1证券研究报告作者：行业 评级：上次评级：行业报告：请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明机械设备强于大市强于大市维持2024 年03 月04 日（评级）分析师 朱晔 SAC 执业证书编号：S1110522080001机器人专题更新：英伟达入局+特 斯 拉 行 走 测 试 新 进 展行业专题研究2请务必阅读正文之 后的 信息披 露和 免责 申明1）第 二代Optimus 更 聚焦运用与控制，平衡力及全身控制得到提高特 斯拉 第二 代Optimus人 形机 器人 主要 亮点：触觉传 感器、力 传感 器 以及 更 强大 的平 衡感 知 能力。第二 代Optimus搭载 由特 斯拉 设计 的 执 行器 与传 感器、2 自 由 度驱动颈 部、响应更 快 的11自 由度灵 巧手、触 觉传 感器（十指）、执行器集成电子和线束、足部力/扭矩传感器、铰接式脚趾等；重量减轻10kg。2）英 伟达投资FigureAI，全 方 位布局机器人从 底 层 芯 片 到 计 算 平 台 全 方 位 布 局：英 伟 达 在 机 器 人 芯 片 技 术 和 工 具 领 域 的 重 要 迭 代 方 向 主 要 为 强 化 性 能 从 而 提升机器人“智力”、不同细分模块灵活“包抄”细分市场、不断降低开发者拥抱AI 的门槛。加大 投资 力度，寻找市场裂 变利器：2024年2 月，根据财联 社消息，贝佐斯、英伟 达和其他 大型科技公司将 投资类人机器人初创公司Figure AI，以期为人工智能寻找新的应用。风 险 提 示：产业 发展 不达 预期 风险、贸易摩擦风险。摘要1ZCXyRnQpMpOpRnOsPoRpOaQdNbRoMoOmOnRlOmMtQlOqQnQbRoOxPvPoNrNuOpMpR31.1 特斯拉第二代Optimus：新 增 多项 传 感 器，平 衡感 知 能 力更 强 特 斯 拉 第二代Optimus 人形机器人主要亮点：触觉传感器、力传感器以及更强大的平衡感知能力。第二代Optimus 搭载由特斯拉设计的执行器与传感器、2 自由度驱动颈部、响应更快的11自由度灵巧手、触觉传感器（十指）、执行器集成电子和线束、足部力/扭矩传感器、铰接式脚趾等。重量减轻10kg，平衡力及全身控制均得到提高，更聚焦运动与控制。足部：脚掌分为两个部分，通过增加足部力/力矩传感器，使得步行姿态更接近人类，且行走速度提升30%。手部：全新11自由度灵巧手，通过新增手指触觉传感器，可以实现两指捏起鸡蛋的精细操作。全身：90 深蹲动作需要调动全身多个环节参与，预计其搭载的IMU 等惯性传感器及感知算法有大幅提升。资料来源：机器之 心公 众号，澎湃 新闻 官网，天 风证 券研究 所23 年12月13日，特斯拉公众发布平台 24年2 月25 日，特斯拉公众发布平台41.1 Tesla 人 形 机器 人：AI 赋 能 人形 机 器 人，商 业化 前 景逐 渐 走 向明 朗资料来源：中国机 器人 网公众 号，天风 证券 研究 所 23 年9 月特斯拉展示，相较于此前进展主要集中在：仅通过 视 觉 系 统及编码器 精确的确定其肢体空间中的准确位置；利 用 本 地神 经网 络系 统，仅使用特斯拉纯视觉技术作为感知，完全自主的按颜色对色块进行排序，排除现实世界的动态影响；展示了两套瑜伽动作，显示出硬件较强的平衡能力。9 月特斯拉X 官方账号发布51.1 Tesla 人 形 机器 人：本 次T 核 心 为传 感 模 块应 用，精 细 化 要求 进 一步 提 升资料来源：机器人 之心 公众号，天 风证 券研 究所 23 年12 月13 日特斯拉展 示，相较于此前进展主要集中在：特斯拉Optimus 平衡能力再升级；特斯拉传感器开始用于手指；特斯拉Optimus 手部灵活程度全新突破。12 月13日，特斯拉发布6“三 件 套”进入机器人市场：2018年，英伟达宣布推出包含全新硬件、软件和虚拟世界机器人模拟器的NVIDIA Isaac，同时还推出专为机器人设计的计算机平台Jetson Xavier 和相关的机器人软件工具包。从 底 层 芯片到计算平台到训练与验证进行全方位布局：2019 年，英伟达推出lsaac 软性开发套件(SDK)，为机器人提供更新的AI 感知和仿真功能；2022 年，英伟达又推出NVIDIA Isaac Nova Orin，该可配置的计算和传感器参考平台旨在帮助AMR（自主移动机器人）制造商缩短开发时间并降低成本。NVIDIA Isaac Sim：由 Omniverse 提供动力支持，是一款可扩展的机器人模拟应用和合成数据生成工具，可提供逼真、物理属性准确的虚拟环境，以便开发、测试和管理基于 AI 的机器人。图：Isaac Sim 图表资料来源：英伟达 官网，天风 证券 研究 所1.2 英伟达布局机器人市场：“处 理器+平台+开 发工 具”出 击 机 器人 市 场7 Figure AI 是 人 形 机器人赛道里的新星：Figure 2022 1 IHMC 硅谷+华 尔街多轮资本加持：23 年5 月完成Parkway Venture Capital 领投的7000 万美元融资，23年7 月英特尔投资900 万美元；美东时间2 月23日周五，媒体援引知情者消息称，Figure AI在新一轮融资中募集约6.75 亿美元，该轮融资前Figure AI 的公司估值已有约20亿美元。根据媒体信息，新一轮投资中，微软和OpenAI 将分别投资9500 万美元和500万美元，英伟达和一只亚马逊旗下基金各投入5000 万美元，英特尔旗下风投机构将投资2500 万美元，LG 旗下公司LG Innotek 将投资850 万美元，三星旗下投资机构将投入500万美元，亚马逊创始人贝佐斯还通过他名下的投资公司Explore Investments LLC 承诺投资1 亿美元。资料来源：中国机 器人 网公众 号，天风 证券 研究 所1.2 Figure AI：人 形 机器 人 新 星，硅 谷+华尔 街 多 轮资 本 加持图：Figure 01 相关影像8 Figure 01 超预期演进：Figure 01 身高大约170cm，体重60KG，可以实 现20KG 的有效载重，移 动速度1.2 米/秒，续航可以达到5 小时；Figure 01 10 Brettt Adcock ChatGPT 与宝马签署合作协议，美 国工厂 部署人 形机器 人：Figure 01 BMW Figure 资料来源：智元宇 宙公 众号，天风 证券 研究 所1.2 Figure 01：超 预 期 演进，或 将是 机 器人 技 术 的ChatGPT 时刻图：Figure 01 煮 咖 啡 示 意图9 AI 能 力 是人形机器人成为 可能的关键因素：Brett 认为通过人形机器人与环境互动来获取人类数据，并使用视觉语言模型来理解和处理这些数据，可能会是能持续推进 AGI 研究向前的一个主要途径，虽然这可能需要更长时间。长远来看，软件会成为公司最大的业务板块；Figure 作为一家专注于 AI 的公司，以后会有一个庞大的 autonomy 团队，并且研发出关键的 AI 数据引擎。打造一个正确的 AI 数据引擎非常重要，能确保 他们对机器人产生的数据进行准确的训练，对神经网络进行正确的训练，以便未来能够有效地部署和使用。语 言 决 定人形机器人是否从工厂走进家庭：LLM 或视觉语言模型对机器人业务帮助很大；LLM 可以实现让机器人能够从语义层面理解世界，做到理解和回应用户的需求和指令。Figure 会逐步将视觉语言模型加入机器人的研发过程，从高层次的行为角度来帮助人形机器人理解人类在说什么，让它能与人类进行对话，同时也能推断和理解人们在说什么以做出回应。Figure 很可能不会自己训模型，但可以在机器人系统上训练视觉语言模型，关联传感器数据。硬 软 件 供应链存在掣肘，缺少适配解决方案：硬软件供应链中驱动器、中间件、操作系统、电池、控制软件是主要的限制因素，Brett 认为市场上根本没有好的驱动器、电池、控制软件和中间件操作系统解决方案。传感器虽然有一些现成的，但Figure 几乎都是自己制造下一代机器人的电子元件，并不是因为Figure 想，而是不得不。目前实现高性能、高可靠性、高安全性和低成本的人形机器人，需要开发自己的执行器、电子设备、电池和几乎所有软件，因为这些都没有现成的解决方案。Figure 已经研究了很多种技术，包括液压技术以及其他类型的执行器，而不仅仅局限于旋转或线性电机。其电机驱动器可以满足各种需求，因为具有足够的能量、动力和自由度以及合适的速度和扭矩来执行这些任务。只要能够满足需求，就可以进行大批量生产，从而大幅降低生产成本。图：Figure 研制的执行器（左）vs具有相同扭矩的现成执行器（右）资料来源：海外独 角兽 公众号，天 风证 券研 究所1.2 Figure 创 始人Brett 访谈：AI 能力 是 人形 机 器 人成 为 可能 的 关键 因 素10 拥 抱 生 成式AI 成 为英伟达机器人全线产品技术演进和重塑的核心方向：英伟达在机器人芯片技术和工具领域的重要迭代方向主要为强化性能从而提升机器人“智力”、不同细分模块灵活“包抄”细分市场、不断降低开发者拥抱AI 的门槛。加 大 投 资力度，寻找市场裂变利器：2023 年10 月，英伟达旗下风投部门NVenture 以3200万美元领投了一家机器人工厂Machina Labs；2024年2 月，根据财联社消息，贝佐斯、英伟达和其他大型科技公司将投资类人机器人初创公司Figure AI，以期为人工智能寻找新的应用。2024年3 月18-21 日，英伟达年度AI大会GTC 2024 将 在美国圣何塞会议中心举行，OpenAI、微软、Meta、谷歌DeepMind 等 科 技巨头都会派代表参会，英伟达列出的12 位重磅嘉宾 中 三 位是机器人领域大佬，包括Google DeepMind 杰 出 科 学 家兼机器人技术高级总监Vincent Vanhoucke、斯坦福大学计算 机 科 学 教 授 李 飞 飞 博 士、波 士 顿 动 力 公 司 首 席 技术官Aaron Saunders；Agility Robotics、波 士 顿 动 力 公司、迪 士尼 和Google DeepMind 等 公 司 还 将在GTC大会展出25 款机器人，包括人形机器人、工业机械手等。表：英伟达近期机 器人 相关事 件梳 理资料来源：英伟达 官网，与非 网官 网等，天 风证 券研 究所1.2 英伟达布局机器人市场：模块 化抢占 细分市场，投资 寻求更多 裂变时间轴 事件2023 年3 月英伟达宣布将Omniverse Cloud 托管至微软Azure 上，以扩大英伟达AI 机器人开发和管理平台Isaac Sim 的接入范围。将Isaac Sim 放到云端可以让团队更有效地开展合作，获得最新的机器人工具和软件开发套件。2023 年5 月英伟达在COMPUTEX 2023 上发布全新Jetson AGX Orin 工业级模块，该模块在恶劣环境下可以提供更高级别的计算能力，意味着在包括农业、建筑、能源、航空抗体、卫星等极端环境打造更强劲的机器人有了可能。2023 年10月英伟达宣布对适用于边缘AI 和机器人的NVIDIA Jetson 平台上的Metropolis 和Isaac 框架进行有史以来规模最大的软件扩展，结合Transformer 模型与生成式AI 的功能来满足边缘AI 的快速部署需求。2023 年10月英伟达宣布推出Isaac ROS 和Isaac Sim 软件的全新版本，对感知和仿真功能进行了重大改进；基于常用的开源机器人操作系统（ROS）的Isaac ROS，为自动化带来了感知能力，让移动的物体有“眼睛”和“耳朵”。借助GPU 加速的GEM 功能（包括视觉里程测量、深度知觉、3D 场景重建、定位和规划等），机器人开发者就拥有了为不同应用快速定制机器人解决方案所需要的各种工具。2023 年10月英伟达与德克萨斯大学奥斯汀分校提出的MimicGen 数据生成系统，可以用不到200 个人类演示，自主生成超过5 万个训练数据，涵盖18 个任务、多个模拟环境、现实场景，合成数据方案，加快了机器人AI 化进程。2023 年10月 英伟达发布AI 系统Eureka，该系统以GPT-4 提供支持，可以让机器人实现三十多种复杂的动作。2024 年2 月 英伟达新成立 GEAR（通用具身智能研究组），由JimFan 博士领衔。重要关节的零部件选型逻辑及可替代性参考211请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明12图：电机分类情况2.1.旋转关节零部件选型：电机数据来源：大象机 器人 官网，电子 产品 世界 官网，天 风证券 研究 所旋转电机控制电机功率电机信号电机伺服电机步进电机力矩电机开关磁阻电机直流无刷电机直流电机交流电机异步电机同步电机位置信号电机速度信号电机图：机器人关节模 组爆 炸图 电机分类较为复杂，大类来看包括控 制、功 率及信 号电机，而控 制电机 中又包 括伺服、步进、力矩、开关 磁阻等 电机类 型；力矩电机具有结构紧凑、转速低、扭 矩大、过载能 力强、控制精 度高、响应速 度快、摩擦损 耗低等 特点，适用于 对电机 转矩、精度、动态性 能等要 求高的场景中。力矩电机可以应用在机器人、机床、自动 化机械、军工 装备等 制造领 域。无 框力矩 电机是 机器人 关节的 重要组 成部分，机器 人关节 是机器 人实现运动的核心零部件，电机是驱动机器 人运动 的动力 源。无 框力矩 电机仅 有转子、定子，结构 简单，其凭借 体积小、扭矩 大、环 境适应 性强、便于走 线等优点，成为机器人关节的主流电机产品。当前力矩电机龙头厂商主要是科尔摩 根，国 内主要 是步科 股份等。132.2.旋转关节零部件选型：减速器数据来源：各公司 官网，各公 司公 告，黄兴 等 工 业机 器 人精 密减 速器 综述、官浩 空间 谐波 减速 器性 能退 化 与寿 命分 析研 究 等，天风证券研究所 谐 波 减 速器：体积小、传动比大，适用于机器人小臂、手部、腕部等部分。RV 减 速器：体积小、负载大、传动比大，适用于机器人基座、大臂、肩膀等部分。精 密 行 星减速器：传动效率高、免保养，常用于移动机器人轮部或集成于伺服电机、步进电机中。表：主流减速器技 术指 标与应 用场 景对 比14检测方法 方法描述 优点 缺点电阻应变式 力作用 电阻变化量 精度高、技术成熟、范围广、频响特 性好 存在非线性误差、信号输出微弱电容式 力作用 电容变化量灵敏度高、分辨率高、频率范围宽、结构简 单、适用性强存在电荷泄露，静态力测量困难、分 辨率不高压电式 基于压电效应，力作用 电荷量变化动态响应好、精准性好、分辨率高、结构紧 凑、尺寸小、刚度强调理电路复杂、寄生电容影响大电磁式 基于霍尔效应，力作用 磁通量变化 动态量测范围大、功耗小、简单可靠 非线性误差大、互换性差、分辨率不 高光电式 基于光电效应，力作用 光学量变化 可靠性高、测量范围广、动态响应好 价格昂贵、测试环境要求高电感式 力作用 电感量变化 灵敏度高、分辨率高、线性度好、重 复性高 不适用于动态测量、可靠性不高2.3.旋转关节零部件选型：传感器 六 维 力 传感器性能最优，关注硅应变片+压电传感 按照测量原理/信号采集原理 分类，应用较久的是电阻应变式、电容式、压电式，随着 检测传感技术的发展，光电式、电感式、气压式、电磁式等检测方法也有应用，不同技术各有优缺。大 部 分 六维力传感器基于应变片结构：硅应变片式性能表现好于金属应变片，但成本较高，近年来硅应变片工艺有所改进，成本有望降低；压电式动态特性较好，但更多用于少于六维力传感器上，六维力传感器上的应用有望增加。表：不同检测方法 的优 缺点表：不同技术类型 传感 器综合 比较资料来源：机 器人 多维 力 传感 器 梁桥 康等，Leaderobot 公 众号，天 风证 券研 究所技术类型 稳定性 刚度 动态特性 信噪比 成本应变式 硅应变片式 很高 很高 中 很高 中 金属箔式 中 很高 中低 中低 中低电容式 中低 低 中低 低 中低光学式 中低 低 中 低 中压电式 中 很高 很高 中 很高15 人 形 机 器人传感器方案：关节力矩传感器+末端六维力传感器 据MIR 睿工业调研，业内普遍认为一台人形机器人至少需四个六维力传感器和数十个关节力矩传感器。我们计算了不同人形机器人出货量情况下对应的末端六维力+关节力矩传感器应用方案与市场规模，主要假设如下：传 感器 数量：以Optimus 为 例，四肢 末端 需4 个 六维 力传 感器，身 体部 分共28 个关 节，包 含14 个 旋转 关节，最 多需 使用14 个 关节 扭矩 传感 器；传 感器价格：当 前末 端六 维力、关节 扭矩 传感 器单 价分 别约20000、3500 元，假 设机 器人 百万 台出 货量 时价 格分 别为2000、800 元。表：人形机器人力/力 矩传 感 器方 案组 合市 场规 模测 算资料来源：MIR 睿 工 业公 众 号，电子 发烧 友网 公众 号，爱 采购 网，天风 证券 研究 所人 形机器人 数量（万 台）1 5 10 20 50 100末 端力传感 器单台末端六维力 传感 器数 量（个）4 4 4 4 4 4末端六维力传感 器总 数量（万个）4 20 40 80 200 400末端六维力传感 器单 价（万元）2.0 0.5 0.4 0.3 0.2 0.2末端六维力传感 器市 场规 模（亿 元）8 10 16 24 40 80关 节扭矩传 感器旋转关节数量（个）14 14 14 14 14 14关节扭矩传感器 数量（万 个）14 70 140 280 700 1400单台 关节 扭矩 传 感器 单价（万 元）0.35 0.30 0.25 0.15 0.10 0.08关节扭矩传感器 市场 规模（亿元）5 21 35 42 70 112末 端力+关节 扭矩 传感 器4 末端六维力+100%关节 扭矩（亿 元）13 31 51 66 110 192 全关节扭矩传 感器（亿 元）5 21 35 42 70 1124 末端六维力+50%关节 扭矩（亿 元）10 21 34 45 75 1362 末端六维力+50%关节 扭矩（亿 元）6 16 26 33 55 962.3.旋转关节零部件选型：传感器16数 据 来 源：南京工 艺装备 制造有 限公司 官网，华经产 业研究 院，创 威达官 网，步 进电机 网，济 宁博盈 机械设 备官网，E 公司滚 柱丝杠产 品 营 销 策 略研究 王有 雪，天 风证券 研究所 丝杠是一种将电机端旋转运动转化为 直线运 动的机 械部件，广泛 应用于 具有直 线运动 功能的 机器设 备中。电机通 过联轴器带动丝杠轴转动，丝杠轴上的螺母 在螺旋 形螺纹 的驱动 下实现 直线往 复运动，从而 将电机 的旋转 力矩转 化为设 备运动所需要的直线方向的驱动力。滚 珠 丝 杠 副 的定义：其是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，作用是 将旋转 运动转 变为直 线运动 或将直 线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠 的进一 步延伸 发展。滚珠丝 杠副因 优良的 摩擦特 性使其 广泛运 用于各 种工业 设备、精密仪器、精密数控机床。表：滚 珠 丝 杠和滑 动丝杠（梯形 丝杠）的对比对比项 对比结果传动效率滚珠丝杠的传动效率大约是90-96%，滑动丝杠的传动效率大约是25-50%。即如果驱动同样大的负载，采用滚珠丝杠可以使用更小的驱动功率，例如更小功率的电机，既可降低成本，亦可降低能耗。传动速度滚珠丝杠是滚动摩擦，滑动丝杠是滑动摩擦，工作时前者的温升远低于后者，因此可以承担高速传动任务。使用寿命滚动摩擦的表面损伤比滑动摩擦的小很多，因此在清洁、润滑等条件符合时，滚珠丝杠的维持寿命比滑动丝杠高得多。自锁性自锁性一般与传动效率成反比，因此，滚珠丝杠几乎没有自锁性，而滑动丝杠具有一定的自锁性。经济性滚珠丝杠因其结构较滑动丝杠复杂，价格仍然比滑动丝杠高。不过，随着自动化设备的增多而产量增大，价格差异越来越小。应用滚珠丝杠大多数用在数控机床、定位工作台等需要精密定位传动的场合，多配合伺服电机与步进电机使用；滑动丝杠一般情况下仅用于传递力、没有较高定位要求且不长时间连续使用的场合。图：滚 珠 丝 杠示意 图2.4.直线关节零部件选型:滚珠 丝 杠及 行 星 滚柱 丝 杠17数 据 来 源：南京工 艺装备 制造有 限公司 官网，行 星 滚 柱丝 杠传动 精度分 析与设 计 柯 浩，行星滚 柱丝杠 承载与 摩擦特 性研究 杜兴，天风证券研究所 标 准 式 行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺母、滚柱、内齿圈及保持架等部分组成，它主要是依靠多个滚柱与丝杠、螺母之间的螺纹啮合传动来将伺服电机的旋转运动转化为直线运动，其滚柱通过保持架均匀的分布在丝杠、螺母之间，为了防止滚柱相对于螺母发生轴向窜动的现象，保持架与螺母之间轴向方向相对固定，另外滚柱两边加工有直齿轮，目的是为了避免滚柱相对于螺母的滑动而产生零件偏斜现象。当丝杠旋转时，滚柱通过与丝杠之间的螺纹啮合一方面会沿着丝杠轴线方向作直线运动，另一方面会在丝杠、螺母之间作行星运动，而螺母则通过保持架使其与滚柱之间无相对轴向位移，因此螺母与滚柱保持着相同的轴向移动速度。相 较 其 他直线机构，行星滚柱丝杠具有大承载、长寿命、响应速度快和小体积等优势；相较滚 珠 丝 杠，滚动丝杠的承载能力主要取决于滚动体之间接触面的曲率半径，接触点数目以及接触面硬度与光洁度。在相同接触表面硬度、光洁度与精度的条件下，滚柱丝杠比滚珠丝杠具有更多的接触点，滚柱接触面的包络圆曲率半径亦远大于滚珠丝杠钢球的曲率半径，这就决定了滚柱丝杠比普通的滚珠丝杠具有更高的承载能力。表：直 线 机 构性 能 对比图：滚 柱 丝 杠滚动 体数目、曲率 半径与 滚柱丝 杠滚动 体接 触 面 包 络 圆对比 示意图直 线 电 机系统 气 动 伺 服系统 液 压 伺 服系统 齿 轮 齿 条系统 滚 珠 丝 杠系统行 星 滚 柱丝杠系统承载能力 低 高 很高 高 高 很高寿命 较长 较长 较长 较长 较长 很长速度 较快 很快 中等 较快 中等 很快有无泄露 无 有 有 有 无 无位置可控性 容易 很困难 困难 容易 容易 容易抗冲击性 高 高 很高 高 很高 很高机械刚度 中等 低 高 高 中等 较高相对体积 小 大 大 大 中等 小摩擦 小 中等 小 小 小 小效率-中等 中等 很高 很高 较高安装 简单 复杂 复杂 简单 简单 简单图：行 星 滚 柱丝杠 副2.4.直线关节零部件选型:滚珠 丝 杠及 行 星 滚柱 丝 杠18 数据来源：智研咨 询，金属加 工公 众号，天 风证 券研 究所图：国 内 滚 珠丝杠 高端（左）、中端（右）市 场竞争 格局情 况2.4 欧洲、日本企业主导高端市场，行业 集中度较 高 从 国 内 竞 争 格 局 来 看：1）高 端 市 场，日 德 企 业 合 计 市 场 份 额 高 达90%，中国大陆、中 国 台 湾 企 业 市 场 份 额 各 约5%，高端市场格局相对集中；2）中端市场，中国大陆厂商的市场份额约30%。从 全 球 竞 争 格 局 来 看，目前全球主要的滚珠丝杠厂商有NSK、THK、SKF 等，CR5 市占率达到约46%；其中主要来自欧洲和日本，两者的滚珠丝杠企业占据 了全球 约70%的 市场份 额。1）国外滚珠丝杠厂商：日本NSK、THK，德国 博世 力 士乐、舍弗 勒 等；2）国内 滚 珠 丝 杠厂 商：中 国 台 湾HIWIN、银泰，中 国大 陆 南 京工 艺、秦川 机 床（江汉 机 床）等。国 内 滚动 部 件 制造 厂 商 众 多，但许多正在研发的企业处于未上市阶 段，且 多数仅 具备单 件生产 能力，和海外 大规模 量产企 业仍有 较大差 距。从 全 球 区 域分 布 来看，亚 太 地 区是 全 球滚 珠丝 杠 的主 要 市场，2020 年 亚 太地 区 市场 份额 占 比为49.46%，亚 太 地区 市 场份额增长主要源于中国等发展中国家在 航空、制造 和 机器 人 等行 业 的需 求 升级。图：2020 年全球 滚珠丝 杠区域 分布情 况亚太49.46%欧洲27.91%北美15.68%其他6.95%德国：力士乐；日本：THK、NSK,90%中国大陆：汉江、南工艺,5%中国台湾：上银、银泰,5%中国台湾：上银、银泰,40%中国大陆：汉江、南工艺,30%德国：力士乐，日本：THK、NSK,30%192.5 磨床为丝杠加工核心设备，人 形机器 人打开成 长空间 磨 削 是 高精度丝杠螺纹的主要加工方法：目前，常用的丝杠螺纹加工方法有冷轧、旋风铣削和磨削，其中 磨削加工精度最高，而旋风铣削和冷轧多用于粗加工，因此磨削是高精度丝杠螺纹的主要加工方法。磨削是使用 螺纹磨床 高速旋转的成型砂轮对加工工件表面进行高速切削，使用磨削加工的滚珠丝杠最高可达到P1级。根据面向精密螺纹丝杠的智能制造单元系统研究 的加工案例数据，磨削工序约占丝杠加工总时间 38%。机械加工中各种内螺纹的加工占到孔加工工作量的50，并且随着相关行业发展，对内螺纹的加工精度要求越来越高。资料来源：滚珠丝 杠螺 纹自动 变距 磨削 工艺 研究_ 蔡美 富等，精 密行 星 滚柱 丝杠 副工 艺制 造与 传 动性 能研 究_ 郑伟，行 星滚 柱丝 杠滚柱冷滚压成形机理 与实 验研究_ 王 旭，螺 纹滚 柱轧 制工 艺研 究_ 段体 清，天风 证券 研 究所图：滚珠丝杠示意 图 图：螺杆(外滚道)加工示意图图：螺纹滚柱轧制 成形 示意图图：冷滚压成形过 程202.5 磨床为丝杠加工核心设备，人 形机器 人打开成 长空间 国 产 螺 纹丝杠副产品总体质量已达到国际中等制造水平：部分产品达到国际先进水平，但和美国、德国等较早研究的国家相比差距较大，主要体现在原材料性能、加工工艺、检测水平以及加工模式上，导致了我国高精度螺纹丝杠大部分依赖进口的局面。在现有技术中，精密螺纹丝杠的制造方法主要以专用设备加工为主，加工过程工序繁琐，工时过长。高 精 度 螺纹 磨床 进口 依赖，国 产磨 床仍 有差 距：丝杠生产设备中，数控螺纹磨床国产化率低，生产高端丝杠所用的高精度螺纹磨床基本完全依赖进口，国内磨床与国外磨床的差距主要体现在原材料、热处理、数控系统以及加工经验等方面。国外螺纹磨床主要厂商包括：日本三井、德国克林贝格、瑞士斯图特、英国麦屈克斯和霍罗德、美国德拉克等。资 料 来源：滚 珠丝 杠副 滚道 型 面参 数控 制关 键技 术研 究_ 王凯，秦川 机床 公告，精密 行星 滚柱 丝杠 副工 艺 制造 与传 动性 能研 究_ 郑伟，天风证券研究所图：外螺纹磨床示 意图图：螺母工艺流程 图 图：内螺纹磨床示 意图图：秦川机床滚动 功能 部件扩 产设 备投 资情 况设备 单价（万 元）高精度床身导轨 磨床 2800龙门式五面体加 工中 心 1100高精 度数 控直 线 导轨 磨床 1800高精度数控旋风 铣 75048%10%27%6%9%212.5 磨床为丝杠加工核心设备，人 形机器 人打开成 长空间 磨 床 价 值量：根据秦川机床公告，其滚动功能部件项目（滚珠丝杠/精密螺杆副产能28万件/年、滑动直线导轨产能13万米/年、配套的螺母及滑块产能30 万件/年及26万件/年）拟投入1.56 亿元购置生产设备46 台，其中磨床价值量占比约48%。丝 杠 需 求量：特斯拉Optimus 的直线关节选取行星滚柱丝杠+梯形丝杠的方案，其中14个线性关节中有10 个关节选取行星滚柱丝杠方案，4 个选取梯形丝杠方案。因 此，我们测算当人形机器人年产能达100 万台时，对应高精度数控磨床/数 控磨床市场规模约为29.4/8.4 亿 元，预计人形机器人共 计 为 磨床市场带来37.8 亿元增量空间。资料来源：秦川机 床公 告，天 风证 券研 究所图：人形机器人丝 杠磨 床设备 市场 空间 测算人形机器人年产能（万台）10 20 30 50 100梯形丝杠需求量（万只）40 80 120 200 400滚柱丝杠需求量（万只）100 200 300 500 1000人形机器人丝杠总需求量（万只）140 280 420 700 1400高精度数控磨床价值量（万元/万只）210 210 210 210 210数控磨床价值量（万元/万只）60 60 60 60 60高精度数控磨床市场规模（亿元）2.9 5.9 8.8 14.7 29.4数控磨床市场规模（亿元）0.8 1.7 2.5 4.2 8.4人 形 机 器人新增磨床市场规模（亿元）3.8 7.6 11.3 18.9 37.8222.5 冷锻工艺：金属冷成形工艺，滚压加 工或成新 主流 冷 锻 是 一种金属成形工艺：采用简单的圆柱形和圆环形坯料在冷锻模具中一次成形，达到所要求的形状和尺寸精度的技术，金属块或毛坯在（或接近）室温下变形；与冲压加工工艺基本上一样，冷锻加工也是由材料、模具和设备三要素构成。只是冲压加工中的材料主要是板材，而冷锻加工中的材料主要是圆盘线材。螺 纹 加 工最 常用 的方 法是 切削 加工 和滚 压加 工：切削方法工艺成熟，操作方便，但是效率低，且切断了金属的纤维，降低了零件的质量，因此它不能适应螺栓联接件数量大、质量高的需求。滚压螺纹是一种无屑加工方法，其实质是利用某些材料在冷态下的可塑性来进行加工，使工件在滚压工具压力的作用下产生塑性变形，滚制出相应的螺纹；不切断金属的纤维使金属塑性变形而形成螺纹。滚压加工相对于切削加工具有如下优点：1）螺纹表面质量较好，表面粗糙度值较低；2）提高被加工件表层金属的硬度和强度，特别是牙底表面硬度有很大提高；3）经济效率比切削螺纹提高工效几倍至几十倍，易于实现自动化；4）滚压螺纹是无屑加工，可节省原材料；5）可加工无法用切削方法加工的细长螺杆；6）比切削螺纹具有更高的耐腐蚀性。资料来源：行星滚 柱丝 杠滚柱 冷滚 压成 形机 理与 实验 研究_ 王旭，天 风 证券 研究 所图：螺纹平均生产 率对 比曲线 图：阶梯轴楔横轧 图：径向滚压工艺232.5 旋风铣：先进螺纹加工方法，加工效 率更高 旋 风 铣 是与普通车床配套的高速铣削螺纹装置：用装在高速旋转刀盘上的硬质合金成型刀，从工件上铣削出螺纹的螺纹加工方法；因其銑削速度高（速度达到400m/min）加工效率快，并采用压缩空气进行排屑冷却，加工过程中切削飞溅如旋风而得名旋风铣。旋风铣可以实现干切削、重载切削、难加工材料和超高速切削，典型的零件是医用接骨螺钉、植入物、进给螺杆、蜗轮和其他微型零件。旋 风 铣 加工效率高：螺纹旋风铣与螺纹铣削工艺类似，区别在于刀片安装在切削刀盘内部，而不是铣刀外部；螺纹旋风铣刀盘绕圆柱形零件旋转，在一次走刀中切出螺纹。螺纹旋风铣是一种高生产率方法，经常用于加工公差要求严格且需要快速生产的特殊螺纹牙型；表面粗糙度能达到Ra0.8 m，加工精度提高2 级别，相较于传统加工效率可提升10倍以上，相较磨削工艺速度提高3 倍，且干切式加工无需使用昂贵的切削液。资料来源：NTK 官 网，山 特维 克官 网，天风 证 券研 究所图：旋风铣与单点 加工 对比图 图：旋风铣加工示 意图24图：空心杯电机结 构图 示2.6.手部关节零部件选型:空心 杯 电机数据来源：东莞天 孚电 机科技 官网，深 圳市 科固 技术 官网，天风 证券 研究 所图：空心杯电机结 构图 示 人 形 机 器人采用无刷空心杯电机，具有高转速、高功率密度特点。无刷空心杯电机的定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计，既具有传统直流无刷电机高转速、长寿命、低噪音的特性，又兼具有刷空心杯电机高功率密度、高效率的优势。市 场 上 空心杯电机以海外为主，国内具备生产能力。空心杯电机国外厂商主要有瑞士 MAXON 和德国 FAULHABER，两家空心杯电机+齿轮箱+编码器集成件年度销售额合计约 32 亿欧元。国内具备生产能力的主要厂商有鸣志电器、鼎智科技、伟创电气。252.7.直线&旋转关节零部件选 型:轴承数据来源：日本东 晟官 网，舍 弗勒 官网，SKF 官 网，天风 证 券研 究所 角 接 触轴承：承受 轴向载 荷的能 力与接 触角 有关，接触角 越大，可承受 的轴向 载荷越 大；深 沟 球轴承：主要 承受径 向载荷，也可 同时承 受小的 轴向载 荷；交 叉 滚子轴 承：是 内圈和 外圈之 间正交 配置滚 子的紧 凑型结 构的轴 承；通 过滚子 的直交 排列，1 个轴承可 同时承 受来自 所有方 向的复 杂负荷，组装时可以不受负荷方向 的影响。四 点 接触球 轴承：可承受 径向负 荷与双 向轴向 负荷，单个轴 承可代 替正面 组合或 背面组 合的角 接触球 轴承，适用于 承受纯 轴向负 荷或轴 向负荷成份较大的合成负荷图：交叉滚子轴承 示意 图 图：四点接触球轴 承示 意图 图：角接触轴承示 意图风险提示326请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明275.风险提示 产 业 发展不 达预期 风险 国家发布较多政策推动智 能工业 机器人、人形 机器人、高端 数控机 床等领 域发展，虽然 近期上 述相关 领域发 展较为 迅速，但由于技术瓶颈较难突破、资 金短缺、产业 基础水 平薄弱 等因素，政策 到最终 产品落 地的不 确定性 较大。贸 易 摩擦 风 险 近年来，国际贸易环境日 趋复杂，贸易 摩擦争 端愈演 愈烈。尤其近 年来中 美贸易 摩擦不 断升级，美国 政府不 断加大 对中国 进口商品加征关税范围和关税 征收力 度。如 果未来 国际贸 易摩擦 进一步 加剧，对外资 客户在 国内的 智能制 造需求 以及国 产产品 外销会产生不利影响。28请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明股票投资评级自报告日后的6 个月内，相对同期沪深300 指数的涨跌幅行业投资评级自报告日后的6 个月内，相对同期沪深300 指数的涨跌幅买入 预期股价相对收益20%以上增持 预期股价相对收益10%-20%持有 预期股价相对收益-10%-10%卖出 预期股价相对收益-10%以下强于大市 预期行业指数涨幅5%以上中性 预期行业指数涨幅-5%-5%弱于大市 预期行业指数涨幅-5%以下投 资 评 级声明类别 说明 评级 体系分 析 师 声明本报告署名 分 析师 在 此 声明：我们 具 有 中国 证 券 业协 会 授 予的 证 券 投资 咨 询 执业 资 格 或相 当 的 专业 胜 任 能力，本 报告 所 表 述的 所 有 观点 均 准 确地 反 映 了我 们 对 标的 证券和发行人 的 个人 看 法。我 们 所得 报 酬 的任 何 部 分不 曾 与，不 与，也将 不 会 与本 报 告 中的 具 体 投资 建 议 或观 点 有 直接 或 间 接联 系。一般声明除非另有规 定，本 报 告 中的 所 有材 料 版 权均 属 天 风证 券 股 份有 限 公 司（已 获 中国 证 监 会许 可 的 证券 投 资 咨询 业 务 资格）及 其附 属 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