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各位证券投资者,大家晚上好。感谢大家在周一晚上参加我们国信汽车团队组织的人形机器人系列之减速器电话会议。我是国信证券汽车首席分析师唐旭霞,与我一同参与的还有我的同事孙树林。我们在今年发布了关于人形机器人系列减速器的专题报告,对减速器行业的技术、产业链以及上下游关系进行了全面分析。接下来,我的同事将为大家进行详细解读。
首先,我想介绍一下最近在人形机器人领域的一些情况和进展。近期市场上有很多传言,包括华为和赛力斯旗下的凤凰之创公司的一些动态。对于这些传言的真实性,我们不做过多评论,而是从人形机器人领域的催化因素和进展进行阐述。
根据公开信息,戴维斯与重庆财政合资成立了凤凰之创公司,成立时间为2023年12月29日,注册资本为12亿元。今年9月,该公司在公开平台上发布了关于人形机器人和机身智能方面的招聘信息,并申请了robot x商标,获得了一些通知书。目前,该公司的核心业务仍是零部件供应,如控制器、网关T-box、车身控制器等产品。人形机器人、飞行汽车和AI大模型属于公司的创新探索项目,具体合作信息尚未公开。
回到人形机器人行业,特斯拉是该领域的引领者。马斯克在多次公开会议上表示,未来的人形机器人市场空间将超过汽车。我们预测,机器人可以替代司机、保姆和工人,应用场景非常广阔。马斯克在2024年股东大会上提到,未来人形机器人与人类数量的比例可能超过1:1,甚至达到2:1。全球人形机器人市场的远景目标是达到100亿到200亿的容量级别,量产成本可能降至2万美元左右,形成200到400亿美元的市场规模。
然而,目前人形机器人的量产仍面临硬件和软件的诸多挑战。我们需要密切关注几个关键节点:今年第四季度,特斯拉可能会有一些系统供应商获得定点通知书;第三代擎天柱机器人产品可能会展示更多细节。明年第一季度,人形机器人将在定点后进入小批量生产阶段,预计全年产量为两三千台,标志着量产的初始阶段。
关于机器人与汽车的相似性,它们可以分为感知层、决策层和执行层。汽车的感知层由摄像头和雷达等传感器构成,而机器人则包括力矩传感器、位置传感器等。决策层方面,汽车和机器人都依赖控制算法和智能驾驶芯片。执行层面,汽车涉及运动控制,而机器人则包括手部和脚部的旋转与直线运动。
总体来看,机器人和汽车在机械结构和软件模型方面有许多相似之处。我们认为,未来机器人零部件有望从汽车零部件中进行适配,这是我们的总体观点。
2、减速器产业升级机遇
关于之前的拆解,我们在报告中已经提到。整体来看,我们大致分为三个主要环节:旋转关节、直线关节和灵巧手。整体的价值量大约为14万人民币。其中,旋转关节主要由电机、驱动器、谐波减速器、力矩传感器、编码器和轴承构成。减速器主要应用于旋转关节,其成本占比约为15%到20%。
直线关节同样使用电机和驱动器,但不需要减速器,而是采用滚珠丝杠,并配有力传感器等。灵巧手的核心是空心电机,齿轮箱也是减速器的一种,还包括编码器和力传感器。今天我们主要针对旋转关节中的减速器产品进行技术汇报,该产品占据机器人15%到20%的成本。接下来请我的同事孙淑林介绍。
谢谢唐老师,我是孙淑林。今天我向大家汇报我们上个月发布的机器人减速器行业专题。汇报分为三个部分:首先是我们对机器人减速器板块的看法;其次是报告的详细阐述,包括减速器的分类、技术壁垒、行业格局和成长空间;最后是推荐的标的,如三花智控、拓普集团、双环传动,以及建议关注的精湛科技、豪能股份、蓝黛科技等。
关于减速器板块的观点,我们的推荐逻辑基于车端与机器人端的通用性。许多零部件在原材料、设计、工艺、设备和成本管控等方面具有相通性,制造逻辑也相似。电机、减速器、传感器、丝杠等产品在车端已有应用,后续可能在机器人上搭载。因此,我们的推荐围绕车端与机器人端供应链协同的主线。
今年的重点是减速器,我们从车端的角度出发,推荐如双环传动、蓝黛科技、精湛科技等公司。这些企业在新能源汽车渗透率提升的产业升级中获得了机会。双环传动在2020到2022年间,体现了新能源产业升级的逻辑。随着新能源汽车销量放缓,市场出现分化。
我们认为,第二轮产业升级的机会在于机器人领域。2023年上半年,许多减速器企业因特斯拉机器人炒作经历了一轮热潮,但市场被外资品牌主导,竞争激烈,许多车端零部件公司准备不足,导致部分零部件价格回落。然而,随着更多国内玩家和政府政策的支持,机器人产业趋势逐步确立。车端减速器企业具备锻造、机加工、磨齿和批量生产的能力,迎来了产业升级的机遇。
在推荐标的方面,我们首推总成供应商三花集团、三花智控和拓普集团,并建议关注优质减速器公司如双环传动、精湛科技、豪能股份和蓝黛科技。
关于减速器的深度报告,减速器的作用是减速。新能源汽车使用电机驱动,电机转速快,需要通过变速箱或减速器调节转速和扭矩,以满足车辆行驶需求。机器人领域同样需要电机驱动,电机转速快,需要减速器调节,以实现所需的运动速度和扭矩。减速器通过小齿轮驱动大齿轮,降低转速并增大扭矩。
3、减速器类型与应用分析
目前,精密减速器主要分为三大类:谐波减速器、行星减速器和RV减速器。其他类型如摆线针轮减速器,此次不作讨论。我们重点讨论这三种减速器。
首先是谐波减速器,它在仿人机器人领域的应用确定性较高。谐波减速器由波发生器、带内齿圈的刚性齿轮(钢轮)和带外齿圈的柔性齿轮(柔轮)组成。其工作原理是波发生器与电机连接,带动柔轮在钢轮内进行周期性变形和啮合,从而实现柔轮相对钢轮的缓慢旋转,达到减速效果。谐波减速器的优点是精度高、结构简单、体积小、重量轻,但缺点是柔轮在高负载应用中受限,且使用寿命相对较短。尽管如此,其体积小、重量轻和高精度的特点满足了仿人机器人对减速器的需求。
第二种是行星减速器,其结构包括太阳轮、行星轮和外齿圈。电机带动太阳轮,通过与行星轮和外齿圈的啮合实现减速和扭矩提升。行星减速器的优势在于刚性好、负载能力强、寿命长,但由于结构复杂,单级减速比有限,常需多级组合,导致体积和重量增加,传动效率有所降低。
最后是RV减速器,它结合了行星和摆线针轮减速器,适用于工业机器人等重负载场景。RV减速器的优点是精度高、刚性好、寿命长,但体积和重量较大,限制了其在仿人机器人中的应用。
综上所述,谐波减速器在仿人机器人中的应用最为广泛,行星减速器适用于对精度要求较低的位置,而RV减速器主要用于工业领域。当前,一些厂商正在研发新方案,旨在结合谐波减速器的优点并克服其缺点,以期实现更优的减速器性能。这一领域的发展值得持续关注。
4、人形机器人减速器壁垒
以上是关于减速器分类及其在人形机器人中的潜在应用空间和细分场景的讨论。接下来,我们主要讲解减速器在这一领域的技术壁垒。正如唐老师所提到的,减速器是机器人中价值和成本都较高的部件。在工业集成领域,减速器的成本通常占到30%到40%。以Optimus模式为例,我们测算得出,在规模化量产后,减速器在单台Optimus的成本中约占15%到20%。由此可见,减速器在机器人中的价值和成本占比非常高。
5、减速器产业高壁垒解析
第二个要点在于减速器的壁垒相对较高。减速器本质上是一个系统工程产品,包含多种部件,如齿轮、柔轮、刚轮、齿圈和轴承等。各个零部件生产出来后,还需进行组装,接近系统工程的概念。
从研发设计开始,包括材料处理和设备采购,都存在壁垒。在制造端,各个工序如热处理等也有壁垒。装配成整体减速器和批量生产同样具有壁垒。因此,我们认为减速器的壁垒较高。接下来,我们从设备、材料、加工工艺、组装和批量生产几个方面分析减速器的壁垒。
首先是设备方面。减速器的高精度特性对制造和检测设备要求很高,如磨齿机、擦齿机、滚齿机和磨床等设备成本高。根据高工机器人的数据,生产RV减速器至少需要两个亿以上的设备投入,核心零部件的加工设备多需从欧美进口,单台设备价格可能超过1500万元。谐波减速器的设备投入至少需要五六千万,才能逐渐具备小批量生产能力。因此,资金需求非常高。
第二点是设备到货周期长,通常在一年左右,有时甚至一年半到两年。这是设备方面的壁垒。接下来是材料选择的壁垒。齿轮材料不合适会导致磨损,因此需要选择抗疲劳强度高、硬度和耐磨性好的材料。以谐波减速器为例,柔轮是核心部件,其材质直接影响使用寿命。找到具有足够韧性和疲劳强度的材料是关键。
目前国内在设备材料上与外资差距不大,但在提纯和热处理工艺上仍需提升,材料杂质可能影响产品性能。这是材料方面的壁垒。
第三是工艺方面,主要是热处理和精磨及机加工。热处理是高精度齿轮成型的核心环节,决定齿轮的硬度和耐磨性。热处理工序如渗碳和淬火需要高水平的技术,需在硬度、抗拉强度和韧性之间平衡,因此存在技术壁垒。
加工环节中,减速器零件复杂,对加工精度要求高,达到微米级。这对经验、设备开发能力和人员配置要求高,是加工工艺的壁垒。
最后是成组和批量生产。成组技术要求高精度装配和检测,零部件在壳体内的啮合和体积关联性强。批量生产要求产品的稳定性和一致性,包括精度保持性和噪音一致性,以及算法结合,技术壁垒高。
综上所述,从设备、材料、加工、制造到组装和批量生产,各方面都有技术壁垒。减速器是一个高壁垒的赛道,需要先发优势和研发投入。
RV、谐波和新型减速器各有侧重。RV减速器难点在于大批量高精度零部件加工和装配能耗。谐波减速器难点在柔轮材料选择和加工工序。新型减速器难点在加工精度和一次性生产。整体来看,减速器是一个系统工程的高壁垒产业。
6、减速器市场格局分析
下一个部分主要讨论市场格局。整体来看,外资品牌在减速器行业中占据主导地位,尤其是在工业机器人领域,这是减速器的主要应用场景。外资品牌凭借早期的技术专利和先发优势,成为行业龙头。例如,哈默纳科在谐波减速器领域占据全球80%以上的市场份额,而伯特斯克在RV减速器领域的全球市场份额约为60%。整体而言,减速器市场目前仍由外资主导,主要原因在于工业机械领域的应用。外资品牌在技术和规模上具有明显优势,四大家族中的ABB、发那科、库卡和安川在国内市场的占有率约为50%。
具体来看,谐波减速器方面,日系品牌哈默纳科在全球市场的份额约为80%,而国内品牌绿地的份额不到10%,约为7-8%。在国内市场,哈默纳科的市场份额约为30-40%,而绿地谐波占有约25%的市场份额。其他品牌如日本的新宝和来福谐波的市场份额均不到10%。
在行星减速器领域,德国和日本品牌在材料设计、精度和可靠性方面相对领先。国内厂商主要集中在中低端市场,而高端市场仍由外资占据。全球来看,日本新宝的市场份额约为13%,纽卡特约为11%。在国内市场,日本新宝的市场份额约为20%,纽卡特约为9%。
RV减速器方面,本土品牌主要集中在中低端或中低负载产品上,全球市场集中度很高,CR10超过80%。其中,纳博特斯克的市场份额约为60%,住友约为17%。在国内市场,纳博特斯克的份额约为50%,双环约为15%,这两家公司的市场份额正在持续提升。
近年来,随着国内工业机器人如埃斯顿机器人和汇川的崛起,国内减速器厂商的需求和配套量也在增加。我们认为,未来减速器的国产替代趋势是必然的。
主要有三个原因:首先是成本优势。根据行业数据,国内龙头公司的谐波减速器售价约为2000元,而日本哈默纳科的同类产品售价约为三四千元,国内产品具有明显的成本优势。因此,降本是零部件国产化的首要驱动力。
其次是品质提升。对比哈默纳科、双环和绿地的减速器产品性能,除了个别指标如最小齿隙和减速比略有差距外,同规格产品之间的差距已不大。RV减速器在技术指标上也没有明显差距,国内产品品质在持续提升,市场份额差距逐渐缩小。
最后是服务响应。中国品牌在服务响应方面表现出色,凭借快速交货期,可能会继续推动国产替代进程。这是我们对未来行业格局的判断。
7、减速器行业升级趋势
最后,我想简单谈谈减速器领域未来的发展方向。我们认为,减速器的未来主要有两个方向:升级和延展。升级可以理解为减速器的横向拓展,主要是开发更多负载的产品,并迭代产品性能,具体分为三个方面:一是继续开发不同负载性能的减速机产品;二是升级现有减速器的性能指标;三是推出新型减速器创新,例如使用新材料和新结构。这是横向拓展产品和品类的逻辑。
第二个方向是纵向的延展逻辑。许多国外领先的减速器公司开始推进机电一体化,国内的谐波减速器龙头企业也提出了整体运动控制的概念。我们看到国内品牌如绿的、双环等也在布局机电一体化,主要是将谐波减速器与电机、编码器、制动器、传感器组合,提供高附加值的模块化产品,拓展更多应用场景。这是我们对减速器行业发展的判断:一是产品升级和延展产品矩阵,二是机电一体化趋势。
最后,我们对减速机行业的市场空间进行了测算。精密减速器的终端应用场景非常广泛,包括机器人、设备、高端机床、医疗器械、半导体、电子等。根据哈姆纳科年报披露的减速器需求拉动力,最初是机床,随后扩展到工业机器人、半导体、显示器制造设备、高端医疗、航空航天等。随着减速器技术的发展和迭代,应用场景不断拓展,行业空间也在不断扩大。
根据行业数据,2022年国内谐波减速器市场空间约为20亿元,预计到2025年达到30亿元。行星减速器在2022年的市场空间约为20-30亿元,预计到2028-2029年全球市场规模将达到150亿元,中国市场约为8亿元。我们测算认为,未来行星和谐波减速器的主要应用场景是机器人,尤其是机器人出货量的增长。
我们假设到2025年,特斯拉将实现量产,2026年开始爬坡并对外销售。同时考虑到国产机器人和国外如英伟达、Figure等的增长,预计2030年全球人形机器人销量将达到100万台。从价格维度看,特斯拉Optimus需要14个旋转关节,对应14台减速器,目前主要采用谐波方案。假设未来谐波与行星减速器在行业内的比重为6:4,谐波减速器单价约为2000元,行星减速器单价约为1000元,并每年以固定速率降本。
根据这些假设,我们测算2030年全球人形机器人谐波减速器市场空间约为180亿元,行星减速器市场空间约为30亿元,总计约200亿元。如果人形机器人市场顺利扩张,减速器领域的上市公司将充分受益。
以上是对行业的汇报,包括分类、竞争格局和市场空间的简单阐述。如需详细信息,请联系我们。最后,我想向各位领导推荐几个标的。
8、双环传动与减速器机遇
首先,在机器人领域,我们最推荐的供应商是拓普集团和三大智控,这些公司大家应该都比较熟悉,因此这里不再详细展开。我们主要关注的是那些从汽车减速器领域可能扩展到机器人领域的企业。有些企业已经开始布局,有些还在计划中。我们认为这些企业在底层工艺和能力上具备向机器人领域拓展的潜力。
首先介绍双环传动,这家公司在新能源汽车齿轮领域是一个平台型公司,产品覆盖乘用车齿轮、新能源汽车齿轮、电动工具齿轮、工程机械、摩托车、商务车、智能家居和工业机器人等多个领域。双环传动在2020年至2022年期间,凭借新能源行业渗透率提升和齿轮高壁垒的先发优势,获得了大量订单。目前在国内新能源大功率齿轮市场中,双环传动的市场份额高达70%到80%。
双环传动的未来成长点主要来自两个方面。首先是全球化扩张,公司在墨西哥、匈牙利和越南等地推进产能建设。双环传动与其他出海齿轮企业不同的是,它将制造能力和机加工能力带到海外,这使得其竞争力更强。公司已经开始与多家客户展开合作。其次是平台化布局,双环传动基于其制造能力,不断拓展新业务,从传统燃油车扩展到新能源汽车、商务车等领域,并在智能家居、车灯、刹车等小型机构上取得进展。公司在工业机器人领域已有积累,是国内RV减速器的龙头,未来在人形机器人领域也有机会。
接下来是晶钻科技,这家公司是国内减速器的龙头企业,国内市场份额40%,全球市场份额10%。公司通过齿轮锻造能力扩展到汽车结构件领域,如控制臂和转向节。预计其主要业务将在2025年实现增长。由于客户中仍有燃油车客户,需求波动和一些费用影响了其业绩。我们认为其真正的业绩拐点可能在明年,因为新产品如减速器和齿轮将迎来放量,公司在新车订单中也表现良好。晶钻科技在机器人领域也有布局,主要在技术储备和积累方面。公司与多家车企有紧密合作,有望借此拓展更多业务。
最后是豪能股份,这家公司以同步器起家,目前有军工和汽车两条成长曲线。其业务结构中,同步器占比50%左右,结合器占比20%左右,差速器占比16%左右,航空航天占比13%左右。虽然同步器主要用于传统车变速箱,行业整体在萎缩,但公司在同步器领域的市场份额和成本控制能力强,能够在行业中持续增长。
9、差速器业务迎盈利拐点
这家公司在过去两年开始布局新的业务领域,即差速器。凭借其强大的锻造能力,公司积极拓展差速器业务。与金钻不同,豪能在全工序上具有指导能力,这意味着在业务初期可能面临盈利压力,但随着订单和客户需求的释放,潜在毛利率和盈利空间将有所提升。今年上半年,豪车差速器业务同比增长接近100%。目前,公司客户包括比亚迪、麦格纳、吉利、舍弗勒、博格华纳、汇川等。
预计今年差速器业务将逐渐盈利,并在明年迎来经济上行周期。此外,公司还涉及重卡和航空航天精密结构件加工业务,这些业务也能带来一定的盈利。
豪能的优势在于其在齿轮类零部件、同步器、差速器等方面的全面能力,涵盖锻造、冷锻、热锻、磨齿、滚齿等工序。公司具备优质的客户基础,因此在减速器和机器人领域的业务拓展上具有潜力。根据公司公开资料,豪能在璧山区人民政府的支持下,将精密减速器纳入长期发展战略,并与多家客户展开合作。公司在车端和军工领域稳定贡献利润,预计差速器业务明年将迎来增长周期。公司能力完备,客户基础扎实,正逐步涉足机器人领域,值得关注。
蓝泰科技的业务包括触控显示和动力传动,各占业务比重的50%左右。公司在动力传动领域具有制造能力,拓展新能源汽车齿轮和电机轴业务,客户包括日电产、法雷奥、西门子、舍弗勒等,终端客户有吉利、比亚迪、上汽等。尽管因投产导致折旧增加影响利润,但随着客户需求增长和产能释放,齿轮业务有望迎来拐点,触控业务也可能恢复。公司具备齿轮制造能力,具备向机器人领域产业升级的潜力。
推荐公司包括拓普集团、三花智控、天润,以及减速器领域的优质供应商如双环传动、蓝泰科技、和润股份,建议关注这些优质公司。