工業(yè)機器人 2023-12-01 17:02 發(fā)表于北京
一、人形機器人拆分及價值量分布
1、人形機器人拆解
2021 年 8 月第一屆特斯拉 AI Day 上,特斯拉發(fā)布了首款人形機器人“擎天柱” (Optimus)的概念圖,該人形機器人身高 5 英尺 8 英寸,重 125 磅,具有 45 磅 的承載能力和 150 磅的硬拉能力,其控制將通過類似于電動汽車智能算法進行。2022 年 2 月推出原型機,在 2022 年 9 月 30 日 AI Day 亮相接近于完整體的新 一代人形機器人,2023 年 7 月亮相世界人工智能大會。
特斯拉發(fā)布的最新一代 Optimus 在身體機械部分有 28 個關(guān)節(jié)(14 個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器 +14 個線性執(zhí)行器),2 個靈巧手共有 12 個關(guān)節(jié)(6 個執(zhí)行器*2)。特斯拉人形機器 人的靈巧手在設(shè)計中模仿了人手,擁有自適應(yīng)抓取能力。手部結(jié)構(gòu)為五指多關(guān)節(jié), 拇指采用雙電機驅(qū)動彎曲和側(cè)擺,其它四指各一個電機。共計 6 個執(zhí)行器、11 個自由度,負荷 20 磅,能夠自適應(yīng)抓取角度,具備工具使用能力、小物件精準(zhǔn) 抓握能力。特斯拉人形機器人全身的 28 個執(zhí)行器分布在肩部(6 個)、肘部(2 個)、 腕部(6 個)、軀干(2 個)、髖部(6 個)、膝部(2 個)、踝部(4 個)。
特斯拉 Optimus 的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)方案:無框電機+諧波減速器+扭矩傳感器+位置傳感 器+軸承(角接觸球軸承+交叉圓柱滾子軸承)+編碼器。特斯拉同步展示了其執(zhí)行 器產(chǎn)品組合,包含了 3 個不同扭矩的旋轉(zhuǎn)減速器,分別為 20Nm/110Nm/180Nm。全身分布:肩部 6 個,腕部 2 個,髖部 4 個,軀干 2 個。
特斯拉 Optimus 的線性關(guān)節(jié)方案:無框電機+行星滾柱絲杠+力矩傳感器+位置傳 感器+軸承。特斯拉同步展示了其執(zhí)行器產(chǎn)品組合,包含了 3 個不同力矩的線性 執(zhí)行器,力矩分別為 500N/3900N/8000N。全身分布:肘部 2 個,腕部 4 個,髖 部 2 個,膝部 2 個,踝部 4 個。
2、人形機器人主要部分價值量分布
參考特斯拉 Optimus,人形機器人價值量主要分布在 FSD 系統(tǒng)、AI 芯片、執(zhí)行 器、靈巧手肢體骨骼這幾個部分:FSD/AI 芯片:特斯拉核心競爭力,單機價值量約為 50000 元,成本占比約為 26.5%;旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器:總成產(chǎn)品,將由第三方供應(yīng),包含諧波減速器(或者類諧波的新型 減速器)、無框力矩電機、力矩傳感器、編碼器、軸承等主要部分,成本占比約 為 23%;線性執(zhí)行器:總成產(chǎn)品,將由第三方供應(yīng),包含行星滾柱絲杠、無框力矩電機、 力矩傳感器、編碼器、軸承等主要部分,成本占比約為 28%;靈巧手:包含空心杯電機、行星齒輪箱、傳感器、滾珠絲杠等,成本占比約為 7%;肢體骨骼:力學(xué)結(jié)構(gòu)件,成本占比約為 13%。第三方供應(yīng)的非總成零部件中,無框力矩電機(14.84%)、行星滾柱絲杠 (14.84%)、諧波減速器(7.42%)、力矩傳感器(7.42%)、編碼器(4.45%)、 空心杯電機(3.82%)占比較大。
1、減速器:技術(shù)壁壘較高,國產(chǎn)替代加速
機器人減速器主要分為 RV 減速器和諧波減速器兩類。諧波減速器具有單級傳動 比大、體積小、質(zhì)量小、運動精度高等優(yōu)點,并且能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工 況下正常工作,更適用于輕負載精密減速領(lǐng)域,如人形機器人等。相比諧波減速 器,RV 減速器具有傳動比范圍大、精度較為穩(wěn)定、疲勞強度較高等優(yōu)勢,還有 著更高的剛性和扭矩承載能力,主要適用于機器人大臂、機座等重負載部位。
諧波減速器的難點主要在于齒形設(shè)計、材料、加工設(shè)備、工藝和一致性。技術(shù)難 點具體包括:齒形設(shè)計:由于諧波減速器的傳動原理為兩個齒輪之間的嚙合運動, 且柔輪不斷發(fā)生形變,因此齒輪的高度、寬度、形狀等設(shè)計對減速性能有較大影 響。材料:柔輪不斷形變傳遞力矩,對材料的一致性、載荷、精度、疲勞壽命都 有較大挑戰(zhàn),普通的金屬和合金難以達到要求。加工設(shè)備:柔輪很薄,厚度約 100μm,加工和切割要求高,高精度數(shù)控磨床、滾齒機均需要進口,而日本高精 度機床對我國有限制。加工工藝:柔輪的加工和切割要求高,有一些過程仍然依 賴于員工的經(jīng)驗積累。一致性:在規(guī)?;慨a(chǎn)情況下,降低次品率,保持產(chǎn)品的 一致性水平有很大難度。RV 減速器相比諧波減速器結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,對加工精度和工藝要求更為嚴(yán)苛。其 技術(shù)難點具體為:加工精度:結(jié)構(gòu)復(fù)雜,實際工況中 RV 減速器需要反復(fù)精確定 位,相當(dāng)于不斷啟動和剎車,保持精度不衰減,如果精度低將會造成產(chǎn)品的磨損。加工工藝:各項工藝的密切配合,包括齒面熱處理、加工精度、零件對稱性、成 組技術(shù)、裝配精度,這些工藝總裝公差將會造成產(chǎn)品的磨損和壽命。一致性:作 為精密零部件,單個產(chǎn)品達到較高性能難度不高,但規(guī)?;慨a(chǎn)的產(chǎn)品均達到標(biāo) 準(zhǔn)性能是極大挑戰(zhàn)。
減速器進口壟斷格局有望打破,國產(chǎn)替代進行時。全球機器人減速器市場高度集 中,日本廠商占據(jù)大部分市場份額,2021 年納博特斯克占據(jù)中國 RV 減速器 53% 市場份額,哈默納科占據(jù)中國諧波減速器 35.5%市場份額。但目前中國已將突破 機器人關(guān)鍵核心技術(shù)作為重要工程,國內(nèi)廠商攻克了減速器、控制器、伺服系統(tǒng) 等關(guān)鍵核心零部件領(lǐng)域的部分難題。中國 RV 減速器出口量總體呈現(xiàn)上漲態(tài)勢, 進口量總體呈現(xiàn)下降趨勢,RV 減速器國產(chǎn)化的趨勢顯現(xiàn);近年來國內(nèi)諧波廠商 逐漸進入下游客戶供應(yīng)鏈,中國品牌市占率逐年提升。進口精密減速器以日本哈 默納科公司的產(chǎn)品為例,其單價通常在 3,000~4,000 元之間,國產(chǎn)精密減速器單 價為該價格的 30%~50%,具備價格優(yōu)勢。
2、絲杠:技術(shù)壁壘很高,國產(chǎn)替代空間大
絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn) 品。常見的絲杠產(chǎn)品包括滑動絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等。滾珠絲杠是工業(yè)精密機械中常用的傳動元件,其主要結(jié)構(gòu)包括滾珠絲杠、滾珠螺 母、滾珠三部分。核心傳動原理是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動,化滑動摩擦為滾 動摩擦。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時,絲杠的旋轉(zhuǎn)面通過滾珠的循環(huán)滾動推動螺母軸 向移動,化旋轉(zhuǎn)為線性;滾珠的滾動使得絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠 與絲杠、螺母之間的滾動摩擦,化滑動為滾動,大大提升傳動效率。行星滾柱絲杠屬于新一代螺紋絲杠的高精尖分支,綜合性能強且應(yīng)用前景廣闊。行星滾柱絲杠通過嚙合滾柱產(chǎn)生線接觸滾動摩擦,大幅增加絲杠傳動過程的接觸 面和受力面,與以往用于精密傳動的滾珠絲杠相比,在傳動效率損失不大的前提 下,又同時具備了高轉(zhuǎn)速、高載荷、高剛度、高范圍導(dǎo)程以及更小體積、更低噪 音、更方便維護拆卸等特點。目前已經(jīng)在航空航天、武器裝備、核動力等全球高 精尖領(lǐng)域運用,同時在機床、汽車 ABS 系統(tǒng)、石油化工等民用場景下也存在廣 泛的應(yīng)用需求。
滾珠絲杠:滾珠絲杠發(fā)明于 1874 年,20 世紀(jì) 30 年代,美國通用公司在汽車的 轉(zhuǎn)向裝置上首次應(yīng)用了滾珠絲杠元件,20 世紀(jì) 40 年代,滾珠絲杠副首次在數(shù)控 機床上得到使用,并成為了數(shù)控機床的理想進給元件;伴隨機床和自動化設(shè)備的 發(fā)展,對滾珠絲杠副的研究和生產(chǎn)得到推進,50 年代開始在工業(yè)發(fā)達國家出現(xiàn) 眾多滾珠絲杠副廠家,如英國 ROTAX、日本 NSK 等。我國研制用于數(shù)控機床的 滾珠絲杠副起步于 20 世紀(jì) 50 年代,1964 年我國自行設(shè)計研制第一套滾珠絲杠 副,自 2009 年國家啟動相關(guān)課題開始,國內(nèi)企業(yè)如漢江機床、山東博特精工等 已經(jīng)取得了許多優(yōu)秀的成果,但目前我國在高性能產(chǎn)品上與世界先進企業(yè)相比仍 有進步空間,在國內(nèi)市場上,中高端滾珠絲杠市場主要由德國和日本企業(yè)占據(jù), THK、NSK、力士樂等國際企業(yè)可以占據(jù)高端市場 90%的市場份額,而中國大 陸企業(yè)主要活躍在中端市場,約占 30%的市場份額。主要原因為我國企業(yè)規(guī)模 小,起步晚,在產(chǎn)品質(zhì)量上達不到高精度水平。
行星滾柱絲杠:1942 年,瑞典人 Carl Bruno Strandgren 首次申請了循環(huán)式行星 滾柱絲杠專利,1954 年申請了標(biāo)準(zhǔn)式和反向式行星滾柱絲杠專利,1986 年, William J. Roantree 發(fā)明了差動式行星滾柱絲杠,之后 Oliver Saari 發(fā)明了軸承 環(huán)式行星滾柱絲杠。1970 年,瑞士的 Rollvis 公司開始研制行星滾柱絲杠,瑞典 的 SKF 也同時研制行星滾柱絲杠,美國的 Moog、德國的 Ortlieb 和英國的 Power Jacks 等都有各自成熟的行星滾柱絲杠產(chǎn)品;美國的 Exlar 和德國的 Rexroth 都 將行星滾柱絲杠運用到各自的機電作動器中。2022 年日本、歐洲滾柱絲杠企業(yè) 在中國市場占有率高達 90%。根據(jù)觀研報告網(wǎng)數(shù)據(jù),2022 年我國行星滾柱絲杠 市場供應(yīng)量排名前四的廠家分別是 Rollvis(瑞士)、GSA(瑞士)、Ewellix (瑞典)Rexroth(德國),市占率分別為 27%、26%、13%,12%。由于我國 企業(yè)在該行業(yè)起步晚,競爭實力距離國外工業(yè)發(fā)達國家企業(yè)有較大差距。
3、無框力矩電機:執(zhí)行器驅(qū)動裝置,國產(chǎn)替代空間大
無框電機與伺服電機一樣屬于永磁同步電機,但只有定子及轉(zhuǎn)子部件,沒有伺服 電機外殼、軸、軸承等部件。無框電機結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力矩高、堵轉(zhuǎn)情況下仍能 連續(xù)運轉(zhuǎn),故通常應(yīng)用于機器人、醫(yī)藥、包裝、印刷等領(lǐng)域。無框伺服電機類似 普通伺服電機,但無框力矩電機在設(shè)計端采用更大的直徑長度比、較高的極數(shù)、 更低的轉(zhuǎn)速,使得它相對伺服電機可提供更大的扭矩。
無框力矩電機的壁壘體現(xiàn)在磁路和工藝設(shè)計。電機的轉(zhuǎn)矩密度、功率密度是影響 機器人性能的重要指標(biāo),而無框力矩電機要在低壓供電的環(huán)境下輸出較大的功率, 因此在磁路和工藝設(shè)計方面存在一定的技術(shù)能力要求。海外廠商起步較早,工藝 技術(shù)存在先發(fā)優(yōu)勢,例如韓國 TM TECH 轉(zhuǎn)子采用整體充磁磁環(huán)技術(shù),美國科爾 摩根采用分布式的分?jǐn)?shù)槽及碳纖維綁扎技術(shù),德國 TQ Robodrive 采用模塊化定 子和環(huán)氧塑封灌膠技術(shù)。國內(nèi)企業(yè)起步晚,轉(zhuǎn)矩密度和國外高端無框力矩電機相 比存在差距。美國科爾摩根是全球無框力矩電機龍頭,擁有超 70 年的運動控制 研發(fā)經(jīng)驗,電機性能在全球處于第一梯隊。國內(nèi)目前進展較快的公司包括步科股 份、航天電器。相比海外龍頭,國產(chǎn)無框力矩電機輸出扭矩較小,在產(chǎn)品性能方 面仍有差距。
4、空心杯電機:靈巧手驅(qū)動裝置,國內(nèi)廠家有性價比優(yōu)勢
空心杯因特殊的繞組結(jié)構(gòu)而得名,其轉(zhuǎn)子形似杯子,也因其優(yōu)異性能被譽為電機 領(lǐng)域“皇冠上的明珠”??招谋姍C是一種微型伺服電機,通常來講尺寸一般較 小通常不超過 40mm。與傳統(tǒng)電機對比來看,一般的直流有刷電機的轉(zhuǎn)子是固定 在鐵芯上的線圈,而空心杯電機最大的不同在于其電機繞組取消了鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計, 轉(zhuǎn)子僅由線圈按照一定的排列繞制而成,轉(zhuǎn)子因形似杯子被形象地稱為空心杯電 機。
空心杯電機趨勢:有刷→無刷。有刷電機采用機械換向,隨著電機旋轉(zhuǎn),電刷沿 著換向器滑動,產(chǎn)生動態(tài)的磁場,但也由于電刷和換向器存在相對滑動,容易損 耗;無刷電機通過驅(qū)動器實現(xiàn)電子換向,因不存在電刷,被稱為“無刷電機”。無刷空心杯電機其定子部分使用空心杯繞組,采用無齒槽鐵芯設(shè)計。該型電機具 有傳統(tǒng)直流無刷電機高轉(zhuǎn)速、長壽命、低噪音的特性,又兼具有刷空心杯電機高 功率密度、高效率的優(yōu)勢。
空心杯電機生產(chǎn)的關(guān)鍵是線圈的生產(chǎn),因此其核心壁壘主要在于線圈設(shè)計、繞線 工藝以及繞線設(shè)備??招谋姍C的發(fā)展趨勢始終是更小的體積、更快的轉(zhuǎn)速、更 高的功率密度和更高的良率,而這些性能最直接的影響因素在于線圈繞制。導(dǎo)線 的線徑、匝數(shù)、線性等都直接影響電機的各項核心參數(shù)。線圈繞制的核心壁壘直 接體現(xiàn)在線圈設(shè)計,因為不同的繞線類型在自動化率、銅耗等各有差異;另一方 面也體現(xiàn)在繞線設(shè)備和繞線方式上,不同的繞線機械繞制的空心杯槽滿率有所差異,進而導(dǎo)致稀疏有別,直接影響電機損耗、散熱、功率等。而先進的空心杯繞 線工藝和設(shè)計一直被海外廠商掌控,且海外設(shè)備價格昂貴。
空心杯電機發(fā)源于瑞士、德國、日本、歐洲等廠商研制較早,具有性能優(yōu)異的生 產(chǎn)設(shè)備和穩(wěn)定成熟的工藝??招谋姍C市場仍以老牌海外廠商為主,市場份額仍 然集中在頭部廠商,全球龍頭主要是瑞士 maxon、德國 faulhaber 兩家,內(nèi)資 龍頭為鳴志電器,第二梯隊主要有鼎智科技、深圳拓邦、上海埃依琪(非上市)、 北京奕山(非上市)等,產(chǎn)品主要面向國內(nèi)中低端市場。海外廠家空心杯電機品 類齊全,內(nèi)資在同類型產(chǎn)品上具備性價比優(yōu)勢。Faulhaber、maxon 空心杯直徑可小到 3-5mm,內(nèi)資少有 12mm 以下的空心杯 電機。國內(nèi)外空心杯電機制造商在軟實力和硬實力均有一定差距,硬實力的差距 主要集中在電機材料選用、本體設(shè)計和機電控制方案配置,軟實力的差距主要集 中于市場影響力、銷售渠道和客戶資源,海外廠商擁有強大的研發(fā)團隊和廣泛的 國際銷售網(wǎng)絡(luò)、客戶基礎(chǔ),能夠更好地滿足全球市場的需求,從而品牌聲譽和市 場認(rèn)可度更高。
5、力矩傳感器:力學(xué)感知部件,技術(shù)壁壘高
力矩傳感器可以通過測量機器人的接觸力和壓力,來幫助機器人形成觸覺功能。其中,一維力傳感器和六維力傳感器是力矩傳感器中十分常見的產(chǎn)品。一維力傳 感器常用于機器人的關(guān)節(jié)模組中,而隨著工業(yè)應(yīng)用場景復(fù)雜化,業(yè)內(nèi)對于機器人 感知能力的要求也在不斷增強,六維力傳感器應(yīng)運而生。目前,六維力傳感器被 大量應(yīng)用在協(xié)作機器人末端、航空航天風(fēng)洞測試、醫(yī)療領(lǐng)域、運動健康領(lǐng)域中, 新興的人形機器人手腕如此靈活也有它的功勞。六維力扭矩傳感器又可以稱為六軸力傳感器、六分力傳感器(六分力天平)和 FT 傳感器。它是在施加力和扭矩過程中同時測量各軸力和扭矩的設(shè)備。通過這 種方式,信號被創(chuàng)建、測量、記錄并用作人機交互中的反饋信號。在當(dāng)今的機器 人技術(shù)中使用最廣泛的傳感器就是六軸力矩傳感器,做為力覺測試傳感器可以同 時反饋機器人在工作過程中的 3 個軸的力和 3 個繞軸的扭矩實時輸出。最常見 的應(yīng)用是拋光、組裝、研磨、質(zhì)量測試和機器人輔助手術(shù)等。在此類應(yīng)用中,六 維力矩傳感器安裝在機器人和手臂末端工具之間。
根據(jù)傳感元件的不同,六維力矩傳感器主要分為應(yīng)變片式、光學(xué)式、壓電/電容 式;目前大部分六維力矩傳感器是基于應(yīng)變式的測量,基于電壓電容和光學(xué)原理 的傳感器有一定的理論研究和試驗,下游尚未得到廣泛應(yīng)用。
中國六維力矩傳感器市場近年來入局者逐年增加,單受限于該行業(yè)的高技術(shù)壁壘, 真正具備批量供應(yīng)能力的廠商依然較少,根據(jù) 2022 年國內(nèi)銷量口徑,ATI、坤 維、鑫精誠、宇立位于第一梯隊,各家廠商下游應(yīng)用的側(cè)重有所差異。ATI 作為 全球龍頭,經(jīng)過多年積累,應(yīng)用面相對更廣,宇立在工業(yè)機器人磨拋行業(yè)和汽車 碰撞測試行業(yè)應(yīng)用較多;坤維在協(xié)作機器人、醫(yī)療手術(shù)機器人、醫(yī)療檢測機器人 和康復(fù)機器人領(lǐng)域優(yōu)勢顯著;鑫精誠憑借蘋果供應(yīng)商的身份已經(jīng)將其產(chǎn)品推廣到 3C 領(lǐng)域,同時在機器人和醫(yī)療行業(yè)也有布局。
6、編碼器:速度、角度、位置感知部件,技術(shù)壁壘高
編碼器是測量角度、速度和位置的傳感器。按照技術(shù)原理,可分為磁編碼器、光 編碼器及電感編碼器等等,其中光編碼器適用于高精度、高分辨率的應(yīng)用,磁編 碼器適用于追求環(huán)境耐受性強、小型輕量、高可靠性的應(yīng)用。在編碼器降本和磁 編碼器性能提高的背景下,磁編碼器滲透率逐漸提升。
海外編碼器廠商以日系的多摩川(27.6%)和歐系的海德漢(14.3%)為代表, 憑借幾十年的技術(shù)實力、研發(fā)能力以及長期積累的經(jīng)驗,海外龍頭廠商在全球范 圍內(nèi)享有廣泛的聲譽和市場份額,持續(xù)為市場提供高質(zhì)量和創(chuàng)新性的產(chǎn)品。據(jù) MIR 睿工業(yè),2022 年我國編碼器市場中多摩川、海德漢、西克和堡盟占據(jù)了 50%以上的市場份額,行業(yè)集中度較高。
1、執(zhí)行器總成:拓普集團、三花智控
(1)拓普集團:設(shè)立機器人事業(yè)部
拓普集團是由八大汽車業(yè)務(wù)+機器人事業(yè)部組成平臺化零部件公司,覆蓋整車核 心零部件及人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈,綁定行業(yè)龍頭實現(xiàn)公司快速發(fā)展:公司汽車業(yè)務(wù) 包括汽車 NVH 減震系統(tǒng)、內(nèi)外飾系統(tǒng)、車身輕量化、智能座艙部件、熱管理系 統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、空氣懸架系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)八大板塊,全面覆蓋整車關(guān)鍵零部 件,單車最高配套可達到 3 萬元。此外,伴隨機器人業(yè)務(wù)快速發(fā)展,公司近期設(shè) 立機器人事業(yè)部全面切入機器人領(lǐng)域。
公司技術(shù)積淀深厚:公司研發(fā)智能剎車系統(tǒng) IBS 項目多年,在機械、減速機構(gòu)、 電機、電控、軟件等領(lǐng)域形成了深厚的技術(shù)積淀,并且橫向拓展至熱管理系統(tǒng)、 智能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、空氣懸架系統(tǒng)、座艙舒適系統(tǒng)以及機器人執(zhí)行器等業(yè)務(wù)。機器人 執(zhí)行器是機器人的核心部件,主要包括直線執(zhí)行器和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器兩類,為模擬人 類各種運動的協(xié)調(diào)性與多自由度靈活性,需要同時滿足輕量化、小型化及低功耗 的技術(shù)指標(biāo),機器人執(zhí)行器需要突破很多工程設(shè)計極限,實現(xiàn)各類電機、減速機 構(gòu)、傳感器、編碼器、驅(qū)動器、控制器的優(yōu)化集成及通訊,因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù) 非常密集。公司在機器人執(zhí)行器業(yè)務(wù)的核心優(yōu)勢包括:①、具備永磁伺服電機、無框電機等 各類電機的自研能力;②具備整合電機、減速機構(gòu)、控制器的經(jīng)驗;③具備精密 機械加工能力;④具備各類研發(fā)資源及測試資源的協(xié)同能力。公司研發(fā)的機器人直線執(zhí)行器和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器,已經(jīng)多次向客戶送樣,獲得客戶認(rèn) 可及好評,項目要求自 2024 年一季度開始進入量產(chǎn)爬坡階段,初始訂單為每周 100 臺。為滿足客戶要求,公司需要 2023 年度完成 4 套生產(chǎn)線的安裝調(diào)試,形 成年產(chǎn) 10 萬臺的一期產(chǎn)能,后續(xù)將年產(chǎn)能提升至百萬臺。機器人需要數(shù)十個運動執(zhí)行器,單機價值約數(shù)萬元人民幣。為抓住機器人業(yè)務(wù)的 發(fā)展機遇,公司決定拆分設(shè)立機器人事業(yè)部,建立獨立管理架構(gòu),配置優(yōu)秀專業(yè) 團隊,同時整合各項優(yōu)勢資源,從而為該項業(yè)務(wù)的快速發(fā)展創(chuàng)造充分條件。
(2)三花智控:特斯拉核心供應(yīng)商之一,積極布局機器人執(zhí)行器
公司積極布局機器人產(chǎn)業(yè),重點聚焦仿生機器人機電執(zhí)行器業(yè)務(wù),機器人主流的 兩種驅(qū)動方式為電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動。其中電機驅(qū)動是使用最普遍、最成熟的驅(qū) 動系統(tǒng),電驅(qū)由于易于維護、低成本、易標(biāo)準(zhǔn)化更加有利于商業(yè)化?,F(xiàn)在絕大多 數(shù)的仿生機器人也是采用電機驅(qū)動。因此,公司機電執(zhí)行器的技術(shù)研發(fā)方向是電 機驅(qū)動,通過自身優(yōu)勢,全方面配合客戶產(chǎn)品研發(fā)、試制、調(diào)整,設(shè)計出滿足仿 生機器人需求的機電執(zhí)行器產(chǎn)品。同時,以配合客戶量產(chǎn)為目標(biāo),積極籌劃機電 執(zhí)行器海外生產(chǎn)布局。2023 年年 4 月,三花智控和綠的諧波簽署《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》,在墨西哥工 業(yè)園成立諧波減速器合資公司;母公司三花集團參與了鼎智科技的上市戰(zhàn)略配售;6 月公告發(fā)行 GDR 募集 50 億元,其中有 2 億會用于機器人執(zhí)行電機研發(fā)項目。
2、減速器:綠的諧波、雙環(huán)傳動、中大力德、秦川機床
(1)綠的諧波:國產(chǎn)諧波減速器龍頭企業(yè)
國內(nèi)諧波減速器龍頭,2021 年市占率達 24.7%。經(jīng)過 20 余年的發(fā)展,公司發(fā)展 成為專業(yè)從事精密傳動裝置研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè),產(chǎn)品包括 諧波減速器及精密零部件、機電一體化產(chǎn)品、智能自動化裝備等,2022 年諧波 減速器及金屬部件收入占比 93%。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人(下游占比為 81%)、服務(wù)機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、新能源裝備等高 端制造領(lǐng)域。公司在國內(nèi)率先實現(xiàn)了諧波減速器的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?;瘧?yīng)用,打 破了國際品牌在國內(nèi)機器人諧波減速器領(lǐng)域的壟斷,成為國內(nèi)諧波減速器第一大 龍頭。
(2)雙環(huán)傳動:國產(chǎn) RV 減速器龍頭企業(yè)
雙環(huán)傳動自 1980 年成立以來,長期專注于機械傳動齒輪制造,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于 乘用車、商用車、軌道交通、非道路機械以及電動工具、風(fēng)電、工業(yè)機器人等領(lǐng) 域。2021 年以來,新能源汽車齒輪業(yè)務(wù)快速放量,驅(qū)動營收高速增長。機器人精密減速器主要分為 RV 減速器和諧波減速器兩類。公司前瞻布局 RV 減速器領(lǐng)域,技術(shù)水準(zhǔn)與產(chǎn)品性能全國領(lǐng)先,產(chǎn)品譜系不斷完善,當(dāng)前 RV 減 速器國內(nèi)市占率位居第二,國產(chǎn)第一,近些年公司減速器營收快速增長, 2019-2022 年 CAGR 為 63.8%。特斯拉人形機器人研發(fā)進展持續(xù)超預(yù)期,產(chǎn)業(yè) 化落地值得期待,目前減速器方案尚未落定,預(yù)計新型減速器有望給公司帶來業(yè) 務(wù)機會。
(3)中大力德:減速器品類齊全,積淀深厚
中大力德成立于 2006 年,前身是 1998 年成立的中大電機廠。公司以減速電 機起家,成立以來深耕自動化傳動與驅(qū)動裝置的研發(fā)制造,是國內(nèi)為數(shù)不多的同 時提供精密減速器(包括精密行星減速器,RV 減速器和諧波減速器)、伺服驅(qū)動, 永磁直流電機和交流減速電機的企業(yè),具備提供機電一體化產(chǎn)品的潛力。公司相繼推出微型無刷直流減速電機、精密行星減速器、滾筒電機、RV 減速器、 諧波減速器、伺服驅(qū)動、永磁直流減速電機等產(chǎn)品。順應(yīng)行業(yè)小型化、集成化、 一體化的發(fā)展趨勢,致力于整合核心零部件系統(tǒng),圍繞工業(yè)自動化和工業(yè)機器人,形成了減速器+電機+驅(qū)動一體化的產(chǎn)品架構(gòu),推出“精密行星減速器+伺服電機 +驅(qū)動”一體機、“RV 減速器+伺服電機+驅(qū)動”一體機、“諧波減速器+伺服電 機+驅(qū)動”一體機等模組化產(chǎn)品,實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級。
(4)秦川機床:老牌減速器企業(yè),規(guī)格齊全
秦川機床通過承擔(dān)國家 863 計劃,攻克了機器人關(guān)節(jié)減速器的核心技術(shù)。目前公 司機器人關(guān)節(jié)減速器已有 5 大系列、23 種規(guī)格、130 種速比,是國內(nèi)規(guī)格最全, 系列最多的工業(yè)機器人關(guān)節(jié)減速器生產(chǎn)制造商,生產(chǎn)的機器人關(guān)節(jié)減速器主要應(yīng) 用于工業(yè)機器人領(lǐng)域。公司聚焦機器人關(guān)節(jié)減速器上量,面向汽車行業(yè)、齒輪傳動行業(yè)、機床行業(yè)等目 標(biāo)市場,充分發(fā)揮裝備能力優(yōu)勢,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)和市場競爭力的系列產(chǎn) 品,通過新成立的陜西秦川高精傳動科技有限公司在市場拓展、新產(chǎn)品研發(fā)等方 面圍繞戰(zhàn)略客戶需求,加速推進產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?;M程;加速諧波減速器研發(fā)與試 制步伐,產(chǎn)品商業(yè)化后與機器人關(guān)節(jié)減速器合力,形成組合,共同突破,以強化 下游客戶合作深度;研發(fā)的 AGV 輪邊減速機噪音控制和牽引重量達到國內(nèi)領(lǐng)先 水平,繼續(xù)依靠齒輪傳動研發(fā)制造經(jīng)驗和精良的裝備優(yōu)勢,對 AGV 減速機進一 步進行型譜開發(fā),通過“全系配套”,為廣大用戶提供最優(yōu)個性化方案。
3、絲杠:貝斯特、鼎智科技
(1)貝斯特:全面布局直線滾動功能部件
公司通過設(shè)立全資子公司“無錫宇華精機有限公司”全面布局直線滾動功能部件 (產(chǎn)品包括:高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動導(dǎo)軌副等),瞄準(zhǔn)高端機床 領(lǐng)域、半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)、自動化產(chǎn)業(yè)、機器人領(lǐng)域等市場進行大力開拓,快速切 入“工業(yè)母機”新賽道。公司布局包括高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動導(dǎo) 軌副等直線滾動功能部件是在原有智能裝備及工裝業(yè)務(wù)的延伸和突破,已具備了 相對成熟的條件或優(yōu)勢:一方面,公司汽車零部件業(yè)務(wù)建立了規(guī)?;?、智能化生 產(chǎn)的技術(shù)和管理體系。并且公司利用產(chǎn)業(yè)化驗證平臺,不斷提升滾動功能部件質(zhì) 量、效率。另一方面,公司結(jié)合自身多年深耕智能裝備、工業(yè)自動化集成的豐富 經(jīng)驗,建立了一支專業(yè)技能過硬、行業(yè)經(jīng)驗豐富、創(chuàng)新能力較強的技術(shù)團隊,對 滾動功能部件有豐富的經(jīng)驗和深入的理解。
(2)鼎智科技:定制化精密運動控制解決方案提供商
公司是以微特電機為主要構(gòu)成的定制化精密運動控制解決方案提供商,主要從事 線性執(zhí)行器、混合式步進電機、直流電機、音圈電機及其組件等產(chǎn)品的設(shè)計、研 發(fā)、生產(chǎn)和銷售,公司多項產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)具有較強競爭力,其中:公司線性執(zhí)行 器為行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品,在邁瑞醫(yī)療、深圳新產(chǎn)業(yè)、美國 IDEXX、美國 Adaptas、韓 國三星等企業(yè)產(chǎn)品中得到應(yīng)用;呼吸機配套音圈電機打破國外壟斷,已在邁瑞醫(yī) 療呼吸機中批量應(yīng)用。公司形成“整機生產(chǎn)為主、關(guān)鍵零部件生產(chǎn)為支撐”的一體化發(fā)展模式,實現(xiàn)了 絲桿、螺母等線性執(zhí)行器核心零部件的自主可控。在絲桿方面,公司獨立設(shè)計 T 型絲桿的牙形及滾壓輪,采用先進滾壓設(shè)備和生產(chǎn)工藝,絲桿精度、光潔度及傳 動效率等性能優(yōu)異;在螺母方面,公司采用自主研發(fā)的材料配方,自主研發(fā)設(shè)計 的模芯牙形及獨特的脫模裝置,與絲桿配合使用背隙可達 0.01mm 以內(nèi),傳動壽 命可達 500 萬次(150mm 行程往返)以上,具有優(yōu)秀的傳動精度、傳動效率及 壽命。
4、無框力矩電機:步科股份、禾川科技
(1)步科股份:國內(nèi)低壓伺服電機頭部企業(yè)
公司早期以人機界面為主業(yè),后續(xù)公司將產(chǎn)品逐步拓展到伺服系統(tǒng)、步進系統(tǒng)、 可編程邏輯控制器、變頻器等,且廣泛應(yīng)用于物流設(shè)備、機器人、包裝設(shè)備、食 品設(shè)備、服裝設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、環(huán)保設(shè)備,軌道交通設(shè)備等自動化設(shè)備行業(yè)。長 期以來行業(yè)伺服系統(tǒng)以高壓為主,但近年隨著移動機器人與物流自動化等行業(yè)的 興起,以電池供電的低壓伺服產(chǎn)品成為新的主流需求,步科較早前瞻性地投入緊 湊型精密低壓伺服驅(qū)動技術(shù)的研發(fā),有效解決了電磁兼容性、散熱效率和連接可 靠性等問題,提高了電機控制效率、系統(tǒng)抗干擾能力和過載能力,實現(xiàn)了更緊湊 的尺寸設(shè)計,為下游物流搬運機器人 AGV、智能分揀線、服務(wù)機器人底盤等領(lǐng) 域客戶提供了滿足其需求的性價比較高的產(chǎn)品,取得了一定的市場優(yōu)勢。
(2)禾川科技:國內(nèi)伺服系統(tǒng)頭部企業(yè)
禾川科技的主要產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)、PLC 等,實現(xiàn)了工業(yè)自動化領(lǐng)域“控制+驅(qū) 動+執(zhí)行傳感+機電一體化”的覆蓋,并在近年沿產(chǎn)業(yè)鏈上下游不斷延伸,涉足上游的工控芯片、傳感器和下游的高端精密數(shù)控機床等領(lǐng)域。其中,伺服系統(tǒng)作為 公司的核心產(chǎn)品,搭載自主研發(fā)的編碼器,在定位精度、速度控制、額定轉(zhuǎn)矩等 核心性能指標(biāo)上均具有較強的競爭力。公司近年還加大了在工控芯片領(lǐng)域的布局, 自主研發(fā)設(shè)計的驅(qū)動控制一體化 SIP 芯片集成了主控 MCU、存儲、運動控制 算法和工業(yè)實時以太網(wǎng) IP,目前已實現(xiàn)對外銷售。
5、空心杯電機:鳴志電器
鳴志電器:國內(nèi)空心杯電機龍頭
公司主營為控制電機及驅(qū)動系統(tǒng)(步進電機、伺服電機、直流無刷電機、空心杯 電機等),在 HB 混合步進電機領(lǐng)域為國內(nèi)龍頭,率先打破日資壟斷。公司重 視海外市場,先后收購諸多海外相關(guān)企業(yè),業(yè)務(wù)覆蓋北美、歐洲、東亞及東南亞, 海外營收占比常年超過40%。公司先后收購美國 AMP、美國 LIN、瑞士 T Motion 等全球領(lǐng)先電機及驅(qū)動企業(yè)并將其技術(shù)(吸收整合步進電機、空心杯電機先進技 術(shù))、市場及客戶(通過并購有效拓展海外市場)內(nèi)化為自身資源,并以客戶需 求為導(dǎo)向?qū)a(chǎn)品品類由單一步進電電機拓展至伺服、無刷、空心杯電機等。23 年 隨太倉工廠全面投產(chǎn)+越南工廠啟用,公司產(chǎn)能得到釋放,有望加速布局半導(dǎo)體、 工控自動化、醫(yī)療生化等高附加值領(lǐng)域,持續(xù)提升盈利水平。公司空心杯電機性 能對標(biāo)海外,熱處理、響應(yīng)速度最優(yōu),且價格低于海外競品。
6、力矩傳感器:柯力傳感
柯力傳感成立于 1995 年,作為國內(nèi)應(yīng)變式傳感器的龍頭企業(yè),公司在夯實硬件 層多物理量傳感器、稱重儀表等核心產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,圍繞物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升 級,構(gòu)建了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)一體化解決方案。公司下游主要覆蓋交通、冶金、工程機 械等衡器客戶,并積極開拓海洋工程、石化、醫(yī)療衛(wèi)生等非衡器領(lǐng)域的新客戶。應(yīng)變式傳感器蓬勃發(fā)展,六維力傳感器有望迎來高速增長期。六維力傳感器作為 維度最高的力覺傳感器,技術(shù)和生產(chǎn)壁壘高;ATI、柯力、坤維等廠商正加快布 局六維力傳感器領(lǐng)域。隨著技術(shù)路線的多元、產(chǎn)品矩陣的完善、產(chǎn)品成本的下降 以及國產(chǎn)化率的提升,六維力傳感器正迎來蓬勃發(fā)展的黃金時期。公司是多年全國第一市場占有率力學(xué)傳感器品牌;在國外市場,公司實施差異化 的品牌戰(zhàn)略,擁有較高的知名度,海外營收占比持續(xù)提升。通過“內(nèi)生+外延” 的方式,公司橫縱向拓寬傳感器產(chǎn)品矩陣,橫向參股意普興、馳誠電氣,推進氣 體傳感器、光柵傳感器等產(chǎn)品布局,縱向逐漸進入
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