开源北交所研究精选 | 人形机器人产业链北交所全梳理

    国内两大机器人集成商战略投资布局落地，2024有望全面开启人形机器人供应链量产提速。1）拓普集团50亿元建设机器人电驱系统生产基地：2024年1月4日，宁波拓普集团股份有限公司与宁波经济技术开发区管理委员会签署了《机器人电驱系统研发生产基地项目投资协议书》，根据协议，拓普集团计划在宁波经济技术开发区投资50亿元人民币，用地300亩，建设机器人核心部件生产基地，此举旨在充分利用该公司在智能电动汽车领域的深度研发、精密制造和高效协同等方面的领先优势，通过电驱系统为切入点，拓展其业务范围，由智能电动汽车业务向机器人业务延伸，公司有望借此进一步巩固其在电动汽车领域的技术实力并在机器人领域中寻找增长点。2）三花智控38亿元布局机器人机电执行器和域控制器产能：2024年1月3日，三花智控及其控股子公司杭州先途电子有限公司与杭州钱塘新区管理委员会签署的《三花智控未来产业中心项目投资协议书》也表明了战略规划。该项目包含两个子项目，总投资不低于50亿元。其中先途电子计划在钱塘区建设智能变频控制器生产基地，投资不低于12亿元；而三花智控则计划在同一区域投资建设机器人机电执行器和域控制器研发及生产基地，投资不低于38亿元。两大头部汽车零部件厂商纷纷在2024年开端启动机器人相关投资项目，反映了汽车产业链与机器人供应链的相似性以及国内厂商的显著优势，未来几年国内汽车供应链有望引领向机器人领域的技术迁移和产业增量布局。此外，两家公司均提到项目对2024年度业绩不会产生重大影响，可能意味着机器人产品全面投产和盈利的兑现尚且需要一定时间。

    仿生机器人的各类技术进步也正逐步提升其执行能力，1月4日斯坦福大学研究团队发布Mobile ALOHA训练系统的最新成果，其展示的双臂轮式机器人可以执行打开厨房用具柜、洗锅、炸虾、做菜、打扫卫生、整理衣物、套被套等50多项家务，象征着AI技术加持下双臂轮式服务机器人正在快速走向成熟。据IT之家报道，这款机器人成本为3.2万美元，包括Trossen Robotics公司的ViperX 300机器人手臂（6130美元）、WidowX 250 6DOF机器人手臂操作器（3550美元），以及Tracer AGV 移动机器人底盘（7000美元）等。该机器人通过模仿学习算法与静态ALOHA数据共同训练，对于特定任务仅50次示例学习即可实现90%成功率，从而自主完成复杂的移动和任务操作。

    Mobile ALOHA这类型的双臂自主移动机器人（AMR with arms）是实现人形机器人普及远景的关键一环，通过AI技术、AGV技术、灵巧手、机器视觉等有机结合，有望成为各类型场景下率先渗透的先进机器人类别。我们此前基于IFR的设想对未来十年的机器人产业发展路线进行了梳理，认为自动化制造的需求推动工业机器人当下已在许多领域持续普及，同时也培育了整个机器人产业链；移动机器人则进一步结合自动化、平台化及AI技术，提升智能制造与储运的自动化覆盖率。未来随着AI技术在机器人领域全面应用，工业机器人在产线端将向更智能、更灵活的协作机器人演进，移动机器人则将向具备自主移动能力的AMR迈进，并与产线端进一步结合；在常规机器人技术充分成熟基础上，仿生与仿人机器人也将从小规模应用、特种用途走向大规模渗透，有望在下一个十年走向社会的每一个角落。

    预计2024年机器人产业将维持较高市场关注度，产业标的包括软硬件供应到机器人本体制造、集成和应用端各类型公司，涵盖了工业机器人、移动机器人到人形机器人潜在业务相关的多元类型公司，我们聚焦在工业、物流、服务等多元类型机器人以及未来人形机器人潜在应用关联的产业链“最大公约数”类别，从伺服驱动、减速传动、丝杠与导轨、轴承、微特电机与空心杯电机等领域为代表的机器人“驱动+执行”模块，控制器、传感器、机器视觉等领域为主的机器人“控制+感知”模块，结构件、连接器等其他领域，以及下游端各类型机器人本体制造与智能集成厂商，对全市场的机器人代表性标的进行了初步梳理。

    其中北交所在关注度相对更低的同时具备较高成长和较高专精属性的特点，优质公司同样受益于机器人产业进化，具备持续增长潜力，三种类型的公司表现较为优异。1）运动模块相关的机械零部件以及结构件相关企业，代表公司为鼎智科技(空心杯电机等)、苏轴股份(精密轴承)等。2）传感器、控制器、电子连接等相关领域，代表公司为奥迪威(超声波传感器)、乐创技术(控制器)等。3）机器人与自动化设备制造、集成领域，代表公司为机科股份(AGV)等。

   轴承对机械设备的运行性能与精度等方面产生较大影响，被称为“机械的关节”。本专题针对机器人轴承进行产业链梳理，并积极关注北交所&新三板相关投资机会。

轴承的基本结构通常由内圈、外圈、滚动体、保持架、密封件、油脂等组成。内圈通常固定在轴颈上，与轴一起旋转；外圈通常固定在轴承座或机器的壳体上，起支撑滚动体的作用。滚动体安装在内圈和外圈之间，是承受负荷的零件，其形状、大小和数量决定了轴承承受载荷的能力和高速运转的性能。保持架将轴承中的滚动体均匀地相互隔开，使每个滚动体在内圈和外圈之间正常滚动。油脂主要用于各组件间的空隙，起到减少机械摩擦、润滑和密封的作用。

轴承一般分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承含有滚动体，靠滚动体转动来支撑转动轴，滑动轴承没有滚动体，靠平滑的面来支撑转动轴。根据海关总署的数据，滚动轴承按其滚动体的种类又可分为滚珠轴承（848210）、锥形滚子轴承（848220）、鼓形滚子轴承（848230）、滚针轴承（848240）、其他圆柱形滚子轴承（848250）等。按下游应用领域进行分类，滚动轴承又可以分为风电轴承、工程机械轴承、汽车轴承、叉车轴承、冶金轴承、机床轴承等。

• 工业机器人轴承

    工业机器人轴承作为工业机器人的关键配套件之一，最适用于工业机器人的关节部位或者旋转部位、机械加工中心的旋转工作台、机械手旋转部、精密旋转工作台、医疗仪器、计量器具、IC制造装置等。工业机器人的轴承主要包括等截面薄壁轴承、交叉滚子轴承、谐波减速器轴承、直线轴承、关节轴承等。

    减速器是工业机器人的核心部件，而轴承则是减速器的关键零件。工业机器人减速器有RV减速器、谐波减速器、摆线针轮减速器、行星减速器等，用量最大，技术水平最高的是RV减速器和谐波减速器。RV减速器轴承包括作为减速器主轴承的薄壁角接触球轴承，用于偏心轴定位和主体支承的薄壁圆锥滚子轴承，用于摆线轮支承的圆柱滚子（滚针）保持架组件以及用于齿轮支承的薄壁深沟球轴承。谐波减速器轴承包括用于刚轮的薄壁交叉圆柱滚子轴承和用于柔轮的柔性轴承。行星减速机能做到功率分流，体积比较小，重量轻但承载能力高，还有使用寿命长、运转平稳的优点，较常用于起重、挖掘、建筑等行业。摆线针轮减速机采用摆线针齿啮合、行星式传动原理，优点是体积小、重量轻；传动比范围大；传动较平稳，效率和精度都不错，而缺点是无法承受大负载；拆装比较麻烦，维修的成本可能较高。

    工业机器人中，轴承主要应用领域为（1）关节部位或旋转部位：工业机器人的关节部分需要高精密的轴承来确保动作的精确性和重复性。（2）机械加工中心旋转工作台：轴承在这里的应用保证了加工过程中的稳定性和精度。（3）机械手旋转部：轴承的使用提高了机械手的灵活性和耐用性。（4）精密旋转工作台：轴承确保了工作的精确度和机械的可靠性。（5）医疗仪器和IC制造装置：在这些精密设备中，轴承的高精度和稳定性至关重要。轴承在工业机器人上主要用在RV减速器组件和谐波减速器组件关节，单组关节价值量在365元-920元之间，单台价值量在1095-2760元之间。

• 人形机器人

    人形机器人是人工智能技术的主要载体，让人类能够更直观地体验先进的人工智能技术。随着新一轮科技革命和产业变革加速演进，人工智能、5G、新能源、新材料等与机器人技术深度融合。人形机器人产业链上游为零部件供应，核心零部件包括谐波减速器、无框力矩电机、空心杯电机、行星滚柱丝杠、编码器、传感器、轴承等；中游为人形机器人的设计、制造和测试过程；下游应用领域包括工业制造、灾害救援、危险作业、智慧物流、安防巡逻、服务娱乐等

    全球人形机器人的发展集中在日本和欧美，尤其是美国，波士顿动力Atlas是现阶段运动控制技术较强的产品；敏捷机器人公司的Digit是现阶段第一个有商业化落地的人形机器人，与自动驾驶车辆一起完成快递包裹的交付，而特斯拉的Optimus是现阶段被誉为最具市场发展潜力的产品。中国的人形机器人市场处于商业化探索的起步阶段，初步商业化落地方向是尝试商业场景和家庭场景的产品迭代和推广，其中智元机器人是与特斯拉对标的汽车生产线落地场景应用的较有潜力企业之一

• 人形机器人产业发展

    2022年全球人形机器人市场规模达到15亿美元，华经产业研究院预测到2028年市场规模将增至138亿美元，CAGR约为44.75%。专利方面，中国人形机器人技术专利累计申请总量超6000件，超过日本、韩国、美国等国家，排名全球第一；在有效发明专利上，也以近1700件位居全球第二。优必选科技、达闼、之江实验室、清华大学、北京理工大学等企业和高校为国内人形机器人技术专利主要申请人。

• 人形机器人产业链

    人形机器人产业链主要由上游零部件、中游人形机器人本体及下游终端应用等环节组成。由于人形机器人尚未在下游终端应用领域实现规模化商业落地，且部分核心零部件在人形机器人领域的应用尚未得到充分验证，故我国人形机器人供应链仍处于持续构建中。

    人形机器人领域核心零部件国产化空间较大。核心零部件的攻克是人形机器人量产化的先决条件，零部件的国产化将为人形机器人在性能、成本、可靠性、安全性和技术创新等方面提供更多的可能性，助力人形机器人产业化进程。

    北交所公司在人形机器人的减速器、电机、丝杠三大零部件领域均在业务涉及。我们将对上述三大核心零部件进行概念梳理。

    （1）减速器：在人形机器人领域，减速器与电机、传感器、驱动器等构成关节执行器，RV减速器、谐波减速器、行星减速器在人形机器人领域具有一定的适配性。当前，我国精密减速器行业已出现绿的谐波、来福谐波、同川精密、大族精密、环动科技、中大力德等企业，很大程度上推动了精密减速器的国产化进程。

    谐波减速器方面：国产谐波减速器替代相对明显，我国自主生产的谐波减速器在性能与可靠性方面已初步达到国际主流水平。

    RV减速器方面：由于RV减速器产品结构和技术工艺较谐波减速器复杂，核心技术仍未完全掌握，尽管部分企业已具备一定的 RV 减速器批量生产能力，但行业整体与国外先进水平仍有差距。

    行星减速器方面：目前市场主要参与者为外资厂商、合资厂商与国产厂商，其中国产厂商更多聚焦于中低端应用领域，在高端精密行星减速器领域外资厂商依然占据主要市场份额。主要代表厂商有赛威传动（德国）、纽卡特（德国）、威腾斯坦（德国）、新宝（日本）、纽格尔智能（中国）、罗斯特（中国）、中大力德（中国）、纽仕达特（中国）、科峰智能（中国）等。

    （2）电机：人形机器人中常见的电机类型包括步进电机（Stepper Motor）、无框力矩电机、永磁同步电机（PMSM）、空心杯电机（Coreless Motor）等。这些电机类型各有特点，适用于不同的应用场景。

    步进电机方面：我国产业发展已较为成熟，企业在技术方面不断进行研发和创新，产品性能和可靠性不断提升，与国际先进水平的差距不断缩小，形成了完善的产业链和供应链。

    无框力矩电机方面：无框力矩电机磁路和工艺设计是影响电机转矩密度、功率密度的重要环节，国外领先企业凭借技术积累与市场先发优势，在产品核心性能指标和市场份额方面存在优势。经过多年发展，步科股份、杭州三相、大族电机等国内公司不断创新，产品关键参数与国外企业的差距不断缩小，但转矩密度和国外高端无框力矩电机相比仍存在差距，且国产份额提升空间较大。

    空心杯电机方面：国外头部企业占据市场主要份额，其采用一次性绕制成型的生产技术，掌握壁垒线圈绕组设计和加工、壁垒绕线设备技术等核心技术，国内企业主要用绕卷式生产，工艺比较繁琐，而且自动化程度低，性能与国外先进水平存在较大差距，且绕线机一般只能绕制尺寸较小、线径较细、形状单一的线圈，无法满足大功率空心杯电机的要求。

    （3）丝杠：按摩擦特性，丝杠分为滑动丝杠、滚动丝杠以及静压丝杠，其中滚动丝杠在人形机器人领域适配性更高，包含滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，可应用于人形机器人灵巧手、线性执行器等部位。受限于行星滚柱丝杠成本的限制，在人形机器人产业化发展前期，或将存在滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两种精密传动解决方案并存的局面，随着人形机器人产业化进程的持续推进，国产行星滚柱丝杠厂商通过技术创新与迭代有望进一步降低成本，行星滚柱丝杠有望逐步取代滚珠丝杠精密传动解决方案。

    在高端丝杠领域：国内产品在精度、可靠性等方面与国外头部企业相比仍存在一定差距，特别在行星滚柱丝杠领域，受限于磨削等加工工艺、加工设备等方面的技术限制，国外企业占据行星滚柱丝杆的绝大部分市场份额，尽管国内行星滚柱丝杠已有一定产业基础，如南京工艺、博特精工、新剑智能等厂商已能够小规模生产行星滚柱丝杠，但是性能与国外产品依然存在一定的差距，主要体现在效率、承载能力和精度上。

• 北交所人形机器人概念股梳理

    北交所中涵盖人形机器人概念的企业数量尽管不多，但随着人形机器人商业化逐渐推进，前瞻布局相关产品的北交所公司有望获得业务端的新成长点。

    重点公司包括：鼎智科技布局空心杯电机、伺服电机、精密减速箱、T型丝杆、滚珠丝杆、行星滚柱丝杆；丰光精密谐波减速器全系列齿形设计完成；奥迪威的隐藏式超声波避障传感器、触觉传感器等产品有望为人形机器人赋能；华密新材、富恒新材的PEEK材料未来有望为人形机器人实现减重。