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_市场营销策划_.docx

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1、强于大市（维持评级）行业走势作者分析师荣泽宇执业证书编号：S1070523040002邮箱：rongzeyu分析师刘删执业证书编号：51070520030002邮箱：liupeng联系人陈明桦执业证书编号：S1070122080057邮箱：chenyuehua相关研究一1、人形机器人专题一：前景广阔，飞轮待启2023-11-272、人形机罂人专题二：发展意义重大，市场规模儿僦2023-12-06长城证券GREATWM1.1.SCCVRmFS人形机器人专题三之执行器系统：核心部件，顺势启航执行器是人形机器人硬件系统的关耀部件。近些年的研究和应用主要围绕结构设计、减速渊、控制方式等方面。技术方案经

2、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，成为人形机器人执行器的主流技术方案。准直驱方案集成度高、能量效率高，在人形机器人、四足机器人等领域应用前景可观。电机、减速器、丝杠、编码器、力传感器是核心零部件。工）电机：执行器系统的血管”。人形机器人主要采用集成度高、运动控制精度高、扭矩输出效率高的无框力矩电机。人形机器人的普及将带动无框电机市场规模增长。2）减速器：电机和传动装置之间的桥梁。旋转执行器普遍果用体较小的谐波减速器；直线执行器通常选择高负载的RV减速器或精密行星减速器。谐波减速器、

3、RV减速器技术发展依赖于专业化生产设备和材料等，目前日本哈默纳科、纳博特斯克处于领先地位。3）丝杠：直线执行器的传动装置。受益于机器人等高端制造领域快速发展，高负载的行星滚柱丝杠具备较大发展潜力。目前瑞士Rollvis.GSA,瑞典SKF,美国EXlar、MOOg等企业处于领先地位。4）编码器：驱控信息的反馈装置。常用于机器人的有光电编码器、磁编码器。目前光电编码器技术更成熟，更达的精度更高。磁编码器理论成本更低，未来前景可观。全球来看，欧美日韩占据主要市场，奥普光电等国产品牌快速施起。5）力传感器：电机输出力矩的反馈装置。六维力传感器能够检测最完整的三维空间力/力矩，是当前研究的重点。其弹性

4、结构体结构设计是技术突破的关键。目前国内仅有宇立仪器、坤维科技等少数企业能够实现量产。投资建议：人形机器人有望先在工商业普及，逐步拓展至家用、公共领域，发展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，有望直接受益于人形机器人的普及。相关标的有：1）总成：三花智控、拓普集团：2）电机：步科股份、昊志机电；3）减速器：哈默纳科、纳博特斯克、绿的谐波、双环传动、中大力德；4）丝杠：鼎智科技、恒立液压、贝斯特：5）编码器：奥普光电；6）力传感器：柯力传感。风险提示：技术研发不确定性风险、降本进程不及预期、商业化落地不及预期、三方数据失真风险内容目录1 .执行器：人形机器人硬件系统关键部件5

5、1.1 兼具精度和成本优势，电动执行器是首选动力方式51.2 刚性执行器是主流方案，准直驱执行器前景广阔61.2.1 刚性执行器：控制精度高，能量效率低71.2.2 弹性执行器：功率调制好，控制方式相对复杂81.2.3 准直驱执行器：控制方式简单，能量效率高91.2.4 几种执行器的对比101.3 特斯拉人形机器人执行器技术框架102 .电机：执行器系统的“血管122.1 伺服电机：无刷、直流方案是主要发展方向132.2 无框力矩电机：人形机器人普遍采用的电机类型163 .减速器：电机和传动装置之间的桥梁183.1 行星减速器：高精度系列可以用于人形机器人213.2 谐波减速器：旋转执行器主流

6、方案233.3 RV减速器：负载优势突出，高成本限制普及254 .丝杠：直线执行器的传动装置274.1 滚珠丝杠：常用于中大负载的工业自动化设备274.2 行星滚柱丝杠：人形机器人传动装置的理想方案305 .编码器：驱控信息的反馈装置335.1 光电编码器：分辨率优势明显，技术成熟345.2 磁编码器：兼具成本和精度优势，未来发展前景可观366 .力传感器：电机输出力矩的反馈装置387 .投资建议：前景广阔，本土化进程是关键428 险提示43图表目录图表Z执行器原理5图表2气压驱动机器人5图表3液压驱动机器人5图表4电机驱动机器人6图表5机器人执行器发展历程7图表6刚性执行器结构7图表Z部分刚

7、性执行器型号对比8图表8：弹性执行器结构9图表9准直驱执行器结构IO图表Ia几种执行器方案性能对比IO图表特斯拉QP物4戈2执行器方案11图表12特斯拉QPZ切心旋转执行器方案11图表13：特斯拉尔为WS直线执行器方案11图表14伺服驱动系统工作流程12图表15电机分类12图表25步进电机结构示意图13图表17：伺服电机结构示意图13图表18：步进电机和伺服电机性能对比13图表19：主要伺服电机类型的性能对比14图表加我国伺服电机发展历程15图表2Z我国伺服电机产业链15图表23我国伺服电机市场规模16图表洽我国伺服电机市场格局（2022年）16图表24无框力矩电机结构示意图17图表25：部分

8、人形机器人电机方案17图表26全球无框力矩电机市场规模18图表27.三种精密减速器性能对比19图表28：全球机器人领域精密减速器市场份额（2022年）19图表29我国减速器市场规模20图表32我国减速器产量20图表3Z我国减速器销售均价20图表衣我国减速器市场份额（2020年）20图表弟我国精密减速器产品回差对比20图表34国内外精密减速器产品传动效率对比20图表充精密行星减速器结构示意图21图表36某型号三级行星减速器材料选择22图表衣我国行星减速器市场规模22图表38：我国精密行星减速器市场份额（2022年）22图表39谐波减速器结构示意图23图表40.谐波减速器工作原理24图表4Z我国谐

9、波减速器市场规模25图表恐我国谐波减速器需求量25图表恐我国谐波减速器均价25图表名我国谐波减速器市场份额年）25图表45：A忆减速器结构示意图25图表把我国AP减速器市场规模27图表47：我国减速器市场份额（2022年）27图表48：丝杠分类27图表49滚珠丝杠结构示意图28图表宛滚珠丝杠内外循环方式28图表5Z滚珠丝杠仍精度划分标准29图表52：滚珠丝杠和滑动丝杠性能对比29图表无：我国滚珠丝杠市场规模29图表54-.我国滚珠丝杠产量和需求量29图表55：我国滚珠丝杠市场价格30图表我国滚珠丝杠市场份额（2ZZ年）30图表57标准式行星滚柱丝杠结构示意图30图表58：主要行星滚柱丝杠类型性

10、能对比31图表后反向式行星滚柱丝杠结构示意图31图表循环式行星滚柱丝杠结构示意图31图表61：差动式行星滚柱丝杠结构示意图31图表应：循环式行星滚柱丝杠结构示意图31B长城证乐图表右：行星滚柱丝杠和滚珠丝杠性能对比32图表64采购滚动功能部件应用行业分析32图表65：中高档滚动丝杠副结构分析32图表6&,小S的演收对行星滚柱丝杠销售预测33图表6Z全球行星滚柱丝杠市场份额（2022年）33图表68：多摩川编码器33图表69主要编码器类型性能对比33图表7a.光电编码器结构示意图34图表ZZ：增量式码盘34图表左：绝对式码盘34图表73：部分用于码盘的光学树脂材料和玻璃的性能对比35图表力磁阻式

11、编码器结构示意图36图表万霍尔式编码器结构示意图36图表决磁编码器常用磁性材料36图表77、主要编码器用传感元件性能对比37图表加海外主要编码器品牌地域分布37图表79国内主要编码器品牌地域分布37图表8。力传感器结构示意图38图表8Z主要力传感器类型的优缺点38图表组六维力传感器结构示意图39图表83：六维力传感器弹性体结构设计方案汇总40图表84我国应变式力传感器市场规模40图表防我国应变式力传感器产量和需求量40图表86人形机器人执行器系统相关标的42B长城证案IMCAYMBlAc*e三mt1 .执行器：人形机器人硬件系统关键部件1.1 兼具精度和成本优势，电动执行器是首选动力方式执行器

12、（Actuator）是根据给定信号与阀门位置反馈量之间的偏差，通过微型控制电机运行，通过变速及执行机构输出位置，实现对阀门的自动调节。人形机器人关节执行器，也称为一体化关节，是机器人的关键部件，其技术水平直接影响人形机器人的发展。图表I：执行器原理资料来源：足能电动执行器关健技术的研究和开发（2ZZ2年），I缄证券产业金融研究院根据动力来源的不同，执行器可分为液压、气动、电机等。由于电机驱动方式具有成本低、控制精度高、密闭性好等特点，人形机器人执行器一般采用该驱动方式。 气压驱动：常见于点到点的控制。随着气动肌肉和气压伺服技术的发展，气压驱动逐渐被应用到人形机器人中。但是空气的可压缩性和延迟特

13、性使得气压驱动方式难以实现精准控制，此外还具有能量效率低、气压出力小等缺点，故目前使用较少。图表2气压驱动机器人a)1.ucyi1a)1.ucy:，ub)Pneuma-BT1：b)Pneuma-BTl2c)Pneuna-BS11d情华大学气动双足机器人”同c)PneuBa-BS1d)THUpneumaticbipedrobot114资料来源：缴乐驱动双足机谣人及其动态平衡运动控制研究（初7年），长城证券产业金融研究院 液压驱动：不需要采用减速装置，驱动结构简单；同时还具备输出力大、功率重量比高的优点，故被用作早期阶段人形机器人的主要动力来源。美国波士顿动力公司发布的Petman和Atlas均采

14、用液压驱动方式。但是液压驱动精度较低，制造和维修成本高，目前无法满足大规模商业化的需要，故逐步被电机驱动方式所替代。图表3液压驱动机器人B长城证案IMCAYMBlAc*e三mta)SARCOSp,b)PETMAN,a)SARC0Sb)PETMANC)AT1.AS-c)AT1.AS、d)山东大学液压双足机器人“：d)SDUhydraulicbipedrobot1101资料来源：好劭R张动双足机器人及其动态平衡运动控制研究(Z力7年中，长城证券产业金融研究院 电机驱动：具有控制精度高、成本低等优势，是服务机器人、人形机器人首选动力方式。但是电机驱动的功率密度不如液压驱动，在应用中往往需要搭配减速装置，增大了回程间隙等误差；同时也较难适应大负载、野外等场景。未来的发展方向主要是提高驱动系统的负载能力和柔性，使其能够适应多元应用场景需求。图表4电机驱动机器人alASIMOb)HRP4b)HRP-1.c)HlRO,cHVBO,资料来源：皴压驱动双足机器人及其动态平衡运动控制研究(初7年)，长城证券产业金融研窕院1.2 刚性执行器是主流方案，准直驱执行器前景广阔人形机器人电动执行器的研究和应用始于20世纪70年代，技术迭代主要围绕结构设计、减速器、控制方式等方面。结构设计上，执行器结构设计经历了从独立