機器人供應(yīng)鏈專區(qū)

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本末科技

直驅(qū)型精準(zhǔn)動力專家

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競沃電子

自恢復(fù)保險絲行業(yè)領(lǐng)先者

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量是人形機器人賽道的核心矛盾，中國供應(yīng)鏈+海外發(fā)達國家需求（高人力成本替代）/國內(nèi)特種需求是兌現(xiàn)最快的方向。25 年是人形機器人商業(yè)化元年，27 年是人形機器人一般場景大規(guī)模商業(yè)化元年。

在以特斯拉為首的科技巨頭持續(xù)發(fā)力投入以及人工智能技術(shù)不斷進步的共同推動下，人形機器人產(chǎn)品和成本迭代速度顯著加快，成為未來最確定的產(chǎn)業(yè)方向之一。

從產(chǎn)品端看，24 年特斯拉人形圍繞關(guān)節(jié)、靈巧手方案、算法訓(xùn)練等快速迭代，運動和認知能力大幅提升。從成本端看，隨著絲杠、靈巧手、傳感器等產(chǎn)業(yè)鏈迭代加速，大規(guī)模量產(chǎn)線的加速研發(fā)和投入使用，生產(chǎn)成本開始走向大幅度下降的通道。人形機器人會先從高人工成本、較低任務(wù)復(fù)雜度的領(lǐng)域開始迭代。

2023 年 11月 2 日，工信部發(fā)布《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，到 2025 年，人形機器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，確保核心部組件安全有效供給，到 2027 年，人形機器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系，構(gòu)建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，綜合實力達到世界先進水平。

中國供應(yīng)鏈+高成本場景整機應(yīng)用將成為兌現(xiàn)度最高的方向。人形機器人最核心矛盾在于量，有量就有產(chǎn)品和成本的快速迭代。中國供應(yīng)鏈擁有研發(fā)效率高、成本低、迭代快的優(yōu)勢，高成本場景將是量突破最早的方向，歐美等高人工成本地域或率先放量，中國供應(yīng)鏈+歐美高人工成本場景的特斯拉等整機公司或率先放量。

根據(jù)特斯拉等公司公開信息，25 年產(chǎn)品將率先在自有工廠迭代和使用。Agility Robotics 官推顯示，其部署在 GXO Spanx 倉庫的人形機器人 Digit，已經(jīng)批量交貨并完成了 10000 個物流訂單的履約。海內(nèi)外各家公司的人形機器人預(yù)計要到 2026 年才能達到上萬臺的訂單量。

政策指引 25 年技術(shù)突破，27 年商業(yè)化突破。2023 年 8 月 28 日，工信部組織開展 2023 年未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新任務(wù)揭榜掛帥工作，面向元宇宙、人形機器人、腦機接口、通用人工智能 4 個重點方向，通過“揭榜掛帥”可聚力解決機器人產(chǎn)業(yè)短板問題和“卡脖子”技術(shù)難題，推動機器人核心技術(shù)迭代升級、產(chǎn)業(yè)鏈成本降低、典型場景優(yōu)化推廣，加快實現(xiàn)人形機器人規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。

2023 年 11 月 2 日，工業(yè)和信息化部又印發(fā)了《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》，提出到 2025 年人形機器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，整機產(chǎn)品達到國際先進水平，并實現(xiàn)批量生產(chǎn)；到 2027年，人形機器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，構(gòu)建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，綜合實力達到世界先進水平。自上而下的政策支持體系，產(chǎn)生了一系列區(qū)域集群效應(yīng)，各地區(qū)積極響應(yīng)，北京、上海、深圳等地相應(yīng)的支持性舉措已加速落地，有效地推動了人形機器人行業(yè)的快速發(fā)展。

根據(jù)特斯拉人形機器人 Optimus 公開信息，預(yù)計特斯拉人形機器人 Optimus 量產(chǎn) BOM 成本中運動系統(tǒng)（包含線性執(zhí)行器+旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器+靈巧手）成本最高，約占 70%以上。

從 ASP 看：靈巧手（占比約 32%）>絲杠（18%）>微型電機（18%）>減速器（12%）>力傳感器（7%）≈無框電機（7%）。

從壁壘看：靈巧手>行星滾柱絲杠>六維力矩傳感器>諧波減速器>微型電機>無框電機。

  2.1 靈巧手  

涉及多學(xué)科交叉，靈巧手具備較高壁壘。靈巧手涉及仿生結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、傳動、感知、復(fù)合/智能材料、建模與控制等多方面綜合能力把控。綜合性能上，靈巧手的難點在于高靈巧性、高自由度與低驅(qū)動數(shù)低重量小體積之間的權(quán)衡；商業(yè)化落地上，存在性能和成本之間取得合理平衡的困難。

靈巧手自由度提升是必然發(fā)展方向。根據(jù)特斯拉公開信息，GEN3 靈巧手相比于 GEN2 的主要變化在于：手部增加自由度，預(yù)計對應(yīng)的電機數(shù)量將從原本的 6 個提升到 13-17 個；同時，驅(qū)動器裝載在手腕部位。

當(dāng)前靈巧手單手純 bom 成本約 4.5 萬元（采用國產(chǎn)空心杯電機和滾柱絲杠，13 個主動自由度）~13.3 萬元（采用進口空心杯電機和滾柱絲杠,17 個主動自由度）。

量產(chǎn)后單手價格有望做到 1 萬元以下：空心杯電機、絲杠、傳感器等通過設(shè)備國產(chǎn)化和規(guī)?；却胧┙当竞螅杀緯蠓认陆?。

目前大部分靈巧手的單手市場價為 2-15 萬元/只，整體價格與精度、關(guān)節(jié)數(shù)和驅(qū)動數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。DLR配備了較高精度的零配件售價 80 萬元/只，根據(jù)線上購物平臺顯示，DLR 單手包含 15 個自由度，高度集成了電機、齒輪、哈默納科減速器、傳感器等零部件。

靈巧手產(chǎn)業(yè)化還處于起步狀態(tài)，迭代能力決定長期競爭力。當(dāng)前美國在機器人靈巧手技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，特別是在人工智能、傳感器融合以及仿生技術(shù)領(lǐng)域有顯著優(yōu)勢。靈巧手核心技術(shù)指標(biāo)包括自由度、抓握力等，自由度角度看，海外特斯拉、Shadow Hand、SCHUNK 和 ILDA 已經(jīng)將 DOF 自由度做到 20 個以上，國內(nèi)青龍靈巧手自由度做到 19 個，處于國內(nèi)較為領(lǐng)先地位。抓握力角度看，海外的 QBhand 和國內(nèi)的星動紀(jì)元較為領(lǐng)先，抓握力分別達到 62N 和 80N。國內(nèi)市場的兆威機電、因時機器人、傲意、騰訊 RoboticsX 實驗室等企業(yè)也在積極布局。國內(nèi)靈巧手目前技術(shù)落后于海外，但是迭代效率上領(lǐng)先，長期看，靈巧手及核心供應(yīng)鏈將由國內(nèi)公司主導(dǎo)。

靈巧手供應(yīng)鏈：

驅(qū)動上，電機驅(qū)動是當(dāng)前主流的靈巧手驅(qū)動方式，由于第三代靈巧手自由度增加，所需電機數(shù)量增加，利好空心杯電機和無刷有齒槽電機供應(yīng)商，建議關(guān)注鳴志電器、兆威機電、偉創(chuàng)電氣、拓邦股份、禾川科技等。

傳動上，腱繩+蝸輪蝸桿是特斯拉第一代方案，隨著行業(yè)手部靈巧手絲杠的日漸成熟，疊加特斯拉提升單手承載力的需求，手部采用絲杠進行傳動可能是一種發(fā)展方向，若單手絲杠為 13 根，則單個人形機器人需要 26 根絲杠，價值量占比約 47.9%，利好絲杠產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商，建議關(guān)注五洲新春（已布局靈巧手絲杠）、北特科技、貝斯特、恒立液壓、斯菱股份等。

傳感器上，第一代采用霍爾傳感器，第二代新增觸覺傳感器，由于觸覺傳感器價值量較大，利好相關(guān)公司，建議關(guān)注漢威科技、柯力傳感等公司。

  2.2 絲杠   

以特斯拉人形機器人為例，其人形機器人采用行星滾柱絲杠約 14 根。行星滾柱絲杠技術(shù)壁壘較高，由于在精度保持性、功能可靠性、壽命、精度、剛度等關(guān)鍵性能指標(biāo)上落后于境外產(chǎn)品，國產(chǎn)品牌市場占有率低。國產(chǎn)落后的地方主要體現(xiàn)在制造設(shè)備、加工工藝、原材料等方面。

由于人形機器人帶來行業(yè)研發(fā)靈巧手絲杠研發(fā)熱潮，預(yù)計后續(xù)更多的公司將研發(fā)完成手部的滾珠絲杠和行星滾柱絲杠。當(dāng)前的絲杠上市公司主要包含北特科技、貝斯特、五洲新春、鼎智科技、斯菱股份等。各公司公告顯示，當(dāng)前 KGG 和新劍傳動已完成手部絲杠研發(fā)，五洲新春正在研發(fā)中。

  2.3 機器人絲杠設(shè)備   

絲杠核心加工流程中，單位價值量最高的設(shè)備是熱處理和高精度磨床。機器人絲杠總體流程類似于行星滾珠絲杠，要經(jīng)過熱處理、車、銑、磨或冷鍛等流程，中間涉及的設(shè)備包含圓鋸機、熱處理設(shè)備、車床或滾絲機、銑床、磨床（外螺紋磨床、內(nèi)螺紋磨床、端面磨床、外圓磨床等）、檢測儀等。

國產(chǎn)絲杠具備較強的實用性需要同時具備高精度、高良率和高效率。但目前國內(nèi)絲杠設(shè)備很難同時做到三點。存在精度達不到機器人行星滾柱絲杠高精度需求（現(xiàn)在的國產(chǎn)偏向于虛標(biāo)參數(shù)，海外設(shè)備偏向于保守報參數(shù)，所以比較起來，國內(nèi)設(shè)備的參數(shù)甚至比海外的好）、良率較低的問題，同時高精度磨床當(dāng)前存在效率較低、加工速度慢的問題，因此國產(chǎn)設(shè)備要滿足大批量量產(chǎn)需求還需要同時解決效率低的問題。

精度低：機加工設(shè)備的主軸和數(shù)控系統(tǒng)等核心功能布局均需具有較高精度。要實現(xiàn)最終的高精度加工，車床、銑床和磨床的核心功能部件需要具有較高精度。數(shù)控系統(tǒng)、材料、加工、電路設(shè)計和冷卻設(shè)計、裝備和基本環(huán)境條件的要求都比較高。其中最卡脖子的是數(shù)控系統(tǒng)和主軸的制作。

效率低：核心提高磨床環(huán)節(jié)加工速度，研制多線復(fù)合磨床和超高速磨床。磨床加工速度整體低于車床、銑床和滾絲機，是加工速度的卡位環(huán)節(jié)，提升速度的方式為：（1）研制超高速磨床，（2）研制多線復(fù)合磨床。其中多線復(fù)合磨床可實現(xiàn)同時采用多把刀對同一工件進行磨削，成倍減少加工時間。 

實現(xiàn)高速、超高速磨削對磨床性能要求較高，磨床根據(jù)砂輪線速度可分為普通磨床、高速磨床和超高速磨床。其中普通磨床線速度≤45m/s，高速磨床線速度居于 45m/s 和 150m/s 之間，超高速磨床線速度高于 150m/s。

要實現(xiàn)磨床的超高速磨削，對車床、主軸和冷卻系統(tǒng)等需要進一步優(yōu)化，以實現(xiàn)較好的動態(tài)特性。

絲杠核心加工流程所使用設(shè)備中，磨床占比最高。機器人絲杠總體流程類似于行星滾珠絲杠，要經(jīng)過熱處理、車、銑、磨等流程，中間涉及的設(shè)備包含圓鋸機、熱處理設(shè)備、車床、銑床、磨床（外螺紋磨床、內(nèi)螺紋磨床、端面磨床、外圓磨床等）、檢測儀等，其中磨床種類最多，華辰裝備已布局其中的外螺紋、內(nèi)圓、外圓、端面和中心孔磨床。

  2.4 輕量化材料   

輕量化材料主要對應(yīng)人形機器人的輕量化需求，我們預(yù)計 2025 年行業(yè)輕量化程度將進一步提升。機器人本體輕量化技術(shù)是解決續(xù)航焦慮的主要途徑之一以特斯拉為例，Optimus Gen2 相比第一代減重 10 公斤。PEEK 綜合性能處于塑料金字塔頂端，輕量化材料領(lǐng)域建議重點關(guān)注 Peek 材料。

Peek 材料有望成為人形機器人核心應(yīng)用的輕量化材料。Peek 材料具備耐熱、阻燃、耐磨和耐腐蝕等優(yōu)勢，可大幅度減小材料本身的自重，符合下游機器人領(lǐng)域輕量化趨勢，有望實現(xiàn)以塑代鋼，是實現(xiàn)“輕量化”的極佳解決方案。

PEEK 材料研發(fā)已久，但全球大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)較少，且主要產(chǎn)能被外資企業(yè)壟斷，主要系實驗室合成工藝與實際工業(yè)化生產(chǎn)工藝差異較大，需要深厚的生產(chǎn)技術(shù)、經(jīng)驗的積累。此外，PEEK 材料工業(yè)化生產(chǎn)的驗證周期較長。（1）生產(chǎn)工藝：生產(chǎn)工藝難，且需要一致性高、結(jié)晶性能高，并達到合適的熔指和黏度平衡。（2）驗證周期：產(chǎn)能爬坡需要 7年左右，下游客戶認證開發(fā)周期需要 3-5 年。

全球格局一超多強，龍一占六成市場份額。當(dāng)前全球 PEEK 生產(chǎn)廠商呈現(xiàn)“一超多強”的競爭格局。全球龍頭威格斯年產(chǎn)能 7150 噸，占全球份額 60%；2021 年銷量 4132.5 噸，市占率為 53.55%。龍二比利時索爾維現(xiàn)有年產(chǎn)能 2500 噸，2021 年銷量 1425 噸，市占率為 18.47%。龍三德國贏創(chuàng)產(chǎn)能達 1800 噸，2021 年銷量 912 噸，市占率 11.82%。

  2.5 減速器  

減速器是旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的核心零部件之一，目前諧波減速器、行星減速器以及新型減速器存在技術(shù)路線問題。特斯拉人形機器人主流路線是諧波減速器方案，由于承載力需求提升，研發(fā)新型減速器或者行星減速器具備必要性。

國產(chǎn)人形機器人大都采用行星減速器為主，諧波減速器為輔。使用諧波減速器方案需用到力矩傳感器做力控，結(jié)構(gòu)和成本更加復(fù)雜，多級行星結(jié)構(gòu)相對簡單、但精度相對較低。從產(chǎn)品和成本差異度看，諧波減速器賽道好于行星減速器，諧波減速器未來規(guī)模經(jīng)濟和成本迭代空間大于行星。

全球諧波減速器市場較為集中，日本哈默納科、日本新寶等企業(yè)技術(shù)水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位。國際領(lǐng)先的諧波減速器傳動精度在 30'以內(nèi)，傳動效率可達到 75%以上，使用壽命在 1 萬小時左右。根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的調(diào)研報告，2021 年哈默納科全球市場占有率約 82%，綠的諧波占比約 7%，其他廠商占比約 11%。

國內(nèi)諧波齒輪傳動技術(shù)發(fā)展相對較晚，內(nèi)資綠的諧波率先在國內(nèi)實現(xiàn)了諧波減速器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；瑫r也涌現(xiàn)了來福、大族等優(yōu)質(zhì)廠商。國內(nèi)部分企業(yè)通過技術(shù)攻關(guān)、生產(chǎn)工藝的改進，研發(fā)出的產(chǎn)品在性能和穩(wěn)定性等方面已能夠達到國際先進水平，打破了國外的技術(shù)壟斷，對國外品牌進口逐漸形成一定的替代。

2.6 關(guān)節(jié)總成

特斯拉第一代人形機器人包含 28 個活動關(guān)節(jié)，包含 3 種類型的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和 3 種類型的線性執(zhí)行器。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器主要位于肩部和盆骨，關(guān)節(jié)需要大范圍地旋轉(zhuǎn)；而線性執(zhí)行器放置在膝蓋肘部和腳踝，關(guān)節(jié)只需要 1-2 個自由度并經(jīng)歷有限的扭轉(zhuǎn)。

與之相反，宇樹機器人基本全身采用旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器。宇樹官網(wǎng)顯示，宇樹 G1 機器人全身 23-43 個關(guān)節(jié)，由于腰部旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)比線性關(guān)節(jié)具備更高的自由度，且整機中空走線，其上半身可以實現(xiàn) 360 度旋轉(zhuǎn)，全身可折疊。

特斯拉采用更多的線性執(zhí)行器，是因為目標(biāo)不同，特斯拉的目標(biāo)是創(chuàng)造一種可靠、節(jié)能的機器人，可以持續(xù)一整天不會中斷，因此能耗更低、精度保持性更好的線性關(guān)節(jié)使用量比傳統(tǒng)機器人更多。

線性執(zhí)行器相比于旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器精度更高更節(jié)能，但成本更高。線性執(zhí)行器優(yōu)勢在于精度保持性好、剛度好、易實現(xiàn)傳動的零背隙性、耐沖擊能力強、脈沖性強、能量效率高，適用于腿部機構(gòu)，尤其是小腿，有利于提高續(xù)航能力。

線性的劣勢在于動態(tài)特性差、減速比較高導(dǎo)致輸出速度偏低、帶寬偏低、不利于高動態(tài)運動、關(guān)節(jié)透明度不佳導(dǎo)致需要額外的力傳感器、成本較高。

但成本可以通過規(guī)模效應(yīng)和特定的設(shè)計和工藝降低，并且不損失性能。例如加工方式上可以采用冷鍛工藝進行高一致性和低成本生產(chǎn)。因此時間線拉長看，絲杠的成本將大幅降低，減少線性執(zhí)行器的成本負擔(dān)。

本文摘選自《汽車及汽車零部件行業(yè)研究：人形機器人0-1節(jié)點來臨，關(guān)注機器人產(chǎn)業(yè)鏈》，全文共32頁：