机械：人形机器人上游扩产几何？

中泰证券研究所专业｜领先｜深度｜诚信 ｜证券研究报告｜ 人形机器人上游扩产几何？ 2023.12.02 中泰机械首席分析师：王可 执业证书编号：S0740519080001 投资要点 1、“设备采购”是人形机器人下阶段的核心指标。人形机器人正处于“研发到小批量生产”的关键阶段，过去的主题炒作模式正逐步失效。跟踪零部件厂商设备采购，是验证小批量试生产阶段何时到来，判断下一轮人形机器人行情的核心指标。本报告通过对生产工艺及设备的梳理，①梳理出设备环节中弹性较大的环节，②挖掘出有希望实现设备国产化的环节并跟踪相应公司进展。 2、人形机器人零部件介绍：目前暂定的特斯拉人形机器人方案包括28个执行器，滚柱 丝杠、谐波减速器及空心杯电机的价值量较高，且制造有一定难度壁垒。 3、行星滚柱丝杠：滚柱丝杠生产过程中，内螺纹磨床与外螺纹磨床(或车磨一体)设备弹性较大，生产效率不高，价格昂贵，设备弹性较大。由于设备商较难跟踪，可跟踪零部件厂家订单。进口高端磨床交付周期长，国产厂家迎替代良机。 4、空心杯电机设备中，主要跟踪绕线机设备订单，绕线机设备弹性较弱。 5、谐波减速器：主要弹性设备环节集中在磨床、拉床等CNC设备，目前主要采购自海外设备。谐波减速器生产工艺相对成熟，后续降本要求下，车床、拉床及磨床等设备可能有国产设备替换的需求。 投资建议：考虑到后续大规模降本需求，国产设备替代势在必行。且滚柱丝杠生产过程中需要的螺纹磨床或车磨一体设备弹性较大，密切关注浙海德曼(车床)、日发精机(磨床、车床)、华辰装备(磨床)、海天精工(铣床)、宇环数控(磨床)等公司的研发进展。 风险提示：国产替代进展不及预期、调研数据代表性有限、人形机器人产业化进展不及预期、研究报告中使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险 目录 CONTENTS 1 设备采购是人形机器人下一阶段的核心指标 2 人形机器人零部件介绍 3 4 5 6 行星滚柱丝杠工艺流程及设备空心杯电机工艺流程及设备谐波减速器工艺流程及设备 投资建议 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 1 “设备采购”是人形机器人下阶段 的核心指标 领先｜深度 信 1.1、人形机器人正处于“研发到小批量生产”的关键阶段 人形机器人的发展分为三个阶段。 阶段1：研发阶段，完成软硬件方案的固化。 阶段2：小批量试生产，即产业链导入期。当软件算法达到一定高度且成本下降到一定水平时，一些企业会启动小规模试生产。 阶段3：量产阶段，随着软硬件成熟度提升，人形机器人进入业务落地阶段，硬件降本推动销 售价格逐步下降，渗透率逐步提升。我们当下正处于从阶段1向阶段2过渡的关键阶段。 图表1:人形机器人发展3个阶段 量产阶段 重点：降本情况、生产稳定性 小批量试生产 重点：扩产规划、设备招标 研发阶段 重点：送样、反馈、技术定型 1.2、过去的主题炒作模式正逐步失效 阶段1市场的炒作模式复盘：研发阶段，行情对基本面进展信息相对钝化。市场获取信息的主要方式是上市公司调研(包含联合研发、送样、反馈等)，或专家访谈(了解产品性能细节等)，及上下游反馈。市场关注度停留在研发阶段，博弈的事件集中在行业政策、零部件公司送样、本体公司反馈等消息刺激，行情偏主题炒作。随着行情演绎，市场审美疲劳，此类消息对股价的刺激作用边际递减，这套炒作模式正逐步失效。 图表2：阶段1炒作模式复盘 1.3、资本市场预期不断抬高，对基本面进展信息相对钝化 模式失效的主要原因是，人形机器人正处于从研发阶段向小批量试生产过渡的关键阶段。此阶段具备三大特征：①原有催化剂不断失效。从研发到小批量，市场关注点不断发生变化，原有的催化剂如送样等，对股价催化作用有限。②调研数据失真。机器人尚未进入真实批量生产，硬件公司未实质性参与制造，故产业链上下游验证难度较高。③软硬件方案未定型落地，不同硬件方案供应商之间的矛盾，使得上市公司调研阐述时会更倾向自身立场，较难获悉行业状况全貌。 这是资本市场不断抬高的预期，水位不断抬升的股价位置，与行业基本面真实进展信息相对钝化之间的矛盾。 图表3：资本市场高预期与基本面信息失衡 基本面信 息 资本市场 高预期 1.4、跟踪零部件生产的设备采购是判断下一轮人形机器人行情的核心指标 跟踪零部件厂商设备采购，是验证小批量试生产阶段何时到来，判断下一轮人形机器人行情的核心指标。该阶段是行业基本面真实经历质变的关键阶段，也是机构投资者可以积极参与机器人行情的阶段。与设备采购可以交叉验证的指标包括：①本体公司的定点；②零部件公司披露的资本开支计划。 本报告通过对生产工艺及设备的梳理，①梳理出设备环节中弹性较大的环节，②挖掘出有希望实现设备国产化的环节并跟踪相应公司进展。 图表4：零部件设备采购是判断人形机器人行情的核心指标 零部件设 备采购 本体公司 定点 资本开支计划 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 2 人形机器人零部件简介 领先｜深度 信 2.1、人形机器人零部件介绍 目前暂定的特斯拉人形机器人方案包括28个执行器。根据特斯拉开放日信息，全身28个执行器分布在肩部(6个旋转执行器)、肘部(2个直线执行器)、腕部(2个旋转执行器和4个直线执行器)、躯干(2个旋转执行器)、髋部(4个旋转执行器和2个直线执行器)、膝部(2个直线执行器)、踝部(4个直线执行器)。旋转执行器和线性执行器各14个。 图表5:特斯拉人形机器人Optimus执行器分布图 Yaw、Roll、Pitch用来区分绕y轴(垂直)、z轴(前后)、x轴(水平)旋转。 来源：Tesla2022AIDay、中泰证券研究所整理 10 2.2、零部件价值量及供应格局 滚柱丝杠、谐波减速器及空心杯电机的价值量较高，且制造有一定难度壁垒。 图表6:各零部件供应格局 零部件 国外供应商 国内供应商 无框力矩电机行星滚柱丝杠 博世力士乐、日本黑田精密工业、德国舍弗勒等公司 汉江工具(秦川机床)、贝斯特、长盛轴承、鼎智科技、恒立液压等 谐波减速器 哈默纳科、日本新宝 绿的谐波、来福谐波、同川精密、大族激光等 轴承 瑞典SKF、日本NSK、日本KOYO、德国FAG-INA等 苏轴股份、南方精工、五洲新春等 空心杯电机 瑞士MAXON，德国FAULHABER，瑞士PORTESCAP 鸣志电器，鼎智科技(江苏雷利子公司)、伟创电气、拓邦股份等 编码器 德国HENGSTLER/亨士乐、日本OMRON/欧姆龙、瑞士Baumer/堡盟、意大利ELTRA/意尔创等 鸣志电器、拓普集团、三花智控等。 惯性测量单元(IMU) Honeywell、ADI、NorthropGrumman/Litef等 苏州固锝、华依科技、芯动联科、华测导航等。 T型丝杠 来源：各公司官网、前瞻产业研究院、中泰证券研究所整理11 目录 CONTENTCON 中ENTS泰证 3 行星滚柱丝杠的制造工艺及设备 领先｜深度 信 3.1、行星滚柱丝杠概述 行星滚柱丝杠主要用在军工、汽车制造设备、医疗、机床等行业。人形机器人行业需求若爆发，将对滚柱丝杠产业需求带来较大增量。 滚柱丝杠的评价指标为运动精度，人形机器人对精度要求不高。用C来表示等级范围，分别为C10,C9,C7,C5,C3,C2,C1等，数字越高，精度越低。人形机器人上，对滚柱丝杠的精度要求低于其他行业，C9级别的滚柱丝杠即可。 相对于滚珠丝杠，行星滚柱丝杠的滚子与螺母及丝杠从点接触变更为面接触，因此在载重负荷与运动推力两方面更胜。 T人形机器人中拟采用反向式行星滚柱丝杠，从驱动丝杠改变为驱动螺母。反向式的好处在于螺母较大与无框力矩电机适配，丝杠较短，可以直接与负载相连，形成密封。这种丝杠特点是螺母较长，在加工过程中，需要用悬臂吊一个小砂轮来磨制螺母内滚道，因此内螺纹磨制时间较长，工艺难度也较大。 图表7:行星滚柱丝杠结构图 3.2、行星滚柱丝杠工艺流程及设备 图表8:行星滚柱丝杠（丝杠）工艺流程 粗品精加工 丝杠工序 锻造 钢材粗车原胚 螺纹、 粗校轴端 直车 热处 理(淬校直火) 磨螺检测组装纹 设备 一般车校车 锻造床直床 设备机 感应校 淬火直 设备机 外螺圆度自制仪、 纹磨同心机械 床度仪臂 备注 去除半自 表面动或 的氧自动 校直 化层机 车到一定精度，预留几 μ 热处理 提高后变形， 硬度需要二 次校直 提高表面硬度和耐磨性；相对粗品阶段磨得慢 检测圆度、同心 度 生产效率较低 粗品 精加工 锻造钢 材原胚 粗车 无心磨 车内螺纹 热处理 磨螺纹 检测 组装 一般 锻造设备 车床 无心 磨床 车床 普通热 处理设备 内螺 纹磨 床 圆度仪、 同心度 仪 自制 机械 臂 去除表 面的氧化层 去除外 侧氧化层 车内螺 纹，预留2个μ 将整个 螺母粹 透，提 升硬度 磨内螺 纹、磨锻面等 检测圆 度、同心度 生产效率 比丝杠更低，且反向式螺纹加工时间更长 螺母工序 设备 备注 3.2、行星滚柱丝杠工艺流程及设备 图表9:行星滚柱丝杠（螺母）工艺流程 3.3、行星滚柱丝杠设备分析 图表10:行星滚柱丝杠工序及设备-丝杠 零部件 工艺 设备 图片 作用 是否核心设备 供应商 行星滚柱丝杠 丝杠 锻造钢材原胚棒料 一般锻造设备 否 粗车 车床 去除外侧氧化层 否 粗校直 校直机 半自动或者自动校直 否 车螺纹、车轴端 车床 车螺纹及轴端 否 美国哈斯、哈挺、德国埃马克、浙海德曼等 热处理(淬火) 感应淬火设备 做表面硬度处理 否 校直 校直机 热处理之后会变形，需要二次校直 否 磨螺纹 外螺纹磨床 磨外螺纹 是 德国SMS、英国霍洛伊德、日本三井、美国德拉克、(汉江机床) 检测 圆度仪、同心度仪 检测圆度与同心度 否 组装 自制机械臂 否 3.3、行星滚柱丝杠设备分析 图表11:行星滚柱丝杠工序及设备-螺母 零部件 工艺 设备 图片 作用 是否核心设备 供应商 行星滚柱丝杠 螺母 锻造钢材原胚 一般锻造设备 否 粗车 车床 目的是去除外侧氧化层 否 无心磨 无心磨床 去除外侧氧化层 否 车内螺纹 车床 车内螺纹，预留2μ 否 美国哈斯、哈挺、德国埃马克、浙海德曼等 热处理 普通热处理设备 粹透，从里到外硬 否 精磨 内螺母磨床 磨内螺纹、磨锻面等 是 德国SMS、英国霍洛伊德、日本三井、美国德拉克、(国内汉江机床) 检测 圆度仪、同心度仪 检测圆度与同心度 否 组装 自制机械臂 否 3.4、结论 1、时间点： 滚柱丝杠生产过程中，内螺纹磨床与外螺纹磨床(或车磨一体)设备弹性较大，是最核心的设备，生产效率不高，价格昂贵，设备弹性较大。 设备商较难跟踪，可跟踪零部件厂家订单。由于此类设备均采购海外设备，厂家较为分散，从设备商角度跟踪难度较大，可以从零部件厂家采购设备台数判断订单情况。目前尚未看到相应的资本开支与设备采购。 2、先发优势： 进口高端磨床交付周期较长，国产厂家迎替代良机。此类高端磨床目前国内生产极少，实际应用更为少见，一般厂商均采购自日本、欧洲、美国等海外设备，设备到厂后仍需要调试周期，周期较长。在此期间，拥有此类磨床且具备机加工生产能力的厂家，有望抓住时机，切入供应链。 3、设备国产替代： 国产替代的关键在于数控系统和经验积累。海外高端磨床与国内普通磨床的差异包括数控系统(算法)、机构件(导轨等)、砂轮供应商的排他供应等，最核心的还是数控系统。通过外购对应的部件，叠加生产过程的knowhow积累，国内设备生产商有希望研制出符合需求的高端磨床。密切关注国内磨床生产厂商的进度，跟踪是否可以切入这块市场。 磨床中的砂轮是耗材。磨床分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、锻面磨床、内螺纹磨床、外螺纹磨床等，互相之间不可替换，也无法通过技改通用。磨床中需要的砂轮属于耗材，其中的胶水和沙子