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人形机器人科技前瞻,行星滚柱丝杠产业链笔记
万物周期游击队
2023-12-16 20:40:41
根据钛媒体近两天的消息,马斯克在社交媒体公布特斯拉第二代人形机器人Optimus Gen2的产品演示,预计将于本月内发布。视频显示,Optimus擎天柱二代机器人,加持AI大模型,体重比一代减少10kg,步行速度加快30%,手部关节能更精准地抓握细小易碎物品,如抓鸡蛋等动作。同时,Optimus二代还可以做多个深蹲动作,平衡能力有所增强。

图:特斯拉人形机器人二代

来源:特斯拉,钛媒体

如果我们对人形机器人做结构拆解,核心的部分有三大件,大脑(FSD软件和芯片)、关节(包括线性关节、旋转关节)、灵巧手。

如果再对关节和灵巧手做拆解,那么旋转关节的核心配件是谐波减速器、线性关节的核心是行星滚柱丝杠,灵巧手的核心配件是空心杯电机

除了以上这三大配件外,还有三类关节通用配件,如无框力矩电机、力传感器、编码器等。

图:特斯拉人形机器人拆解,

来源:浙商研究所

图:特斯拉人形机器人成本拆解,

来源:华安研究所

今天我们要来拆解的,就是人形机器人几大核心配件之一,行星滚柱丝杠。

行星滚柱丝杠(Planetary Roller Screw)的发展历史,与滚珠丝杠(Ball Screw)和其他精密螺纹驱动系统相伴随,是现代机械工程和自动化领域,不断追求更高性能和精度要求的产物。


图:行星滚柱丝杠示意图

来源:北京允诚德谷

早在19世纪,螺纹驱动系统就已经开始被使用,主要是粗糙的铅螺纹用于简单的机械装置。但这些系统的精度和效率都比较低。

20世纪初,随着工业和机械自动化的发展,滚珠丝杠被发明出来,用以提高传动的精度和效率。这是一个重要的里程碑,因为滚珠丝杠大幅度提高了螺纹驱动系统的性能。

行星滚柱丝杠,是在滚珠丝杠的基础上进一步发展的产物。为了满足更高的承载能力、精度和刚度要求,行星滚柱丝杠诞生于20世纪中叶。

行星滚柱丝杠这条产业链,具体包括:



图:行星滚柱丝杠产业链

来源:并购优塾

上游——主要零部件是:轴、螺母和滚柱。轴是指螺纹的中心轴;螺母是与螺杆相配合的部件,内部有与螺杆螺纹相匹配的螺纹;滚柱是安装在螺母内部的多个小圆柱,它们的表面有螺纹,与螺杆的螺纹相匹配。

更上游的原材料来看,轴选用的材料多为合金结构钢42CrMo,螺母和滚柱选用的材料为高碳铬轴承钢GCrl5。

核心设备是高精度磨床,代表公司为:瑞士的斯图特、日本三井精机、英国的MARTIX、美国的DRAKE等。国内代表公司为秦川机床。

中游——行星滚柱丝杠制造商,竞争格局分散,国内市场份额前三为Rollvis、 GSA 以及瑞典的斯凯孚, CR3=66%。国产品牌南京工艺、博特精工占比均为8%,资本市场里涉及丝杠产品的主要公司为鼎智科技、五洲新春、贝斯特、恒力液压等。



图:滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商占比( 2022 年预测值)

来源:王有雪《E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究》

下游——由于其高精度、高承载能力和长寿命的特点,因此主要应用于高端和专业领域。例如,航空航天领域中的调整机翼、控制尾舵和其他关键部件的位置、机器人、医疗设备如CT扫描仪和MRI机器、精密数控机床、汽车的自动变速箱和高级悬挂系统等。

从产业链上的参与者近期的增长情况来看:

鼎智科技(江苏省,常州市)——2023前三季度实现收入2.57亿元,同比-7.51%;归母净利润0.67亿元,同比-20.37%。

五洲新春(浙江省,绍兴市)——2023前三季度实现收入25.12亿元,同比0.19%;归母净利润1.23亿元,同比-13.52%。

贝斯特(江苏省,无锡市)——2023前三季度实现收入7.94亿元,同比26.74%;归母净利润2.10亿元,同比36.773%。

从产业链上的参与者近期的增长情况来看:


图:机构一致预期增长和景气度情况

来源:并购优塾

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