来源:未来智库(报告出品方/作者:中泰证券,王可、张晨飞)
关注上游核心零部件投资机会
硬件拆解:由四大结构组成,零部件成本占比高
人形机器人零部件价值量占比预计超过50%: 机器人核心零部件包括减速器、伺服、控制器等。根据ofweek数据,减速器、伺服、控制器 占工业机器人成本的比例分别为35%、20%、15%。 人形机器人关节和自由度更多。以特斯拉机器人为例,共有6类关节,搭载28个执行器,并 且在灵巧手等部位配备大量传感器。考虑到人形机器人关节和自由度更多,预计零部件占比更 高。
旋转执行器:由谐波减速器、交叉滚子轴承、绝对值编码器、无框电机、力矩传感器等组成。 Optimus的旋转执行器共14个:两个肩部共6个、肘部2个、腰部2个、髋部4个; 线性执行器:由行星滚柱丝杠、无框电机、力矩传感器、绝对值编码器、深沟球轴承等组成。 Optimus的线性执行器共14个:肘部2个、腕部4个、腿部8个; 灵巧手:主要由空心杯电机、丝杠、行星精密齿轮箱、力矩传感器、绝对值编码器组成。灵 巧手共2个,每个灵巧手由6个电机驱动。
谐波减速器:需求大幅增长,国产替代推进
减速器具有匹配转速和增加扭矩的作用。减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,机器 人通过减速器将转速降到各关节所需速度并增加扭矩,以满足对动力输出的要求。优质的减速 器能够提供稳定的传动和高精度的定位,从而保证机器人的运动稳定性和精度。 谐波减速器在人形机器人中应用广泛。谐波减速器体积小、精度高、传动比高、传动平稳、 可以向密闭空间传递运动等多个优点,但谐波减速器的刚度不高,在负载较大的情况下容易出 现跳齿、脱齿现象,一般只能用于中轻型器械中。在工业机器人中谐波减速器主要用于小臂、 腕部、手部等轻负载部位,人形机器人的负载较轻,因此谐波减速器的应用更加广泛。
空心杯电机:用于手部关节,国内多个企业布局
定义:空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机,也可以将其归类为微特电机。在结 构上突破了传统电机的转子结构形式,采用的是无铁芯转子,也叫空心杯型转子。 空心杯电机结构和分类:空心杯电机主要由后盖、接线端子、电刷端盖、电刷、换向器、杯 形绕组(转子)、转轴、垫圈、滑动轴承、外壳、磁铁(定子)、法兰、定位环组成。定子由 永磁体、壳体、法兰组成。外壳提供了恒定的磁场,使电机无铁损耗。空心杯电机包括有刷和 无刷两种,有刷空心杯电机转子无铁芯,无刷空心杯电机定子无铁芯。
海外品牌占据高端市场,国内产品性价比优势明显。空心杯电机作为电机的新的发展方向, 国外厂商也纷纷加强产品布局,如Maxon(瑞士)、Faulhaber(德国)等著名微电机厂商都已 经大量申请空心杯电机相关的专利技术。
滚珠丝杠:应用于直线关节,国内企业处于布局早期
下游应用:滚珠丝杠广泛应用于各种工业设备和精密仪器,下游包括机床、机器人、注塑机 等。 滚珠丝杠分类:滚珠丝杆包括自润式滚珠丝杠、静音式滚珠丝杠、高速化滚珠丝杠以及重负 荷型滚珠丝杠等,而从循环方式看,滚珠丝杆包括内循环和外循环两种,其中内循环是指滚珠 在循环过程中始终与丝杠保持接触,外循环是指滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触。 滚珠丝杠应用于人形机器人直线关节。滚珠丝杠具有摩擦损失小、传动效率高、精度高、高 速给进和微进给可能、轴向刚度高、不能自锁、具有传动的可逆性等优点,用于人形机器人的 直线关节。
传感器:机器人感知的基础,国产化持续发力
传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成 为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等 要求。 传感器种类多样。按照外界输入的信号变换为电信号采用的效应,可将传感器分为物理量传 感器、化学量传感器和生物型传感器三大类,按照“工作原理+应用领域”的分类依据具体展开, 可分为压力传感器、惯性传感器、磁传感器、光学传感器等。