工業(yè)機(jī)器人 2023-12-01 17:02 發(fā)表于北京
一、人形機(jī)器人拆分及價(jià)值量分布
1、人形機(jī)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(jī)器人“擎天柱” (Optimus)的概念圖，該人形機(jī)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(dòng)汽車智能算法進(jìn)行。2022 年 2 月推出原型機(jī)，在 2022 年 9 月 30 日 AI Day 亮相接近于完整體的新 一代人形機(jī)器人，2023 年 7 月亮相世界人工智能大會(huì)。
特斯拉發(fā)布的最新一代 Optimus 在身體機(jī)械部分有 28 個(gè)關(guān)節(jié)(14 個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器 +14 個(gè)線性執(zhí)行器)，2 個(gè)靈巧手共有 12 個(gè)關(guān)節(jié)(6 個(gè)執(zhí)行器*2)。特斯拉人形機(jī)器 人的靈巧手在設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)彎曲和側(cè)擺，其它四指各一個(gè)電機(jī)。共計(jì) 6 個(gè)執(zhí)行器、11 個(gè)自由度，負(fù)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(jī)器人全身的 28 個(gè)執(zhí)行器分布在肩部(6 個(gè))、肘部(2 個(gè))、 腕部(6 個(gè))、軀干(2 個(gè))、髖部(6 個(gè))、膝部(2 個(gè))、踝部(4 個(gè))。
特斯拉 Optimus 的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)方案：無框電機(jī)+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(gè)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(gè)，腕部 2 個(gè)，髖部 4 個(gè)，軀干 2 個(gè)。
特斯拉 Optimus 的線性關(guān)節(jié)方案:無框電機(jī)+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(gè)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(gè)，腕部 4 個(gè)，髖 部 2 個(gè)，膝部 2 個(gè)，踝部 4 個(gè)。
2、人形機(jī)器人主要部分價(jià)值量分布
參考特斯拉 Optimus，人形機(jī)器人價(jià)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(gè)部分：FSD/AI 芯片：特斯拉核心競爭力，單機(jī)價(jià)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(jī)、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(jī)、 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(jī)、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(jī)（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(jī)（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(jī)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(dòng) 比大、體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)，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(fù)載精密減速領(lǐng)域，如人形機(jī)器人等。相比諧波減速 器，RV 減速器具有傳動(dòng)比范圍大、精度較為穩(wěn)定、疲勞強(qiáng)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(jī)器人大臂、機(jī)座等重負(fù)載部位。
諧波減速器的難點(diǎn)主要在于齒形設(shè)計(jì)、材料、加工設(shè)備、工藝和一致性。技術(shù)難 點(diǎn)具體包括：齒形設(shè)計(jì)：由于諧波減速器的傳動(dòng)原理為兩個(gè)齒輪之間的嚙合運(yùn)動(dòng)， 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(jì)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(dá)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(jī)均需要進(jìn)口，而日本高精 度機(jī)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(yàn)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(diǎn)具體為：加工精度：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)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(dòng)和剎車，保持精度不衰減，如果精度低將會(huì)造成產(chǎn)品的磨損。加工工藝：各項(xiàng)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(huì)造成產(chǎn)品的磨損和壽命。一致性：作 為精密零部件，單個(gè)產(chǎn)品達(dá)到較高性能難度不高，但規(guī)模化量產(chǎn)的產(chǎn)品均達(dá)到標(biāo) 準(zhǔn)性能是極大挑戰(zhàn)。
減速器進(jìn)口壟斷格局有望打破，國產(chǎn)替代進(jìn)行時(shí)。全球機(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)入下游客戶供應(yīng)鏈，中國品牌市占率逐年提升。進(jìn)口精密減速器以日本哈 默納科公司的產(chǎn)品為例，其單價(jià)通常在 3,000~4,000 元之間，國產(chǎn)精密減速器單 價(jià)為該價(jià)格的 30%~50%，具備價(jià)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn) 品。常見的絲杠產(chǎn)品包括滑動(dòng)絲杠、滾珠絲杠、行星滾柱絲杠等。滾珠絲杠是工業(yè)精密機(jī)械中常用的傳動(dòng)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(dòng)原理是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，化滑動(dòng)摩擦為滾 動(dòng)摩擦。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠的旋轉(zhuǎn)面通過滾珠的循環(huán)滾動(dòng)推動(dòng)螺母軸 向移動(dòng)，化旋轉(zhuǎn)為線性；滾珠的滾動(dòng)使得絲杠和螺母之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠 與絲杠、螺母之間的滾動(dòng)摩擦，化滑動(dòng)為滾動(dòng)，大大提升傳動(dòng)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(qiáng)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(dòng)摩擦，大幅增加絲杠傳動(dòng)過程的接觸 面和受力面，與以往用于精密傳動(dòng)的滾珠絲杠相比，在傳動(dòng)效率損失不大的前提 下，又同時(shí)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(hù)拆卸等特點(diǎn)。目前已經(jīng)在航空航天、武器裝備、核動(dòng)力等全球高 精尖領(lǐng)域運(yùn)用，同時(shí)在機(jī)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(jī)床上得到使用，并成為了數(shù)控機(jī)床的理想進(jìn)給元件；伴隨機(jī)床和自動(dòng)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(jìn)，50 年代開始在工業(yè)發(fā)達(dá)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(jī)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(jì)研制第一套滾珠絲杠 副，自 2009 年國家啟動(dòng)相關(guān)課題開始，國內(nèi)企業(yè)如漢江機(jī)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(jìn)企業(yè)相比仍 有進(jìn)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?yàn)槲覈髽I(yè)規(guī)模 小，起步晚，在產(chǎn)品質(zhì)量上達(dá)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(dòng)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(shí)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(yùn)用到各自的機(jī)電作動(dòng)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(dá) 90%。根據(jù)觀研報(bào)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(shí)力距離國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家企業(yè)有較大差距。
3、無框力矩電機(jī)：執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)裝置，國產(chǎn)替代空間大
無框電機(jī)與伺服電機(jī)一樣屬于永磁同步電機(jī)，但只有定子及轉(zhuǎn)子部件，沒有伺服 電機(jī)外殼、軸、軸承等部件。無框電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、輸出力矩高、堵轉(zhuǎn)情況下仍能 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，故通常應(yīng)用于機(jī)器人、醫(yī)藥、包裝、印刷等領(lǐng)域。無框伺服電機(jī)類似 普通伺服電機(jī)，但無框力矩電機(jī)在設(shè)計(jì)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(jī)可提供更大的扭矩。
無框力矩電機(jī)的壁壘體現(xiàn)在磁路和工藝設(shè)計(jì)。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度、功率密度是影響 機(jī)器人性能的重要指標(biāo)，而無框力矩電機(jī)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(jì)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(jī)相 比存在差距。美國科爾摩根是全球無框力矩電機(jī)龍頭，擁有超 70 年的運(yùn)動(dòng)控制 研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)性能在全球處于第一梯隊(duì)。國內(nèi)目前進(jìn)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(jī)輸出扭矩較小，在產(chǎn)品性能方 面仍有差距。
4、空心杯電機(jī)：靈巧手驅(qū)動(dòng)裝置，國內(nèi)廠家有性價(jià)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(yù)為電機(jī) 領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。空心杯電機(jī)是一種微型伺服電機(jī)，通常來講尺寸一般較 小通常不超過 40mm。與傳統(tǒng)電機(jī)對比來看，一般的直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是固定 在鐵芯上的線圈，而空心杯電機(jī)最大的不同在于其電機(jī)繞組取消了鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 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(jī)。
空心杯電機(jī)趨勢：有刷→無刷。有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電刷沿 著換向器滑動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的磁場，但也由于電刷和換向器存在相對滑動(dòng)，容易損 耗；無刷電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電子換向，因不存在電刷，被稱為“無刷電機(jī)”。無刷空心杯電機(jī)其定子部分使用空心杯繞組，采用無齒槽鐵芯設(shè)計(jì)。該型電機(jī)具 有傳統(tǒng)直流無刷電機(jī)高轉(zhuǎn)速、長壽命、低噪音的特性，又兼具有刷空心杯電機(jī)高 功率密度、高效率的優(yōu)勢。
空心杯電機(jī)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(jì)、繞線 工藝以及繞線設(shè)備?？招谋姍C(jī)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(jī)的各項(xiàng)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(jì)，因?yàn)椴煌睦@線類型在自動(dòng)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(jī)械繞制的空心杯槽滿率有所差異，進(jìn)而導(dǎo)致稀疏有別，直接影響電機(jī)損耗、散熱、功率等。而先進(jìn)的空心杯繞 線工藝和設(shè)計(jì)一直被海外廠商掌控，且海外設(shè)備價(jià)格昂貴。
空心杯電機(jī)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(jī)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(duì)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(jī)品 類齊全，內(nèi)資在同類型產(chǎn)品上具備性價(jià)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(jī)。國內(nèi)外空心杯電機(jī)制造商在軟實(shí)力和硬實(shí)力均有一定差距，硬實(shí)力的差距 主要集中在電機(jī)材料選用、本體設(shè)計(jì)和機(jī)電控制方案配置，軟實(shí)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(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(yù)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(jī)器人的接觸力和壓力，來幫助機(jī)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(jī)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(jī)器人 感知能力的要求也在不斷增強(qiáng)，六維力傳感器應(yīng)運(yùn)而生。目前，六維力傳感器被 大量應(yīng)用在協(xié)作機(jī)器人末端、航空航天風(fēng)洞測試、醫(yī)療領(lǐng)域、運(yùn)動(dòng)健康領(lǐng)域中， 新興的人形機(jī)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(shí)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(jī)交互中的反饋信號。在當(dāng)今的機(jī)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(shí)反饋機(jī)器人在工作過程中的 3 個(gè)軸的力和 3 個(gè)繞軸的扭矩實(shí)時(shí)輸出。最常見 的應(yīng)用是拋光、組裝、研磨、質(zhì)量測試和機(jī)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(jī)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(yàn)，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(duì)，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(jī)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(jī)器人、醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人、醫(yī)療檢測機(jī)器人 和康復(fù)機(jī)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(shí)在機(jī)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(qiáng)、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(shí)力、研發(fā)能力以及長期積累的經(jīng)驗(yàn)，海外龍頭廠商在全球范 圍內(nèi)享有廣泛的聲譽(yù)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(tuán)、三花智控
（1）拓普集團(tuán)：設(shè)立機(jī)器人事業(yè)部
拓普集團(tuán)是由八大汽車業(yè)務(wù)+機(jī)器人事業(yè)部組成平臺(tái)化零部件公司，覆蓋整車核 心零部件及人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈，綁定行業(yè)龍頭實(shí)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(dá)到 3 萬元。此外，伴隨機(jī)器人業(yè)務(wù)快速發(fā)展，公司近期設(shè) 立機(jī)器人事業(yè)部全面切入機(jī)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(xiàng)目多年，在機(jī)械、減速機(jī)構(gòu)、 電機(jī)、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(jī)器人執(zhí)行器等業(yè)務(wù)。機(jī)器人 執(zhí)行器是機(jī)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(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性與多自由度靈活性，需要同時(shí)滿足輕量化、小型化及低功耗 的技術(shù)指標(biāo)，機(jī)器人執(zhí)行器需要突破很多工程設(shè)計(jì)極限，實(shí)現(xiàn)各類電機(jī)、減速機(jī) 構(gòu)、傳感器、編碼器、驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)、無框電機(jī)等 各類電機(jī)的自研能力；②具備整合電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、控制器的經(jīng)驗(yàn)；③具備精密 機(jī)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(jī)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(xiàng)目要求自 2024 年一季度開始進(jìn)入量產(chǎn)爬坡階段，初始訂單為每周 100 臺(tái)。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(tái)的一期產(chǎn)能，后續(xù)將年產(chǎn)能提升至百萬臺(tái)。機(jī)器人需要數(shù)十個(gè)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器，單機(jī)價(jià)值約數(shù)萬元人民幣。為抓住機(jī)器人業(yè)務(wù)的 發(fā)展機(jī)遇，公司決定拆分設(shè)立機(jī)器人事業(yè)部，建立獨(dú)立管理架構(gòu)，配置優(yōu)秀專業(yè) 團(tuán)隊(duì)，同時(shí)整合各項(xiàng)優(yōu)勢資源，從而為該項(xiàng)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(jī)器人執(zhí)行器
公司積極布局機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，重點(diǎn)聚焦仿生機(jī)器人機(jī)電執(zhí)行器業(yè)務(wù)，機(jī)器人主流的 兩種驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)是使用最普遍、最成熟的驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)，電驅(qū)由于易于維護(hù)、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(jī)器人也是采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此，公司機(jī)電執(zhí)行器的技術(shù)研發(fā)方向是電 機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jì)出滿足仿 生機(jī)器人需求的機(jī)電執(zhí)行器產(chǎn)品。同時(shí)，以配合客戶量產(chǎn)為目標(biāo)，積極籌劃機(jī)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(tuán)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(huì)用于機(jī)器人執(zhí)行電機(jī)研發(fā)項(xiàng)目。
2、減速器：綠的諧波、雙環(huán)傳動(dòng)、中大力德、秦川機(jī)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(dá) 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(dòng)裝置研發(fā)、設(shè)計(jì)、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(jī)電一體化產(chǎn)品、智能自動(dòng)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(jī)器人（下游占比為 81%）、服務(wù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)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(shí)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(jī)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(dòng)：國產(chǎn) RV 減速器龍頭企業(yè)
雙環(huán)傳動(dòng)自 1980 年成立以來，長期專注于機(jī)械傳動(dòng)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(jī)械以及電動(dòng)工具、風(fēng)電、工業(yè)機(jī)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(dòng)營收高速增長。機(jī)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(jī)器人研發(fā)進(jìn)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(jì)新型減速器有望給公司帶來業(yè) 務(wù)機(jī)會(huì)。
（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(jī)廠。公司以減速電 機(jī)起家，成立以來深耕自動(dòng)化傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)裝置的研發(fā)制造，是國內(nèi)為數(shù)不多的同 時(shí)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(dòng)， 永磁直流電機(jī)和交流減速電機(jī)的企業(yè)，具備提供機(jī)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(jī)、精密行星減速器、滾筒電機(jī)、RV 減速器、 諧波減速器、伺服驅(qū)動(dòng)、永磁直流減速電機(jī)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(dòng)化和工業(yè)機(jī)器人，形成了減速器+電機(jī)+驅(qū)動(dòng)一體化的產(chǎn)品架構(gòu)，推出“精密行星減速器+伺服電機(jī) +驅(qū)動(dòng)”一體機(jī)、“RV 減速器+伺服電機(jī)+驅(qū)動(dòng)”一體機(jī)、“諧波減速器+伺服電 機(jī)+驅(qū)動(dòng)”一體機(jī)等模組化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級。
（4）秦川機(jī)床：老牌減速器企業(yè)，規(guī)格齊全
秦川機(jī)床通過承擔(dān)國家 863 計(jì)劃，攻克了機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器的核心技術(shù)。目前公 司機(jī)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(jī)器人關(guān)節(jié)減速器生產(chǎn)制造商，生產(chǎn)的機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器主要應(yīng) 用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。公司聚焦機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器上量，面向汽車行業(yè)、齒輪傳動(dòng)行業(yè)、機(jī)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(shí)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(dòng)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(jìn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；M(jìn)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(jī)器人關(guān)節(jié)減速器合力，形成組合，共同突破，以強(qiáng)化 下游客戶合作深度；研發(fā)的 AGV 輪邊減速機(jī)噪音控制和牽引重量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先 水平，繼續(xù)依靠齒輪傳動(dòng)研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)和精良的裝備優(yōu)勢，對 AGV 減速機(jī)進(jìn)一 步進(jìn)行型譜開發(fā)，通過“全系配套”，為廣大用戶提供最優(yōu)個(gè)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(dòng)功能部件
公司通過設(shè)立全資子公司“無錫宇華精機(jī)有限公司”全面布局直線滾動(dòng)功能部件 （產(chǎn)品包括：高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動(dòng)導(dǎo)軌副等），瞄準(zhǔn)高端機(jī)床 領(lǐng)域、半導(dǎo)體裝備產(chǎn)業(yè)、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、機(jī)器人領(lǐng)域等市場進(jìn)行大力開拓，快速切 入“工業(yè)母機(jī)”新賽道。公司布局包括高精度滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動(dòng)導(dǎo) 軌副等直線滾動(dòng)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)?；⒅悄芑?產(chǎn)的技術(shù)和管理體系。并且公司利用產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證平臺(tái)，不斷提升滾動(dòng)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(dòng)化集成的豐富 經(jīng)驗(yàn)，建立了一支專業(yè)技能過硬、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富、創(chuàng)新能力較強(qiáng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，對 滾動(dòng)功能部件有豐富的經(jīng)驗(yàn)和深入的理解。
（2）鼎智科技：定制化精密運(yùn)動(dòng)控制解決方案提供商
公司是以微特電機(jī)為主要構(gòu)成的定制化精密運(yùn)動(dòng)控制解決方案提供商，主要從事 線性執(zhí)行器、混合式步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、音圈電機(jī)及其組件等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研 發(fā)、生產(chǎn)和銷售，公司多項(xiàng)產(chǎn)品在行業(yè)內(nèi)具有較強(qiáng)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(jī)配套音圈電機(jī)打破國外壟斷，已在邁瑞醫(yī) 療呼吸機(jī)中批量應(yīng)用。公司形成“整機(jī)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(shí)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(dú)立設(shè)計(jì) T 型絲桿的牙形及滾壓輪，采用先進(jìn)滾壓設(shè)備和生產(chǎn)工藝，絲桿精度、光潔度及傳 動(dòng)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(jì) 的模芯牙形及獨(dú)特的脫模裝置，與絲桿配合使用背隙可達(dá) 0.01mm 以內(nèi)，傳動(dòng)壽 命可達(dá) 500 萬次（150mm 行程往返）以上，具有優(yōu)秀的傳動(dòng)精度、傳動(dòng)效率及 壽命。
4、無框力矩電機(jī)：步科股份、禾川科技
（1）步科股份：國內(nèi)低壓伺服電機(jī)頭部企業(yè)
公司早期以人機(jī)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(jìn)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(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)器人與物流自動(dòng)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(dòng)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(jī)控制效率、系統(tǒng)抗干擾能力和過載能力，實(shí)現(xiàn)了更緊湊 的尺寸設(shè)計(jì)，為下游物流搬運(yùn)機(jī)器人 AGV、智能分揀線、服務(wù)機(jī)器人底盤等領(lǐng) 域客戶提供了滿足其需求的性價(jià)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(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域“控制+驅(qū) 動(dòng)+執(zhí)行傳感+機(jī)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(jī)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(qiáng)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(jì)的驅(qū)動(dòng)控制一體化 SIP 芯片集成了主控 MCU、存儲(chǔ)、運(yùn)動(dòng)控制 算法和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng) IP，目前已實(shí)現(xiàn)對外銷售。
5、空心杯電機(jī)：鳴志電器
鳴志電器：國內(nèi)空心杯電機(jī)龍頭
公司主營為控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、直流無刷電機(jī)、空心杯 電機(jī)等），在 HB 混合步進(jìn)電機(jī)領(lǐng)域?yàn)閲鴥?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(jī)及驅(qū)動(dòng)企業(yè)并將其技術(shù)（吸收整合步進(jìn)電機(jī)、空心杯電機(jī)先進(jìn)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(jìn)電電機(jī)拓展至伺服、無刷、空心杯電機(jī)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(dòng)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(jī)性 能對標(biāo)海外，熱處理、響應(yīng)速度最優(yōu)，且價(jià)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(shí)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(shí)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(jī) 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(shí)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(shí)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(jìn)氣 體傳感器、光柵傳感器等產(chǎn)品布局，縱向逐漸進(jìn)入
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