资源描述
|2023 11 23/Optimus+/+PX5+Cyber Gear+PowerFlow FSA+M107 KAH KAT RV 365%464 8.9 3535.7 4.4 2866.6 4.1%1m 6m 12m 8.8 0.4-0.9 7.8 11.1 5.1 1 2023-10-10 2 2023-07-24 3 2022-07-13 S1090522050002 S1090523080001 S1090522070003 S1090519030001-15-10-5051015Nov/22 Mar/23 Jul/23 Oct/23(%)机械 沪深300 2 GDR 2 KAH/KAT KMF/RV RV 2022 0YBYuNrMsRoPoQtQmRoRrQaQdN6MmOpPoMpMjMoPoPfQoMtPbRrQnRuOmOmQNZqQuM 3 一、旋转 执行 器：人形 机 器人传 动核 心部 件.8 1、什么 是机 器人 执行 器？.8 2、目前 人形 机器 人旋 转 执行器 设计 方案 都有 哪些？.10 二、旋转 执行 器核 心部 件.15 1、减速 器.15 1.15 2.17 2、电机 系统.18 1.18 2 Optimus.20 3、编码 器.22（1）编码 器的 概念 和分 类.22 2.24 3.26 4.27 4.27（1）轴承 种类 繁多，以 滚 动轴承 为主.27 2.28 3.31 三、相关 上市 公司.32 1.32 2.33 3、双环 传动/环动 科技（汽车覆 盖）.35 4、步科 股份（电 新覆 盖）.36 5.38 6.39 7.41 8.43 9.44.46 4 1.8 2.8 图3：气动、电 动和 液压 执行器.9 图4：电机 执行 器类 型和 历史.9 5 Optimus.11 6 PX5.11 7.12 8.12 9.12 10 Cyber Gear.12 11 PowerFlow.13 12 FSA.13 13 M107.14 14 KAH.14 15 KAT.14 16.15 17 RV.16 18.16 19.17 20.17 图21：滤 波减 速器 工作 原 理图.17 22.19 23.19 24.19 25.19 26.20 27“”.20 28 TBM2G.21 29 WALK-MAN.21 5 30 MIT cheetah.21 31.22 32.23 33.23 34.23 35.23 36.24 37.24 38.26 39.26 40.26 41 BoM%.26 42 2022.27 图43：轴 承按 照工 作的 摩 擦性质 分.28 44.28 45.28 46.29 47.29 48.29 49.29 50 RV.30 51.30 52 Optimus.31 53.31 54.32 图55：2021 年 中国 轴承 企 业竞争 格局.32 56.32 57 2023.33 58.33 59.33 60 2023.34 61.34 6 62.34 63 LCD-I.35 64 KAH.35 65 2023.35 66.35 67.36 68 SHPR-C.36 69.36 70 2023.37 71.37 72.37 73 JD.38 74 FMC.38 75 2022.38 76.38 77.39 78.39 79 2023.40 80.40 81.40 82 HWR-3.41 84 JKR-1.41 84 2023.41 85.41 86.42 87.42 88.42 89 2023.43 90.43 91.44 92 MS1-Z.44 93.44 7 94 2022.45 95.45 96.45 97 SD700.46 98 SD100.46 图99：机械行 业历 史PEBand.46 图100：机械行 业历 史PBBand.46 表1：各类 驱动 器特 性比 较.10 2.10 表3：常见 减速 器主 要技 术指标.18 表4：人形 机器 人带 动无 框力矩 电机 市场 空间 测算.22 5.24 6.24 7.25 表8：主要 公司 编码 器产 品.27 8 一、旋 转 执 行 器：人形 机 器 人 传 动 核心 部 件 1、什么是 机器人执行器？Actuators/1971 WAP-3 1 Rotary Actuator Linear Actuator 1 2 Realpars Realpars 2(Hydraulic)(Pneumatic)(Electric)AC/DC DC AC 9 图3：气动、电动和液压 执行器 Realpars 3 TSA Traditional Stiffness Actuator SEA Series Elastic Actuator PA Proprioceptive Actuator 1983 WL-10R 1995 Pratt Valkyrie Walk-Man 2016 Wensing Cheetah Hermes 本篇报告主要将系统 性地 介绍人形机器人用旋 转执 行器。图4：电机执行器类型和 历史 资料来源：国内外双足人形机器人驱动器研究综述、招商证券 10 表1：各类驱动器特性比 较 类型 刚性（TSA）串联弹性（SEA）并联弹性（PEA）离合弹性（CEA）多 模 态 弹性（MEA）准直驱（PA）结构配置 电机+高传动比减速器+高刚性力矩 传感器 电机+高传动比减速器+弹性体 电机+高传动比减速器+高刚性力矩 传感器+并联弹性体 电机+高传动比减速器+弹性体+离合机构 SEA 和PEA 组合 高扭矩密 度电机+低传动比减速器 力 矩 测 量方式 应变片原 理或电流 编码器或 应变片原理 应变片原 理或电流 编码器或 应变片原理 编码器或 应变片原理 电流 控制特点 简单、精 度高 复杂、精 度低 简单、精 度高 复杂、精 度一般 复杂、精 度一般 简单、精 度一般 能量效率 效率低 效率一般 效率高 效率非常 高 效率非常 高 效率高 安全性 安全性差 安全性好 安全性差 安全性一 般 安全性好 安全性好 应用场景 精密系统，如精密机床，仪器仪表，传统双足机器 人 安全性系 统，协作机器 人 非对称载 荷或自支撑平 衡系统 双足或四 足机器人 兼顾功率、能量效率、安全特性的系 统 四足机器 人，小型双足 机器人 资料来源：国内外双足人形机器人驱动器研究综述、招商证券 2、目前人 形机器人旋转执行 器设计方案都有哪 些？我们参考了目前国内 外重 要人形机器人旋转执 行器 厂商，总结出大部分厂商用 的是刚性或者刚性改良 型设 计方案，一般包含的核心 部件有减速器（谐波减速 器或行星减 速器）、电机（力矩电机）、控制器、编 码器（位 置传感器）、力/力矩传感器和轴承。2 厂商 电机 减速器 离合器/制动器 编码器 力/力 矩 传感器 驱动器 轴承 特斯拉-小鹏-优必选-小米-智元-傅利叶智 能-宇树-绿的谐波-资料来源：特斯拉、小鹏、优必选、小米、智元、傅里叶智能、宇树、绿的谐波、招商证券 注：“”为方案中确定含有该零部件，“-”为方案未披露是否包含该零部件+/+2022 AI Day Optimus 20Nm 0.55kg 11Nm 1.62kg 180Nm 2.26kg/Optimus+11 5 Optimus 资料来源：特斯拉、招商证券 PX5+PX5 PX5 PX5 7 0.05mm 3kg 5Kg 0.6 1m/s 6 PX5 资料来源：小鹏、招商证券 Walker Alpha Cruzr Jimu ADIBOT 200Nm 12 7 8 资料来源：优必选研究院、招商证券 资料来源：优必选研究院、招商证券 9 资料来源：优必选研究院、招商证券 Cyber Gear+Cyber Gear Cyber Dog Cyber Gear 37.85Nm/kg 511.04W/kg 20%Cyber Gear 55%0.2Nm3Nm 0.4Nm8Nm 5%=12N.m FOC 0-90%20ms 10 Cyber Gear 资料来源：小米、招商证券 13 PowerFlow A1 PowerFlow 10 350NM 1.6KG 11 PowerFlow 资料来源：临港科技城公众号、招商证券 FSA+GR-1 FSA 300NM 2018 GR-1 12 FSA 资料来源：傅里叶智能、招商证券 M107 2023 8 H1 H1 14 M107 H1 360Nm 220Nm 45Nm 75Nm M107 H1 19 10 1 8 H1 1.5m/s 5m/s 13 M107 资料来源：立德共创、招商证券 KAH KAT 1 KAH LED 2 KAT KAH KAT,14 KAH 15 KAT 资料来源：绿的谐波、招商证券 资料来源：绿的谐波、招商证券 15 二、旋 转 执 行 器 核 心部 件 1、减速器 RV 1 20 30 3-6 Harmonic Drive 16 资料来源：科峰智能、招商证券 RV RV RV RV RV 16 17 RV 资料来源：工业机器人精密减速器综述、招商证券 180 H K H V 0.9-0.95 1/2-2/3 1/3-1/2 18 资料来源：摆线针轮行星减速器优化设计和仿真分析、招商证券 3 10:3 4 5 6 8 10 3 4(1)(97%98%)/SEW FLENDER Sumitomo NORD AB ABB 17 19 资料来源：科峰智能、招商证券 NN 3 20 图 21：滤波减速器工作原 理图 资料来源：滤波减速器的设计与分析、招商证券 资料来源：滤波减速器的设计与分析、招商证券 2 1)RV RV RV 8000Nm RV 2 20kg 18 3 表3：常见减速器主要技 术指标 主要指标 谐 波 减 速器 RV 减速器 摆 线 针 轮行 星 减速 器 精 密 行 星减 速 器 传动效率 70%80%90%95%传动精度（”）60 60 60 18 0 传动比 30-160 30-192.4 单级 7-283 3-512 设计寿命（h）8000 6000 6000 20000 扭转刚度（Nm/arcmin）1.34-54.09 20-1176 19 60 10-370 额定输出 转矩（Nm）6.6-921 101-6135 5000 40-1200 噪音（db）60 70 75 65 温升（）40 45 45 30 1 97%2 1000-5000/5000-8000/500-2000/200-2000/Sumitomo PX5 CyberDog CyberGear A1 PowerFlow 10 2、电机系 统 1 电动机是将电能转化 为机 械能的机器，用于产生扭 矩来提升负载、移动物体 和各种其他机械工作。电 机 可 以分为 直流 和交 流电 机，直流电 机可 以分 为有 刷、无刷和空心 杯直 流电 机，交流 电机可 以分 为同 步电 机和 异步电 机。以下 是电 机的 常见分类方 法：19 1 2 1 2 Stepper Motor Servo Motor Torque Motor CNC 22 23 24 25 realpars realpars 伺服电 机是一种特殊类 型的电机，用于推/拉或提升或以特 定角度旋转物体。伺服 电机可以 设计为 在交流和 直流电源 下运行。伺服 电机具有齿轮组件、控制 器、传感器 和反 馈系 统。齿轮 组件用 于降 低速 度并 增加 扭矩，控制 器用 于比 较输 入信 20 号（期 望位 置）和通 过反 馈系统 获取 的传 感器 信号（舵机 的实 际位 置）。Closed Loop Control 3D CNC 26 27 资料来源：东方马达、招商证券 资料来源：旭化成微电子株式会社、招商证券 2 Optimus 2022 AI Day Optimus 365 21 28 TBM2G MIT Cheetah WALK-MAN Cheetah 13.5m/s WALK-MAN 29 WALK-MAN A Modular Compliant Actuator for Emerging High Performance and Fall-Resilient Humanoids 30 MIT cheetah MIT technavio 2022 4.87 2027 22 7.15 CAGR=8.01%Optimus 28/20/50/100 28 1000/800/600/56/112/168 31 technavio 表4：人形机器人带动无 框力矩电机市场空间 测算 悲观假设 中性假设 乐观假设 人形机器 人产量（万台）20 50 100 单台机器 人无框 力矩电 机用 量（台）28 28 28 无框力矩 电机平 均单价（元/台）1000 800 600 市 场 空 间（亿 元）56 112 168 资料来源：招商证券测算 3、编码器（1）编码器 的 概 念和分 类 encoder encode,1 2 1 1 0 2 1 0 1,2 3.964.877.15024682017 2022 2027ECAGR=8.01%23,3,4()()32 33(AKM)(AKM)34 35(AKM)(AKM)1 360 2 A B Z A B 90 Z 3 24 36 37 Orientalmotor Orientalmotor 5 绝对 式编码 器 增量 式编码 器 定位精度 高，不受外部因素影响，可靠性较高 定位精度取决于分辨率和信号质量，受外部影响较大 影响干扰 不会因断电或外部干扰而受影响 可能受到断电和外部干扰的影响 分辨率 通常较高，用二进制表示（例如 17bit、23bit）通常较低，用每转脉冲数表示（例如 1000Count/turn）复杂度与价格 复杂度高，价格通常是增量式的两倍以上 较简单，价格相对较低 记忆性 能够记住断电前位置，断电重启后恢复 断电重启后不能记住位置，需要重新找零 机械寿命 机械寿命相对较短，容易受环境影响 机械寿命较长，适用于长时间运行 抗干扰能力 对外部干扰相对较弱，稳定性较高 抗干扰能力强，适用于恶劣环境和长距离传输 输出信息 能输出轴的绝对位置信息 不能直接输出轴的绝对位置信息，需要回零重新找位置 ofweek Digikey 2/X-Y CT MRI/6 行业/领域 应用 航空航天 电机反馈、行李 输送、天线 定位、机 载制导 系统、自动 化装配系 统、X-Y 定位 自动驾驶 汽车和 移动机器人 提升控制、驱动 电机、转向 总成、冗 余 转换机械 缠绕、层 压、折 叠、接 缝、粘合、模 切、定 尺切割 等 食品饮料 填料、封 盖、装 瓶、标 签、机器进给 系统、灌装转 盘、拾取和放 置 起重和货 运 龙门架、港口起 重机 金属成型 与制造 立式磨机、车床、冲 床、压 力机、挤出 机、焊机、驱动 电机、皮带、辊式成 型机、立式轧机、焊机、挤出机、压力机、弯管 机、冲头、焊 接钻头、卷取 系统、辊式成 型机 包装 柔性包装、填模封 口机、标 签设备、成 型填充 密封机、装盒机、标 签粘贴 器、喷墨 打印、纸箱 系统、自动灌装 设备、输送机 印刷 胶印机、卷筒纸 印刷机、卷 筒纸印刷、二进 制系统、胶 印机、喷 墨打印 舞台艺术 电梯、剧 院座位、移动 平台 25 行业/领域 应用 纺织 编织机械、印 刷机械、针 织 机械、接缝、胶合、定 尺切 割系统、挤压 机械，按长 度 切割系统 切割 台、涂胶设备 木材 锯、刨机、磨机、输送 机、起重机、木材运 输、板 材运 输、龙门 系统、堆垛机、薄 板货物处 理、原木扫描系 统、原 木加工 厂 仓储 拾放机器 人、AMR、AGC、叉车、自动化 存储/检索系 统（AS/RS）Encoder Products Company 1 2 7 光 学 式 编码 器 磁 式 编 码器 精度 高，可实 现精确 的位置 控制 依靠电磁 感应工 作，精 度较 差，不适 于在精 细处进 行位移检测 分辨率 高 依赖于磁 极数量 和布局，通 常较低 环境适应 性 受粉尘、水汽等 污染影 响，适用范围 受限 能适应高 水平振 动或污 染，但受电磁 干扰和 温度变 化影响 安装复杂 度 需要精确 安装和 校准 相对简单 组件易损 性 玻璃或塑 料码盘 易损坏，受 振动和温 度影响 磁性芯片 较耐用，但电 磁干 扰和温度 变化会 影响位 置 经济成本 结构复杂，经济 成本较 高 磁性芯片 技术国 产化，价格 较低 应用领域 适用于高 精度定 位、位 置控 制等应用 适用于环 境较恶 劣、需 求较 低精度的 应用 AKM 1 2 26 38 39 资料来源：金钢科技、招商证券 资料来源：金钢科技、招商证券 3 42%35%11%MIR 2022 42%8%1 2 40 41 BoM%资料来源：立迈盛、招商证券 资料来源：埃斯顿机器人、招商证券 42%35%11%12%27 42 2022 MIR 4 21 23 20 2018 表8：主要公司编码器产 品 公司 编 码器 汇川技术 增量式编码器（EI34H 系列超 薄省线式编码器、EI38 系列伺 服编码器、EI38 系列增量编码 器、EI58 系列增量编码器、正余弦编码器、EI100H 系列增量编码器、EI118H 系列重载增量编码器）绝对值编码器（EA35 多圈绝对 值编码器、EA79 十字连轴式绝 对值编码器、EA58S 系列 CANopen 编码器）禾川科技 最高分辨率21 位的磁编码器；最高分辨率 23 位的光编码器 昊智科技 定位精度40，重复定位 精度10的双绝对值编码 器 奥普光电 光栅编码器 埃斯顿 自主研发的编码器 资料来源：公司公告、公司官网、招商证券 4（1）轴承种 类繁 多，以 滚动 轴承为 主 28%14%8%6%5%4%4%4%3%3%2%20%2022%28 图43：轴承按照工作的摩 擦性质分 资料来源：长盛轴承招股说明书、招商证券 0 90 44 45 IDC 2 29 15/25/30/45 46 47 SKF 除了关节连接处之外，减 速器中也需要使用轴 承。在单个谐波减速器中，同 时需要刚性 轴承 和柔 性轴 承各 一个，其中 刚性 轴承 一般 为交叉 圆柱 滚子 轴承，滚 动体为圆柱 滚子，分 布于 互成 垂直排 列的 滚道 中。这种 结构使 得单 个轴 承可 以同 时承受轴向、径向 和倾 覆力 矩 等各个 方向 的载 荷，轴 承 具有很 高的 刚度、旋转 精 度以及复合 承载 能力。柔性 轴 承的外 环很 薄，容 易产 生 径向变 形，在 未装 入凸 轮 之前环是圆 形的，装上 之后 为 椭圆形。柔性 轴承 在工 作 中，内圈 安装 在椭 圆形 的 刚轮上，工作 中承 受循 环应 力 载荷，外 圈安 装在 柔轮 上，工 作中 随柔 轮的 弹性 变 形不断的发 生变 化，不仅 承受 循环应 力载 荷，而且 承受 交变应 力载 荷。48 49 SWC RV 1 40-50 PA66 2 3()4 30 50 RV RV 行星减速机结构紧凑，形 状多样，因而轴 承应用繁 多，涉及深沟球 轴承，角 接触球轴承，圆锥滚 子轴承，冲压滚针轴承及双列 角接 触球轴承等。不 同 轴承 可 承受的工作 负荷。滚 子轴 承一 般比相 近尺 寸的 球轴 承有 更高的 承载 能力，满 滚子 轴承比相应 的带 保持 架的 轴承 能承受 更重 的负 荷，在重 负荷和 大轴 径的 工况 下，选择滚子轴 承比 较合 适。工业 用行星 减速 机需 要布 置尽 可能多 的圆 柱滚 子轴 承，并保证设计 的紧 凑性，才 能保 证轴承 尽可 能大 的径 向承 载力和 高刚 度要 求。51 Optimus 31 52 Optimus 资料来源：特斯拉、招商证券 3 28%PrecedenceResearch 2022 1302 2032 2798 10 CAGR 7.9%SKF Schaeffler NSK JTEKT NTN TIMKEN NMB NACHI 2022 75%20%53 Precedence Research 2006 2021 2278 CAGR 9%5%0500100015002000250030002022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 32 54 图 55：2021 年中 国 轴承 企业 竞 争 格局 资料来源：万达轴承招股说明书、招商证券 资料来源：华经产业研究院、招商证券 2021 32%/28%/18%56 2022 三、相关上市公司 1 2 1 Omega 2023 62%2 2023 38%2023 2018-2022 CAGR 18.47%/18.79%2023-10%0%10%20%30%40%050010001500200025002009201020112012201320142015201620172018201920202021(9%6%3%3%LYC 2%1%76%34%30%19%4%1%0%0%0%12%33 21.65%/32.68%57 2023 58 iFind iFind 25%10%2021 2021 59 iFind GDR 2 2.018 2024 Q4 2 2023 89%9%62%38%0%100%0500 0%10%20%30%40%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 34 2018-2022 CAGR 19.32%/24.27%2021 104.77%/130.56%2023 26.26%/43.36%60 2023 61 iFind iFind 2018 2021 42.87%2022 2023 2022 41.73%/29.08%62 iFind LCD/LCS/LCSG KAH/KAT KMF 2022 89%9%1%1%-100%-50%0%50%100%150%0123452018 2019 2020 2021 2022 2023Q3营业收入 归母净利润营收同比（右轴）归母同比（右轴）0%20%40%60%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 35 63 LCD-I 64 KAH 3、双环传 动/环动科技（汽车 覆盖）2023 50%2018-2022 CAGR 21.37%/31.44%2021 5 2023 21.69%/43.94%65 2023 66 iFind iFind 2019-200%0%200%400%600%0204060802018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 36 67 iFind 50 3Kg-1000Kg 68 SHPR-C 69 4、步科股 份（电新覆盖）HMI PLC 2023 61%36%2018-2022 CAGR 14.01%/26.09%2023 0%5%10%15%20%25%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 37 6.87%/34.37%70 2023 71 iFind iFind 2021 2022 2023 72 iFind HMI PLC JD CD3&FD3 CD2S&FD2S FD5 FD5P SCARA DELTA FMC FD1X4S CM/M-50.00%0.00%50.00%100.00%02462018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 0%10%20%30%40%50%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 38 73 JD 74 FMC 5 2022 59%2020 3.5%/39.35%2021 38.15%11-12 FLT 98.89%2023 75 2022 76 iFind iFind 2018 5%-50%0%50%100%150%0102030402018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 39 77 iFind RV RV 2023 78 6/k9 2023 39%/32%/25%2018-2022 CAGR 12.97%0%5%10%15%20%25%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 40 18.92%2020-2021 2023 2022 9 1-9 79 2023 80 iFind iFind 2018-2021 2022 40%2022 2023 81 iFind HKD HWR JKR HWR-3 JKR-1/5/6/7-50%0%50%100%024682018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 0%10%20%30%40%50%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 41 82 HWR-3 83 JKR-1 7 2023 2022 12 2023 1-9 2018-2022 CAGR 20.9%2019 23.84%2019 Infranor BleuIndim SA 100%2019 2020-2021 2022 84 2023 85 iFind iFind 2019 2022-600%-400%-200%0%200%-50510152018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 42 2023 2022 12 2023 1-9 86 iFind 1 2 RV 60 85%92%3 1%3.5 4 20-40 3-10 5 6 0.1Nm 7 5 1N 8 9 10 4.2Nm 87 88-50%0%50%100%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 43 8/PLC/HMI&/PLC SCARA 55%2018-2022 CAGR 40.68%/38.71%2019 7 2020-2022 2023/SOP 89 2023 90 iFind iFind 2023 2023-50%0%50%100%150%01002003002018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 44 91 iFind 在机器人领域，公司 主要 为客户提供 SCARA 机器人、六关节机器人、视 觉系 统、高精密丝杠、控 制系统、直线导轨等整机及零 部件 解决方案。虽 然 公司 目前 还没有人形 机器 人成 型解 决方 案，但 得益 于在 工业 机器 人领域 的技 术积 累，汇川 拥有现成的 运动 控制、伺服 驱 动、直线 导轨 和丝 杠等 技 术，还生 产增 量式 编码 器 和绝对式编 码器，这 些技 术和 产品未 来可 能会 在人 形机 器人领 域得 到运 用。92 MS1-Z 93 9 0.4-5600kW 50-200kW PLC 2018-2022 CAGR 26.22%/41.42%2019 63.13%25.01%2022 2023 42.05%/36.9%0%10%20%30%40%50%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 45 94 2022 95 iFind iFind 2021 2023 96 iFind 2022 SD700/SD710/SD780 SD100 VM-RTU-ECT/VM-RTU-PN IO/SD700 23 8388608 2.5Mpps,SD100/24-72V 20%-50%AMR AGV 0%20%40%60%80%05102018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 0%10%20%30%40%50%2018 2019 2020 2021 2022 2023Q3 46 97 SD700 98 SD100 1 2 3 图99：机械行业历史PEBand 图 100：机械行业历史 PBBand 资料来源：公司数据、招商证券 资料来源：公司数据、招商证券 15x25x30 x40 x55x050010001500200025003000Nov/21 May/22 Nov/22 May/232.1x2.5x3.0 x3.4x3.9x020040060080010001200140016001800Nov/21 May/22 Nov/22 May/23 47 6-12 A 300 500 20%5-20%5%5%
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