产 品价值量最高。 C5精度在丝杠领域属于中高端产品，要求理解电机（需与电机输出功率匹配）输出，同时对材料的理解、内螺纹加工、热处理、车铣加工、螺纹加工、磨制和组装、生产设备定制、刀具管理、检测能力、专业技术人员等都提出了很高的要求。从样品试制、小批量生产、大规模制造交付是三道门槛。 丝杠在生产过程中涉及多个复杂环节，包括设计、材料选择、加工工艺、设备管理等，尤其在人形机器人产业链中，丝杠技术是一个高壁垒的核心环节。 （1）设计与匹配：高精度丝杠设计需要与电机输出功率、负载要求等匹配，要求较强的技术能力。 （2）制造工艺：内螺纹加工是丝杠生产中的主要难点，目前主要依赖磨削工艺，虽然可以满足精度要求，但加工效率较低。此外，热处理工艺的差异是丝杠性能差距的一个重要原因。 （3）生产设备：丝杠生产需要精密设备，如车床、铣床、磨床和热处理设备等，其中螺纹磨床是核心设备，国内设备多依赖进口，扩产周期较长，短期无法迅速扩产。 （4）原材料：国产丝杠原材料与国外相比仍存在差距，主要与成本构成和加工 工艺密切相关，原材料的性能提升需要生产企业积累。 （5）专业技术人员：高精度丝杠需要高级技师操作精密设备