机械设备行业专题研究：人形机器人迭代下供应链的新机遇-20230620-华泰证券-20页_1mb

人形机器人迭代下供应链的新机遇

核心内容

随着特斯拉人形机器人Optimus的快速迭代，其功能从最初的缓慢行走与挥手，发展到2023年实现流畅行走与抓取物品，标志着人形机器人技术进入新的发展阶段。该技术突破为通用机器人领域带来了新的机遇，特别是在协作安全性、成本控制和供应链整合方面。

主要观点

• 人形机器人技术进展：特斯拉机器人已实现高度灵活的运动控制，其末端关节具备良好的力矩控制能力，能够在落地时不损坏鸡蛋，展示了其与人协作的安全性。
• 通用机器人前景广阔：人形双足机器人因其贴近人类生理结构，被认为是实现通用机器人目标的最优解，能够适应多种任务场景。
• FSD系统应用：特斯拉机器人利用FSD自动驾驶系统进行环境识别和记忆，降低了开发成本，提高了智能化水平。
• 供应链价值分布：特斯拉机器人关节总成本约为41万元，其中力矩传感器、滚柱丝杠、无框电机、谐波减速器占据较高价值量，是供应链的关键环节。
• 国产替代趋势：部分关键零部件如谐波减速器、编码器、无框电机等，国内企业已具备一定的技术实力，正在逐步实现国产替代。

关键信息

1. 人形机器人技术进展

• 2021年：首次提出Optimus的渲染图。
• 2022年：推出原型机，实现缓慢行走与挥手。
• 2023年：实现流畅行走与抓取物品，灵活度显著提高。

2. 供应链价值构成

• 旋转执行器：由角接触轴承、谐波减速器、交叉滚子轴承、编码器、无框电机、力矩传感器组成。
• 线性执行器：由深沟球轴承、无框电机、力矩传感器、编码器、反式滚柱和四点接触球轴承组成。
• 灵巧手：由空心杯电机、螺纹丝杠、行星精密齿轮箱和编码器构成。
• 关键零部件价值：
  • 力矩传感器：17.13%
  • 滚柱丝杠：17.13%
  • 无框电机：8.57%
  • 谐波减速器：10.28%

3. 高价值零部件分析

力矩传感器

• 作用：为机器人提供触觉反馈。
• 市场空间：2022年全球市场空间约84亿美元，约合600亿元人民币。
• 技术难点：需解决力分量敏感性、结构加工误差、标校能力和电路实现。
• 国内厂商：昊志机电、宇立仪器、坤维科技。

滚柱丝杠

• 性能优势：寿命是滚珠丝杠的15倍，承载能力更强，导程更小，刚度更高。
• 市场格局：日欧占据约70%的市场份额。
• 国内厂商：鼎智科技、秦川机床、新剑传动、恒力液压。

无框电机

• 优势：体积小、效率高、单位体积扭矩大。
• 应用：主要用于旋转关节，国内企业如步科股份、昊志机电已达到国际水平。
• 市场潜力：国内企业正在逐步替代进口产品。

谐波减速器

• 性能特点：高传动比、轻重量、小体积。
• 国产替代：2022年中国市场规模约27亿元，绿的谐波市场占有率26%。
• 技术挑战：使用寿命、故障率与外资仍有差距，需提升精密制造和热处理技术。

空心杯电机

• 应用：灵巧手核心部件，适用于轻负载场景。
• 技术难点：大批量生产与精密齿轮箱制造。
• 国内厂商：鸣志电器、江苏雷利。

4. 国内供应链参与企业

5. 风险提示

• 特斯拉机器人方案变更：未来可能调整零部件方案，影响供应链稳定性。
• 成本测算局限性：当前测算可能无法准确反映真实成本。
• 产业化不及预期：若成本下降速度不及预期，可能影响供应链发展。

总结

特斯拉人形机器人的快速迭代为通用机器人带来了新的发展机遇，特别是在协作安全性和智能化方面。其关节主要由力矩传感器、滚柱丝杠、无框电机和谐波减速器构成，其中前四项价值占比高，是供应链的关键环节。尽管国内企业在这些领域已有一定技术积累，但在精度、寿命和稳定性方面仍需进一步提升。随着国产替代趋势的增强，相关供应链企业有望受益。然而，方案变更、成本测算误差和产业化进展不及预期仍是潜在风险。