电机行业专题报告:人形机器人的动力核心

电机行业专题报告:人形机器人的动力核心
2024年04月07日 13:13 市场资讯

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(报告出品方/作者:光大证券(维权),殷中枢、黄帅斌、和霖)

1、 电机:人形机器人的动力核心

1.1、 人形机器人各类驱动方式的比较

电机是人形机器人中动力的产生机构,可以类比做人的肌肉。机器人的驱动方式 可以分为电动驱动、液压驱动、气压驱动;其中,电动驱动由于效率高、精确度 高、成本低等优势,得以广泛应用。

分类方式:电机按照控制方式分类,可以分为步进电机、伺服电机;电机按照驱 动方式分类,可以分为直流电机、交流电机。直流电机中,按照线圈类型分类, 可以分为有铁芯的电机、空心杯电机;按照换向方式分类,可以分为有刷电机、 无刷电机。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移线位移的开环控制元件,每个脉冲信号都 会引起电动机转动一个固定的角度;步进电机广泛应用于数控机床、打印机、纺 织业、医疗设备、机器人等领域。 伺服电机是利用某一部件使系统的状态到达或接近某一预定值,并能将所需状态 和实际状态加以比较,依照它们的差别来调节控制部件的自动控制系统。伺服电 机可分为交流和直流伺服电机:交流伺服电机适用于需要高精度、高速度、大功率的应用场景,比如数控机床、自动化生产线等;而直流伺服电机适用于需要低 功率、高速度、低精度的应用场景,比如消费电子、机器人等。

1.2、 空心杯电机和无框力矩电机适配机器人不同部位

人形机器人灵巧手使用的电机是空心杯电机。特斯拉人形机器人从 2021 年 Tesla Bot 到 2022 年 Al Day Optimus 正式亮相,再到 2023 年 Optimus 二代, 已经实现快速发展。Optimus 的灵巧手采用经典的 6 电机驱动方案,即由空心 杯电机+驱动器+减速器+编码器组成,拇指是采用双电机驱动弯曲和侧摆,其余 四指各用一个电机带动;国内领先的机器人厂商因时机器人的仿人五指灵巧手采 用直线驱动设计,内部集成了 6 个力控微型伺服电缸,即减速器、空心杯电机、 丝杆机构、传感器以及伺服控制系统。

人形机器人关节使用的电机是无框力矩电机。特斯拉人形机器人全身共有 28 个 执行器,执行器分布在肩部 6 个、肘部 2 个、腕部 6 个、躯干 2 个、髋部 6 个、 膝部 2 个、踝部 4 个,其中旋转执行器和线性执行器各 14 个。

旋转执行器:主要由无框力矩电机+谐波减速器+扭矩传感器+位置传感器+轴承 (角接触球轴承+交叉圆柱滚子轴承)+编码器组成;旋转执行器分布在肩部 6 个、 腕部 2 个、髋部 4 个、躯干 2 个。特斯拉人形机器人包含 3 种不同扭矩的旋转 减速器,扭矩分别为 20Nm/110Nm/180Nm。

线性执行器:主要由无框力矩电机+行星滚柱丝杠+力矩传感器+位置传感器+轴 承 (四点接触球轴承+深沟球轴承)+编码器组成;线性执行器分布在肘部 2 个、 腕部 4 个、髋部 2 个、膝部 2 个、踝部 4 个。特斯拉人形机器人包含 3 种不同 力矩的线性执行器,力矩分别为 500N/3900N/8000N。

2、 空心杯电机:与灵巧手高度适配

2.1、 无铁芯结构,能效高、转速快、寿命长

空心杯电机是一种微型伺服电动机,与灵巧手关节高度适配。它可以利用永磁铁 产生磁场,从而实现直流供电。与传统电机的不同之处在于,空心杯电机结构为 转子无铁芯,表现为无铁心损耗、低摩擦和良好的散热性等特性,实现了电机的 高效率,是电池供电型设备的理想选择。空心杯电机通常应用于便携式空气采样 泵、仿人机器人、仿生手、手持电动工具等场景。

空心杯电机无铁芯设计表现为无涡流损耗和磁滞损耗。铁芯损耗一般由涡流损耗 和磁滞损耗组成,铁芯在电机运转中会产生感应电动势,进而产生感应电流,感 应电流成涡流状,涡流损耗是电机损耗最大部分;磁滞损耗表现为磁化过程中有 一部分电磁能量不可逆转地转换为热能,铁磁体等在反复磁化过程中因磁滞现象 而消耗能量。

空心杯电机转子是杯状的自支撑线圈,可降低转子转动惯量,具有以下特点:不 存在齿槽,没有齿槽转矩,因此噪声和振动小;换向片数量多,换向时的电流波 动更小;物理气隙较大,电感较小,换向火花小,因此电磁兼容性能好。

空心杯电机分为有刷电机和无刷电机:有无电刷是有刷电机和无刷电机最直观的 区别。电刷可将电能转换成机械能或将机械能转换成电能,无刷电机则是由电机 主体和驱动器组成的机电一体化产品。 Maxon 和鸣志电器的有刷空心杯电机和无刷空心杯电机组成结构如下: Maxon 的有刷空心杯电机组成结构:前法兰、永磁体、外壳、轴、换向器板、 换向器、石墨电刷、稀有金属电刷、管帽、电气连接、滚柱轴承、烧结滑动轴承、 后法兰。 Maxon 的无刷空心杯电机组成结构:前法兰、机壳、磁轨、绕组、永磁体、轴、 霍尔传感器 PCB、控制磁钢、滚柱轴承、后法兰。

鸣志电器的有刷空心杯电机组成结构:轴套、垫圈、滑动轴承、机壳、磁钢、滑 动轴承、转轴、空心杯绕组、换向片、电刷、后盖、端子。 鸣志电器的无刷空心杯电机组成结构:前端盖、空心杯绕组、平衡环、磁钢、霍 尔磁钢、铁芯、外壳、安装架、霍尔传感器、滚珠轴承、波簧、后端盖、柔性电 路板。

有刷直流电机:石墨电刷材料采用石墨,稀有金属电刷通常采用一些稀有金属材 料,如钨、铜、钴、银等,适用于较小电机中低电流连续运行;石墨碳刷适用于 较大电机中,大电流连续运行。 无刷直流电机:位置传感按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进 行换流。具体方式:检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生 位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系 进行绕组电流切换。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路 提供。在人形机器人领域中,无刷电机带编码器可用于轨迹规划、动作控制、位 置检测等多种应用,可以现高精度的运动和动作控制,从而提高人形机器人的操 作精度和效果。

无刷电机通常具有以下特点:(1)使用寿命更长,通常为 7-10 年;(2)能耗 少,通常为有刷电机的 1/3;(3)运行安静,运营平稳,噪音小;(4)价格较 贵,有刷电机价格低廉。 编码器则是一种用来测量电机转动角度和位置的器件:主要分为磁性编码器、光 学编码器、电容编码器。磁性和光学编码器目前应用较为广泛,而 CUI Device 的电容编码器则可以应用在工业、自动化、机器人和可再生能源领域,未来高精 度、环保型控制场景有望推动电容式编码器的提升。 磁性编码器:使用磁性码盘,磁性码盘上带有间隔排列的磁极,并在一列霍尔效 应传感器或磁阻传感器上旋转,任何转动都会检测永磁体、转子旋转时产生的磁 场变化。通常采用:霍尔元件、磁敏二极管、磁敏电阻器或专用集成电路等;价格相对便宜、优势在于更耐用、抗振和抗冲击、适合恶劣环境应用,但会受到电 磁干扰,分辨率和精度相对较低。

光学编码器:转子上装有遮光板,LED 光源(通常是红外光源)和光电探测器组 成,转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇 产生脉冲信号。分辨率更高,价格相对磁性编码器较贵,在工业应用等多尘且肮 脏的环境中,污染物会堆积在码盘上,从而阻碍 LED 光透射到光学传感器、导 致方波不连续或完全丢失。 电容式编码器:使用条状或线状纹路,一极位于固定元件上,另一极位于活动元 件上,以构成可变电容器,并配置成一对接收器/发射器;转子上蚀刻了正弦波 纹路,随着电机轴的转动,这种纹路可产生特殊但可预测的信号,由板载 ASIC 转换,以计算轴的位置和旋转方向。可提供更高的精度和分辨率,耐受各种环境 污染物、承受振动和极端温度、坚固耐用有更长的使用寿命、更小的占地面积和 更低的电流消耗,不受磁干扰和电噪声的影响。

目前,高端磁性编码器中的芯片、码盘、磁头等依赖进口;码盘加工精度也较高; 光学编码器光敏器件参数控制也较高。这些都是国产编码器厂商的挑战和机遇。 空心杯电机以稀土钕铁硼磁铁为永磁体性能更强。20 世纪 30-50 年代,铝镍钴 磁体与铁氧体一起构成了小型永磁直流电机开发的基础,铝镍钴的能量密度更 高,这也体现在电机的功率密度上;60 年代,出现了基于钐和钴的稀土磁体, 比铝镍钴坚固得多;80 年代,出现了更强的钕铁硼磁铁,此时无铁芯设计才能 充分利用其优势,从而实现空心杯直流电机的极高功率密度。铝镍钴和钕铁硼可 以具有非常高的剩磁,超过 1.2T,稀土磁体具有非常高的矫顽场,很难消磁。

国内厂商如中科三环宁波韵升金力永磁正海磁材大地熊英洛华等均有 烧结钕铁硼产品。

2.2、 人形机器人带来增量,国产替代空间广阔

2022 年空心杯电机全球市场规模超 50 亿元人民币。根据 QY Research 数据: 全球空心杯电机市场规模在 2022 年约为 7.48 亿美元,折合人民币约 53.56 亿 元(以美元/人民币=7.16 的汇率进行折算),预计到 2028 年将达到 11.86 亿美 元,2022-2028 年复合年增长率为 7.98%;若进一步区分有刷和无刷,2021 年 全球有刷空心杯电机市场规模占全球空心杯电机市场规模比例(按金额)为 67.33%,并预计到 2028 年有刷空心杯电机全球市场规模将达到 6.86 亿美元, 2022-2028 年复合增长率为 5.68%。 根据 QY Research 数据:分地区来看,2021 年中国、欧洲空心杯电机市场规模 分别约为 2.36 亿美元、1.75 亿美元,占全球空心杯电机市场规模比例(按金额) 分别为 34.80%、25.85%。

以全球空心杯电机龙头 Maxon 为例,其电机被广泛应用于医疗、航空航天和工 业自动化领域。在医疗领域,Maxon 电机在有源植入物、外科手术机器人、仿 生假肢等高精度设备中运行;在航空航天领域,可具体应用于飞机控制系统、科 研航天器和机器人探测器等;在工业自动化领域,能够应用于实验室自动化、原 油和天然气等行业。

我们对人形机器人空心杯电机市场空间进行了简单测算,核心假设如下: (1)以特斯拉人形机器人 Optimus 为例,其手部共有 12 个执行器(双手), 所用电机为空心杯电机,因此假设单台人形机器人空心杯电机用量为 12 个; (2)随着人形机器人大规模量产,降本要求提高,空心杯电机平均价格逐渐下 降;(3)根据 Market Research,全球领先的空心杯电机企业基本均位于海外,2021 年全球空心杯电机前三大企业的市场份额(按收入)为 55.43%。基于此,假设 当人形机器人年产量为 5 万台时,中国企业市占率为 30%,并且该市占率随着 人形机器人年产量的增加而上升。 当人形机器人年产量分别为 5/10/50/100 万台时,假设空心杯电机平均价格分 别为 1000/800/600/500 元/个,则对应市场空间分别为 6/9.6/36/60 亿元;若 进一步假设中国企业市占率分别为 30%/40%/50%/60%,则中国企业可获得市 场空间分别为 1.8/3.8/18/36 亿元。

外国公司占据大部分份额,国产替代空间广阔。国外空心杯电机排名前列的公司 分别是 Maxon Motor、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、 及 Nidec Copal Corporation;国内空心杯电机龙头公司是鸣志电器,拓邦股份鼎智科技伟创电气、昊升电机也是重要的空心杯电机公司。 可以发现,海外公司成立年份较早,产品横向、纵向布局均较为完善,具备大量 的驱动配置方案,且均为全球化企业。国外龙头企业小尺寸电机设计能力强,直 径最小尺寸可至 6mm,而国内企业少有 12mm 以下尺寸的空心杯电机产品, 直径上限也比较高。国内成立较晚,研发及生产则是以点带面,逐步丰富能力, 随着能力不断深化,未来有广阔的国产替代的空间。

我们另以 8mm 有刷空心杯电机、16mm 无刷空心杯电机相似口径,将国内外 空心杯电机产品性能作比较。需要指出的是,无刷小尺寸直径空心杯电机国内尚 无可比产品。对于 8mm 直径有刷空心杯电机:海外公司的产品效率更优,最大 连续转矩也更优,而在转速方面差异不大,价格方面国内产品则更低;对于 16mm 无刷空心杯电机,国内产品效率、转速、连续最大转矩更优,价格也更 便宜,说明国内产品的部分产品策略、产品性能是较为成功的。

2.3、 壁垒:绕组设计与设备、产品矩阵及客户背书

(1)绕组设计:生产空心杯电机的关键在于空心杯线圈的绕制,目前绕法主要 分为直绕式、马鞍式、斜绕式三种。马鞍式和斜绕式是目前海外先进空心杯电机 厂商最常采用的两种方式。

Maxon 空心杯绕组拥有全球专利,每种电机型号都有多种线径和匝数的绕组规 格。从绕组方式上看: 1)标准型绕组:通过绕卷的方法完成,先将绕组线绕制成为线圈筒状,以规则 的间隔进行连接,再将筒状线圈压制成线圈板。 2)组合型绕组:由多个独立的单个线圈绕组串联成为线圈板,再将其“编织” 成为空心杯状线圈。 FAULHABER 于 1958 年发明了空心杯电机斜绕组线圈,并于 1965 年获得斜绕 组线圈的专利,斜绕组线圈主要通过在绕线机的绕线芯轴上一次性绕制完成,实 现线圈的全自动化制造。

(2)绕组设备:瑞士的 Meteor、日本的田中精机、日本的日特电机工程是全 球空心杯电机绕组设备的重要公司,综合国内的空心杯技术以及绕制设备的研究 现状可知,设备国产化程度较低,设备研发也较为落后。国内绕线设备自动化程 度相对较低,采用的绕制方式卷绕式和一次成型的方式。卷绕式线圈生产设备虽 然能够绕制斜形以及马鞍形等多重线圈,但绕制线圈的质量一般;一次成型设备 对马鞍形等空心杯线圈没有较好的解决方案。

(3)产品矩阵及客户背书

产品矩阵和客户背书是空心杯电机的重要壁垒。我们以 Maxon 和 Faulhaber 两 家公司为例进行分析,两者均具有完善的产品矩阵和优秀的客户背书,这也是其 能够成为全球领先的空心杯电机制造商的重要影响因素。 1)Maxon: 拥有完善的纵向一体化电机产品矩阵:公司产品包括有刷和无刷直流电机、无刷 盘式电机;行星齿轮箱、正齿轮箱、特殊齿轮箱;传感器;运动控制器、电机控 制器、位置控制器;客户定制驱动方案等。

多年来为高精尖领域提供创新解决方案,具有优秀的客户背书:公司产品应用于 工业自动化、医疗技术、安全技术、仪器仪表、通讯技术、日用消费等领域。美 国国家航空航天局火星探测车的驱动力来源就是 Maxon 电机;医疗、机器人、 精密工业设备等领域也有 Maxon 电机的应用。以上领域均为高精尖领域, Maxon 具有优秀的客户背书以及较强的客户粘性。

2)Faulhaber: 产品矩阵完善:公司产品包括直流电机、直流无刷电机、线性电机、步进电机等, 以及减速箱、线性致动器、编码器、电子控件等,每种驱动系统都致力于在实现 最小尺寸和最轻质量设计的同时达到最大性能。 产品应用于高精尖领域,产品背书优秀:公司为医疗设备、航天航空、高精密光 学仪器、机器人和自动化等高标准应用领域提供定制产品以及技术方案。

3、 无框力矩电机:与机器人关节高度适配

3.1、 没有机壳,结构紧凑,适配性强

无框力矩电机,是一种以输出扭矩为衡量指标的无框架式永磁电机。无框力矩电 机的基本操作与传统永磁电机一样:由驱动器供电,驱动器控制 U/V/W 三相电 形成电磁场,永磁体的转子在此磁场的作用下转动。无框力矩电机不同于传统的 永磁电机,其没有机壳,只有转子和定子 2部件。 科尔摩根无框力矩电机典型构造:(1)内圈采用SS400 系列(抗拉强度为400MPa 的普通结构钢);(2)环形磁铁采用 NdFeB,涂层采用环氧树脂;(3)集成 电路 PCB 板;(4)线圈材料铜、涂层是清漆;(5)绝缘材料是合成树脂;(6) 电源线;(7)叠片选用电工钢;(8)可选过热保护装置(PT1000 铂热电阻、 PTC 热敏电阻);(9)可选霍尔传感器。

无框力矩电机非常适配于机器人关节。无框力矩电机的出现,让机器结构设计不 再受制于电机壳体的束缚;可以利用机器的自身轴承支撑转子,将电机无缝内置 于机器设计中。无框力矩电机具有体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、功率高、 适配性强等特点,在机器人关节、医疗机器人、传感器万向轴、无人机推进和制 导系统以及其他应用领域具有广泛的应用前景。

Tesla 人形机器人旋转执行器和线性执行器各 14 个,共 28 个,无框力矩电机也 共 28 个。国产人形机器人如宇树 H1、远征 A1、小米 Cyber one、优必选 X1、 傅里叶 GR-1,关节单元也都使用无框力矩电机,最大扭矩为 360Nm。宇树、智 元、小米机器人均自研关节电机,能够更好适配各自厂商的机器人产品。

从无框电机极槽配合的角度来看,根据陈靓《机器人关节无框电机转矩脉动抑制》 论文所述,通过降低电机齿槽转矩与谐波转矩,即可降低电机的转矩脉动。不同 的极槽配合也会对无框电机的性能造成影响,无框电机的产品标杆科尔摩根电机 大多采取用 12 极 39 槽的极槽配合方案。

虽然 14 极 39 槽电机的反电动势波形畸变率较低,转矩脉动很小,具有一定的 性能优势,但电机在 14 极 39 槽下的平均转矩不及 10 极 12 槽与 12 极 39 槽电 机大。综合考虑电机的平均转矩与转矩脉动,12 极 39 槽的极槽配合方案更优。

3.2、 人形机器人推动无框力矩电机市场规模提升

2022 年力矩电机、无框电机全球市场规模均超 40 亿元人民币。根据 technavio 的数据,2022 年全球力矩电机销售规模为 6.14 亿美元,折合人民币约 43.98 亿 元(以美元/人民币=7.16 的汇率进行折算,下同)。根据 technavio 预测,2027 年全球力矩电机销售规模达 9.03 亿美元,2022-2027 年 CAGR 为 8%。 根据 QY Research 的数据,2022 年,全球无框电机销售规模为 6.70 亿美元,根据 QY Research 预测,2029 年全球无框电机销售规模达 11.67 亿美元,2022-2029 年 CAGR 为 8%。如果考虑人形机器人放量,以上增速均有望进一步提升。

从竞争格局来看,海外企业仍处于领先地位。从事无框力矩电机行业的主要制造 商包括科尔摩根(美国)、威腾斯坦(德国)、尼得科(日本)、派克汉尼汾(美 国)等。国内企业中,步科股份昊志机电等也推出了相关产品,具有一定的产 品力。

科尔摩根 TBM2G 系列可提供七种框架尺寸,每个框架具有三个叠片长度,即 21 种标准电机,可直接集成到机器人关节和类似的嵌入式设备中。其代表性应 用包括 3-15kg 负载范围内的协作机器人,供电电压为 48V 及以下。该系列电机 专为高速运行而设计,其最高温度通常不超过 80°C;能够提供热传感器选项, 以满足协作式机器人市场中使用的驱动器和控制系统的要求。

我们对人形机器人无框力矩电机市场空间进行了简单测算,核心假设如下: (1)以特斯拉人形机器人 Optimus 为例,其主体部分共有 28 个执行器,线性 及旋转各 14 个,所用电机为无框力矩电机,因此假设单台人形机器人无框力矩 电机用量为 28 个; (2)随着人形机器人大规模量产,降本要求提高,无框力矩电机平均价格逐渐 下降。 当人形机器人年产量分别为 5/10/50/100 万台时,无框力矩电机平均价格分别 为 800/500/300/200 元/个,则对应市场空间分别为 11.2/14/42/56 亿元;参考 上文中我们对空心杯电机中国企业市占率的假设,在此处进一步假设无框力矩电 机的中国企业市占率分别为 30%/40%/50%/60%,则中国企业可获得市场空间 分别为 3.4/5.6/21/33.6 亿元。

3.3、 壁垒:正向研发能力与匹配下游设计

(1)正向研发能力:无框力矩电机的壁垒体现在磁路和工艺设计。转矩密度、 功率密度是影响机器人性能的重要指标,能够通过调整电流、电压、环境温度和 绕组等因素,在低压供电的环境下输出较大的功率,以快速优化电机,实现卓越 性能,提高转矩能力。海外厂商具有悠久的发展历史和正向研发能力,能够通过 产品和经验积累、模拟仿真软件快速实现产品设计,以满足客户需求。在以上方 面,国内企业尚有一定差距。

(2)匹配下游设计:无框力矩电机比传统的伺服电机定制化程度要高。无框力 矩电机已在传统的工业机器人关节批量使用,体现了一定的定制化;而在未来的 协作机器人和人形机器人中,由于产品样式及用途多样性,或将导致无框力矩电 机的定制化要求越来越高。当前大部分机器人厂商自研线性执行器和旋转执行 器,并开发无框力矩电机,亦能体现以上趋势。 因此,从无框力矩电机未来的竞争格局来看,我们认为或将比空心杯电机更加分 散,且一体化程度更高。

4、 投资分析

4.1、 鸣志电器

鸣志电器专注于运动控制领域和智能电源领域,核心业务包括控制电机、通用自 动化驱动控制系统及 LED 智能照明控制驱动系统等。公司深耕运动控制领域, 具备在多种电机驱动控制系统中植入现场总线技术和自产产品系统集成技术的 能力。公司的主要产品包括步进电机、直流无刷电机、空心杯电机、电机+丝杠 模组、电机+减速机模组等,被国内外客户广泛使用,主要应用于医疗器械和生 化分析仪器、移动服务机器人(AMR+AGV)、通信设备、智能汽车电子等应用 领域。

公司的空心杯无齿槽电机能够应用于机器人等新兴高附加值领域,2023 年上半 年该业务营收同比保持快速成长。公司专注于精密控制电机技术研究,拥有空心 杯无齿槽电机产品,在工控自动化、移动机器人、高端医疗仪器等新兴高附加值 应用领域布局。2023 年上半年公司空心杯无齿槽电机产品业务营收同比增长 67%,主要因为产能的稳步释放以及相关产品在移动机器人、医疗器械及生化分 析仪器应用领域的业务增长。此外,公司具备编码器、空心杯电机、精密直线传 动等器件整体配套生产能力,产品应用方案较为灵活。

4.2、 伟创电气

伟创电气专注于电气传动和工业控制领域,主要产品包括变频器、伺服及控制系 统等。公司的产品种类丰富,包括 0.4-5600kW 的变频器、50-200kW 的伺服系 统、控制系统(包含运动控制器)及 PLC 等,产品广泛应用于数控机床、矿用 设备、轨道交通、智能装备、电液伺服等行业。

2022 年公司成立机器人行业部,切入机器人产业链。公司主要以机器人大配套 为主,主要面向移动类、协作类、服务类的机器人领域,提供低压伺服、空心杯 电机、特种无框力矩电机等核心部件。 公司自主研发设计空心杯电机,主要应用于机器人和医疗领域。公司的空心杯电 机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的特点,有利于电机运行平稳、控制精确; 结构紧凑使其拥有更高的效率和功率密度。公司首款产品面向医疗领域,可达 13 毫米 8 万转的功率密度,后续公司将推进研发更高功率密度的产品。 公司机器人系列产品包括空心杯电机和无框电机,均已实现小批量交付。基于多 年的电力电子和自动控制技术领域的经验积累,公司重点进行机器人领域的产品 开发,未来具有较大的发展空间。截至 2023 年 11 月 24 日,公司已发布 ECH13 系列直流无刷空心杯电机、FO1 系列无框电机、RB100 系列伺服一体轮、RB200 系列轴关节模组产品。其中 RB200 系列轴关节模组产品正处于验证测试阶段, 其他产品已实现小批量交付。

4.3、 步科股份

步科股份专注于工业自动化设备控制核心部件与工业物联网/互联网软硬件领 域。公司的自动化设备控制核心部件主要包括工业人机界面、伺服系统、步进系 统、可编程逻辑控制器、变频器等,广泛应用于物流设备、机器人、医疗设备、 轨道交通设备等自动化设备行业。工业物联网/互联网软硬件产品主要包括现场 智能终端、网关、数据采集器、SaaS 软件、数据中心等,主要应用于食品、服 装等行业的数字化工厂建设与产销协同制造领域。

公司重点布局机器人行业,主要为客户提供机器人动力相关产品。公司以机器人 行业为核心战略行业,重点布局移动机器人、协作机器人、服务机器人、工业机 器人、仿生机器人等领域,同时向应用机器人的相关行业拓展。基于在低压伺服 领域的技术优势,公司主要为机器人提供专用伺服电机(包括无框力矩电机)、 专用伺服驱动以及一体化模组动力解决方案。 公司的无框力矩电机产品具有市场领先优势:(1)性能能够和国际品牌媲美, 得到了国内和海外客户的认可;(2)与国外产品相比,在同等性能条件下具备 很好的价格优势;(3)已实现工业平台化的生产和销售,2023 年前三季度出货 约 1 万套,在机器人产业链上能够很好地适配客户需求;(4)与伺服电机产品 共用产能,公司在常州建设的智能制造生产基地为低压伺服规划了全自动生产 线,预计于 2024 年年底竣工投产,产能进一步扩张。

4.4、 昊志机电

昊志机电成立于 2006 年,专注于中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功 能部件等领域。公司在电主轴领域的全球市场占有率排名第一, 同时稳步向数 控机床和工业机器人等高端装备的核心功能部件领域横向扩张。公司产品涵盖 PCB 钻孔机/成型机/划片机等各类电主轴、数控转台、直线电机、谐波减速器、 伺服电机、驱动器、传感器等上百种产品。

昊志机电拥有多系列机器人核心功能部件产品,旨在为客户提供机器人整体解决 方案。相关产品主要包括机器人关节模组、谐波减速器、无框力矩电机、刹车机 构、编码器、大中空低压驱动器、六维度力矩传感器、机器人末端执行机构。 公司产品具有性能卓越、轻量化、长寿命的优势。(1)性能卓越:采用高性能 无框力矩电机、配置高精度双绝对值编码器,多圈双绝对值编码器+无框力矩电 机+高刚性的谐波减速器使虚拟力控成为现实;(2)轻量化:结构紧凑,最大 化减小机器人关节模组的重量;(3)模组采用高精度、长寿命、高刚性、低噪 音的谐波减速器,弥补模组寿命的短板,同时配置双智能传感器,有效监控模组 及电机的发热情况,确保关节模组寿命。 其中无框力矩电机:(1)转矩波动≤1%,更利于机器人力矩控制;(2)3.5 倍过载能力,运行平稳,电流波动小,力控更精准、更安全。

4.5、 禾川科技

禾川科技成立于 2011 年,专注于工业自动化产品的研发、制造、销售及应用集 成。公司具备完整的自动化产品线,包括伺服系统、 控制器(PLC)、视觉系 统、编码器、变频器、触摸屏等,产品广泛应用于光伏、3C、锂电、机器人、 包装、纺织、物流、激光等领域。公司多年来深耕 OEM 市场,服务广大 OEM 客户厂商,获得了极佳的产品方案性能口碑,在光伏、3C、锂电与机器人等行 业处于领先地位。

在机器人行业中,禾川科技有一定的产品和技术积累。在人形机器人涉及的运动 控制技术方面,公司在伺服驱动器软件、总线通信技术、集成控制芯片、电机减 速机一体集成传动等方面有较深的前沿技术储备;在核心运动控制部件方面,公 司有较成熟的伺服电机、步进电机、空心杯电机、无框电机等各类电机及相关传 感器产品,并且均有实现量产。此外,公司还有一定的滚珠丝杆产品研发技术积 累。 公司的 X6MN 微型伺服电机可用于机器人、仿人机器人自适应的手指关节。该 产品采用创新独特的空心杯绕组专利设计,并且具有超低齿槽效应、高功率及转 矩密度、优秀的动态响应、轻量化等优点。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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