人形机器人行业专题三之执行器系统：核心部件，顺势启航-长城证券-20240.3.18-44页_3mb

人形机器人执行器系统分析总结

核心内容

人形机器人执行器是其硬件系统的核心部件，主要围绕结构设计、减速器、控制方式等展开研究与应用。近年来，技术方案经历了从刚性到弹性，再到准直驱的发展，集成度、控制精度逐步提升，能量损耗逐步降低，对减速器传动比需求逐步减小。目前，刚性执行器方案成熟度高、控制精度高，成为主流技术方案，而准直驱方案集成度高、能量效率高，应用前景广阔。

主要观点

1. 执行器类型与特点

   • 刚性执行器：控制精度高、稳定性好，但功率密度低、能量效率低，适用于精密系统及传统双足机器人。
   • 弹性执行器：具有良好的功率调制能力，但控制方式相对复杂，适用于需要高安全性和柔顺性的协作机器人。
   • 准直驱执行器：控制方式简单，能量效率高，适用于低负载关节，但需采用低传动比减速器，仍存在一定的技术挑战。

2. 执行器性能对比

   • 控制精度：刚性执行器、并联弹性执行器、准直驱执行器控制精度较高。
   • 能量效率：离合式弹性执行器、多模态弹性执行器、准直驱执行器能量效率较高。
   • 安全性：准直驱执行器具有反驱特性，安全性好。
   • 应用场景：刚性执行器适用于精密系统，弹性执行器适用于安全性系统，准直驱执行器适用于低负载关节。

3. 特斯拉人形机器人执行器方案

   • Optimus Gen2：采用16个旋转执行器和14个直线执行器，共30个自由度。
   • 旋转执行器：包含无框力矩电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器等。
   • 直线执行器：采用无框力矩电机、RV或行星减速器、力矩传感器、编码器、丝杠等。
   • 技术特点：特斯拉采用自研无框力矩电机，注重集成度和能量效率。

4. 核心零部件

   • 电机：执行器系统的“血管”，主要采用伺服电机和无框力矩电机，其中无框力矩电机因其高扭矩密度和高精度成为人形机器人首选。
   • 减速器：包括谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器，其中谐波减速器适用于小关节，RV减速器适用于重负载关节。
   • 丝杠：直线执行器的传动装置，行星滚柱丝杠因其高刚度和高负载能力成为理想选择。
   • 编码器：用于反馈驱控信息，光电编码器技术更成熟，磁编码器成本低且前景广阔。
   • 力传感器：用于检测电机输出力矩，六维力传感器是研究重点，其弹性结构设计是技术突破的关键。

关键信息

• 市场前景：人形机器人有望成为千亿美元级蓝海市场，执行器作为价值量占比最高的部件，将直接受益。
• 投资建议：相关标的包括三花智控、拓普集团、步科股份、昊志机电、绿的谐波、双环传动、中大力德、鼎智科技、恒立液压、贝斯特、奥普光电、柯力传感等。
• 风险提示：技术研发不确定性、降本进程不及预期、商业化落地不及预期、三方数据失真。

技术发展与市场现状

• 电机：伺服电机为主，无框力矩电机成为人形机器人首选。我国伺服电机技术正在快速追赶，但产品仍存在外形长、精度低、成本高等问题。
• 减速器：谐波减速器技术领先，RV减速器适用于重负载关节。我国减速器市场快速增长，但高端产品仍依赖进口。
• 丝杠：行星滚柱丝杠因其高刚度和高负载能力，在人形机器人领域应用前景广阔。
• 编码器：光电编码器技术成熟，磁编码器成本低，未来发展前景好。
• 力传感器：六维力传感器是研究重点，国内仅有少数企业实现量产。

结论

人形机器人执行器系统的发展与成熟将推动相关零部件市场快速增长，尤其是无框力矩电机、谐波减速器、行星滚柱丝杠等。我国在伺服电机、减速器、丝杠、编码器等领域正加速国产化进程，未来有望在技术上实现突破，逐步替代进口产品，提升整体竞争力。