人形机器人丝杠行业研究

Ai机器人网2024-08-02 20:02:47102

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行业简介

丝杠是将旋转运动转换为直线运动的构件。特斯拉人形机器人有28个执行器，其中线性执行器搭载行星滚柱丝杠。根据特斯拉2022AIDAY，特斯拉人形机器人全身28个执行器（14个线性执行器+14个旋转执行器），其中14个线性执行器分布在大臂（2）、小臂（4）、大腿（4）、小腿（4），对应14个行星滚柱丝杠。标准滚柱丝杠（PRS）主要由几个关键组件构成：丝杆、滚柱、螺母三个主要部件以及直齿、内齿圈、滚柱保持架和弹簧挡圈等辅助部件。工作原理是，由电机带动旋转的丝杠利用摩擦转矩驱动滚柱转动，继而将丝杠的回转运动转换为螺母的直线往复运动。

1、丝杠的特点

丝杠作为负责将电机旋转运动转化为直线传动的传动精密件，具备摩擦小、精度高、刚度高等特点：

由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下，即达到同样运动结果所需的动力为使用滑动丝杠副的1/3，在省电方面很有帮助；

滚珠丝杠副一般是用世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严格的控制，完善的品质管理体制使精度得以充分保证；

滚珠丝杠副可以加与预压，由于预压力可使轴向间隙达到负值，进而得到较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。

2、丝杠的分类

丝杠按结构和工作原理可以分为滑动丝杠、滚珠丝杠、滚柱丝杠三大类。滑动丝杠的摩擦阻力较大，传动效率较低；滚珠丝杠通过滚珠进行传动，承载能力、传动效率和精度高于滑动丝杠，使用寿命长；滚柱丝杠相较于滑动丝杠与滚珠丝杠，具备高承载能力、小体积、高精度等优势，是综合性能最为优异的丝杠品种。

图表1：：丝杠主要分类

资料来源：世界先进制造技术论坛公众号

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人形机器人丝杠行业市场空间

2025-2030年全球人形机器人丝杠市场规模CAGR有望达到182%。根据特斯拉公开披露，2025年特斯拉人形机器人将实现量产，未来在特斯拉optimus引领下，其他企业逐步布局人形机器人领域，全球人形机器人产业化步伐有望加速。根据测算，2025年和2030年全球人形机器人丝杠市场规模分别有望达到1.4亿元和249.5亿元，5年复合增速高达182%。

图表2：全球人形机器人丝杠市场规模预测

资料来源：，特斯拉2022AI DAY，国海证券研究

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市场竞争格局

外资位于主导地位，内资奋起直追。

国外主要“玩家”：丝杠供应商主要为日资、德资公司。从国外滚珠/滚柱丝杠竞争格局来看，液压龙头博世力士乐、THK、NSK是海外丝杠产品的重要厂商，日本、欧洲作为精密制造优势地区，其开展精密加工技术研发的时期相对较早，上述企业成立时间较早，加工技术布局深，技术成熟，产品类型丰富。

国内主要“玩家”：外资厂商占据中高端市场，内资厂商奋起直追。由于国内布局高精密丝杠领域相较国外较晚，厂商数量、产品类型和工艺水平和外资厂商仍有较大差距，国内中高端市场仍是外资供应商占据主要份额。近年来，在线控制动、人形机器人等新技术革命浪潮的引领下，五洲新春、贝斯特、北特科技、恒力液压、新剑传动等多家企业也陆续布局高精密滚珠/滚柱丝杠市场，国产替代或将加速。

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代表公司分析：北特科技

公司是汽车底盘零部件龙头，三大增量业务打开成长空间。

“商用+乘用”双轮驱动，空调压缩机业务迎来转机。1）商用车压缩机业务触底反弹。2）乘用车压缩机业务受益于新能源化快速增长。公司积极布局新能源乘用车压缩机产品，获得了上汽大通、赛力斯等客户的认可，未来乘用压缩机业务有望受益于电动化浪潮快速增长。

铝锻轻量化从0到1，绑定大客户快速成长。目前公司已经开始给比亚迪供应阀岛产品，覆盖全平台新能源车型，未来比亚迪放量有望带动公司铝锻业务高速增长。

汽车精密件和机器人零部件底层技术互通。公司深耕底盘精密零部件领域多年，积累了大量材料研发和精密加工的成熟经验，以汽车转向齿条为例，其功能、形状、加工工艺和人形机器人部分核心零部件相近，底层技术相通。

图表3：北特科技铝锻轻量化主要产品（转向节、控制臂）

资料来源：公司公告

2020-2022年受汽车产销低迷、商用车行业下行等因素影响承压，2023年开始恢复向上。2020-2022年，公司归母净利润分别实现0.30/0.65/0.46亿元，受到贸易战、商用车行业下行等因素影响，公司利润持续承压。2023年由于疫情政策放开，叠加轻量化业务盈利爬坡、出海增加等因素，公司归母净利润实现0.51亿元，同比+11%，恢复向上。

图表4：北特科技历年归母净利润及YOY