深度报告-20250213-五矿证券-机械设备行业深度_寻找人形机器人的确定性_旋转关节投资机遇拆解_26页_1mb

报告摘要

寻找人形机器人的确定性：旋转关节投资机遇拆解总结

核心内容

人形机器人行业正在快速发展，其零部件供应商有望深度受益于行业发展。主机厂掌握关节的“定义权”，包括自由度设计、关节方案设计和关节布局设计，但考虑到规模效应和专业化分工，主机厂更倾向于“自主设计、外包生产”的合作模式。因此，一批零部件供应商将随着人形机器人市场的扩张而获得显著增长。

主要观点

旋转关节是核心部件：旋转关节具有高价值量和高确定性，是人形机器人关节方案的主流选择。
电机选择关键：无框力矩电机是当前主流方案，轴向电机因高扭矩密度和效率而具有爆发增长潜力。
减速器方案：人形机器人关节主要采用谐波和行星减速器，二者各有优劣，将依据整机设计需求搭配使用。
力控方案：力/力矩传感器和电流环控制是两种主流方案，前者精度高但成本高，后者成本低但精度有限。
投资建议：重点关注关节模组总成、轴向电机、减速器和传感器等环节的龙头企业。

关键信息

旋转关节方案

高价值量与确定性：旋转关节是人形机器人成本的重要组成部分，具备高价值量和高度确定性。
主要类型：旋转关节以刚性驱动器和准直驱驱动器为主。弹性驱动器因控制复杂和成本高，产业化程度较低。
性能差异：刚性驱动器具有高扭矩和精度，但耐冲击性差；准直驱驱动器集成度高、体积小，但输出扭矩和精度较低。

电机选型

无框力矩电机：目前主流方案，具有低速大力矩、体积小、质量轻等优点，但存在散热问题。
轴向电机：扭矩密度比径向电机高30%，适合高效率、高转矩密度的应用，但制造工艺和散热技术仍需提升。

减速器选择

谐波减速器：适合大扭矩、高精度、小空间需求，但刚性差、成本高。
行星减速器：成本优势明显，适合高效率、低成本、空间不敏感的场景，可以与电流环力控方案结合使用。
市场格局：谐波减速器市场由日本哈默纳克、中国绿的谐波等主导，行星减速器市场则由日本新宝、德国纽卡特等占据优势。

力/力矩传感器

柔顺控制需求：力/力矩传感器是实现柔顺控制的关键，特别是在复杂应用场景中。
两种方案：
- 末端力控：精度高，适用于工业机器人，但动态响应慢，安全性较低。
- 关节力控：可提供更精确的力控信息，安全性好，但成本高、安装复杂。
电流环控制：成本低，但精度低，适用于对成本敏感的场景。

投资建议

关注客户关系：由于主机厂掌握“定义权”，客户关系是投资的核心。
重点企业：
- 关节模组：关注与主机厂有良好合作关系的供应商。
- 轴向电机：建议关注盘毂动力、小象电动等非上市公司。
- 减速器：建议关注谐波减速器和行星减速器的龙头企业，如绿的谐波、中大力德等。
- 六维力传感器：建议关注宇立仪器、蓝点触控、坤维科技、鑫精诚等企业。

风险提示

商业化进度不确定性：人形机器人仍处于产业初期，商业化进展存在不确定性。
技术路线变化风险：关节设计方案仍在快速迭代，尚未完全确定，存在技术路线变化的风险。

图表目录（关键数据）

图表1：yaw、pitch、roll的示意图
图表2：ARTEMIS设计的下肢关节参数
图表3：ARTEMIS所使用电机参数
图表4：IIT设计的能承受10kg负载的机器人上肢关节参数
图表5：ARTEMIS髋部放置的巨大电机
图表6：傅利叶智能GR-1的髋部也放置了巨大电机
图表7：特斯拉Optimus使用连杆传动方案
图表8：ARTEMIS运用了连杆传动方案
图表9：人形机器人驱动器的类型和历史
图表10：刚性驱动器结构示意图
图表11：Hill肌肉三元素力模型
图表12：SEA弹性驱动器
图表13：SEA弹性驱动器结构简化图
图表14：回转型弹性元件
图表15：直线型与回转型弹性元件性能对比
图表16：并联驱动器结构图
图表17：并联驱动器实物图
图表18：离合驱动器结构图
图表19：D.F.B. Haeuflé设计的离合驱动器
图表20：多模态驱动器
图表21：四种弹性驱动器特性对比
图表22：准直驱驱动器结构示意图
图表23：CYTEC力矩电机结构
图表24：轴向磁通电机爆炸图
图表25：径向电机与轴向电机的比较
图表26：轴向磁通电机专利数量
图表27：盘毂动力的轴向电机拥有高扭矩和高效率
图表28：轴向电机可以做的更加薄
图表29：盘毂动力的轴向电机指标已超技术路线图2035目标
图表30：达闼科技推出SCA2.0非晶轴向电机
图表31：RV减速器、谐波减速器占据精密减速器市场
图表32：三种精密减速器参数对比
图表33：精密行星减速器结构示意图
图表34：中大力德40ZDE(F)系列精密行星减速器不同级数参数
图表35：全球行星减速器市场规模
图表36：全球行星减速器市场格局
图表37：中国行星减速器市场格局
图表38：谐波减速器结构示意图
图表39：谐波减速器运行示意图
图表40：中国谐波减速器市场规模
图表41：2023年谐波减速器市场份额
图表42：机器人被动柔顺装置RCC示意图
图表43：阻抗控制策略的控制框图
图表44：力位控制策略的控制框图
图表45：增广智能的SoftForce3.0可以实现精准力控
图表46：基于ZMP的几种点-质量模型
图表47：通过点阵计算ZMP（左）和通过六维力计算ZMP（右）
图表48：基于MPC+WBC模型的四足机械狗控制框架图
图表49：末端力控与关节力控的对比
图表50：MX-106关节有225:1的减速比，但反驱透明度差
图表51：ARTEMIS关节搭配8:1减速比齿轮关节具有较好的反驱透明度
图表52：六维力传感器与关节扭矩传感器
图表53：六维力传感器出货量（台）
图表54：六维力传感器市场格局

投资建议总结

行业增长潜力大：人形机器人将带动工业自动化市场总量增长，相关企业有望普遍受益。
技术方向：建议优先关注轴向电机、谐波与行星减速器、六维力传感器等高价值环节。
重点企业：
- 轴向电机：盘毂动力、小象电动
- 减速器：绿的谐波、中大力德
- 六维力传感器：宇立仪器、蓝点触控、坤维科技、鑫精诚