《汽车行业深度:汽零新场景~人形机器人系列深度驱动拆解产业链车端软硬协同驱动降本技术+客户同源的汽零受益-231215(34页).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车行业深度:汽零新场景~人形机器人系列深度驱动拆解产业链车端软硬协同驱动降本技术+客户同源的汽零受益-231215(34页).pdf(34页珍藏版)》请在三个皮匠报告上搜索。
1、1证券研究报告证券研究报告【中泰汽车中泰汽车 行业深度行业深度】汽零新场景汽零新场景-人形机器人系列深度:驱动人形机器人系列深度:驱动,拆解拆解,产业链产业链车端软硬协同驱动降本车端软硬协同驱动降本,技术技术+客户同源的汽零受益客户同源的汽零受益中泰证券汽车行业首席分析师:何俊艺S中泰证券汽车行业分析师:刘欣畅S中泰证券汽车行分析师:毛玄S2023年12月15日核心观点核心观点2 前言:基于空间格局与成长路径二维标准筛选出人形机器人赛道前言:基于空间格局与成长路径二维标准筛选出人形机器人赛道 产业驱动:车端同源性软硬件赋能驱动成本下降及功能升级产业驱动:车端同源性软硬件赋能驱动成本下降及功能升
2、级成本下降与功能升级:1)硬件端降本至可商业化水平硬件端降本至可商业化水平:以往人形机器人高达上百万美元,特斯拉沿用其在车端的国产供应链后成本可降,预计量产后售价约2万美元。2)AI大模型大模型+Dojo高算力高算力+FSD强算法的软件赋能强算法的软件赋能:ChatGPT可理解人类自然语言自动生成代码控制机器人执行任务;Dojo可将AI计算训练时间从数月缩短为一周,24年预计算力达100Exa-Flops;特斯拉人形机器人目前已打通FSD算法底层模块,可复用视觉感知等算法自动识别物体、记忆并规划路径。3)应用场景拓展应用场景拓展至护理、餐饮、清洁、教育等多个领域。目前,波士顿动力、优必选、特斯
3、拉、小米、傅里叶等多家厂商均已积极布局人形机器人赛道,行业进入快速发展期。人形机器人拆解:执行系统人形机器人拆解:执行系统BOM占比最高占比最高1)BOM成本:成本:以远期20万单价测算,执行系统BOM占比最高,约53.2%(其中直线、旋转、手部分别占31.0%、17.9%、4.3%);感知系统占7.3%,其他芯片、电池等部件合计占比39.5%。2)核心部件:核心部件:执行系统为人形机器人最重要的组成部分。具体来看,直线执行器:分布于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度且体积紧凑的关节,其作用是变旋转运动转为直线运动,行星滚柱丝杠为核心部件;旋转执行器:分布于肩部、手部等多自由度关节,作用是将某物旋
4、转到一定角度完成旋转运动,减速器为核心部件;灵巧手:进行抓取动作,空心杯电机为核心部件。具备工艺技术及客户同源的汽零企业充分受益具备工艺技术及客户同源的汽零企业充分受益1)工艺技术同源工艺技术同源:汽零企业基于原工艺技术同源性,在人型机器人领域进行品类扩张,可匹配更高价值量,包括执行系统中的总成、传动、电机、电控、热管理及感知系统中的IMU、摄像头等细分领域。2)客户同源客户同源:目前特斯拉等车企已入局人形机器人,在工艺技术同源支持下有望沿用原汽零供应商,相关汽零标的有望打开新成长空间。产业链相关标的梳理:产业链相关标的梳理:执行系统-总成(拓普集团拓普集团)、执行系统-传动(双环传动双环传动
5、、贝斯特贝斯特、豪能股份豪能股份、精锻科技精锻科技)、感知系统-IMU(华依科技华依科技)。风险提示:风险提示:人形机器人产业化进度不及预期、AI技术发展不及预期、技术路线不确定、研报使用信息更新不及时的风险。xX9ZcX9UbVbUmOqQqRpRoO9PdNaQpNoOmOmPjMmNmOfQpOwO9PoPrQwMmPtNuOrQyR目目 录录一、产业驱动:车端业务同源软一、产业驱动:车端业务同源软/硬件赋能降本硬件赋能降本+场景需求拓展场景需求拓展二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等三、竞争格局:工艺技术三、竞争格局:工艺技术+客户同源的汽零
6、企业切入机器人客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司四、产业链相关公司3前言:基于空间格局前言:基于空间格局&成长路径筛选出人形机器人赛道成长路径筛选出人形机器人赛道4成长路径成长路径汽车产业链汽车产业链同源同源平台化发展平台化发展空间格局空间格局空间空间格局格局0到到1空间大空间大本土本土替代替代全球替代全球替代集中度高集中度高国产市占率低国产市占率低复合复合增速增速快快壁垒壁垒技术突破技术突破成本把控成本把控快速响应快速响应影响影响赛道筛选标准赛道筛选标准个股成长逻辑个股成长逻辑优选大空间、高成长性赛道优选大空间、高成长性赛道全球替代赛道全球替代赛道执行系统执行系统感知系统感知系统
7、拓展人拓展人形机器形机器人赛道人赛道总成总成传动传动电机电机电控电控热管理热管理IMU摄像头摄像头目目 录录一、产业驱动:车端业务同源软一、产业驱动:车端业务同源软/硬件赋能降本硬件赋能降本+场景需求拓展场景需求拓展二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等三、竞争格局:工艺技术三、竞争格局:工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司四、产业链相关公司5本章核心总结2023年特斯拉发布的Optimus已具备行走、环境发现、准确抓取物体等能力。特斯拉当前推出人形机器人主要基于:1)沿用车端已成熟的国产供应商(热管理、
8、电机、传感器等)进行降本;2)将车端的软件及算法与机器人打通;3)拓展护理、餐饮、清洁、教育等应用场景。特斯拉人形机器人:两年从概念迅速发展到初具行动、识别及记忆能力特斯拉人形机器人:两年从概念迅速发展到初具行动、识别及记忆能力6图表:图表:23年年5月新一代月新一代Optimus所具能力所具能力来源:特斯拉2022 AI Day,2023年度股东大会,中泰证券研究所 从概念到实体从概念到实体,特斯拉已展人形机器人宏伟蓝图:特斯拉已展人形机器人宏伟蓝图:21年特斯拉AI Day,发布特斯拉通用机器人计划,展示Tesla Bot概念形态;22年2月完成平台开发;22年10月AI Day,原型机亮
9、相,预计3-5年可量产上市;23年5月特斯拉股东大会,全新一代Optimus已具备行走、环境发现和记忆、精准电机转矩控制、准确抓取物体等日渐复杂的能力,由点及面展示人机交互进一步创新。概念完成平台开发2021年10月2022年2月2022年10月2023年5月缓慢行走能力识别并记忆周边环境能力准确抓取物体能力电机转矩控制能力原型机全新一代图表:特斯拉人形机器人图表:特斯拉人形机器人Optimus发展历程发展历程来源:特斯拉2023年度股东大会,中泰证券研究所当前时点特斯拉推出机器人:沿用车端已成熟的国产供应商降本当前时点特斯拉推出机器人:沿用车端已成熟的国产供应商降本7图表:主流人形机器人价值
10、估计(美元)图表:主流人形机器人价值估计(美元)来源:中国机器人网,电子发烧友网,特斯拉,中泰证券研究所 硬件端降本:硬件端降本:目前市场主流人形机器人高达上百万美元,特斯拉车端国产供应链(传感器、电机、减速器等)复制后成本下降显著,特斯拉官方称其人形机器人商业量产后售价仅2万美元(约为Atlas成本的1%)。300-400万200万波士顿动力Atlas本田Asimo特斯拉Optimus未来预计2万当前时点特斯拉推出机器人:车端业务软件及算法打通当前时点特斯拉推出机器人:车端业务软件及算法打通8 软件端赋能:软件端赋能:1)AI大模型:ChatGPT可理解人类自然语言自动生成代码控制机器人执行
11、任务;2)算力:高稳定并行的算力(24年预计达100Exa-Flops)支持下,Dojo(超级计算机,为FSD和机器人模型提供算力支持)可将AI计算训练时间从数月缩短为一周;3)算法:已打通FSD和机器人底层模块,实现部分算法复用,且目前Optimus已经可复用视觉感知等算法来自动识别物体、记忆并规划路径。来源:微软官网ChatGPT for Robotics,中泰证券研究所图表:图表:Chat GPT赋能人形机器人赋能人形机器人图表:图表:DOJO超级计算机算力预测变化图超级计算机算力预测变化图来源:特斯拉官方推特,搜狐网,中泰证券研究所算力总规模等同于英伟达算力总规模等同于英伟达A100
12、GPUA100 GPU的数量的数量(个个)00300000400000Jan 23 Apr 23Jul 23Oct 23 Jan 24 Apr 24Jul 24Oct 242023.072023.07投产投产2024.022024.02算力规模进入算力规模进入全球前五全球前五2024.102024.10总算力达总算力达100Exa100Exa-FlopsFlops,等同等同3030万个万个A100A100目前由人进行编程控制:目前由人进行编程控制:用户将目标需求转换为代用户将目标需求转换为代码码,再交给机器人实现再交给机器人实现未来通过未来通过ChatGptChatGpt
13、控制:控制:用户把目标告诉用户把目标告诉ChatGPTChatGPT,由其写出完成目标的代码由其写出完成目标的代码,再交给机器人实现再交给机器人实现当前时点特斯拉推出机器人:扩场景需求当前时点特斯拉推出机器人:扩场景需求9 应用场景打开:应用场景打开:机器人具备“人形”将更好适应生活服务场景,现有机器人大多只能应用于特定领域,运动控制能力叠加通用学习能力升级后,未来人形机器人将集护理、餐饮、清洁、教育等功能于一身。来源:高工机器人公众号,中泰证券研究所整理图表:人形机器人应用场景多元图表:人形机器人应用场景多元来源:各公司官网,中泰证券研究所清洁餐饮护理教育图表:人形机器人未来将多功能集于一身
14、图表:人形机器人未来将多功能集于一身人形人形机器人机器人单一应用单一应用集成通用集成通用护理型护理型餐饮型餐饮型清洁型清洁型教育型教育型娱乐型娱乐型.未来10来源:各公司官网,中泰证券研究所整理人形机器人进入快速发展期:人形机器人进入快速发展期:人工智能领域的竞争与探索推动AI加速迭代,推动人形机器人多场景加速渗透落地,国内外厂商争相布局人形机器人赛道。图表:人形机器人进入快速发展期图表:人形机器人进入快速发展期人形机器人进入快速发展期:国内外厂商纷纷入局人形机器人进入快速发展期:国内外厂商纷纷入局人形机器人波士顿动力 Atlas优必选 WalkerX特斯拉 Opitimus小米 Cyber
15、one傅里叶 GR-1发布时间200222023身高(cm)约7165体重(kg)约8963735255自由度2841502144最大行走速度(km/h)9383.65控制器方案模型预测控制器(MPC)FSDFSA高性能一体化执行器特点采用液压驱动,机器可以做高难度动作多模态情感交互仿人共情表达环境感知移植于特斯拉全自动驾驶系统,技术成熟真实世界三维重建、感知人类45种语义情绪采用电驱+FSA自研执行器GR-1通用人形机器人已具备商业化能力目目 录录一、产业驱动:车端业务同源软一、产业驱动:车端业务同源软/硬件赋能降本硬件赋能降本+场景需求拓展场景需
16、求拓展二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等四、竞争格局:工艺技术四、竞争格局:工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人客户同源的汽零企业切入机器人五、产业链相关公司五、产业链相关公司11本章核心总结人形机器人主要由执行系统、感知系统及其他(电池、芯片等)三部分组成。BOM成本来看,执行其他感知,执行系统最为关键。执行系统主要由直线、旋转、灵巧手三部分。1)旋转执行器驱动关节完成旋转动作,减速器为核心部件;2)线性执行器作用为变旋转运动为直线运动,行星滚柱丝杠为核心部件;3)灵巧手:进行抓取动作,空心杯电机为核心部件。12人形机器人拆解:核心结论人形机器
17、人拆解:核心结论来源:中泰证券研究所整理硬件构成硬件构成:主要分为执行系统、感知系统、其他部分三块。其中,执行系统由直线执行器、旋转执行器、灵巧手三部分组成。感知系统视不同技术路径而定,主要包括视觉传感器、毫米波雷达、惯性导航等。成本构成成本构成:以远期20万单价测算,执行系统BOM占比最高,约53.2%(其中直线、旋转、手部分别占31.0%、17.9%、4.3%);感知系统占7.3%,其他芯片、电池等部件合计占比39.5%。核心部件核心部件:执行系统为人形机器人最重要的组成部分。具体来看,1)直线执行器)直线执行器:分布于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度且体积紧凑的关节,其作用是变旋转运动转为
18、直线运动,行星滚柱丝杠为核心部件;2)旋转执行器)旋转执行器:分布于肩部、手部等多自由度关节,作用是将某物旋转到一定角度完成旋转运动,减速器为核心部件;3)灵巧手灵巧手:进行抓取动作,空心杯电机为核心部件。感知系统,7.3%其他,39.5%31.0%17.9%4.3%执行系统53.2%直线关节旋转关节手部关节图表:人形机器人图表:人形机器人BOM拆分拆分13人形机器人整体构造及成本拆解:执行系统较为关键人形机器人整体构造及成本拆解:执行系统较为关键感知系统感知系统视觉传感器X2语音通讯毫米波雷达X1【成本占比7.3%】执行系统:执行系统:旋转执行器旋转执行器无框力矩电机X14谐波减速器X14力
19、矩传感器X14编码器X28驱动器X14关节机加工件X14【成本占比17.9%】执行系统:执行系统:灵巧手灵巧手空心杯电机X12蜗轮蜗杆X12线传动空心杯电机X12行星减速器X12编码器X12驱动器X12【成本占比4.3%】执行系统执行系统:线性执行器线性执行器无框力矩电机X14行星滚柱丝杠X14力传感器X14编码器X14驱动器X14关节机加工件【成本占比31.0%】来源:特斯拉官网,中泰证券研究所整理其他其他芯片、电池等【成本占比39.5%】执行系统执行系统【成本占比53.2%】14执行系统执行系统线性执行器:变旋转运动为直线运动,行星滚柱丝杠为核心部件线性执行器:变旋转运动为直线运动,行星滚
20、柱丝杠为核心部件线性执行器(腿部线性执行器(腿部关节)运动关节)运动原理原理信号解析汇总执行输出转速、扭矩降速增扭旋转运动转换直线运动位置参数反馈力反馈执行动作进行修正丝杠 挡圈滚珠头套(挡板)行星滚柱螺母(滚珠套)内齿圈滚珠行星丝杠无框力矩电机定子转子永磁体线圈多个永磁体各部件位置关系示意图位置编码器编码器线缆连接器线驱动器力传感器力敏元件转换元件电路部分来源:中泰证券研究所驱动器MCU驱动电路信号调理电路电机控制系统无框力矩电机线性线性执行器:执行器:位于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度关节,将电机旋转运动转为直线运动。关节加工件无框力矩电机行星滚柱丝杠编码器力传感器驱动器15执行系统执行系
21、统旋转执行器:驱动关节完成旋转动作,减速器为核心部件旋转执行器:驱动关节完成旋转动作,减速器为核心部件旋转执行器:旋转执行器:分布于肩部、手部等多自由度关节,作用是将某物旋转到一定角度完成旋转运动。力矩传感器无框力矩电机高速端编码器谐波减速器低速端编码器信号解析汇总执行输出转速、扭矩测量旋转运动、传递信号精准控速降速增扭测量旋转运动、传递信号驱动器力矩反馈图:旋转执行器关键部件拆解图:旋转执行器关键部件拆解编码器编码器线缆连接器线驱动器旋转执行器驱动器谐波减速器力矩传感器定子转子无框力矩电机波发生器柔轮钢轮来源:中泰证券研究所整理关节完成旋转动作的运动原理进行修正16来源:中泰证券研究所驱动器
22、空心杯电机行星减速箱蜗杆钢丝绳触觉传感器信号解析汇总执行输出转速(高速、低扭矩)降速增扭直线传动转换为旋转传动驱动传导感知及力反馈手部完成抓取动作的运动原理图:灵巧手关键部件拆解图:灵巧手关键部件拆解行星轮太阳轮内齿圈编码器编码器线缆连接器线驱动器前端盖 空心杯绕组磁钢外壳霍尔传感器波簧 柔性电路板滚珠轴承平衡环霍尔磁钢铁芯 安装架滚珠轴承后端盖蜗杆蜗轮多级行星减速箱空心杯电机1 23456注:5、6位置驱动拇指,完成弯曲、侧摆两个方向的动作执行系统执行系统灵巧手:进行抓取动作,空心杯电机为核心部件灵巧手:进行抓取动作,空心杯电机为核心部件进行修正目目 录录一、产业驱动:车端业务同源软一、产业
23、驱动:车端业务同源软/硬件赋能降本硬件赋能降本+场景需求拓展场景需求拓展二、人形机器人拆解:二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等执行系统、感知系统等三、竞争格局:工艺技术三、竞争格局:工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司四、产业链相关公司17本章核心总结人形机器人产业链与车链在动力部件、智能化部件领域大多技术同源,相关车链供应商有望凭借成熟工艺+国产低成本优势切入机器人赛道。其中,动力部件主要为热管理、电机电控、传动(减速器、轴承)等;智能化部件包括摄像头、IMU、芯片等。此外,原有特斯拉、小米等产业链供应商亦有望随客户入局人形机器人而拓展产
24、品线。工艺同源汽零企业入局人形机器人:核心逻辑工艺同源汽零企业入局人形机器人:核心逻辑18汽车总成传动电机电控热管理IMU摄像头人形机器人总成传动电机电控热管理IMU摄像头相关标的相关标的执行系统执行系统感知系统感知系统拓普集团、三花智控菱电电控、汇川技术、埃斯顿鼎智科技、鸣志电器、步科股份、恒帅股份双环传动、贝斯特、精锻科技、豪能股份斯菱股份、绿的谐波联创电子华依科技、芯动联科硬度、精度更高更小型化、轻量化更重视定位精度尺寸更小、更轻量化、材料强度更高更重视绝对定位分辨率更高更精细、相对容易银轮股份注:标红为已覆盖公司平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动:直线传动传动:直
25、线传动传动装置:传动装置:是连接动力源和运动连杆的关键部分,常用的传动形式有直线传动和旋转传动。直线传动:直线传动:丝杠通过传动元件将旋转运动转换成直线运动。丝杠原理:丝杠原理:是当滚柱在螺母内滚动时,会在丝杠和螺母间产生虚拟内螺纹并与丝杠精确啮合。丝杠旋转一周,滚柱轴运动一个导程的位移。丝杠分类:丝杠分类:丝杠可分为滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。行星滚柱丝杠在标准式基础上衍生出四种类型,分别为反向式、循环式、差动式、轴承环式。图表:行星滚柱丝杠四种类型的特点和适用领域图表:行星滚柱丝杠四种类型的特点和适用领域滑动丝杠滑动丝杠滚珠丝杠滚珠丝杠行星滚柱丝杠行星滚柱丝杠原理原理 滑动摩擦 滚动
26、摩擦配套动力电机带动丝杠旋转,通过啮合行星滚柱,将电机的旋转运动转换成螺母的直线往复运动。特点特点结构简单但精度差高效率、高精度、高速,但价格高高高转速、高载荷、高刚度、高范围导程、更小体积、更低噪音、更方便维护拆卸传动传动效率效率传动效率25%-50%90%-99%约等于90%-99%适用适用领域领域机床场景 精密传动中小负载、小行程、高速的场景图表:滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠图表:滑动丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠来源:天誉科技官网,中泰证券研究所特点特点适用领域适用领域反向式反向式结构更紧凑、空间利用率高,但行程受螺母螺纹长度限制。小行程、需要一体化设计工作场景循环式循环式高刚度、高
27、承载能力,易产生噪音高精度、中低速运行工作场景差动式差动式高精度、高效率、高承载、高稳定性,但易产生磨损航空航天、武器装备、高精密机床等领域轴承环式轴承环式极高承载能力、磨损率低,但结构复杂、制造成本高应用于重型机械、石油化工等领域来源:行星滚柱丝杠传动精度分析与设计,中泰证券研究所1920平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动:直线传动传动:直线传动人形机器人直线执行器应用行星滚柱丝杠人形机器人直线执行器应用行星滚柱丝杠,行星滚柱丝杠主要由丝杠行星滚柱丝杠主要由丝杠、滚柱滚柱、螺母组成螺母组成。行星滚柱丝杠技术壁垒:行星滚柱丝杠技术壁垒:行星滚柱丝杠采用热处理工艺和高精度加
28、工设备对其加工以提高其耐磨性、硬度和精度,最后进行组装和调试。其壁垒主要包括:1)制造材料方面,材料的硬度、耐腐蚀性、可加工性等;2)制造能力方面,机床、工艺等。滚柱丝杠产业链相关公司滚柱丝杠产业链相关公司:恒力液压、秦川机床、贝斯特、长盛轴承、豪顺精密、绿科科技、亚联精机、派克斯。图表:特斯拉人形机器人执行器内部的滚柱丝杠图表:特斯拉人形机器人执行器内部的滚柱丝杠来源:特斯拉公司官网、天眼查,中泰证券研究所来源:特斯拉AI Day 2022,中泰证券研究所图表:行星滚柱丝杠构成图表:行星滚柱丝杠构成滚珠轴承集合机械离合反向式滚柱丝杠行星滚柱丝杠特斯拉Optimus行星滚柱丝杠行业壁垒行业壁垒
29、制造材料制造材料硬度耐腐蚀性可加工性制造能力制造能力机床工艺组装调试图表:行星滚柱丝杠的行业壁垒图表:行星滚柱丝杠的行业壁垒来源:中泰证券研究所21平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动:旋转传动传动:旋转传动波发生器柔轮钢轮谐波减速器谐波减速器图表:行星、谐波减速器结构图表:行星、谐波减速器结构来源:东方马达官网,中泰证券研究所来源:特斯拉AI Day 2022,中泰证券研究所图表:特斯拉图表:特斯拉Optimus的关节减速器的关节减速器肩关节:6个谐波肘关节:2个谐波腕关节:6个谐波灵巧手:12个行星腰关节:2个谐波总计总计12个行星减速器个行星减速器20个谐波减速器个谐
30、波减速器髋关节:4个谐波减速器减速器通用专用精密精密行星行星谐波谐波RV图表:减速器分类图表:减速器分类来源:中泰证券研究所旋转传动:旋转传动:减速器连接动力源和执行机构。人形机器人对减速器体积和重量要求高,常用行星、谐波减速器。行星减速器:行星减速器:优势是精度高、传动效率高、承载力强、运动平稳;结构简单、成本相对谐波和RV低。谐波减速器:谐波减速器:优势是传动精度高、传动平稳、能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作。机器人每个关节都需要配置一台精密机器人每个关节都需要配置一台精密减速器。减速器。减速器占工业机器人零部件成本30%以上,而人形机器人对于精密减速器使用量远大于工业机器人。以特斯
31、拉Optimus为例,关节部位应用了谐波减速器,灵巧手应用了行星减速器。行星减速器行星减速器平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动:旋转传动传动:旋转传动图表:谐波减速器生产工艺图表:谐波减速器生产工艺图表:行星减速机齿轮的四大处理工艺图表:行星减速机齿轮的四大处理工艺来源:富宝机电科技,中泰证券研究所谐波减速器核心技术谐波减速器核心技术谐波传动理论谐波传动理论齿形设计专用谐波减速器润滑方案生产加工生产加工波发生器、柔轮的生产加工生产流程长来源:未来智库、Newgear官网等,中泰证券研究所图表:行星减速器、谐波减速器核心技术图表:行星减速器、谐波减速器核心技术来源:robo
32、tdrive,中泰证券研究所行星减速器核心技术行星减速器核心技术开发设计开发设计动态设计与分析多物理场耦合和建模分析技术可靠性设计和寿命预测技术制造工艺制造工艺内齿圈的加工行星轮的制造行星减速器技术壁垒:行星减速器技术壁垒:开发中需进行多物理场耦合仿真、可靠性设计及寿命预测。此外需采用先进加工技术以保证齿轮的精度和质量。制造中还需进行精密的齿轮修整和配合工序。谐波减速器技术壁垒:谐波减速器技术壁垒:齿形设计难度大;润滑方案有独特性,通常高度保密;波发生器、柔轮的生产加工工艺要求极高;生产流程长,各环节生产工艺需长时间积累。行星外资为主,行星国产替代:行星外资为主,行星国产替代:行星减速器市场主
33、要参与者为外资、合资厂商,高端精密行星减速器国产化率很低。国产谐波减速器已基本可以实现国产替代,各参数和海外品牌差距明显缩小。减速器相关公司:减速器相关公司:行星减速器:中大力德;谐波减速器:绿的谐波、丰立智能、昊志机电。23平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动:轴承传动:轴承来源:电力电子产业网,中泰证券研究所轮毂电机轮毂电机行星减速机行星减速机驱动电机驱动电机平行轴减速机平行轴减速机人形机器人所用轴承在汽车中已应用较多:人形机器人所用轴承在汽车中已应用较多:特斯拉Optimus每个(共14个)旋转关节使用2个角接触球轴承,1个交叉滚子轴承;每个(共14个)线性关节使用1
34、个四点接触轴承,1个滚珠轴承。而以上4种轴承均在汽车产业中广泛使用。交叉滚子轴承交叉滚子轴承谐波减速器定子滚珠轴承滚珠轴承四点接触轴承四点接触轴承角接触球角接触球轴承轴承集合机械离合反向式滚柱丝杠行星滚柱丝杠来源:特斯拉AI Day 2022,中泰证券研究所图表:人形机器人不同关节选用不同轴承图表:人形机器人不同关节选用不同轴承图表:各种轴承在新能源汽车产业均有广泛运用图表:各种轴承在新能源汽车产业均有广泛运用图表:机器人轴承的技术难点图表:机器人轴承的技术难点24平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术传动传动:轴承:轴承材料选择材料选择如RV主轴承一般采用GCr15特种钢,是一
35、种轴承钢专用钢种,材料较难加工加工技术加工技术轴承图、滚子、保持架加工需要经过车削、磨削、抛光等多个工序,且偏差要求严格装配技术装配技术普通装备方法及模具易变形,必须采用针对薄壁轴承特殊的装配模具及附件测量技术测量技术轴承测量精度要求极高,涉及非接触光学精密测量技术、计算机视觉、精密运动控制等实验技术实验技术由于机器人轴承结构的特殊性,需要研制专用的轴承的试验装置,并进行模拟工况试验来源:工业机器人专用轴承的研究现状与发展趋势,中泰证券研究所轴承技术壁垒:轴承技术壁垒:与汽车相比,机器人轴承制造的壁垒主要包括材料选择以及加工、装配、测量和实验技术。以交叉滚子轴承为例,需要轴承圈、滚动体、保持架
36、等的加工,每种加工均需要经过多道工序。此外,装配误差控制、非接触测量技术以及实验测试的特殊性均有较高要求。轴承相关公司轴承相关公司:恒力液压、秦川机床、贝斯特、长盛轴承、豪顺精密、五洲新春、力星股份、绿科科技来源:CSDN,中泰证券研究所图表图表:滚动:滚动轴承的构成轴承的构成平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术-电控电控25图表:汽车电控系统运行流程图图表:汽车电控系统运行流程图来源:智能网联汽车网,中泰证券研究所 电控系统构成:电控系统构成:汽车电控系统由传感器、控制单元、执行器组成,核心部件是控制单元。机器人电控系统由传感、控制、机械系统构成,核心部件是控制器、驱动器、电
37、机。二者相似度极高。核心区别点是汽车更加重视响应速度,力求变化迅速,而人形机器人更加重视定位精度及注重准确度。来源:和讯网,中泰证券研究所图表:机器人控制反馈闭环流程图图表:机器人控制反馈闭环流程图主主控控平平台台控控制制器器驱驱动动器器电电机机发送指令运动轨迹规划发送控制信号(0或1)电压信号电流信号力矩速度位置发送结束信号结束指令感知系统感知系统机器人与环境交互系统机器人与环境交互系统机械部分机械部分传感部分传感部分控制部分控制部分电控单元电控单元(ECU)采集信息采集信息处理信息处理信息-发布指令发布指令执行命令执行命令加速踏板传感器加速踏板传感器位置传感器位置传感器制动踏板传感器制动踏
38、板传感器温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器.电磁阀电磁阀电机电机指示灯指示灯传感器传感器执行器执行器核心部件核心部件-控制单元控制单元平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术电控电控26图表:机器人和汽车电控器核心技术的对比图图表:机器人和汽车电控器核心技术的对比图来源:中泰证券研究所 运动控制器技术同源:运动控制器技术同源:人形机器人运动控制器核心技术是运动控制算法。和汽车电控单元ECU算法相似之处为都通过传感器获取环境信息,并根据算法进行计算和决策。电机控制器技术同源:电机控制器技术同源:人形机器人电机控制器核心技术是控制算法和通信技术。和汽车电机控制器一样,均通过控制算
39、法来调节电机的转速、电流、位置等参数。同时,两者都需要使用通信技术来实现对电机的远程控制和实时监测。电控相关公司:电控相关公司:菱电电控、汇川技术、埃斯顿、台达电机、新时达。图表:相关公司控制器产品示意图图表:相关公司控制器产品示意图来源:各公司官网,中泰证券研究所电机控制器菱电电控埃斯顿新时达运动控制器机器人控制器机器人控制器运动控制器运动控制器运动控制算法电机控制器电机控制器控制算法PID控制算法速递控制算法位置控制算法通信技术汽车控制器汽车控制器运动控制器运动控制器电控单元ECU算法电机控制器电机控制器控制算法PID控制算法速递控制算法位置控制算法通信技术运动控制器 人形机器人主要采用无
40、框力矩电机和空心杯电机人形机器人主要采用无框力矩电机和空心杯电机。无框力矩电机能实现大扭矩、高效率、轻量化、集成化的功能,应用于机器人四肢。空心杯电机高精度、高速响应、紧凑高效,应用于机器人手掌。电机技术同源:电机技术同源:人形机器人和新能源车的电机都属于永磁同步电机。人形机器人永磁同步电机的核心技术主要包括磁场定向控制和电机本体的设计和制造工艺,属于新能源车永磁同步电机的关键技术。电机相关公司:电机相关公司:无框力矩(步科股份、大洋电机、恒帅股份),空心杯(鸣志电器、鼎智科技、江苏雷利)。平台化发展平台化发展:同源:同源工艺链工艺链技术技术电机电机图表:新能源汽车电机技术路线图表:新能源汽车
41、电机技术路线来源:中泰证券研究所整理图表:人形机器人各关节电机类型示意图图表:人形机器人各关节电机类型示意图来源:科尔摩根等公司官网,特斯拉2022AI day,中泰证券研究所无框力矩电机无框力矩电机空心杯电机手掌处旋转+线性关节 无外壳,只含定子和转子 体积小、功率密度高,稳定性强 较强的扭矩输出和高精度运动控制能力 无铁芯,线圈作转子 转速调整快、转动波动小 能量转换利用率高新新能能源源汽汽车车电电机机开关磁阻电机开关磁阻电机(不适用于新能源乘用车不适用于新能源乘用车)永磁同步电机永磁同步电机原理示意图原理示意图交流异步电机原理示意图交流异步电机原理示意图直流电机直流电机交流异步电机交流异
42、步电机永磁同步电机永磁同步电机直流电源电动机开关线路位置传感器三相交流电能旋转磁场(磁场能量)磁感线切割电子绕组磁力转子绕组产生电流和磁场转子绕组在磁场中受到电磁力的作用电磁转矩转子旋转起来机械负载旋转起来(输出)输出堆成三相绕组通入对称三相电流直流电机原理示意图直流电机原理示意图27平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术热管理热管理28图表:各公司热管理系统部分产品图表:各公司热管理系统部分产品来源:各公司官网,中泰证券研究所 热管理技术同源:热管理技术同源:人形机器人的热管理系统主要分布在头部、躯干、手臂和手部、腿部、外部附件。机器人热管理系统产品相比车用产品尺寸更小,轻量化
43、要求及材料强度要求更高,但工艺技术与车用产品同源,因此汽车热管理系统均可平台化扩展至人形机器人。热管理相关公司:热管理相关公司:拓普集团(热泵总成、多通阀、电子水泵、电子膨胀阀),三花智控(电子水泵、电池冷却器、电子膨胀阀、油冷器等),银轮股份(液冷、冷却器、水泵、水冷板等)。电子水泵冷却器分散式热管理泵阀类热泵总成拓拓普普集集团团电池冷却器电子膨胀阀三三花花智智控控水泵水冷板银银轮轮股股份份油冷器图表:机器人热管理系统布局图表:机器人热管理系统布局来源:特斯拉,中泰证券研究所机器人部位机器人部位布局热管理系统原因布局热管理系统原因头部包含各种传感器、处理器和通信设备。躯干包含各种内部电路、电
44、池和其他重要组件。手臂、手部需要执行各种复杂的工作任务,例如搬运重物、操作工具等。腿部需要支撑整个身体重量,并执行各种移动任务。外部附件外部覆盖件通常采用轻质、高强度的材料制成,以保护内部重要组件。为了确保这些材料的散热性能良好,需要在材料的选择和设计上注意其导热性能。平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术感知:感知:IMUIMUIMU传感模组:传感模组:IMU通过加速度计和角速度计输出位置,在信号较弱的环境下可实现车身定位;对于机器人而言,IMU可用于检测平衡、跌倒、抗扰、测量局部地形规划路线等,技术可迁移性强。产业链可迁移:产业链可迁移:汽车IMU产品可迁移至人形机器人产业,
45、仅精度、配置等有区别,无明显技术壁垒。IMU相关公司:相关公司:华依科技、华测导航、芯动联科等。图表:图表:IMU惯性导航系统工作原理图惯性导航系统工作原理图&应用应用来源:CSDN,中泰证券研究所IMU可直接进行迁移29平台化发展:同源工艺链技术平台化发展:同源工艺链技术感知:视觉摄像头感知:视觉摄像头图表:汽车和机器人的摄像头的工作原理图表:汽车和机器人的摄像头的工作原理来源:中泰证券研究所来源:System Plus Consulting,中泰证券研究所摄像头功能:摄像头功能:特斯拉车载摄像头通过采集外部信息,感知外部环境以实现汽车的导航避障、自动驾驶等功能。而人形机器人摄像头亦是用于实
46、现机器对环境的感知、理解。摄像头技术同源:摄像头技术同源:汽车和机器人摄像头都采用视觉系统采集周围物理环境的信息,通过算法、算力给出实时反馈,并传输给传感器与执行器。由于车的驾驶速度远高于人形机器人的奔跑速度,自动驾驶对该模型运作精细度等要求更高,因此新能源汽车的视觉摄像头技术可迁移至人形机器人产业。摄像头相关公司:摄像头相关公司:舜宇光学、联创电子等。传感器:摄像头计算平台传感器输入通过算法、算力通过算法、算力给出实时反馈给出实时反馈采集采集信息信息执行器输出反馈图表:特斯拉图表:特斯拉Model 3应用多个摄像头应用多个摄像头后车牌的上方装有一个摄像头。各门柱均装有一个摄像头。每块前翼子板
47、上装有一个摄像头。后视镜上方的挡风玻璃上装有三个摄像头。30目目 录录一、产业驱动:车端业务同源软一、产业驱动:车端业务同源软/硬件赋能降本硬件赋能降本+场景需求拓展场景需求拓展二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等二、人形机器人拆解:执行系统、感知系统等三、竞争格局:工艺技术三、竞争格局:工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司四、产业链相关公司3132来源:中泰证券研究所(注:红色为已覆盖公司)受益标的受益标的系统部件简称代码机器人领域产品执行系统总成拓普集团601689.SH执行器总成三花智控002050.SZ执行器总成传动双环传动00247
48、2.SZ减速器贝斯特300580.SZ滚珠丝杠、滚柱丝杠鼎智科技873593.BJ滚柱丝杠豪能股份603809.SH减速器绿的谐波688017.SH减速器恒立液压601100.SH丝杆、滚柱丝杠电机恒帅股份300969.SZ无框力矩电机鸣志电器603728.SH空心杯电机鼎智科技873593.BJ空心杯电机江苏雷利300660.SZ空心杯电机汇川技术300124.SZ运动控制器中科三环000970.SZ无框电机电控菱电电控688667.SH电控埃斯顿002747.SZ电控新时达002527.SZ电控热管理银轮股份002126.SZ热管理感知系统IMU华依科技688071.SHIMU芯动联科68
49、8582.SHIMU风险提示风险提示第一第一、人形机器人产业化进度不及预期:人形机器人产业化进度不及预期:当前人形机器人制造成本仍然较高,尚未到规模化量产阶段。若新技术迭代+供应链降本不及预期,则将影响人形机器人的商业化进度。第二第二、AI技术发展不及预期技术发展不及预期:人形机器人的发展与AI技术相关性较大,需要ChatGPT理解人类自然语言并自动生成代码以控制机器人执行任务。若AI技术发展不及预期,将会影响人形机器人的推进节奏。第三第三、技术路线不确定:技术路线不确定:当前人形机器人方案尚未统一,行星减速器、滚柱丝杠等路线均存在一定争议。若未来技术路线发生改变,可能会影响前期已供货零部件厂
50、商的业绩表现。第四、研报使用信息更新不及时的风险。3334重要声明重要声明中泰证券股份有限公司(以下简称“本公司”)具有中国证券监督管理委员会许可的证券投资咨询业务资格。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告基于本公司及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料,反映了作者的研究观点,力求独立、客观和公正,结论不受任何第三方的授意或影响。本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性,且本报告中的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断,可能会随时调整。本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告所载的资料、工具、意见、信息及推测
51、只提供给客户作参考之用,不构成任何投资、法律、会计或税务的最终操作建议,本公司不就报告中的内容对最终操作建议做出任何担保。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成客户私人咨询建议。市场有风险,投资需谨慎。在任何情况下,本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者应注意,在法律允许的情况下,本公司及其本公司的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,并可能为这些公司正在提供或争取提供投资银行、财务顾问和金融产品等各种金融服务。本公司及其本公司的关联机构或个人可能在本报告公开发布之前已经使用或了解其中的信息。本报告版权归“中泰证券股份有限公司”所有。事先未经本公司书面授权,任何机构和个人,不得对本报告进行任何形式的翻版、发布、复制、转载、刊登、篡改,且不得对本报告进行有悖原意的删节或修改。