AI+人形機(jī)器人行業(yè)分析

AI+人形機(jī)器人行業(yè)分析1.AI賦能人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提速，把握我國(guó)硬件受益機(jī)會(huì)1.1.人形機(jī)器人0-1階段，如何看待變化產(chǎn)業(yè)0-1階段，當(dāng)前變化在于A(yíng)I賦能&多方入局&性能改進(jìn)。人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍處于0-1階段，2022年9月30日TeslaAIDAY首次展示其人形機(jī)器人的詳細(xì)參數(shù)、開(kāi)發(fā)過(guò)程和行動(dòng)能力，當(dāng)時(shí)引發(fā)了社會(huì)、產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)廣泛的關(guān)注。當(dāng)前時(shí)間節(jié)點(diǎn)，我們認(rèn)為較去年相比，主要的變化在于A(yíng)I大模型賦能帶來(lái)的對(duì)具身智能落地的想象、產(chǎn)業(yè)資本關(guān)注提升下多方巨頭的入局以及Tesla人形機(jī)器人性能的迭代改進(jìn)。變化一：AI大模型賦能，人形機(jī)器人成為具身智能的最佳載體。AI大模型在語(yǔ)言、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)控制、降低研發(fā)成本等多方面為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)賦能。(1）語(yǔ)言能力：快速迭代的ChatGPT具有不亞于人的語(yǔ)言生成能力，為機(jī)器人的語(yǔ)音交互難題提供了解決方案，2023年4月，人工智能公司Levatas與波士頓動(dòng)力合作，將ChatGPT和谷歌語(yǔ)音合成技術(shù)接入Spot機(jī)器狗，實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)的交互。(2）視覺(jué)能力：在SAM模型的加持下，機(jī)器視覺(jué)的準(zhǔn)確性、識(shí)別速度和零樣本遷移能力得到革命性提升，有望賦能人形機(jī)器人適配更多工業(yè)場(chǎng)景和生活場(chǎng)景。(3)運(yùn)動(dòng)控制：以AI模型為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)目前仍在不斷迭代中，未來(lái)有望廣泛應(yīng)用于人型雙足機(jī)器人的平衡和協(xié)調(diào)性控制。(4）降低研發(fā)成本：AI虛擬仿真測(cè)試大幅降低了測(cè)試成本，提升數(shù)據(jù)收集效率，加速產(chǎn)品迭代周期。此外，AI大模型廣泛也應(yīng)用于人形機(jī)器人的自動(dòng)化決策、路徑設(shè)計(jì)與規(guī)劃等領(lǐng)域。人形機(jī)器人作為人工智能的最佳載體，將充分享受到AI大模型高速發(fā)展的紅利。變化二：產(chǎn)業(yè)資本關(guān)注度提升，多方入場(chǎng)加速布局。自2021年起，特斯拉、波士頓動(dòng)力、本田、EngineeredArts、1XTechnologies等海外企業(yè)紛紛發(fā)布了人形機(jī)器人產(chǎn)品或其迭代產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)企業(yè)優(yōu)必選、達(dá)闥機(jī)器人、小米、傅里葉智能、純米科技亦逐步進(jìn)行產(chǎn)品首發(fā)及更新，相應(yīng)的諸多相關(guān)零部件企業(yè)亦準(zhǔn)備進(jìn)入機(jī)器人領(lǐng)域布局，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始瞄準(zhǔn)人形機(jī)器人賽道，開(kāi)展相關(guān)的研究計(jì)劃及產(chǎn)品落地。風(fēng)投企業(yè)軟銀集團(tuán)創(chuàng)始人孫正義亦在今年6月股東大會(huì)中表示出對(duì)AI革命的強(qiáng)烈興趣。當(dāng)前人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈仍處于商業(yè)化的早期，大部分產(chǎn)品位于概念機(jī)或試制機(jī)階段，技術(shù)、性能及成本均未達(dá)到量產(chǎn)階段，因此我們需要關(guān)注行業(yè)中重大事件及重大政策的影響，尤其是Tesla于今年9月30日AIDay上關(guān)于Optimus的最新進(jìn)展及量產(chǎn)節(jié)奏。變化三：TeslaOptimus5月最新版本發(fā)布，產(chǎn)品性能升級(jí)功能完善。2021年8月Tesla在首個(gè)AIDay上第一次公開(kāi)分享人形機(jī)器人概念TeslaBot，隨后在2022年2月推出TeslaBot電線(xiàn)裸露的初代原型機(jī)，后于同年9月的AIDay上展示了Optimus的系列參數(shù)及相關(guān)視頻，包括行走、澆花、在工廠(chǎng)搬運(yùn)物品等行動(dòng)能力，成為當(dāng)時(shí)第一個(gè)沒(méi)有遙控、外部電源，完全依靠AI算法、自身電池電控和高驅(qū)動(dòng)的電驅(qū)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的人形機(jī)器人。2023年5月16日（北美時(shí)間），Tesla在2023年股東大會(huì)上發(fā)布其人形機(jī)器人最新視頻，我們可以看到其性能更加穩(wěn)定、形態(tài)也更加自然，新的變化主要在于：①控制能力：機(jī)器人展示機(jī)械臂控制、機(jī)械扭矩控制能力，行走、抓取物體自然，能實(shí)現(xiàn)敲打雞蛋而不打破。②環(huán)境探索與記憶能力：機(jī)器人承接了視覺(jué)AI，安裝相同的無(wú)人駕駛系統(tǒng)FSD，并接入和特斯拉汽車(chē)同樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以更加全面完善地識(shí)別周邊環(huán)境，探索環(huán)境并產(chǎn)生記憶。③學(xué)習(xí)能力：機(jī)器人可以基于人類(lèi)動(dòng)作演示來(lái)進(jìn)行動(dòng)作的學(xué)習(xí)，升級(jí)了端到端的控制能力，能用機(jī)械手進(jìn)行各種物體交互。1.2.老齡化&用工成本提升，人形機(jī)器人潛在空間巨大人口加速老齡化，勞動(dòng)力出現(xiàn)缺口。據(jù)中國(guó)衛(wèi)健委統(tǒng)計(jì)，2015年中國(guó)65歲以上人口比例達(dá)10.5%，高于世界平均水平8.4%。2020年間，中國(guó)65歲以上人口比例快速攀升至13.5%，增速亦高于同期世界平均水平。據(jù)聯(lián)合國(guó)經(jīng)社部預(yù)測(cè)，2035年中國(guó)65歲以上人口比例將達(dá)高達(dá)22.5%，進(jìn)入超老齡化社會(huì)。同期，全球平均水平亦將上升至13.2%，接近嚴(yán)重老齡化。據(jù)此，全球均面臨著日益嚴(yán)峻的人口老齡化問(wèn)題，勞動(dòng)力供給將面臨嚴(yán)重短缺。人均工資逐年上升，用工成本水漲船高。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，中國(guó)人均工資從2019年的9.05萬(wàn)上升至2022年的11.4萬(wàn)，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)8%，用工成本壓力快速上升，假定未來(lái)中國(guó)人均工資年增長(zhǎng)率仍為8%，2025年預(yù)期中國(guó)人均工資將達(dá)14.4萬(wàn)元。同期，若Optimus投入量產(chǎn)，據(jù)馬斯克宣稱(chēng)售價(jià)約為2萬(wàn)美元，約合14萬(wàn)元，與中國(guó)人均工資基本持平。據(jù)此，人形機(jī)器人有望占據(jù)成本優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)和服務(wù)業(yè)中實(shí)現(xiàn)滲透率的提升。理想情形下，2025-2035年人形機(jī)器人銷(xiāo)量增速有望達(dá)94%，兩年投資回報(bào)期。根據(jù)哈默納科官網(wǎng)公告顯示的高盛預(yù)測(cè)，①最樂(lè)觀(guān)情形：2035年人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)1540億美元，與2021年電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模相近，2025-2035年復(fù)合增速達(dá)94%。為了達(dá)到最樂(lè)觀(guān)情形，技術(shù)必須有革命性的突破：比如機(jī)器人的電池需支持長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)的連續(xù)工作；機(jī)器人需要兼具敏捷性和智能性；運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法的效率和算力需大幅提升；機(jī)器人需自主學(xué)習(xí)并適應(yīng)工作環(huán)境；機(jī)器人制造成本需年均降低15%-20%。此外，消費(fèi)者對(duì)機(jī)器人進(jìn)入生活的接受度也需要大幅提升。高盛認(rèn)為，上述技術(shù)突破雖然看似難以實(shí)現(xiàn)，但考慮到機(jī)器人的發(fā)展速度已然超乎公眾想象，最樂(lè)觀(guān)情形亦有可能達(dá)成。②樂(lè)觀(guān)情形：若參照全球電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展歷程，預(yù)計(jì)2025-2035年人形機(jī)器人銷(xiāo)量CAGR可達(dá)40%左右。樂(lè)觀(guān)狀態(tài)下，若人形機(jī)器人發(fā)展速度快于電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展進(jìn)程，則預(yù)計(jì)2025-2035年人形機(jī)器人銷(xiāo)量CAGR可達(dá)59%。③中性情形：預(yù)計(jì)未來(lái)10-15年內(nèi)人形機(jī)器人市場(chǎng)有望達(dá)到60億美元；④極悲觀(guān)情形：人性機(jī)器人技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸而停滯，預(yù)計(jì)2025-2035年人形機(jī)器人銷(xiāo)量CAGR可能為0%；從勞動(dòng)力替代角度來(lái)看，預(yù)計(jì)2025年-2028年廠(chǎng)商達(dá)到兩年投資回報(bào)期，2030年-2035年客戶(hù)端達(dá)到兩年投資回報(bào)期。此外，特斯拉CEO馬斯克在A(yíng)IDAY以及股東大會(huì)上表示其人形機(jī)器人量產(chǎn)目標(biāo)售價(jià)預(yù)計(jì)能夠達(dá)到2萬(wàn)美元，銷(xiāo)量有望達(dá)百萬(wàn)臺(tái)級(jí)別。1.3.成本優(yōu)勢(shì)下，把握我國(guó)在硬件領(lǐng)域的受益機(jī)會(huì)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈與工業(yè)機(jī)器人具有一定重合度，但在上游零部件以及下游應(yīng)用場(chǎng)景方面存在較大差異。工業(yè)機(jī)器人主要依托工控系統(tǒng)運(yùn)行，具備高集成度和智能程度；人形機(jī)器人涉及到各種復(fù)雜場(chǎng)景的處理，因而既需要較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制能力，又需要強(qiáng)大的感知計(jì)算能力。人形機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人一樣涉及到關(guān)節(jié)執(zhí)行器，但結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，此外還包含視覺(jué)傳感器、力學(xué)傳感器、動(dòng)力電池、交互設(shè)備等。下游主要運(yùn)用于軍事、服務(wù)、巡檢、咨詢(xún)、配送等領(lǐng)域以及部分危險(xiǎn)場(chǎng)景。人形機(jī)器人成本主要包含硬件和軟件兩大塊。其中，硬件主要包含處理器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行器、傳感器等，軟件主要包含相關(guān)操作系統(tǒng)、底層算法以及開(kāi)大平臺(tái)。按照重要程度，排序由高到低分別為：FSD系統(tǒng)＞減速器＞各類(lèi)電機(jī)＞視覺(jué)傳感器+力學(xué)傳感器。①軟件方面：人形機(jī)器人在軟件上的難點(diǎn)主要在于手部和腿部，需要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的操作和穩(wěn)定的步態(tài)。環(huán)境識(shí)別算法雖然得益于SAM等模型的出現(xiàn)而有所進(jìn)步，但仍然存在難點(diǎn)。特斯拉擁有FSD系統(tǒng)視覺(jué)識(shí)別學(xué)習(xí)算法，以及D1芯片支持的強(qiáng)大運(yùn)算能力，并將自主研發(fā)作為自身發(fā)展的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。②硬件方面：驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和感知是關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置是用于控制機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的核心組件，借此可以實(shí)現(xiàn)順暢且高精度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，涉及到精確的電機(jī)控制、力矩傳遞和位置反饋等技術(shù)，具體包括電機(jī)、減速機(jī)和絲杠等部件。在感知技術(shù)方面，人形機(jī)器人需要借助傳感器來(lái)感知周?chē)h(huán)境，以便進(jìn)行環(huán)境感知、人機(jī)交互和避障等任務(wù)，包括視覺(jué)傳感器、力傳感器、位置傳感器、觸覺(jué)傳感器等。由于成本優(yōu)勢(shì)，中國(guó)企業(yè)有望在硬件領(lǐng)域充分受益。目前，國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)商在人形機(jī)器人的硬件技術(shù)上存在一定的差距，但隨著國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商的技術(shù)進(jìn)步，以及制造業(yè)比較優(yōu)勢(shì)下帶來(lái)的明顯的成本優(yōu)勢(shì)，參考智能手機(jī)及電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)我國(guó)企業(yè)在全球供應(yīng)鏈中的分工，我們認(rèn)為中國(guó)的企業(yè)有望憑借其較強(qiáng)的降本能力及規(guī)模優(yōu)勢(shì)在人形機(jī)器人硬件產(chǎn)業(yè)鏈上獲得受益機(jī)會(huì)。2.特斯拉人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分析：核心零部件詳解2.1.關(guān)節(jié)成本占比過(guò)半，重點(diǎn)關(guān)注電機(jī)、絲杠、減速器、傳感器我們可以從最新版本TeslaOptimus參數(shù)上看出：①體型參數(shù)：完全體的特斯拉人形機(jī)器人身高172cm，體重73kg，用電功率在靜坐時(shí)為100W，慢走時(shí)500W，全身超200個(gè)自由度。②電動(dòng)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：軀干28個(gè)執(zhí)行器（不包括手指）+2.3kWh，52V電池組。特斯拉SoC芯片，支持WIFI，LTE。③軀干關(guān)節(jié)執(zhí)行器:不同關(guān)節(jié)選用不同執(zhí)行器，共計(jì)3款旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和3款直線(xiàn)執(zhí)行器6種組合，我們預(yù)計(jì)全身關(guān)節(jié)將分別使用14個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和14個(gè)直線(xiàn)執(zhí)行器。我們預(yù)計(jì)：旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器：主要由無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器/行星減速器+力矩傳感器+編碼器+軸承組成；線(xiàn)性執(zhí)行器：主要由無(wú)框力矩電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)+行星滾柱絲杠/滾珠絲杠+力矩傳感器+編碼器+軸承組成。④手部結(jié)構(gòu):手部結(jié)構(gòu)采用和人體相同的五指多關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，每手擁有6個(gè)執(zhí)行器，11個(gè)自由度，可提起20磅(9kg)物體，具有精確控制握持力輸出的傳感器。我們預(yù)計(jì)：手部執(zhí)行器：主要由空心杯電機(jī)+精密行星減速器+滾珠絲杠+傳感器+編碼器構(gòu)成。關(guān)節(jié)執(zhí)行器成本占比超51%，電機(jī)、滾珠絲杠、減速器、傳感器占比較高。根據(jù)我們對(duì)特斯拉Optimus關(guān)節(jié)執(zhí)行器中核心零部件的構(gòu)成判斷，結(jié)合量產(chǎn)價(jià)格假設(shè)，我們對(duì)特斯拉Optimus成本拆分進(jìn)行測(cè)算分析?？梢缘贸?，在我們的假設(shè)下Optimus制造成本約2.25萬(wàn)美金，其中關(guān)節(jié)執(zhí)行器總體成本占比達(dá)51.42%，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、線(xiàn)性關(guān)節(jié)、手部關(guān)節(jié)占比分別達(dá)20.87%、22.41%和8.13%。從具體零部件成本占比來(lái)看：①電機(jī)類(lèi)占比達(dá)15.52%。其中無(wú)框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)占比分別達(dá)10.34%、4.43%、0.74%。②絲杠類(lèi)占比達(dá)12.07%。其中行星滾柱絲杠占比達(dá)9.85%、滾珠絲杠占比達(dá)2.22%。③減速器類(lèi)占比達(dá)7.76%。其中諧波減速器占比達(dá)5.91%、行星減速器占比達(dá)1.85%。④傳感器類(lèi)占比達(dá)7.51%。主要為力矩傳感器。2.2.旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)：無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器+傳感器+編碼器旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器主要由無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、傳感器、編碼器等構(gòu)成。根據(jù)TeslaAIDay發(fā)布的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器構(gòu)成，我們預(yù)計(jì)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器主要由無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器/行星減速器、力矩傳感器、編碼器、角接觸軸承、交叉滾子軸承組成，其中核心部件為無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、力矩傳感器、編碼器等。從成本角度來(lái)看，旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中無(wú)框力矩電機(jī)、諧波減速器、編碼器、力矩傳感器占比分別達(dá)28.91%、28.32%、16.52%及16.22%。接下來(lái)我們將重點(diǎn)從這四部分展開(kāi)論述各零部件的特點(diǎn)及供應(yīng)格局。2.2.1.無(wú)框力矩電機(jī)無(wú)框力矩電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只包含轉(zhuǎn)子和定子兩部分。無(wú)框力矩電機(jī)一種特殊的力矩電機(jī)，但沒(méi)有軸、軸承、外殼、反饋或端蓋，只包含轉(zhuǎn)子和定子。定子是外部部件，外面包覆著能產(chǎn)生電磁力的銅繞組，整體緊湊地安裝在機(jī)器外殼的主體內(nèi)；轉(zhuǎn)子是內(nèi)部部件，由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接固定于機(jī)器軸上。人形機(jī)器人一般使用無(wú)框力矩電機(jī)提供動(dòng)力，具有體積小、性能強(qiáng)、環(huán)境耐受度高等優(yōu)勢(shì)。人形機(jī)器人關(guān)節(jié)體積有限，需要在有限的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)盡可能高的功率密度，從而達(dá)到最好的效果。無(wú)框力矩電機(jī)集成到機(jī)器人結(jié)構(gòu)中，能夠最大限度減小電機(jī)占用空間。此外，無(wú)框電機(jī)元件集成于機(jī)器中，可去除聯(lián)軸器、皮帶等機(jī)器元件，從而提升機(jī)器性能。直驅(qū)解決方案可最大限度降低系統(tǒng)的柔性，從而提供更加可靠的性能。集成式電機(jī)還能提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)效率，并可簡(jiǎn)化添加液體冷卻以顯著增加可用連續(xù)轉(zhuǎn)矩。另外，無(wú)框電機(jī)由于體積小，還可直接整合到機(jī)器元器件中以確保不受工作環(huán)境影響。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)了無(wú)框力矩電機(jī)的進(jìn)步與技術(shù)迭代。俄羅斯Mashinoappara在1984年推出了無(wú)框無(wú)刷力矩電機(jī)，但當(dāng)時(shí)受限于技術(shù)水平，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度很低；近年來(lái)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了永磁力矩電機(jī)的技術(shù)迭代，轉(zhuǎn)矩密度、功率密度等性能指標(biāo)是80年代的2-3倍，性能得到了很大程度的提升。從收入體量看，海外品牌實(shí)力強(qiáng)勁，國(guó)產(chǎn)品牌規(guī)模仍較小。外資品牌發(fā)展較早，實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)有Kollmorgen、Alliedmotion、Parker、TQRobodrive、Aerotech、TMTECH、Axsys、ETEL、MuirheadAerospace、Gomtec。以Kollmorgen為例，2022年?duì)I收規(guī)模達(dá)135.5億元，相較于國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商優(yōu)勢(shì)明顯。國(guó)內(nèi)做得比較好的品牌主要有步科股份、昊志機(jī)電、匯川技術(shù)、禾川科技等。其中，步科股份全新第三代FMC無(wú)框力矩電機(jī)系列系自主研發(fā)設(shè)計(jì)，性能優(yōu)于同業(yè)產(chǎn)品，產(chǎn)品尺寸可實(shí)現(xiàn)與國(guó)際接軌，相較于外資品牌成本優(yōu)勢(shì)明顯，且可提供定制化解決方案；昊志機(jī)電的DD直驅(qū)電機(jī)運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)的模塊化定子結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的電機(jī)冷卻結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)的冷卻效率最大化，進(jìn)而提升了電機(jī)的輸出特性。2.2.2.諧波/行星減速器旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使用的主要減速器是諧波減速器，部分較大關(guān)節(jié)可配合使用行星減速器，以提升抗沖擊能力。1、諧波減速器諧波減速器的原理核心在于柔輪和剛輪之間的“錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)”。波發(fā)生器軸承處連接電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器一起順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，橢圓形的波發(fā)生器會(huì)迫使柔輪不斷變形，柔輪上的齒會(huì)順時(shí)針依次與剛輪內(nèi)圈的每一個(gè)齒嚙合。一般情況下，柔輪比剛輪少兩個(gè)齒，波發(fā)生器每順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就使得柔輪逆時(shí)針錯(cuò)位兩個(gè)齒，隨著電機(jī)的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，這種錯(cuò)位效應(yīng)連續(xù)起來(lái)，便表現(xiàn)為柔輪的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)剛輪總共有200個(gè)齒，柔輪共有198個(gè)齒，電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，柔輪便會(huì)旋轉(zhuǎn)2/200圈，即1/100圈。因此，電機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)100圈，柔輪才會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，減速比為100。柔輪的轉(zhuǎn)速比波發(fā)生器要小很多，這實(shí)現(xiàn)了降低電機(jī)轉(zhuǎn)速和增大輸出扭矩的效果。行業(yè)壁壘：壁壘較高，伴隨著研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)。諧波減速器廠(chǎng)商只有打通全環(huán)節(jié)，才能形成良性循環(huán)，不斷發(fā)展壯大：研發(fā)階段：長(zhǎng)期正向研發(fā)，形成成套技術(shù)體系是關(guān)鍵，柔輪材料、齒形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為行業(yè)痛點(diǎn)。對(duì)于成熟的諧波減速器廠(chǎng)商，若計(jì)劃開(kāi)發(fā)一款針對(duì)下游某應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品，可通過(guò)諧波減速器各項(xiàng)性能指標(biāo)的補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)，技術(shù)路線(xiàn)選擇較為豐富。對(duì)于新進(jìn)入的廠(chǎng)商，在開(kāi)始搶占市場(chǎng)份額時(shí)往往會(huì)針對(duì)大品牌的某一種或幾種產(chǎn)品進(jìn)行逆向研發(fā)及仿制，最后產(chǎn)品即便質(zhì)量合格，但逆向研發(fā)限制了公司技術(shù)的體系化，以及后續(xù)產(chǎn)品改良和創(chuàng)新。若不具備成體系的技術(shù)，隨著下游應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)減速器的性能要求發(fā)生變化，新進(jìn)入廠(chǎng)商無(wú)法及時(shí)根據(jù)客戶(hù)需求作出調(diào)整，而面臨淘汰風(fēng)險(xiǎn)。試機(jī)驗(yàn)證：對(duì)于下游機(jī)器人等設(shè)備商來(lái)說(shuō)，一旦選定了減速器品牌，便不會(huì)輕易更換。減速器的質(zhì)量問(wèn)題往往來(lái)源于長(zhǎng)時(shí)間使用的疲勞損壞，如果下游廠(chǎng)商引入質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的新品牌減速器，產(chǎn)品在使用1年后出現(xiàn)大規(guī)模質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)帶來(lái)較大規(guī)模的損失。因而，下游廠(chǎng)商大規(guī)模引入新品牌減速機(jī)前，需要經(jīng)過(guò)1-2年的質(zhì)量驗(yàn)證，通過(guò)試機(jī)來(lái)驗(yàn)證品牌的可靠性，選定品牌后往往不會(huì)輕易更換。新的諧波減速器廠(chǎng)商很難進(jìn)入市場(chǎng)，唯有具備合格的質(zhì)量、更低的價(jià)格以及更好的售后服務(wù)。產(chǎn)能擴(kuò)建：固定資產(chǎn)投資壁壘高，大批量生產(chǎn)下需保持一致性，對(duì)設(shè)備和裝配工人要求較高。從供應(yīng)角度看，諧波減速器作為一種通用設(shè)備，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，規(guī)模效應(yīng)下單位成本降低為關(guān)鍵所在，而降低單位成本就需要產(chǎn)能擴(kuò)建。作為精密設(shè)備，諧波減速器加工精度需要達(dá)到毫米級(jí)別，加工設(shè)備嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，設(shè)備初始投入較大。從需求角度看，客戶(hù)對(duì)于供應(yīng)商的批量供應(yīng)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性有較高要求，不具備批量供應(yīng)能力的小廠(chǎng)商很難獲得較大訂單，從而形成盈利和資金回籠。除了設(shè)備以外，諧波減速器的裝備需要不斷調(diào)整、校正、平衡才能最終組成出合格的產(chǎn)品，該環(huán)節(jié)依賴(lài)有成熟經(jīng)驗(yàn)的裝配工人。對(duì)于新廠(chǎng)商而言，很難在短時(shí)間內(nèi)招聘足夠數(shù)量有成熟經(jīng)驗(yàn)的裝配工人，因而這也對(duì)公司擴(kuò)產(chǎn)形成了較大的阻礙。競(jìng)爭(zhēng)格局：哈默納科為全球龍頭，我國(guó)諧波減速器國(guó)產(chǎn)替代穩(wěn)步推進(jìn)。全球市場(chǎng)來(lái)看，哈默納科為諧波傳動(dòng)領(lǐng)域的開(kāi)拓者，深耕諧波領(lǐng)域50多年，無(wú)論從研發(fā)投入時(shí)間，還是從營(yíng)收規(guī)模和產(chǎn)能來(lái)看，都遙遙領(lǐng)先，處于絕對(duì)龍頭地位。根據(jù)OFweek，2021年全球諧波減速器市場(chǎng)內(nèi)主要參與者有哈默納科、日本新寶、綠的諧波、中技克美等。其中哈默納科全球市占率約82%，綠的諧波占比約7%，其他廠(chǎng)商占比約11%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020-2021年，中國(guó)市場(chǎng)最大的兩個(gè)外資品牌——哈默納科和日本新寶在中國(guó)市場(chǎng)的占有率由46%降低至42.9%。2020年，國(guó)內(nèi)做諧波減速器的企業(yè)有十幾家，其中實(shí)力較強(qiáng)的有綠的諧波、來(lái)福諧波、福德機(jī)器人、大族傳動(dòng)等企業(yè)，2020-2021年，這四家企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)上的占有率之和由35.9%提升至41.1%。國(guó)產(chǎn)品牌如雨后春筍般涌現(xiàn)，綠的諧波占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。①中技克美研發(fā)布局最早，但其諧波減速器主要供應(yīng)中國(guó)航空航天等特種領(lǐng)域，市場(chǎng)空間相對(duì)較小，公司營(yíng)收規(guī)模也較小，產(chǎn)品服務(wù)與銷(xiāo)售渠道不具備特別明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。②綠的諧波2003年董事長(zhǎng)親自帶隊(duì)進(jìn)行研發(fā)，至今已有近20年的歷史。③2010年以來(lái)工業(yè)機(jī)器人下游快速成長(zhǎng)，需求放量，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商紛紛開(kāi)始布局：大族傳動(dòng)2010年開(kāi)始攻關(guān)諧波；來(lái)福諧波2013年成立并投入研發(fā)諧波；同川科技2015年立項(xiàng)研發(fā)諧波；中大力德2016年開(kāi)始研發(fā)諧波；國(guó)茂股份2021年成立國(guó)茂精密，并收購(gòu)安徽聚隆精密減速器相關(guān)資產(chǎn)。從產(chǎn)能的角度來(lái)看，國(guó)產(chǎn)品牌中，綠的諧波優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)進(jìn)入研發(fā)→擴(kuò)產(chǎn)→盈利→再研發(fā)再擴(kuò)產(chǎn)的良性循環(huán)階段。國(guó)產(chǎn)品牌很多已初步具備量產(chǎn)能力，但與綠的諧波的差距還是較為明顯的。綠的諧波2022年產(chǎn)能已達(dá)40萬(wàn)臺(tái)/年，2023年有望繼續(xù)擴(kuò)產(chǎn)至59萬(wàn)臺(tái)。相比之下，2021年，同川科技產(chǎn)能約10萬(wàn)臺(tái)/年，大族傳動(dòng)產(chǎn)能約6萬(wàn)臺(tái)/年，國(guó)茂股份產(chǎn)能約3萬(wàn)臺(tái)，而同年中大力德僅可小規(guī)模量產(chǎn)。潛在進(jìn)入廠(chǎng)商多，競(jìng)爭(zhēng)可能加劇。很多具備資本優(yōu)勢(shì)和技術(shù)基礎(chǔ)的大企業(yè)紛紛開(kāi)始布局諧波，產(chǎn)業(yè)鏈有望持續(xù)降本。雙環(huán)傳動(dòng)主營(yíng)業(yè)務(wù)為機(jī)加工齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品，2013年開(kāi)始布局RV減速器，目前環(huán)動(dòng)科技的營(yíng)收主要來(lái)源于RV，借助在該領(lǐng)域積累的客戶(hù)資源，2018年進(jìn)軍諧波，有望進(jìn)入該領(lǐng)域市場(chǎng)。此外，美的集團(tuán)也正在布局諧波領(lǐng)域，相關(guān)產(chǎn)品通過(guò)了庫(kù)卡機(jī)器人10000小時(shí)壽命測(cè)試，未來(lái)也具備進(jìn)入諧波領(lǐng)域市場(chǎng)的潛力。2、行星減速器行星減速器主要由行星輪、太陽(yáng)輪、內(nèi)齒環(huán)三部分構(gòu)成。行星減速器由一個(gè)內(nèi)齒環(huán)緊密結(jié)合于齒箱殼體上，環(huán)齒中心有一個(gè)外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)輪，兩者之間有一組由三顆齒輪等分組合于托盤(pán)上的行星輪，行星輪依靠出力軸、內(nèi)齒環(huán)及太陽(yáng)齒支撐于其間。當(dāng)外部動(dòng)力驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)齒輪時(shí)，可帶動(dòng)行星齒輪自轉(zhuǎn)，并沿著固定的內(nèi)齒環(huán)沿著中心公轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連結(jié)于托盤(pán)的出力軸，從而輸出動(dòng)力，達(dá)到降低轉(zhuǎn)速和提升扭矩的效果。行星減速器更抗沖擊，在人形機(jī)器人領(lǐng)域有望與諧波減速器形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。諧波減速器具有減速比大、體積小、重量輕等特點(diǎn)，但根據(jù)UCLAZhu.Taoyuanmin博士研究，諧波減速器因?yàn)闇p速比高，傳輸透明度較低，抗沖擊屬性較差。大氣隙半徑無(wú)框力矩電機(jī)+行星減速器的組合，能夠有效提高人形機(jī)器人抗沖擊的能力。行星減速器有望在人形機(jī)器人部分關(guān)節(jié)替代諧波減速器，實(shí)現(xiàn)抗沖擊性能的提升。行星減速器更適合用于人形機(jī)器人胯骨等空間較大的部位。相較于諧波減速器，行星減速器減速比更低，難以提升足夠倍數(shù)的扭矩，就需要將無(wú)框力矩電機(jī)的氣隙半徑做得足夠大，以輸出更大的扭矩。這導(dǎo)致了配套的無(wú)框力矩電機(jī)本身需要做得非常大，因而行星減速器更適合用于機(jī)器人胯骨等體積非常大的應(yīng)用場(chǎng)景。競(jìng)爭(zhēng)格局：全球行星減速器市場(chǎng)份額較為集中，德資品牌占據(jù)前三名。行星減速器作為一種通用減速器，屬于較成熟的產(chǎn)品，全球市場(chǎng)主要被外資品牌占據(jù)。根據(jù)QYResearch調(diào)研結(jié)果，2022年全球行星減速器排名前五品牌分別為賽威傳動(dòng)/紐卡特/威騰斯坦/精銳科技/紐氏達(dá)特，市占率分別為12.2%/11.7%/11.6%/10.2%/7.0%，合計(jì)超過(guò)50%。其中賽威傳動(dòng)、紐卡特、威騰斯坦均為德資企業(yè)，市占率合計(jì)超30%，精銳科技為臺(tái)資企業(yè)、紐氏達(dá)特為大陸本土企業(yè)。我國(guó)行星減速器上市企業(yè)主要有寧波東力、通力科技、中大力德、兆威機(jī)電、優(yōu)德精密、豐立智能等。寧波東力、通力科技的業(yè)務(wù)主體就是通用減速器，均有較為成熟的行星減速器產(chǎn)品；中大力德主營(yíng)機(jī)械傳動(dòng)相關(guān)業(yè)務(wù)，包括精密減速器、傳動(dòng)行星減速器、無(wú)刷直流減速電機(jī)等；兆威機(jī)電主要做微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和精密模具，涉及行星減速器業(yè)務(wù)；優(yōu)德精密主營(yíng)各類(lèi)精密模具零部件以自動(dòng)化設(shè)備零部件，傳動(dòng)設(shè)備和傳動(dòng)部件包含RV減速器及高精度曲柄軸。豐立智能主營(yíng)鋼齒輪、精密減速器及零部件等。2.2.3.編碼器編碼器是機(jī)械與電子緊密結(jié)合的精密測(cè)量器件，一般應(yīng)用于機(jī)械角度、速度、位置的測(cè)量。編碼器通過(guò)光電原理或電磁原理將一個(gè)機(jī)械的幾何位移量轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，這種電子信號(hào)通常需要連接到控制系統(tǒng)，例如PLC、高速計(jì)數(shù)模塊、變頻器等，控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算便可以得到測(cè)量的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行下一步工作。編碼器可以分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi)，增量式編碼器將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖；絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)。編碼器主要應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，是伺服電機(jī)的核心元件。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)編碼器將伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)反饋給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器再對(duì)信號(hào)進(jìn)行匯總、分析、修正。通常，編碼器用于工業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制中，用于測(cè)量并反饋被測(cè)物體的位置和狀態(tài)，例如機(jī)床、機(jī)器人、電機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備等。編碼器可分為光電編碼器、磁電編碼器、電容編碼器三種，工作原理差異較大：光電編碼器：由發(fā)光元件、光敏元件及碼盤(pán)組成。作用是將旋轉(zhuǎn)位置信息轉(zhuǎn)化為光脈沖信號(hào)以對(duì)器進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定住的發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)過(guò)碼盤(pán)，產(chǎn)生透光和不透光的光脈沖。光敏元件檢測(cè)到這些脈沖后，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行輸出。磁電編碼器：由磁阻傳感器、硒鼓、信號(hào)處理電路組成。將磁鼓刻錄成等間距小磁極，磁極被磁化后，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期分布的空間漏磁場(chǎng)。磁傳感器探頭通過(guò)磁電阻效應(yīng)，將變化著的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電阻阻值的變化，在外加電勢(shì)的作用下，變化的電阻值轉(zhuǎn)化成電壓的變化，經(jīng)過(guò)后續(xù)信號(hào)處理電路的處理，模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字型號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)編碼。電容編碼器：由轉(zhuǎn)子、固定發(fā)送器和固定接收器組成。轉(zhuǎn)子包含正弦模式，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，發(fā)送器的高頻參考信號(hào)以可預(yù)測(cè)的方式進(jìn)行調(diào)制。編碼器檢測(cè)接收板上電容電抗的變化，并使用解調(diào)算法將其轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的增量。光編碼器性能更好，磁編碼器更穩(wěn)定可靠，電容編碼器兼具前兩者優(yōu)勢(shì)。電容編碼器比光學(xué)編碼器更堅(jiān)固耐用，可以免受灰塵、污垢和油污等各種環(huán)境污染物的影響，還能更好地應(yīng)對(duì)振動(dòng)和極端溫度。此外，電容編碼器不采用LED，與光學(xué)編碼器相比，使用壽命更長(zhǎng)、體積更小、電流消耗(6-18mA)更低。電容編碼器不受電磁干擾和電噪聲的影響，與磁性編碼器一樣堅(jiān)固耐用，但精度和分辨率更高。行業(yè)壁壘：編碼器的核心技術(shù)壁壘在于插補(bǔ)算法的精度及小型化。機(jī)器人的位置傳感器檢測(cè)到點(diǎn)角度后在編碼器內(nèi)通過(guò)算法語(yǔ)言進(jìn)行細(xì)分，細(xì)分為千級(jí)、萬(wàn)級(jí)乃至十萬(wàn)級(jí)以上的精度。高精度是編碼器的技術(shù)難關(guān)所在，也是伺服電機(jī)的核心技術(shù)之一，目前我國(guó)機(jī)器人的伺服電機(jī)所用的多圈絕對(duì)值編碼器嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展程度不足，國(guó)產(chǎn)化率較低。此外，編碼器的核心技術(shù)還在于小型化，以及如何適用于集成芯片伺服電機(jī)本體的集成設(shè)計(jì)。競(jìng)爭(zhēng)格局：編碼器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散，國(guó)外品牌占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)。國(guó)外主流編碼器廠(chǎng)商有美國(guó)艾美柯(AMCI)、德國(guó)艾斯姆(ASM)、德國(guó)亨士樂(lè)(HENGSTLER)、日本歐姆龍(OMRON)等；國(guó)內(nèi)編碼器主流廠(chǎng)商包括匯川技術(shù)、禾川科技、長(zhǎng)春匯通和奧普光電。①匯川技術(shù)：2011年4月，公司設(shè)立全資子公司暨收購(gòu)長(zhǎng)春市匯通電子有限責(zé)任公司整體資產(chǎn)，獲取了伺服系統(tǒng)編碼器技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上攻克了更高位數(shù)的編碼器技術(shù)；在直驅(qū)電機(jī)產(chǎn)品中，匯川結(jié)合自身電磁設(shè)計(jì)平臺(tái)和電機(jī)制造技術(shù)，耦合電機(jī)驅(qū)動(dòng)及編碼器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了支取系統(tǒng)在易用性和運(yùn)行性能上的顯著提升。②禾川科技：磁編碼器已達(dá)到了業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平，具有耐震動(dòng)、耐油污、耐灰塵的優(yōu)勢(shì)，得到了大批量的市場(chǎng)驗(yàn)證，性能穩(wěn)定可靠；在光編碼器方面同樣做到了先進(jìn)水平，精度與分辨率更高，且具備低俗穩(wěn)定性與高定位精度等特點(diǎn)。③長(zhǎng)春匯通：編碼器具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品分辨率可覆蓋20位及以上。④奧普光電：子公司禹衡光學(xué)前身是1965年的長(zhǎng)春第一光學(xué)儀器廠(chǎng)，也是中國(guó)最早的光電編碼器及光學(xué)儀器制造商，是中國(guó)最早的光電編碼器及光學(xué)儀器專(zhuān)業(yè)制造商，1967年中國(guó)第一臺(tái)工業(yè)編碼器、1984年中國(guó)第一套機(jī)床編碼器、1986年中國(guó)第一套電梯編碼器均出自禹衡光學(xué)。奧普光電2013年收購(gòu)禹衡光學(xué)，獲得了其編碼器業(yè)務(wù)，目前在該領(lǐng)域具備顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有望利用價(jià)格優(yōu)勢(shì)和快速響應(yīng)能力與國(guó)外共享高端編碼器市場(chǎng)。2.2.4.力傳感器力傳感器通過(guò)檢測(cè)各種力的物理效應(yīng)來(lái)檢測(cè)力的大小，并將力的大小轉(zhuǎn)化成相關(guān)電信號(hào)。力學(xué)傳感器可以檢測(cè)張力、壓力、重量、扭矩、應(yīng)力等各種物理量，是各種動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械、工作機(jī)械、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)不可或缺的核心零部件。通常可被檢測(cè)到的力的物理效應(yīng)包括：①被測(cè)量力使得物體發(fā)生形變，②利用應(yīng)變片受力或形變時(shí)電阻發(fā)生的變化，③通過(guò)壓電晶體把力直接轉(zhuǎn)換成晶體兩表面的電位差，④力所引起的機(jī)械諧振固有頻率變化，⑤待測(cè)力與其他已知力形成平衡。力學(xué)傳感器按照測(cè)量維度可分為一至六維。六維傳感器的定義為：在某直角坐標(biāo)系中，傳感器能同時(shí)測(cè)量沿三個(gè)坐標(biāo)軸方向的力或者繞三個(gè)坐標(biāo)軸坐標(biāo)方向上的力矩，這種傳感器就稱(chēng)為六維傳感器。如果只能測(cè)量三個(gè)維度的力或者力矩，就叫三維力傳感器。能測(cè)幾個(gè)維度，就叫幾維傳感器，最常見(jiàn)的是一維、三維和六維的傳感器，其他維度比較少。多維力傳感器廣泛應(yīng)用于機(jī)器人末端關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)力的測(cè)量和控制。工業(yè)機(jī)器人本身是沒(méi)有觸覺(jué)的，末端關(guān)節(jié)加裝力傳感器后，就能夠讓機(jī)器人有“觸覺(jué)”，實(shí)現(xiàn)對(duì)出力大小的控制。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，力傳感器廣泛運(yùn)用于檢測(cè)、預(yù)防、測(cè)量、控制、示教、保護(hù)等環(huán)節(jié)，使得工業(yè)機(jī)器人能感知、測(cè)量并記錄自己所施加力的大小，并檢測(cè)設(shè)備的異常出力，提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能性和可靠性。行業(yè)壁壘：多維力學(xué)傳感器壁壘較高，涉及材料控制及工藝。相較于其他元器件，傳感器產(chǎn)品還包括芯片、陶瓷基板等，這些零部件一般需由上游企業(yè)配套提供，另外傳感器的生產(chǎn)工藝和技術(shù)要點(diǎn)多，涉及材料控制和工藝控制等，因而企業(yè)自身需具備較強(qiáng)的技術(shù)整合能力。尤其是六維傳感器，并非三個(gè)一維力傳感器和三個(gè)扭矩傳感器的簡(jiǎn)單疊加，需要考慮多通道的溫漂、蠕變、交叉干擾、數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性，因而技術(shù)難度較低維力傳感器更高。力傳感器維度越高，成本和難度越高，協(xié)作機(jī)器人和人形機(jī)器人不一定需要用六維傳感器。競(jìng)爭(zhēng)格局：力傳感器供應(yīng)商全球可分為三個(gè)梯隊(duì)。第一梯隊(duì)是美國(guó)Vishay、瑞士MetterToledo、德國(guó)HBM和日本NMB；第二梯隊(duì)為國(guó)內(nèi)柯力傳感、中航電測(cè)；第三梯隊(duì)主要是小規(guī)模生產(chǎn)商。目前國(guó)內(nèi)主要力傳感器供應(yīng)商包括：蘇州固锝，柯力傳感，宇立儀器，坤維科技等。①蘇州固锝：MEMS傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器，蘇州固锝積極布局MEMS傳感器領(lǐng)域,目前已成為了國(guó)內(nèi)集MEMS傳感器設(shè)計(jì)和封裝于一身的領(lǐng)先企業(yè),加速度傳感器優(yōu)勢(shì)明顯,在行車(chē)記錄儀市場(chǎng)份額達(dá)到了70%。②柯力傳感：技術(shù)研發(fā)方面，公司不斷加快新型傳感器及高端傳感器的研發(fā)工作，管理方面，公司不斷提升技術(shù)能力，安排技術(shù)人員到優(yōu)秀科研院所和企業(yè)進(jìn)行走訪(fǎng)學(xué)習(xí)，市場(chǎng)開(kāi)拓上，運(yùn)用定期巡回服務(wù)、出差走訪(fǎng)等方式不斷挖掘客戶(hù)潛在需求。目前公司在應(yīng)變式傳感器、稱(chēng)重儀表、稱(chēng)重系統(tǒng)集成行業(yè)處于領(lǐng)先地位。③宇立儀器：公司發(fā)展始終圍繞力傳感器技術(shù)進(jìn)行發(fā)力，從六維力傳感器到協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)扭矩傳感器再到打磨領(lǐng)域。憑借豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，公司以力傳感器為核心技術(shù)向周邊發(fā)散，為用戶(hù)提供可靠產(chǎn)品，并基于客戶(hù)的反饋，不斷提高和改進(jìn)產(chǎn)品性能。④坤維科技：技術(shù)團(tuán)隊(duì)出自航天科研院所，從事飛行器空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試設(shè)備研發(fā)15年，對(duì)六維力測(cè)量和設(shè)備開(kāi)發(fā)有著扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2.3.線(xiàn)性關(guān)節(jié)：無(wú)框力矩電機(jī)+行星滾柱絲杠+傳感器+編碼器線(xiàn)性關(guān)節(jié)主要由無(wú)框力矩電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)+行星滾柱絲杠/滾珠絲杠+傳感器+編碼器構(gòu)成。根據(jù)TeslaAIDay發(fā)布的線(xiàn)性執(zhí)行器構(gòu)成，我們預(yù)計(jì)線(xiàn)性執(zhí)行器主要由無(wú)框力矩電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)、行星滾柱絲杠/滾珠絲杠、力矩傳感器、編碼器、深溝球軸承、四點(diǎn)接觸軸承組成，其運(yùn)動(dòng)原理是采用內(nèi)部旋轉(zhuǎn)螺桿結(jié)構(gòu)，通過(guò)永磁力矩電機(jī)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)推動(dòng)執(zhí)行桿，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。從成本角度來(lái)看，直線(xiàn)執(zhí)行器中行星滾柱絲杠、無(wú)框力矩電機(jī)、力矩傳感器、編碼器占比分別達(dá)43.96%、19.23%、15.11%及7.69%。接下來(lái)我們將重點(diǎn)從電機(jī)和滾珠絲杠展開(kāi)論述其產(chǎn)品特點(diǎn)及供應(yīng)格局。直線(xiàn)執(zhí)行器的特點(diǎn)：直線(xiàn)執(zhí)行器主要分布于膝肘等負(fù)責(zé)支撐和承力，且擺動(dòng)角度不大但體積緊湊的單自由度關(guān)節(jié)和腕踝兩個(gè)雙自由度的關(guān)節(jié)。相比旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，直線(xiàn)執(zhí)行器可以節(jié)省成本，亦能夠?yàn)橄鄳?yīng)結(jié)構(gòu)提供更有針對(duì)性的性能。和Optimus實(shí)用化的設(shè)計(jì)理念相關(guān)，一個(gè)結(jié)構(gòu)可靠、低耗能的機(jī)器人，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)并不是核心訴求。我們認(rèn)為直線(xiàn)執(zhí)行器的優(yōu)勢(shì)在于以下幾點(diǎn)，①空間利用率高：直線(xiàn)執(zhí)行器可縱向布局，最大限度利用腿部?jī)?nèi)部空間，也提供更大的推力，如2022年TeslaAIDay上展示的一臺(tái)線(xiàn)性執(zhí)行器可以吊起一臺(tái)半噸重的鋼琴，這也與機(jī)器人進(jìn)行零件搬運(yùn)的工作目標(biāo)相吻合。②耗能較低：直線(xiàn)執(zhí)行器的螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)合理設(shè)計(jì)可具備自鎖能力，即下半身不動(dòng)時(shí)可以自動(dòng)鎖定姿態(tài)，可以形成一個(gè)低功耗且穩(wěn)定的底部支架。如果采用傳統(tǒng)抱閘制動(dòng)電機(jī)方案，制動(dòng)器需要占用額外重量且提供的制動(dòng)力矩相對(duì)較小。2.3.1.永磁同步電機(jī)我們認(rèn)為直線(xiàn)執(zhí)行器使用的永磁同步電機(jī)可能有兩種，無(wú)框力矩電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)，直線(xiàn)電機(jī)未來(lái)也有可能成為線(xiàn)性關(guān)節(jié)的可行性方案。無(wú)框力矩電機(jī)我們已在前文分析，此處我們將針對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直線(xiàn)電機(jī)做相應(yīng)的分析。步進(jìn)電機(jī)原理：步進(jìn)電機(jī)是一種通過(guò)步進(jìn)（即以固定的角度移動(dòng)）方式使軸旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。其內(nèi)部構(gòu)造使它無(wú)需傳感器，通過(guò)簡(jiǎn)單的步數(shù)計(jì)算即可獲知軸的確切角位置。與所有電機(jī)一樣，步進(jìn)電機(jī)也包括固定部分（定子）和活動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）。定子上有纏繞了線(xiàn)圈的齒輪狀突起，而轉(zhuǎn)子為永磁體或可變磁阻鐵芯。步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理為給一個(gè)或多個(gè)定子相位通電，線(xiàn)圈中通過(guò)的電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子會(huì)與該磁場(chǎng)對(duì)齊；依次給不同的相位施加電壓，轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)特定的角度并最終到達(dá)需要的位置。當(dāng)轉(zhuǎn)子為永磁體時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)齊。這種轉(zhuǎn)子可以保證良好的扭矩，并具有制動(dòng)扭矩。這意味著，無(wú)論線(xiàn)圈是否通電，電機(jī)都能抵抗位置的變化。但與其他轉(zhuǎn)子類(lèi)型相比，其缺點(diǎn)是速度和分辨率都較低。優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)固性，高可靠性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，對(duì)啟動(dòng)/停止/反轉(zhuǎn)具有出色的響應(yīng)能力，并且可以在許多環(huán)境下工作。缺點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)效率低下。無(wú)論負(fù)載如何，都會(huì)消耗較大功率。由于無(wú)框力矩電機(jī)與伺服電機(jī)原理相同，只是不同于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)，沒(méi)有機(jī)殼，只有定子和轉(zhuǎn)子2個(gè)部件，（相較于有框電機(jī)，無(wú)框電機(jī)配置靈活，安裝方便，著眼于目前驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高度集成化趨勢(shì)，可以說(shuō)無(wú)框電機(jī)更貼合工程師的目標(biāo)期望）所以我們將步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行對(duì)比可以比較步進(jìn)電機(jī)與無(wú)框力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理。競(jìng)爭(zhēng)格局：步進(jìn)電機(jī)國(guó)內(nèi)主要廠(chǎng)商為常州運(yùn)控，鳴志電器，江蘇雷利等。2022年江蘇雷利營(yíng)業(yè)收入為29.0億元，其中步進(jìn)電機(jī)部分收入為11.9億元，占總營(yíng)收的40.91%，毛利率達(dá)31.31%。2022年鳴志電器營(yíng)業(yè)收入29.6億元，凈利率8.4%，其中電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制業(yè)務(wù)占總營(yíng)收78%，毛利率38.2%，其中核心業(yè)務(wù)產(chǎn)品混合式步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)量約1,800萬(wàn)臺(tái)，銷(xiāo)售數(shù)量和金額排名全球前三，常州運(yùn)控是隸屬鳴志電器的專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)精密步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)及驅(qū)控器的制造商子公司，2022年總營(yíng)收達(dá)3.4億元，凈利率4.3%。直線(xiàn)電機(jī)原理：直線(xiàn)電機(jī)是一種特殊類(lèi)型的無(wú)刷同步伺服電機(jī)，類(lèi)似于力矩電機(jī)，但它是敞開(kāi)的扁平形狀。通過(guò)線(xiàn)圈繞組（初級(jí)部分）與永磁體（次級(jí)部分）間的電磁相互作用，電能高效率地轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。初級(jí)部分的常見(jiàn)名稱(chēng)還有電機(jī)，運(yùn)動(dòng)件，平臺(tái)或滑架，而次級(jí)被稱(chēng)為磁道或磁路。直線(xiàn)電機(jī)是直接把輸入電力轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性動(dòng)能，與傳統(tǒng)的扭力及旋轉(zhuǎn)動(dòng)能不同。未來(lái)，直線(xiàn)電機(jī)亦有望應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)定子和動(dòng)子之間真正意義上的無(wú)接觸磨損，壽命長(zhǎng)、速度快、響應(yīng)快，并且安裝方便。缺點(diǎn):磁力有限，所以剛性、定位精度無(wú)法做到絲杠的水平，并且造價(jià)較高。直線(xiàn)電機(jī)目前應(yīng)用領(lǐng)域仍然是自動(dòng)化等高速、高響應(yīng)場(chǎng)合。在對(duì)精度、剛性、承載要求高的場(chǎng)合，直線(xiàn)電機(jī)很難替代絲杠。競(jìng)爭(zhēng)格局：我國(guó)市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)化率不足40%，國(guó)內(nèi)企業(yè)包括昊志機(jī)電，大族電機(jī)等。2014年至2019年，我國(guó)直線(xiàn)電機(jī)的使用以每年20%-30%的增長(zhǎng)速度不斷地應(yīng)用于各種自動(dòng)化設(shè)備上，市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年我國(guó)直線(xiàn)電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到25.6億元，同比增長(zhǎng)28%。2019年我國(guó)直線(xiàn)電機(jī)產(chǎn)量達(dá)12.1億臺(tái)，同比增長(zhǎng)13.08%。據(jù)溫州恩陽(yáng)（日本THK中國(guó)產(chǎn)品授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)商）咨詢(xún)，2021年直線(xiàn)電機(jī)國(guó)產(chǎn)品牌在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比不足40%。新加坡企業(yè)雅克貝思在國(guó)內(nèi)直線(xiàn)電機(jī)高端市場(chǎng)占據(jù)較高份額，其次是沙迪克、臺(tái)灣上銀，科爾摩根等企業(yè)。國(guó)內(nèi)直線(xiàn)電機(jī)品牌主要有昊志機(jī)電、大族電機(jī)、鄭州微納科技、嘉興華嶺、青島同日等。2.3.2.行星滾柱絲杠/滾珠絲杠滾珠絲杠是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)化的理想產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠線(xiàn)性執(zhí)行器是微特電機(jī)和滾珠絲桿副的組合，滾珠絲桿副在具有螺旋滾道的絲桿和螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，在螺母上閉合的回路中循環(huán)滾動(dòng)，使絲桿和螺母間的運(yùn)動(dòng)由滑動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)，減小了運(yùn)動(dòng)摩擦，可以完成高速傳動(dòng)任務(wù)。并且滾珠絲桿線(xiàn)性執(zhí)行器可以滿(mǎn)足精確定位，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。滾珠絲桿螺母的傳動(dòng)效率在90%-96%，相較于梯形絲桿螺母26%-70%的傳動(dòng)效率，滾珠絲桿可以使用更少的驅(qū)動(dòng)功率。滾珠絲桿廣泛應(yīng)用于機(jī)床工具、機(jī)器人制造等領(lǐng)域。在技術(shù)上不斷朝向高精、高速、高荷重及低噪音的方向精進(jìn)，有多種抑制溫度上升的創(chuàng)新產(chǎn)品，以克服加工時(shí)產(chǎn)生的高溫造成螺桿熱變形影響精度。隨著客戶(hù)生產(chǎn)設(shè)備不斷向工程集約、節(jié)能輕量化方向邁進(jìn)，維持產(chǎn)品性能并減少體積和通過(guò)熱處理延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命成為滾珠絲桿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)趨勢(shì)。行星滾柱絲杠與滾珠絲杠區(qū)別：行星滾柱絲杠傳動(dòng)方式是在主螺紋絲杠的周?chē)?，行星布置?-12個(gè)螺紋滾柱絲杠，這樣將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠或螺母的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。行星滾柱絲杠與滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別在于行星滾柱絲杠載荷傳遞元件為螺紋滾柱，是典型的線(xiàn)接觸；而滾珠絲杠載荷傳遞元件為滾珠，是點(diǎn)接觸。主要優(yōu)勢(shì)是有眾多的接觸點(diǎn)來(lái)支撐負(fù)載，能夠提供高于滾珠絲杠的額定動(dòng)載和靜載，螺紋滾柱替代滾珠將使負(fù)載通過(guò)眾多接觸線(xiàn)迅速釋放，從而能有更高的抗沖擊能力。特斯拉Optimus滾柱絲杠方案特點(diǎn)：特斯拉的反向（inverted）行星滾柱絲杠方案與常規(guī)方案略微不同，“反向”意為將螺桿、螺母角色互換。非反向方案為電機(jī)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺母與主體固定，螺母沿螺紋被螺桿帶動(dòng)將其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。反向方案變?yōu)槁菽感D(zhuǎn)，螺桿與主體固定，此時(shí)螺母旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺桿運(yùn)動(dòng)，螺桿將螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。剖面圖可以看到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)。該方案特點(diǎn)是行星滾子與螺母多點(diǎn)咬合滾動(dòng)配合，承載能力極強(qiáng)，壽命超長(zhǎng)，比常規(guī)滾珠絲杠提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，但難點(diǎn)是滾子及螺母磨制工藝復(fù)雜耗時(shí)，裝配時(shí)需要匹配不同滾子的相位，操作難度大，需要通過(guò)設(shè)計(jì)和工藝在保證性能的前提下將成本降低。行業(yè)壁壘：滾珠絲杠制造具有結(jié)構(gòu)剛性和速度的要求，壁壘在于專(zhuān)利、生產(chǎn)設(shè)備、材料及工藝。為實(shí)現(xiàn)高速和精密的加工，滾珠絲杠除在機(jī)床設(shè)備的結(jié)構(gòu)剛性進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)外，同時(shí)還需要具備高速主軸系統(tǒng)和高速進(jìn)給系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高速材料切削的過(guò)程。行業(yè)壁壘主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)專(zhuān)利，工業(yè)設(shè)備，微量元素配方的原材料，工藝know-how如熱處理等。競(jìng)爭(zhēng)格局：日系、歐系、臺(tái)系占據(jù)我國(guó)滾動(dòng)功能部件中高端市場(chǎng)主導(dǎo)，大陸制造商產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足。根據(jù)金屬加工雜志社數(shù)據(jù)，在國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)，歐日企業(yè)市場(chǎng)占有率高達(dá)90%，大陸、臺(tái)灣制造商市場(chǎng)份額各約5%，高端市場(chǎng)格局相對(duì)集中；在國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)，大陸制造商擁有過(guò)約30%，中低端市場(chǎng)格局相對(duì)分散。目前全球滾珠絲桿廠(chǎng)商有德系企業(yè)博世力士樂(lè)、舍弗勒；臺(tái)灣企業(yè)上銀科技、銀泰等；日本企業(yè)THK、NSK等。國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商包括鼎智科技、秦川機(jī)床、拓普集團(tuán)、貝斯特、三花智控、恒立液壓、江漢機(jī)床、南京工藝等。國(guó)內(nèi)滾動(dòng)部件制造廠(chǎng)商眾多，許多正在研發(fā)的企業(yè)處于未上市階段，且多數(shù)僅具備單件生產(chǎn)能力，和海外大規(guī)模量產(chǎn)企業(yè)仍有較大差距。2.4.手部關(guān)節(jié)：空心杯電機(jī)+行星減速器+滾珠絲杠+傳感器手部關(guān)節(jié)主要由空心杯電機(jī)、精密行星減速器、滾珠絲杠和傳感器構(gòu)成。空心杯電機(jī)使手指擁有活動(dòng)能力，精密行星齒輪箱使得機(jī)械手定位更精準(zhǔn)、運(yùn)用更靈活，編碼器提供了手部高精度位置反饋和速度反饋，傳感器使機(jī)器人擁有類(lèi)似人類(lèi)的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力。特斯拉人形機(jī)器人每只手包括6個(gè)驅(qū)動(dòng)器和11個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)器通過(guò)齒輪驅(qū)動(dòng)一根金屬線(xiàn)來(lái)控制手指彎曲，并集成了感應(yīng)器和鎖定裝置。自由度是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)技術(shù)指標(biāo)，決定了機(jī)器人整體的靈活性和活動(dòng)范圍，可用軸關(guān)節(jié)的移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)方式和數(shù)量來(lái)體現(xiàn)。手部的11個(gè)自由度結(jié)合控制軟件，可以使機(jī)械手如同人手一般完成復(fù)雜靈巧的操作。并且機(jī)械手能承擔(dān)大約9公斤的負(fù)重。從成本角度來(lái)看，手部執(zhí)行器中空心杯電機(jī)、行星減速器、滾珠絲杠、傳感器占比分別達(dá)54.55%、18.18%、13.64%及9.09%。接下來(lái)我們將重點(diǎn)從空心杯電機(jī)及傳感器兩部分展開(kāi)論述其產(chǎn)品特點(diǎn)及供應(yīng)格局。2.4.1.空心杯電機(jī)空心杯電機(jī)是采用無(wú)鐵芯轉(zhuǎn)子的控制電動(dòng)機(jī)。空心杯電機(jī)屬于直流永磁的伺服、控制電動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用無(wú)鐵芯轉(zhuǎn)子，這種特別的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的渦流損耗，使得電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)化，并具備控制和拖動(dòng)特性。傳統(tǒng)鐵芯電機(jī)由帶槽的鐵芯結(jié)構(gòu)組成，繞組纏繞在槽之上，而空心杯電機(jī)由于繞組沒(méi)有鐵芯，省去鐵芯的空間，可以做到更小的尺寸和更高的效率?？招谋姍C(jī)主要由后蓋、接線(xiàn)端子、電刷端蓋、電刷、換向器、杯形繞組（轉(zhuǎn)子）、轉(zhuǎn)軸、墊圈、滑動(dòng)軸承、外殼、磁鐵（定子）、法蘭、定位環(huán)組成。定子由永磁體、殼體、法蘭組成。外殼提供了恒定的磁場(chǎng)，使電機(jī)無(wú)鐵損耗。由于沒(méi)有軟磁性牙齒，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是均勻的，即使在低速下也能使運(yùn)行平穩(wěn)。在較高的速度下，電機(jī)能減少振動(dòng)，減少噪音。在繞組和換向器的轉(zhuǎn)子中，繞組通過(guò)換向板連接到軸上。換向系統(tǒng)使用一對(duì)貴金屬刷，減少了電刷火花，減少的電刷火花產(chǎn)生較少的電磁排放?？招谋姍C(jī)具有高功率密度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)。無(wú)齒槽效應(yīng)保持空心杯電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)和低振動(dòng)、低噪音狀態(tài)；結(jié)構(gòu)緊湊保證空心杯電機(jī)具有更高的功率密度，即單位體積下所產(chǎn)生功率更高；低電感保證空心杯電機(jī)的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高的加速度。有刷空心杯電機(jī)由于體積、重量等優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于機(jī)器人手部?？招谋姍C(jī)分為有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)，無(wú)刷空心杯電機(jī)又稱(chēng)直流無(wú)刷無(wú)齒槽電機(jī)，其轉(zhuǎn)速高，力矩大，具有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，適合應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)。有刷空心杯電機(jī)又稱(chēng)直流有刷無(wú)鐵芯電機(jī)，一般國(guó)內(nèi)的“空心杯電機(jī)”泛指有刷電機(jī)，其具有比較低的反向力矩，具有高效率，高加速度，低摩擦等特性，同時(shí)在體積和重量方面有優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于機(jī)器人手部。行業(yè)壁壘：空心杯電機(jī)的技術(shù)壁壘在于繞線(xiàn)工藝?？招谋姍C(jī)無(wú)鐵芯轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)給繞線(xiàn)帶來(lái)困難，目前海外企業(yè)的繞線(xiàn)工藝更先進(jìn)且處于保密狀態(tài)，國(guó)內(nèi)繞線(xiàn)成熟設(shè)備較少，大多生產(chǎn)處于手工或半手工狀態(tài)。競(jìng)爭(zhēng)格局：海外三大家份額較高，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商包括鳴志電器、鼎智科技。瑞士Maxon、德國(guó)Faulhaber和瑞士Portescap形成三足鼎立格局。國(guó)內(nèi)主要廠(chǎng)商有鳴志電器、江蘇雷利子公司鼎智科技、拓邦股份。目前空心杯電機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率較低，主要由于國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商技術(shù)儲(chǔ)備與工藝精度不及國(guó)外，國(guó)內(nèi)形成了差異化競(jìng)爭(zhēng)格局，不同廠(chǎng)家產(chǎn)品、技術(shù)與性能各具特色。鳴志電器于2019年收購(gòu)瑞士TechnosoftMotion公司100%的股權(quán)，完善了產(chǎn)業(yè)鏈布局。TechnosoftMotion在控制電機(jī)，尤其是空心杯電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)和無(wú)槽無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)上具有全球領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力。2023年4月13日，江蘇雷利控股子公司鼎智科技在北交所上市，主要從事電機(jī)制造、微特電機(jī)及組件制造和銷(xiāo)售等業(yè)務(wù)，鼎智科技不斷加強(qiáng)空心杯電機(jī)的研發(fā)制造工作。2.4.2.觸覺(jué)傳感器手部關(guān)節(jié)可使用力覺(jué)和觸覺(jué)傳感器。其中，觸覺(jué)傳感器使機(jī)器人手部具備靠觸覺(jué)來(lái)感知的能力。觸覺(jué)傳感器主要有四種方式：壓電式、壓阻式、電容式和光學(xué)原理式。①壓電觸覺(jué)傳感器基于壓電效應(yīng)原理，即在外界力的作用下，壓電材料表面因形變會(huì)產(chǎn)生電壓。它的頻率響應(yīng)好，測(cè)量范圍大，但分辨率不是很理想。②壓阻式觸覺(jué)傳感器基于壓阻效應(yīng)原理，即施加外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生自身電阻的變化。它測(cè)量范圍大，魯棒性好，但是遲滯效應(yīng)較大。③電容式觸覺(jué)傳感器利用電容的變化來(lái)測(cè)量接觸力。其空間分辨率高，功耗低，但抗干擾能力差。④光學(xué)原理的觸覺(jué)傳感器靠檢測(cè)光的參數(shù)變化間接感知外界的接觸信息。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的空間分辨率。觸覺(jué)傳感器的技術(shù)壁壘在于對(duì)觸覺(jué)傳感機(jī)理的研究深度和材料純度。由于機(jī)械、材料、電子、精密制造等技術(shù)難題，復(fù)現(xiàn)人體觸覺(jué)傳感機(jī)制的研究進(jìn)展緩慢；材料方面，導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、碳納米管、石墨烯等是可用作觸覺(jué)傳感器的材料，而國(guó)內(nèi)目前的材料質(zhì)量、生產(chǎn)水平并不穩(wěn)定。國(guó)外企業(yè)壟斷觸覺(jué)傳感器中高端市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)層次偏低。根據(jù)中國(guó)科技信息雜志社顯示，目前國(guó)內(nèi)傳感器企業(yè)大多從事氣體、溫度等類(lèi)型傳感器的生產(chǎn)，生產(chǎn)觸覺(jué)傳感器的企業(yè)較少。國(guó)際觸覺(jué)傳感器技術(shù)不斷攀升，但國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)檔次偏低，創(chuàng)新能力不足，中高端市場(chǎng)被國(guó)外企業(yè)壟斷。目前全球傳感器市場(chǎng)主要由美國(guó)、日本和德國(guó)的龍頭企業(yè)主導(dǎo)，國(guó)外主要廠(chǎng)商有美國(guó)公司Tekscan、PressureProfileSystems和SensorProductsInc.等，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)有漢威科技、蘇州固锝、柯力傳感。3.人形機(jī)器人商業(yè)化關(guān)鍵：剛需應(yīng)用場(chǎng)景及降本驅(qū)動(dòng)量產(chǎn)3.1.商業(yè)化痛點(diǎn)：剛需服務(wù)場(chǎng)景、規(guī)?；当?、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建我們認(rèn)為當(dāng)下人形機(jī)器人尚處于商業(yè)化的早期，未來(lái)核心要解決的市場(chǎng)化痛點(diǎn)在于剛需應(yīng)用場(chǎng)景挖掘、規(guī)?；当疽约爱a(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建。1、“用得上”：工業(yè)應(yīng)用有望更快落實(shí)，服務(wù)領(lǐng)域則是長(zhǎng)期廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景人形機(jī)器人可在衣食住行等環(huán)節(jié)輔助完成繁雜任務(wù)，滿(mǎn)足個(gè)人用戶(hù)潛在需求。此外，在老齡化趨勢(shì)下，人形機(jī)器人還可以滿(mǎn)足老人看護(hù)、病患照顧等場(chǎng)景應(yīng)用。如果未來(lái)人形機(jī)器人能夠提供日常生活所需要的的服務(wù)，減少人的參與，將會(huì)獲得C端巨大的市場(chǎng)需求。然而，服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的豐富能力主要取決于人形機(jī)器人的人工智能水平，人機(jī)交互能力與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力隨人工智能水平提高，有望實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。剛性服務(wù)場(chǎng)景是當(dāng)前需要解決的重要問(wèn)題。我們將人形機(jī)器人與日常使用的掃地機(jī)器人對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，掃地機(jī)器人之所以可以迅速落地，是因?yàn)樗鼈兛梢栽诂F(xiàn)實(shí)生活中找到與之完全匹配替代的成熟產(chǎn)品，且該產(chǎn)品具有明顯弊端，而掃地機(jī)器人可以顯著地解決其弊端。例如，過(guò)去的吸塵器產(chǎn)品可以幫助人們將灰塵更簡(jiǎn)單地清理出來(lái)，但卻離不開(kāi)人的操作。而掃地機(jī)器人在幫助人們清理灰塵的同時(shí)減少了人們的參與，因此形成了對(duì)吸塵器的完美替代，同時(shí)由于其所需工藝技巧尚不復(fù)雜，研發(fā)成本較低促使了其可以快速實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化的普及。當(dāng)前人形機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景仍偏教育、展覽等，工業(yè)場(chǎng)景有望率先落地。目前，人形機(jī)器人的開(kāi)發(fā)程度和功能完整性尚不完全，缺乏可完全替代的豐富的剛性應(yīng)用場(chǎng)景需求。我們對(duì)比波士頓動(dòng)力、優(yōu)必選、特斯拉人形機(jī)器人主要的應(yīng)用場(chǎng)景可以看出，目前主要集中于家庭服務(wù)、商業(yè)導(dǎo)覽接待服務(wù)、搜救搬運(yùn)等領(lǐng)域。由于性能未完全開(kāi)發(fā)及智能水平較低，許多工作人形機(jī)器人尚缺乏完全替代效益，例如家庭服務(wù)板塊人形機(jī)器人尚未擁有可完全替代現(xiàn)有日常用品功能的能力，商業(yè)導(dǎo)覽接待領(lǐng)域人形機(jī)器人尚不能對(duì)客戶(hù)所提出的所有問(wèn)題進(jìn)行解答，而搜救領(lǐng)域缺乏實(shí)地搜救場(chǎng)景和經(jīng)驗(yàn)的考察應(yīng)用，人們、一般企業(yè)和市場(chǎng)對(duì)其接受度和需求性較低，因此人形機(jī)器人目前在服務(wù)領(lǐng)域多用于科研教育或者商業(yè)展覽、展示等場(chǎng)景，以期普及作用。與此同時(shí)，我們也可以看出，目前人形機(jī)器人企業(yè)亦在探索工業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用，比如Teslabot首批量產(chǎn)機(jī)器人有望投向其超級(jí)工廠(chǎng)，優(yōu)必選亦計(jì)劃與天奇股份合作探索人形機(jī)器人在新能源汽車(chē)、3C電子、智慧物流等工業(yè)場(chǎng)景的應(yīng)用。我們認(rèn)為人形機(jī)器人有望優(yōu)先在工業(yè)場(chǎng)景率先落地，與工業(yè)機(jī)器人類(lèi)似，可以實(shí)現(xiàn)人力替代降低工廠(chǎng)生產(chǎn)成本，同時(shí)完成工業(yè)機(jī)器人無(wú)法執(zhí)行的非標(biāo)準(zhǔn)及靈活運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作。2、“用得起”：較高的制造成本制約商業(yè)化，設(shè)備規(guī)?；当究臻g大人形機(jī)器人制造成本尚高，量產(chǎn)后設(shè)備降價(jià)空間大。規(guī)?；当編?dòng)售價(jià)下降，將有望促進(jìn)市場(chǎng)化進(jìn)程。例如新能源汽車(chē)的發(fā)展，除了補(bǔ)貼以外，新能源車(chē)企亦逐步調(diào)低其銷(xiāo)售價(jià)格促進(jìn)規(guī)模的增長(zhǎng)。當(dāng)前人形機(jī)器人由于較高的制造成本，整體售價(jià)未能達(dá)到商業(yè)化的要求。參考之前的測(cè)算結(jié)果，橫向?qū)Ρ戎髁魅诵螜C(jī)器人，我們可看出特斯拉Optimus具有市場(chǎng)化潛力的關(guān)鍵在于其成本可控制在約2.2萬(wàn)美元，遠(yuǎn)低于波士頓動(dòng)力Atlas約12.9萬(wàn)美元的成本，與優(yōu)必選Walker約1.9萬(wàn)美元的成本可同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)。若能進(jìn)一步下探到2萬(wàn)美元以下，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將更加明顯。若特斯拉成功實(shí)現(xiàn)其降本目標(biāo)，則有可能成為人形機(jī)器人行業(yè)的首個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)并商業(yè)化的項(xiàng)目。大規(guī)模量產(chǎn)情形下，核心零部件降本空間大。硬件目前占據(jù)絕大部分成本，但規(guī)模的提升會(huì)有效降低成本實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，因此隨著技術(shù)的升級(jí)，以及一定的量產(chǎn)出現(xiàn)，硬件成本將有效帶動(dòng)整體制造成本的下降，促進(jìn)售價(jià)逐步合理化，達(dá)到吸引市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)行為的水平。3、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的構(gòu)建，將助力產(chǎn)業(yè)有序成長(zhǎng)。人形機(jī)器人處于初期研發(fā)階段，標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)有序、快速成長(zhǎng)。2023年1月，國(guó)家工信部等十七部門(mén)關(guān)于引發(fā)《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動(dòng)實(shí)施方案》的通知，到2025年，制造業(yè)機(jī)器人密度較2020年實(shí)現(xiàn)翻番，服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用深度和廣度顯著提升，政策明確引導(dǎo)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建：①行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工藝流程和專(zhuān)用算法模型、融合設(shè)備接口、應(yīng)用數(shù)據(jù)安全、人機(jī)交互安全等標(biāo)準(zhǔn)的研制與推廣；②針對(duì)特定行業(yè)準(zhǔn)入要求，加強(qiáng)機(jī)器人特殊安全要求和檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)研究；③開(kāi)展機(jī)器人新產(chǎn)品通用技術(shù)規(guī)范、模塊化設(shè)計(jì)