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分析师 李鲁靖 登记编号：S1220523090002郭彦辰 登记编号：S1220523110003张初晨 登记编号：S1220523070001王玉 登记编号：S1220521010001人形 机 器 人 系列：人 形 机 器 人 星 辰 大 海，国 内 厂 商 迎 来 新 机 遇多行业联合研究 人形机器人行业专题证 券 研 究 报 告|机械|2023 年12 月26 日报告摘要 行 星滚柱 丝杠为降 本需求 迫切的关 节零部 件，国内 厂商积 极推进，致力于 实现其低 成本量 产，丝杠 制造商 及上游设 备供应 商或 充分受 益。Optimus 人形机 器人需 使用六 维力传感 器、IMU 及 触觉 传 感器，相关 厂商 迎来 新 机遇。人 形机器 人旋转执 行器核 心在于参 数耦合 及定制化，直线 执行器核 心在于 行星滚柱 丝杠的 低成本、规模化 量产。电 机为机 器人 力量 之 源，国产 替代 加 速推 进。人 形 机 器 人 是 具 身 智 能 发 展 的 理 想 最 终 形 态，涉 及 的 计 算 机 应 用 技 术 范 围 更 广 更 深。多 模 态 大 模 型 是 提 升 机 器 人 感 知 与 交 互的 关键。视觉技术 是机器 人感知中 最重要 部分，品 牌销售 继续提升。机器 人厂商多 自研认 知与决策 算法，夯实核心 竞争力。人 形机器 人行业星 辰大海，相关汽 车零部 件厂商或 受益。Optimus 人 形机器 人与新能 车行业 在产业链 及算法 等方面存 在技术协 同，产 业化进程 提速。建 议 关 注：执 行 器 总 成：三 花 智 控、拓 普 集 团；减 速 器：绿 的 谐 波、双 环 传 动 等；丝 杠：贝 斯 特、五 洲 新 春、北 特 科 技、秦川机床、日 发 精 机、华 辰 装 备、浙 海 德 曼 等；传 感 器：东 华 测 试、柯 力 传 感、敏 芯 股 份、明 皜 传 感（未 上 市）、华 依 科 技、汉 威科技 等；电机：步科 股份、鸣 志电 器、鼎智科 技等。风 险 提 示：人 形机 器人应 用场景开 拓不及 预期，产 业链降 本不及预 期，国 内供应商 研发进 展不及预 期。2ZXDWwPmRtQmNrPnOmRoRqR9P8Q9PoMpPsQoNfQpOtRlOoMtM6MqQwONZnRnRuOrNrQ301重 点关注 丝杠、丝杠设 备及 传感器 环节的 投资机 会丝杠是实 现旋 转运动与 直线 运动相互 转化 的传动机 构，行星滚柱 丝杠 为最优异 品类4滚 动功能 部件是以 滚动摩 擦为特征，由具 有传动、定位、导向、分 度等功 能组成的 零部件 群，主要 包括滚 珠丝杠副 及滚动 直线导轨 副。行 星 滚 柱 丝 杠 是 综 合 性 能 最 优 异 的 丝 杠 品 类。丝杠 是一种 传动机构，可实 现旋转运 动与直 线运动的 相互转 化，目前 常见的 丝杠品种 包括梯 形丝杠、滚珠丝 杠与行星 滚柱丝 杠。梯形 丝杠通 过滑动摩 擦来传 动，价格 低，但 传动效率 等性能 较弱，多 用于工 作要求低 的场景；滚珠丝 杠内置 滚珠，通 过滚珠 的滚动摩 擦实现 传动，传 动精 度 与传 动效 率高；行星 滚柱 丝杠 通 过滚 柱与 丝杠、螺母 的螺 纹啮合 进行传动，承载 力强，并 兼具强 工况适应 性、小 体积、长 寿命等 优势，是 综合性 能最优异 的丝杠 品类。资料来源：行星滚柱丝杠电动缸应用现状，E公司滚柱丝杠产品营销策略研究，精密行星滚柱丝杠副行程误差影响因素试验研究 等，方正证券研究所梯形丝杠 滚珠丝杠 行星滚柱丝杠摩擦方式 滑动摩擦 滚动摩擦 滚动摩擦自锁性 有 无 无噪音指标 较低 很低导程精度 低，品质参差不齐 较高，通常为毫米级 高，可达微米级微进给难以实现，滑动运动存在爬行现象 可实现 可实现运动平稳性滚珠易冲击，平稳性较弱 平稳传动效率 26%-46%90%-96%90%（润滑良好时）相对成本 M M*(23)M*(35)相对寿命 M M 15M相对体积（同载荷）M 2/3*M相对动载 3M相对静载 M 3M相对旋转速度 M 2M工作环境温度范围 M 2M应用场景 工作要求低的场景 需要精密传动的场景高负载、高精度、工况恶劣的场景加工及装配工艺性 简单 复杂国产化率 高 超60%很低三类丝杠 性能对 比（表中“M”为便 于 对比 的相 对指 标）滚珠丝杠 结构图 例 行星滚柱 丝杠结 构 图例人形机器 人产 业进程提 速打 开丝杠成 长空 间，高端 丝杠 国产替代 进行 时5丝 杠 应 用 范 围 广 阔，机 床 是 最 主 要 场 景，人 形 机 器 人 产 业 化 落 地 打 开 丝 杠成 长 空 间。丝 杠承 担传动、定位的 职能，具备一定 通用品 属性，在 机床、航 空航 天、汽 车等 多个 领 域均 有应 用，其 中机 床是 最主 要 且精 度要 求最 高的 应用场 景。人形 机器人 是具身智 能的优 秀物理载 体，有 望替代人 类从事危 险、重 复、无聊 的工作，具有广 阔的发 展前景。特斯拉 人形机器 人主要采 用执行 器对关节 进行驱 动，其中 线性执 行器采用 反式行 星滚柱丝 杠方案，它 具有结 构紧凑、承载力 大等特点。国 内 厂 商 在 中 低 端 丝 杠 市 场 占 据 一 席 之 地，但 高 端 丝 杠 市 场 仍 由 海 外 厂 商主 导。国 内厂 商在 丝杠 领 域的 研究 显著 晚 于海 外，高端 丝 杠在 产品 性能、生 产一致 性等方面 落后于 海外竞手。根据 金属加工 公众号 及 E 公司 滚柱丝杠 产品营 销策略研 究，南京工艺、汉江 机床等中 国大陆 厂商在国 内中低端 滚珠丝 杠市场占 据30%份额，但国 内高端 滚珠丝杠 及行星 滚柱丝杠 市场仍由 日德等 海外厂商 主导。资料来源：第三届滚动功能部件用户调查分析报告，Tesla AI Day2022，金属加工公众号，E公司滚柱丝杠产品营销策略研究，方正证券研究所滚动功能 部件的 下 游应用场 景00.10.20.30.40.50.6特斯 拉人 形机 器 人 线性 执行 器中 采 用 反向 行星 滚柱 丝 杠 海外 厂商 占据 高 端 丝杠 市场 的主 要 份 额相关标的 丝杠6 建 议 关 注：贝 斯 特：公 司专注 于精密零 部件与 智能装备 及工装 产品的研 发、生 产与销售，业务 主要包括 涡轮增 压器零部 件、新 能源汽车 零部件 及滚 动功能 部件。涡 轮增压 器零部件 业务为 公司营收 占比过 半的业务，公司 通过兼并 收购入 局新能车 零部件，产能建 设持续 推进；滚动 功能部件 业务方 面，产品 包括滚 珠/滚柱丝 杠副、高精度滚 动导轨 副等，打 开公司 成长空间。公 司起家 于工装夹 具，具 备精加工 技术积 淀，其主 营产品 如叶轮、中间壳 等与丝杠 存在一 定技术协 同。此 外，公司 积极引 入丝 杠相关 专业技术 和管理 人才，引 入上百 台进口设 备。公 司与国内 机床厂 商有多年 合作经 验，在滚 动功能 部件产品 的迭代 优化 及客 户 导入 均具 备先 发 优势。五 洲 新 春：公 司主营 产品包括 轴承、精密机械 零部件 与汽车安 全系统、热管理 系统零 部件，以 轴承核 心关联技 术为依 托向风电 滚子等 领域 拓展。公司具备 全球先 进的轴承 磨前技 术，与轴 承套圈、风电、汽车等 下游头部 客户均 有广泛合 作。公 司在技术 与材料 上均 具备一 定优势，拥有国 内领先的 热处理、冷成型 加工领 域创新能 力，在 特种钢材 微量元 素添加方 面具备 相关经验。根 据公司 公告，公 司自2021 年起开 始研发 转向系统 丝杠螺 母轴承组 件，于2023 年成 功研发 出新能车 齿条式 电子助力 转向系 统所 需的丝 杠螺母轴 承组件、新能车 电子驻 车、电子 机械刹 车及电子 液压刹 车系统等 领域滚 珠丝杠产 品。公 司正与各 类客户 积极 洽谈，部分丝杠 产能将 于23H2 投 产。公 司也与主 流机器 人厂商在 滚珠丝 杠等领域 进行技 术交流，或于23H2 交付样 品。北 特 科 技：公 司是知 名汽车零 部件供 应商，近 年产品 逐步向新 能源汽 车领域发 展，主 营业务有 三：底 盘 零 部 件 是公司 深耕多年 的起家 业务，主要 包括转向 器齿条 和减震器 活塞杆，二者市 占率均 超50%，客 户几乎 覆盖国内 外知名 汽零供应 商，产 品应用于 塞力斯及 特斯 拉；铝 合 金 轻 量 化 业 务 方面，产 品 包括 阀岛、控 制 臂、电池 包连 接 块等，客 户包 括 比亚 迪、采埃 孚ZF 等，23Q1-3 营收同 比增0.69 亿元，随着新 项目量产 爬坡，未来业绩 放量可 期；空 调 压 缩 机 及 集 成 式 热 管 理 方面，公 司空调 压缩机应 用于商 用车 及新能 车，国内 商用车 市占率超26%，属细 分领域 龙头。根据公司2023 年 半年报，公司在 商用车领 域整车 集成式热 管理系统 取得突 破，获得 国内某 主机厂某 车型水 冷机组项 目定点，与三一 重工联 合研发的 整车集 成式热管 理系统 项目的定 点、量 产工 作也在 落实中。丝杠制备 方案：磨削工 艺精 度高但效 率低，旋风铣 工艺 效率高，发展 前景广阔7磨 制 工 艺 是 丝 杠 传 统 加 工 方 案。行 星滚柱 丝杠与滚 珠丝杠 具有相似 的物理 结构，制 备方式 也大体相 似。根 据 行星 滚柱 丝 杠设计，丝 杠、滚柱、螺母 螺纹的制 备工艺 过程总体 类似，均采用粗 车+精磨结 合的形 式，制 备流程包 括锻压、车削、车螺纹、热 处理、磨削等。滚柱加 工过程中，在加 工螺纹后 还需采 用滚齿加 工两端 齿轮。反 式丝杠 螺母加工 方案包 括干涉磨 削、软 轴磨、内 螺纹旋 风铣：干 涉磨削 通过设计 特殊砂 轮加工滚 道，效 率较低且 限制条 件多，并 未广泛 应用；软 轴磨是 将杆子穿 插于砂 轮中，持 续调整 二者角度 从而磨 削；内螺 纹旋风 铣是德国 主流加 工方案，国内尚 未突破。磨 制 工 艺 可 加 工 高 精 度 丝 杠，但 生 产 效 率 低。纯磨 削工艺 具有强通 用性，可加工不 同种类、形状的 丝杠与 高精度丝 杠。但 磨削工 艺耗时 长，生产 效率低。传统磨 削工艺 中的螺纹 磨削工 序包括粗 磨螺纹、螺纹底 沟磨削、精磨螺 纹等，耗时全流 程的2/3，磨 削过程 中需要不 断调整 砂轮并校 直丝杠。此外，粗磨过 程中的高 进给量 会导致工 件表面 升温，需 要退火 等工序。旋 风 铣 工 艺 加 工 效 率 高，渗 透 率 或 逐 步 提 升。旋风 铣工 艺 下，刀盘 绕圆 柱 工件 高速 旋转，走刀 切出 螺纹，飞出 的切 屑带 走 大量热 能，从 而减少工 件热变 形程度。其可将 螺纹滚道 一次成 型铣削，所需工 序更少，减少修 整砂轮、人工校 直的时间，根据 德国莱 斯特瑞 兹机械公 众号，旋风铣工 艺的加 工效率是 磨削工 艺的3-5 倍。但目 前旋风铣 床但旋 风铣设备 依赖进 口且售价 昂贵，旋风 铣工艺 也不适宜 加工异 形丝杠。此外，若丝杠精 度要求 较高，还 需使用 磨床对滚 道进行 精磨。轧 制 工 艺 生 产 效 率 高，但 精 度 低。轧制工 艺下，使 用轧制 机将金属 胚料通 过一对旋 转轧辊 间隙，通 过挤压 轧制出螺 纹滚道。其具 有生产 效率高、经济性 佳等优势，但轧 制工艺制 备的丝 杠精度较 低，无 法加工高 精度丝 杠。资料来源：行星滚柱丝杠设计，金属加工公众号，方正证券研究所工序 加工目的 对应设备锻压 消除金属 内部疏 松等缺 陷 锻压 机车削 粗车、半 精车丝 杆各段 外 圆表面 车船车螺纹 粗车、半 精车 丝杆 螺纹 车床热处理淬火 再回 火，使零 件表 面 硬度 达到60HRC真空炉、淬火炉磨削 精磨 丝杆 螺纹 外圆 至尺 寸 要求 数控 螺纹 磨床磨削 精磨 丝杆 螺纹 至尺 寸要 求 数控 螺纹 磨床行星滚柱 丝杠主 要 制作工艺 流程 旋风铣加 工工艺 螺纹磨床 及旋 风铣床为 丝杠 制备的核 心设 备，亟待 国产 替代8螺 纹 磨 床 是 加 工 高 精 度 丝 杠 的 刚 需 设 备。丝杠制备 方案存 在一定差 异，但 若要制备 高精度 丝杠，对 螺纹滚 道进行精 密磨削 的螺 纹磨床 必不可少。螺纹 磨床下游 应用场 景包括滚 动功能 部件、工 业机器 人、汽车 等领域。目前高 端磨床 市场仍由 海外主 导，根据 精 密滚 珠丝 杠机 械 加工 工艺 规程 研 究，国 产磨 床 可以 满足C3-C4 精度 的中 端 丝杠 加 工,但批 量加 工 更高 精度 丝杠 时，出 品不稳 定。目前 磨床行 业玩家可 分三类：第一类 为以斯 图特、三 井精机 等为代表 的海外 磨床企业，其技 术布局早，产品 面向 中高端 市场。第 二类为 秦川机床、上海 机床厂等 为代表 的老牌国 有企业。第三类 为宇环 数控、华 辰装备 等为代表 的民营 企业，其在 部分细分 领域占 重要地位。旋 风 铣 床 是 旋 风 铣 工 艺 下 的 核 心 设 备，国 内 相 关 供 应 商 较 少。旋风 铣工艺 下的核心 设备为 旋风铣床，领先 厂商包括 德国Leistritz、德国Burgsmuller 等，国 内生厂 商相对较 少。根 据 大型 数控外 螺纹旋风 铣床的 设计开发，南 京工艺、宁波海天 等国 内 厂商 的数 控螺 纹 旋风 铣床 均采 购 自德 国Leistritz。资料来源：各公司官网，公司公告，方正证券研究所国内外主 流磨床 企 业 主流 旋风 铣企 业 概 况 公司名称 国家 公司特点海外厂商STUDER 瑞士产品布局 全面，产品涉 及 传统磨床、万能 外圆/内圆磨床、生产 型外圆/内圆磨床 等三井精机 日本在性能和 机床数 量方面 处 于顶级水 平的五 轴加工中心，以及在 精密螺 纹 磨削领域 份额领 先的螺纹磨床MATRIX 英国 自1934年 开始生 产螺纹 磨 床国内厂商秦川机床 中国国内 老牌 机床 企 业，发 展 历程 超50 年，子 公司汉江机床 专营螺 纹磨床上海机床 厂 中国国内 大型 精密 磨 床企 业，产品 品种 全、应 用范围广、市 场份额 高，外 圆 磨床、数 控端面 外圆磨床等技 术国内 领先宇环数控 中国 核心产品 包括研 磨抛光 机、数控磨 床等华辰装备 中国 国内轧辊 磨床领 先企业公司名称 国别 创立年份 主营产品Leistritz 德国 1905推出旋铣、滚光、键槽、抛光、转 子铣等 设备，其中旋风 铣床含8种型 号Burgsmuller 德国 1876主营产品 包括塑 料加工 耐 磨件及机 床，可 供应螺旋形几何 形状的 部件。Weingartner 奥地利 1966其pick up classic 系 列 机床可实 现旋风 铣和铣削的转换，包含4种型 号，适合各 尺寸需 求Linsinger 奥地利 1939铣削技术 是公司 多年核 心 竞争力，拥有成 熟的垂直仿形圆 周铣削 技术相关标的 丝杠设备9 建 议 关 注：秦 川 机 床：公 司深 耕机床 领域超50 年，技术积 淀深厚。旗下 拥有宝鸡 机床、汉江机床、汉江 工具等多 家企业，机床产 品矩 阵全 面，产 品包 括螺 纹 磨床、核 心零 部 件、数控 车床 等。子 公司 汉江 机 床螺 纹磨 床市 占 率超70%。日 发 精 机：公 司是 国内 一 家同 时能 生产 立 式数 控车 床、卧 式数 控车 床、立 式加 工中 心、卧 式加 工中 心、龙 门加 工中 心和落 地式镗 铣床的企 业。公 司数控化 率达100%，产品 平均无 故障时间 超1000 小时，远 高于行 业平均。华 辰 装 备：公 司以 全自 动 高精 度数 控轧 辊 磨床 为主 业，下 游包 括宝 武集 团、首 钢集 团、Tata 集团等 国内外 知名钢铁 集团厂 商。公 司与Wieland 公司 开展技术 合作，开发内外 圆复合 磨床产品，磨削 精度可小 于 1，比 肩国际 领先水 平。浙 海 德 曼：公 司前 身华 丰 机床 厂成 立于1993 年，拥 有在车 床领域的 多年技 术积淀。公司现 有高端数 控车床、自动化 生产线 和普 及 型数 控车 床三 大 品类、二 十余 种 产品 型号，下 游 行业 包括 汽车 制 造、工程 机械、通用 设备 等。六维力传 感器 提升人形 机器 人柔顺控 制能 力10六维 力传 感器 广 泛 用于 汽车、航 空 航 天等 领域，可 为 机 器人 提供 更精 准 的 力感 信息，提 升 其 柔顺 控制 水平。力 传感 器是 将力 的 量 值转 换为 电信号的器件。根据 感 力原件的 不同，传 感器可分 为应变 式/光学式/压电/电 容 式力传感 器，目 前 市场主要 应用应 变 式方案，其他方 案 有一定理 论研究，但尚 未广泛 应 用。根据 测量维 度 不同，传 感器可 分 为一至六 维力传 感 器，其中 六维力 传 感器壁垒 最高，性 能最优异。目前 六 维力/力矩传 感器主要应 用于机 器 人、汽车、航空 航 天、生物 医学等 领 域。六维 力/力矩传 感器或应 用于人 形 机器人的 手、足 部 位，为机 器人的 力 控制和运 动控制提供力 感信息，助力其提 升柔顺 化、智能化 控制水 平。我国六维 力传感 器 市场规模 较小，未 来或维持 高增。根据GGII，2022 年我 国六维力/力 矩传感 器市场规 模同比 增52%至2.39 亿元，其 中来自机 器人的 需求 规模 达1.56 亿元。未 来 随着 应 用领 域拓 展叠 加 入 局者 增加，预 计 到2027 年，我国 六维 力/力矩 传感 器 市场 将 以超45%的CAGR 增至超15 亿元，产品 矩阵及 单 价或进一 步优化。六维力传 感器壁 垒 高，主要 由海外 主 导，国内 如坤维 科 技等企业 积极发 展。受限于 高壁垒，目前六维 力/力矩传 感器市场 仍由ATI、ROBOTOUS 等海外企业 主导，国 内具备批 量产品 供 应的企业 较少，国 内企业主 要包括 坤 维科技、鑫精诚、宇立仪器、蓝点 触 控、海伯 森、昊 志 机电等。其中宇立产品 主要应 用 于机器人 磨抛、汽 车碰撞测 试等领 域，坤维科 技在协 作 机器人、医疗手 术 机器人、航空航 天 等领域具 备优势，鑫精诚以 苹果供应链身 份将其 产 品推广至3C，在 机 器人、医 疗行业 也 有布局。资料来源：高工机器人产业研究所（GGII），方正证券研究所六维力/力矩 传感 器 在机 器人 领域 的 应 用 我国六维 力/力矩传 感器市场 规模预 计 维持高增2022 年我国六维 力/力矩传感 器市场 竞 争格局（以销量划分）IMU 提升机器 人行进时 的平 衡性，成 长空 间打开11IMU 可测量载 体多方 向的加速 度、角 速 度，助力 人形机 器 人在行走 时保持 平 衡。MEMS 惯性传 感 器是测量载 体加速 度、角速度 及运动 状 态变化的 传感器，具有体积 小、微 电 子高度集 成等优 点，主要应用 于消费 电 子、汽车 电子等 领 域。按被 测物理 量 分类，MEMS 惯性传 感器可分 为加速 度 计、角速 度传 感器（陀 螺仪）和 惯性 传 感 组合（IMU）。IMU由加 速度 计和 陀 螺 仪共 同构 成，可 测 量空间多方 向的加 速 度和角速 度，助 力 人形机器 人行进 时 保持平衡，保持 控 制闭环。资料来源：和讯康科技公众号，芯动联科招股说明书，各公司官网，公司公告，方正证券研究所IMU传感器图例自动驾驶 及人形 机 器人产业 化落地 有 望进一步 打开MEMS惯性 传感 器成 长 空 间。根据Yole及头豹研究院，2021 年 全球/我国MEMS 惯性传感器市 场规模 分 别为35.09 亿美元/136 亿元，其中IMU在全球市 场规模 占 比过半，逐步在 汽 车等领域 替代独 立 加速度计 和陀螺 仪。未来汽 车自动 驾驶、机器 人等 领 域 的发 展有 望进 一 步 打开MEMS 惯性 传 感 器市 场空 间。IMU 市场仍由Bosch等海外厂 商主导，国内企业 奋起直 追，替代可 期。由 于 研发布局 时间晚 于海外，国 内企业 在 加速度计 方面具 备 较强研发 能力，但 在技术更 复杂的MEMS陀螺仪领域 落后于海外。在成本、尺寸、产 能规模 要 求较高的 民用领 域，国内IMU市场仍由Bosch、ST等海外巨头占据 垄断地 位，CR5 超90%，国内 如矽睿科 技等企 业 占据较少 份额。未 来随着国 内技术 水平提升，叠加其 在 本地化服 务、供 应 链整合等 方面的 优 势，国产 替代可 期。全球 MEMS 惯性传感器市场规模（亿美元）中国 MEMS 惯性传感器市场规模（亿元）中国惯导产业链及公司梳理 公司名称 主营业务美泰科技 MEMS器件 与系统 的研发、生产和销 售敏芯股份MEMS传感 器的研 发与销 售，主要产 品线包 括MEMS 麦克风、MEMS 压力传 感器和MEMS 惯性传 感器芯动联科 高性能硅 基MEMS 惯性传 感 器的研发、测试 与销售赛微电子MEMS芯片 的工艺 开发及 晶 圆制造、GaN外 延材料 生 长与器件设计中芯集成MEMS和功 率器件 等领域 的 晶圆代工 及封装 测试业 务，为客户提 供一站 式服务 的 代工制造 方案士兰微 集成电路 芯片设 计以及 半 导体微电 子相关 产品生 产苏州固锝(持股明皜传 感21.63%）半导体分 立器件 二极管 的 设计、制 造、封 装、销 售，MEMS传感 器的研 发、设 计 和生产，并提供 相关技 术 服务华测导航 高精度导 航定位 技术的 研 发、制造 及产业 化推广导远电子 定位感知 技术的 研发及 应 用中海达以卫星导 航定位 技术为 基 础，融合 声呐、光电、惯 导、激光雷达、UWB 超宽带、星基增强 等多种 技术，形 成“海陆空 天、室 内外”全 方位、全 空间的 高精度 定 位产业布局华依科技验证、智 能测试 设备、自 动驾驶组 合惯导 系统，车 载组合惯导IMU业 务领域电子皮肤 或为 机器人触 觉终 极方案，产业 进程加速 推进12电 子 皮 肤 从 泛 用 性 及 仿 生 性 角 度 可 能 是 机 器 人 触 觉 的 终 极 方 案。柔 性触觉 传感器由 柔性材 料制成，具备良 好延展性、柔韧 性，结 构形式 多样，在 医疗电 子、机器 人、3C 等领 域具 良好 应 用前 景。根据 感 知原 理的 差异，柔性 触觉 传感 器 可分 为电 容式/压阻式/光电式/压电 式/磁敏式/超声 式传 感 器，其中 电容 式/压 阻式/压电 式传 感 器应 用 较为 广 泛。电子 皮肤 可 实现 温度、湿 度、压 力等多 功能感知 能力，是触觉传 感器的“升级版”。在 特斯拉第 二代Optimus 机器 人的宣 传视频中，其灵 巧手搭载 触觉传感 器，完 成精准捏 住鸡蛋 的操作。未来Optimus 机器 人手指、面部等 部位或 搭载电子 皮肤以 获得更优 秀的感 知交互能 力。国 内 外 企 业 及 院 校 均 积 极 开 展 电 子 皮 肤 相 关 研 究，其 产 业 化 进 程 或 迈 入 快 车 道。根 据汉威 科技公众 号，预 计2021-2028 年全球 柔性传 感器市场 规模年 复合增速 达6.8%，2028 年 可达84.7 亿美元。目前MIT、清华 大学等 科研院校 积极就 柔性传感 器、电子 皮肤开 展相关研 究，国 内如能斯 达、三 三智能均 有产品 落地。资料来源：特斯拉官方媒体,柔性触觉传感器在机器人上的应用综述，方正证券研究所特斯拉第 二代Optimus 机器人 的所有 手 指均内置 触觉传 感 器 柔性触觉 传感器 各 敏感机理 优缺点 对 比 传感技术 调节参数 优点 缺点电容式 电容值灵敏度高、空间 分辨率 高、动态范 围大存在寄生 电容、对噪声 敏 感、测量 电路复杂压阻式 电阻值频率响应 高、空 间分辨 率 高、噪音 干扰小、易 结构化可重复性 差、迟 滞、功 率 消耗高、工艺复杂压电式 电荷频率响应 高、灵 敏度高、可靠性高、动态 范围 大空间分辨 率差，测量电 路 复杂，仅 适用动 态检 测光电式 光强度空间分辨 率高、无电气 干 扰、响应 速度快、成 本低整体结构 缺乏柔 性，对 弹 性体依赖 性强磁敏式 磁场强度 灵敏度高，体积 小 结构设计 复杂，分辨率 低超声式 超声波 空间分辨 率高，不受电 磁 干扰布线困难，存在 滞后和 非 线性，易 受外部超声 干扰相关标的 传感器13 建 议 关 注：坤 维 科 技（未 上 市）：公 司成立于2018 年，向机器 人及其 他智能装 备、工 业过程控 制等领 域提供力 觉测量 解决方案。公司 创始团 队均来自 国家级 航天科研 机构，掌握力觉 测量核 心技术及 相关知 识产权。目前公 司六维力 传感器 产品在国 内协作 机器 人 市占 率已 位居 第 一，产品 包括8 大系 列、超35 型号，准 度行 业领 先，较 海外 厂商 具 价格 优势。宇 立 仪 器（未 上 市）：公 司扎根于 力矩传 感器，2007 年 成为我 国少数 可生产 汽车碰撞 假人多 轴力传感 器的企 业。目前 公司 已拓展 至机器人 打磨行 业，与ABB 合作研 发十系列 六轴力 传感器和 智能浮 动磨头，并与KUKA 合作推 出力控 打磨集成 应用包。东 华 测 试：专 注于 结构力 学性能的 智能化 测试与分 析系统 研发和生 产，力 传感器技 术国内 领先。柯 力 传 感：智 能传 感器行 业领军企 业，主 要产品有 应变式 传感器、仪表等 元器件，市占率 多年国内 第一。公司已经 进行多 款扭矩 传感器、多维力 传感器等 产品的 送样和试 制，并 围绕人形 机器人 涉及的触 觉、视 觉传感器 寻求投 资机会。华 依 科 技：公 司是 国内汽 车测试行 业龙头 和领先的 智驾感 知定位解 决方案 提供商，为数字 化定义汽 车与人 工智能深 度融合 提供研 发测试服 务、高 端装备和 智驾服 务及核心 产品。公司深耕 汽车动 力总成智 能测试 二十余年，潜心 布局智能 驾驶关 键零部 件IMU，目 前IMU 产品 精度行 业领先，目前已 达量产 条件，并 获得奇 瑞汽车、智己汽 车定点，订单持 续开拓。敏 芯 股 份：公 司主 要产品 包括MEMS 声学 传感器、MEMS 压力传 感器与MEMS 惯 性传感 器，是 国内唯 一掌握多 品类MEMS 芯片设计 与制 造 工艺 能力 的上 市 公司，在 现有MEMS 传感 器 芯片 设 计、晶圆 制造 等 各环 节均 具备 核 心技 术。汉 威 科 技：公 司业 务应用 覆盖传感 器、智 能仪表等 行业领 域，在涉 及产业 领域均形 成相对 领先的优 势。公 司在传感 器领域 掌握厚 膜、薄膜、MEMS、陶瓷等 核心工 艺，产品 覆盖气 体、压力、流量、温度、湿度、光电、加 速度等 门类。根 据公司 公告，子公司能 斯达形 成多品种、多量 程的柔性 微纳传 感器（压 力、压 电、应变、织物）及阵列 的核心 设计能力、大面 积印刷 电子批量 制造能 力等核心 能力，与小米科 技、深 圳科易机 器人等 积极在智 能机器 人领域开 展合作。1402电 机为机 器人力 量之源，国 产替代 加速推 进旋转关节 总览：无框力 矩电 机+谐波减速 器+力矩传 感 器+编码器15 旋转执行器由 永 磁 无 刷 电 机+谐波减速器+双编码器+力矩传感器+轴承+机械离合 组成；旋 转 过程 如下：1）电 机 带 动 转 子（永 磁 体）运动2）其 动 力通 过 谐 波 减 速 器 提 升 扭 矩，降 低 转 速3）谐 波 减 速器 通 过 交 叉 滚 子 轴 承 传 递 相 应 的 力；4）无 接 触 力矩 传 感 器 负 责 测 量 输 出 扭 矩 并 反 馈；输 入/输 出 位置 传感器 负责测量 位置和 速度并反 馈。旋转运动 过程无接触力矩传感器 输出/输入位置传感器谐波减速器 交叉滚子轴承 无框力矩电机测 量输出 扭矩 测 量位置 和速度特斯拉Optimus 旋转 执行 器构 成资料来源：Tesla AI Day 2022，方正证券研究所旋转关节 总成 的核心在 于参 数耦合与 定制 化16 参数耦合难点一：包括力矩电机与减速机的力矩范 围 合 理 匹 配，避 免 力 矩 浪 费 与 不 足；根 据 关 节制 动 特 性 要 求，选 择 摩 擦 式 抱 闸、齿 销 式 抱 闸 和无 抱闸方 案；难 点 二：矩 传 感 器 与 关 节 力 矩 参 数 匹 配 设 计，确保 力矩在 线性检测 范围内；难 点 三：基 于 光 电、电 容 及 磁 场 原 理 的 高 精 度 编码 器 技 术，针 对 电 磁 干 扰、粉 尘 及 辐 射 环 境 下 的传 感器应 用选型一体化机 器人关 节 设计 一体化关 节核心 零 部件系统 框架一体化关 节设计 流 程资料来源 金力等:驱控一体化机器人关节的研制及应用，方正证券研究所直线关节 总览：无框力 矩电 机+行星滚珠 丝杠+力传感 器+编码器17 直 线 执行 器 由 无 框 力 矩 电 机+行 星 滚 珠 丝 杠+力 传 感 器+编 码 器+轴承组成；过程如下：1）电机带动螺母旋转2）行 星 滚 珠 丝 杠 把 旋 转 运 动 转 化 为 直 线 运 动3）丝杠 通 过 球 轴 承 传 递 相 应 的 力；4）无 接 触 力 矩 传 感 器负 责 测 量 输 出 力 矩 并 反 馈；输 入/输 出 位 置 传 感 器 负责 测量位 置和速度 并反馈。特斯拉Optimus 直线 执行 器构 成直线运动 过程资料来源：Tesla AI Day 2022，方正证券研究所直线总成 的核 心在于行 星滚 柱丝杠制 造18 行 星 滚 柱 丝 杠 具 有 精 度 高+寿 命 长 等 优 势，但 是 国 产 化 率 仍 处 于 早 期。壁 垒 在 于：材 料 端（原 材 料 质 量 尚 有 差 距+热加 工工艺 欠佳）、设备端（高端精 密设备 性能与国 外有差 距）、工 艺端（技术经验 积累需 要时间）国产滚动 功能部 件 优势分析国产中高 档滚动 功 能部件努 力方向 第 一位因素 统计国产中高 档滚动 功 能部件努 力方向 整 体因素排 序行星滚柱 丝杠与 滚 珠丝杠比 较资料来源：新剑机器人技术股份有限公司官网，金属加工杂志社，方正证券研究所选项 性能 精度 寿命及可 靠性 材料及热 处理工 艺 服务比例 47.4 44.4 19 9.3 1.1无框力矩 电机：更满足 机器 人高效率 高动 态要求 无 框 力 矩 电 机：具 有 紧 凑 度 高+高效率+低 噪 音+高 稳 定 性 优 点：1）极 高 的 刚 度：无 框 力 矩 电 机 可 以 做 为 直 驱 动 力 源，它不需要皮带和皮带轮，丝杆或齿轮箱，就能直驱负载。2）效率高：由于无框力矩电机直接集成到机器的结构中，降低 了 风 摩 损 失，因 此 效 率 高。3）静音：由 于 无 框 力 矩 电 机 直 接 集 成 到 机 器 的 结 构 中，带 来 了 明 显 的 静 音 效 果。4）稳定 性 高、低 维 护 性。总体 更满足机 器人要 求的高效 率/高动态/高功 率密度 要求。无框力矩 电机构 成 图 电机分类资料来源：RenAhahWiki，云熙机电，兆威机电，Kollmorgen，研一机械等，方正证券研究所整理无框力矩 电机：国内厂 商企 业起步晚，仍 属二线梯 队20无 框 力 矩 核 心 壁 垒 在 于 磁 路 设 计 和 工 艺 制 备。以 美 国 科 尔 摩 根 公 司 产 品 为 例，其 转 矩 密 度 可 达1.1Nm/kg-2.5Nm/kg,齿槽转 矩 及 转 矩 脉 动 较 低,主 要 是 采 用 分 数 槽 分 布 绕 组 的 少 极 多 槽 的 方 案。国 内 步 科 股 份、昊 志 机 电 等 产 品 由 于 起 步 较 晚，主要 在转矩 密度参数 上有差 异。海内外无 框力矩 电 机基本情 况无框力矩 电机 产 品 对比资料来源：各公司官网，方正证券研究所整理伺服电机：满 足机器人 快速 响应、高 精度 执行要求21 伺 服 电 机：由 紧凑 电 机+驱动+编码器+控制器构成，广 泛 用 于 机 器人 关 节 部 位，需求 量 较 大。具 有 高 响 应 速 度、高 精 度控制、性 能 稳 定、过 载 能 力 强 等 优 点：1）高响应速度：从静止加速到其额定转速3000RPM 仅需几毫秒，可用于要求快速 启 停 的 控 制 场 合。2）控 制 精 度 高：电 机 轴 后 端 的 旋 转 编 码 器 保 证 控 制 精 度。3）性 能 稳 定：伺 服 电 机 为 闭 环 控 制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，控制性能更为可靠。4）过载能力强：具 有 速 度 过载 和 转 矩 过 载 能力，最 大 转 矩 为 额 定 转 矩 的2-3 倍，可 用 于 克 服 惯 性 负 载 在 启 动 瞬 间 的 惯 性 力 矩。总体更满足机器人 要求的快速响应，高精度 执行，性能更稳 定，具 备较强过 载能力 要求。伺服电机 结构图 伺服电机 分类资料来源：鸣志电气官网，智研咨询，方正证券研究所整理空心杯电 机制 造端：生 产工 艺亟需追 赶，差距在于 绕线 方式22空 心 杯 电 机 最 大 的 特 点 是 线 圈 绕 制 成 杯 子 状，通 过 连 接 板，和 换 向 器，主 轴 链 接 到 一 起 共 同 组 成 了 转 子。线 圈 在 磁 铁 和外 壳 之 间 的 缝 隙中 旋 转，从 而 带动 整 个 转 子 旋 转。这 种 结 构 彻 底消 除 了 由 于 铁 芯形 成 涡 流 而 造 成的 电 能 损 耗，由于 转 子 重量大幅降低，所以 转 动 惯 性 减 小，相 比 传 统 铁 芯电 机，大 扭 矩 急加 速 急 减 速 性 能突 出，有体积小，效率高，功 率密 度 高，可 控性高，噪音小，散热 效果好等 等优点。空 心 杯 最 大 难 度 在 于 绕 线 方 式，1）工 艺 方 面：海 外 使 用 一 次 绕 制 成 型 工 艺；国 内 采 用 绕 卷 式 生 产 工 艺；在 良 品 率 和 精 度上 仍有差 距；2）生 产方 面：国 内缺 乏定 制 化生 产能 力；整 体起 步较 晚；直流有刷、无刷 空 心杯电机 结构 空心杯工 艺图资料来源：天孚微电机，谢春辉：马按形空心杯电机线图绕制设备研究，方正证券研究所整理空心杯电 机产 品端：参 数尚 有差距，国产 替代发力 正当 时23对 比 国 内 外 空 心 杯 同 电 压 等 级 产 品，在 空 载 转 速/功率/机 械 时 间 常 数 等 参 数 方 面 尚 有 差 距。复 盘 海 外 空 心 杯 电 机 的 发 展之路，技 术 迭 代和 经 验 累 积 均 需要 时 间，头 部 电机 公 司 成 立 均 超60 年以上，国 内 企业 优 势 在 于 交 付周 期 短 以 及 响 应能 力 强以 及高性 价比优势，看好 在人形机 器人爆 发初期的 产业机 遇。海内外空 心杯电 机 基本情况空心杯电 机产品 对 比资料来源：各公司官网，方正证券研究所整理2403人形机器人，具身智能发展的 理想最 终形态通 用 大 模 型 推 动 机 器 由 感 知 走 向 认 知，形 成 感 知、决 策、控 制 闭 环。1）将人 类给出 的自然 语言指令 拆解为 机器人可 执行的 步骤，更通 用、易用；2）多模 态大模 型增强 模型对现 实中对 象的理解，赋予
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