机械设备行业深度研究：论文跟踪三大增量，传动方式+行星减速机+IMU-20230630-天风证券-22页_1mb

机械设备行业分析总结

核心内容

本文主要围绕人形机器人技术发展，重点分析了其执行机构设计、机械结构设计及系统设计等方面，并结合近期政策催化与行业动态，探讨了相关产业链的机会与风险。

主要观点

1. 执行机构设计

• 电机设计：提升电机的气隙半径有助于提高扭矩密度，同时可以降低对高减速比的需求。气隙半径增大可提升电机的峰值扭矩，同时使执行器包装更高效。
• 减速机设计：行星减速机相比谐波减速机和RV减速机更适合下肢结构，因其具备更高的冲击吸收能力、更低的惯性及更高的效率。论文提出使用低减速比的行星减速机以减少对执行器的冲击影响。
• 热管理设计：随着机器人运行强度的增加，液体冷却成为更优选择，执行器外壳内置冷却通道可实现集中冷却，提升系统稳定性与运行时间。

2. 机械结构设计

• 下肢设计：下肢是承受外部冲击的主要部位，设计尤为关键。论文提出两种创新方案：
  • 去除脚踝滚动自由度，将下肢自由度从6变为5，以减少冲击并提升运动效率。
  • 髋部偏航轴与滚轴呈45度倾斜，使两个执行器之间的扭矩分配更均匀，便于使用通用模块。
• 躯干设计：采用T型槽结构，相比焊接结构更易调整和扩展，同时保持轻量化和可调整性，便于容纳电子设备和电池。
• 臂部设计：主要作用是维持机器人整体平衡，采用碳纤维管以减轻重量，设计为四自由度（三自由度肩关节 + 一自由度肘关节），对上肢传动系统讨论较少。

3. 系统设计

• 摄像头与视觉系统：采用立体视觉相机（如ZED2）以实现室内外稳定视觉感知，相比激光雷达更具成本优势。
• IMU（惯性导航）：IMU是实现机器人平衡与稳定行走的关键传感器。论文中提到使用MicroStrain 3DM-GX5和3DM-CV7等型号，强调其在姿态和航向估计中的作用，未来可能结合其他传感器（如GNSS）进行航向补偿。
• 足部传感器：基于6轴力矩传感器的升级方案，仅测量脚跟与脚趾的两个垂直反作用力，提升传感器的耐用性与实用性。

关键信息

催化时点

• 政策催化：多地机器人产业政策有望陆续落地，包括上海、深圳、北京等地，政策支持力度持续加码。
• 技术催化：
  • 2023年7月，特斯拉Dojo芯片开始生产。
  • 2023年7月，傅利叶智能发布人形机器人GR-1。
  • 2023年8-9月，特斯拉AI Day预计举行，Optimus将展示更完善的开发形态。

建议关注标的

• 基石标的：三花智控、绿的谐波、鸣志电器、江苏雷利、鼎智科技
• 传感器标的：柯力传感、汉威科技
• 新增标的：
  • 连杆：三联锻造
  • 行星减速机：双环传动、中大力德
  • IMU：华依科技

风险提示

• 商业化风险：人形机器人仍处于早期阶段，商业化进展可能不及预期。
• 技术路径风险：上游零部件技术路径存在不确定性，若发生变更将影响现有供应链。
• 国产化风险：目前人形机器人零部件尚未完全实现国产化，存在批量订单落地不及预期的风险。

行业趋势

随着人形机器人商业化进程加快，相关产业链如电机、减速机、传感器、热管理等将受益。政策支持、技术突破和企业发布将成为推动行业发展的关键因素。

总结

本文系统分析了人形机器人在执行机构、机械结构和系统设计方面的创新与优化，指出行星减速机、IMU、连杆等关键部件在技术发展中的重要性。同时，结合政策与行业催化事件，建议关注相关产业链企业，但需警惕商业化与国产化进程中的不确定性风险。