人形机器人行业专题2：编码器正式版.docx

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1、专业I领先I深度I诚信岛码器中泰证券研究所I证券研究报告人形机器人专题2：2023.12.31分析师：曾彪S0740522020001研究助理：农誉nongyu中泰证券Zhuhuiai“wraia目号/CCONT编码器：原理&分类CONTENTS中泰NTS市之研究所编码器：伺服系统实现闭环控制的关键伺服系统的特点：对动作状态时刻进行确认，并通过不断反馈避免与指令信号发生偏差，从而使机械实现灵敏和高精度的运动A伺服系统工作原理：1）控制指令发出：控制器（如PLC、HMl等）向伺服系统发出指令信号；2）控制&驱动：伺服驱动器（伺服放大器）接收到指令信号后，控制伺服电机运转；3）执行&反馈：编码器通

2、常与电机相连，检测其状态，并把信号反馈回驱动器，驱动器对反馈信号进行汇总、分析、修正,从而精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量，实现闭环。伺服电机控制性能的关键：获取准确的反馈信息，形成闭环控制。编码器作为闭环反馈信号的提供者，在电机运行过程中，将位置信号反馈至驱动器，驱动器依照反馈信号保证电机稳定和良好地输出性能。3资料来源：禾川科技可转债券募集说明书，中泰证券研究所编码器：分类&应用线性编码器：通过直线光栅尺测量并确定滑块的位置（光栅为测量基准，刻在玻璃或钢材基体上），应用于CNC铳床、车床和磨床等高精度设备；旋转编码器：根据轴的旋转运动反馈物体的角位置或运动状态，应用于工业自动化

3、、工程机械和机器人等领域。资料来源：Heidenhain官网，禾川科技可转债券募集说明书，中泰证券研究所分类&应用旋转编码器绝对式增量式码盘：N圈光通道刻线，按2线、4码盘：均匀刻出N条通光码道，旋线、8线依次编排，可获取2的N转一图产生N次光信号次方个绝对位置需要回零复位无需回零复位结构复杂，价格高结构简单，价格便宜可获取：角度信息可获取：距离、速度、位置信息编码器:编码器分类：2）绝对式VS增量式（使用条件）线性编码器绝对式增量式光栅：由一系列绝对码编排而成，光栅：由周期性的栅线组成光，位置信息由一系列绝对码编排的光栅位置信息通过计算自某参考点栅读取，每个位置是唯一的:开始的增量数获得:通

4、电时立即提取位置信息，无需回零通电时必须进行参考点回零操作抗干扰、数据可靠，生产效率高可连续运动，可用于速度测量资料来源：Heidenhain官网，步科股份，中泰证券研究所编码器：按技术类型分类编码器分类：3）按技术类型A技术原理不同进行分类，编码器可分为光电式编码器、磁电式编码器、电感式编码器等类别。光电式编码器磁电式编码器（Magnetic）电感式编码器QndUCtiVe）电感式编码器（IndUCtiVe）成, 等构图路测量：位置、速度（需添加FPGA） 6原理：光源发射出的光线经过码盘光栅形成光信号，通过光敏元件转化为电信号发送给输出电路构成：光源、码盘、光敏元件（接收器）、榆出电路测量

5、：角度、位移、速度、位置原理：磁性材料的角度或位移变化电阻、电压的变化，通过磁感应原件可以对其进行测量构成：码盘、磁感应元件（磁阻或霍尔元件）、调节电路等测量：角度、位移原理：转子上蚀刻了正弦波纹路，轴的转动可产生特殊的信号，依靠也极间电容值的变化来反映被测电极运动状态构成：转子、固定发射器、固定接收器测量：位置、旋转方向原理：定子上的激发线图通交流电，产生变化磁场，其在转子转动过程被部分屏蔽，定子中的接收线图产生电压，发生周期性的变化定子（含激发线图和接收线转子（震荡发生器）、调节也资料来源：步科股份，CUIDevices,瑞典莱纳林德产品介绍,中泰证券研究所编码器：按技术类型分类编码器分类

6、：3)按技术类型A技术原理不同进行分类，编码器可分为光学编码器、磁电式编码器、电感式编码器等类别o项目光学编码器(Optical)磁电式编码器(Magnetic)电容式编玛器(Capacitive)电感式编码器(Inductive)|耐灰尘、油污性低高中高精准度商低低高温度范围中等窄宽-能耗高中低-可编程否否是-小型化中中小小抗电场干扰高中高高抗磁场干扰高低高高分辨率宽窄宽宽 光学编码器的优势为分辨率、准确度较高，但是码盘在灰尘、油污环境中易受污，影响可靠性和精度；磁编码器在精度和分辨率逊色于光学编码器，其优势在于感应原理为未接触式(通过测量磁场的变化感应)，不易受到恶劣环境的影响，更耐用、抗

7、振和抗冲击； 区别于光、磁编码器，电容编码器通过测量电机间电场变化来实现信息反馈，具有可编程的特点，同时，电路板元件的体积相对码盘更小，易于实现封装尺寸小型化。电容编码器的不足在于精准度相对低，对制造工艺要求比较高，价格相对昂贵； 电感式编码器精度、分辨率均较高，且耐受灰尘、油污，但其对磁铁的距离和方向非常敏感，稍有偏离则容易造成测量误差。7资料来源：CUIDevices,瑞典莱纳林德产品介绍,中泰证券研究所编码器市场格局研究所中泰证券V(LZZMUHUlAfSUAiraittJb目导2ccontCONTENTS中泰NTS讯使用场景和技术类型A2022年编码器市场细分情况：按技术类型划分/%

8、Magnetic Optical InductiveOthers根据GlObalMarketInSightS预测，2022年，光学、光电编码器市场占比接近一半，磁编码器占比接近30%;虽然光电编码器在精度上更高，但是磁编码器更佳的耐震动、耐油污、耐灰尘性能，使其更适配环境相对恶劣的工业生产环节。此外，从传感技术上看，磁编码器的传感器和码盘表面之间无物理接触，可减少磨损、维护要求，使用寿命更长；加上更具优势的成本，在CNC、半导体工业制造、机器人等领域的使用数量有望逐步增长。翁码器市场细分情况：使用场景和技术类型2022年编码器市场细分情况：旋转和线性编码器RotaryLinear根据GIoba

9、lMarketInSightS预测，20222029年，编码器市场持续增长，全球工业自动化升级和机器人技术的发展而产生较大的需求。其中，旋转编码器的占比相对更高，由于其具有高精度、可测量角位置或旋转、高准确度的特性，主要用于对精确定位和运动控制要求相对较高的领域，如工业控制、机器人、和航空航天等。资料来源：GlobalMarketInsights：EncoderMarketGlobalIndustryAnalysisandForecast(2023-2029),中泰证券研究所编码器市场规模2022 年编码器市场细分情况：下游应用场景编码器市场规模A2022年2029年编码器市场规模预测（单位：

10、亿美元）eo50403020100 North America Europe Asia PTtCMiddle East ! AfdCa South America jtomrCbctFORics TasfAePv11Bfg1fwy IhdMSIrMdT 52HdwUr根据GIObalMarketInSightS预测，编码器市场规模有望从2022年的25.2亿美元增长至2029年的49.6亿美元，年复合增长率接近10.1%。其中，2022年北美占据最大的市场份额，根据GMl预测，随着亚太地区汽车行业、工业自动化领域的快速增长，预计2028年亚太地区将在全球编码器市场中占有最高份额。根据MordO

11、rIrTteIIigenCe统计，2022年，市场分为工业、医疗、消费电子、汽车、印刷、纺织品和其他终端应用，其中工业领域占比最大。随着汽车、消费电子等工业的兴起，预计工业领域编码器市场占比逐步下滑，预计2028年工业领域用编码器市场规模接近10亿美元，占总计市场规模接近20.8%。10资料来源：MordorIntelligence,GlobalMarketInsights：EncoderMarketiGlobalIndustryAnalysisandForecast(2023-2029),中泰证券研究所:人形机器人“高度集成化要求：旋转关节一双编码器人形机器人关节集成，串联了电机和减速器，电

12、机的旋转与另一侧的减速器旋转可能存在差异，双编码器可以同时提供电机输入端和减速之后的输出端的位置信息，以弥补传动装置的不准确性。编码器新增量人形机器人编码器要求A高分辨率、小型化、高稳定性-码盘尺寸增加一有悖于小型化诉求高分辨率、高精度要-求码道宽度缩小码道刻画难度增加，均匀性难以保障，造成性能稳定性降低光编码器在小型化、高稳定性的要求下，难以通过简单的增加码盘尺寸、或增加码道的方式达到更高的分辨率和精度，需要探寻新的工艺方案，例如利用MEMS工艺让LED和PD芯片实现结合、对电路结构进行特殊降噪设计、调整芯片晶体结构等：磁编码器方向：传统霍尔效应的磁编码器发展较为成熟，但受限于精度，技术方向

13、有望转向AMRTMR类磁阻编码器；另一方面，编码器芯片的迭代是关键，解码芯片需要向更高频率升级，通过集成动态角度误差补偿等算法技术，提高抗干扰性。人形机器人编码器市场空间测算编码器新增量：人形机器人ATeSIa在2022年的Aiday展示了其人形机器人产品采用的关节执行器方案，为了降低研发、生产成本，公司将执行器方案缩减至六种。执行器部位数量全身示例肩脍(yaw/36roll/PitCh)右边1(hip髓部/身体左飕第3torsoyaw)V，1乐-uLi?1KNmI1.62kg旋转执行器手腕19（roll）1/20NEIOSSkg右边2瓶部/身体(hiptorsoroll)3左边1(hipro

14、ll)t80NmI2.2koI执行器部位数量全身手腕(pitch/ya2w)示例旋转关节合计三种方案（肩膀、髓部方案相同），单台机器人总共需要14个。线警行膝（S部2脚踝(roll/pitch)肘部(pitch)手警行指关节12线性执行器合计三种方案（手腕、膝盖采用相同方案），单台机器人总共需要14个执行器；此外，OPtimUnS灵巧手采用电机驱动+触绳传动方案，保留11个自由度，单手6个执行器（拇指两个，其他手指一个），单台机器人总共需要12个执行器。12编码器新增量：人形机器人人形机器人编码器市场空间测算A假设1）旋转执行器上采用双编码器方案；2）编码器价值量接近80-200元，则预计单台人形机器人中编码器的价值量接近6140元。执行科部位单侧数量单台机器人用量单台机器人编码器数量编码器价格/元单台机器人价值量/元肩膀3