2024人形机器人在工业领域发展机遇行业壁垒及国产替代空间分析报告

2024年深度行业分析研究报告 内容目录 前言：机器人与车端供应链高度重合度，带来产业升级机遇7 机器人与车端供应链高度重合7 2025年有望成为量产元年，带来零部件投资新机会10 精密丝杠：人形机器人线性关节核心零部件11 梯形丝杠：结构简单，一次完成工艺效率高15 滚珠丝杠：精密传动元件，滚动摩擦代替滑动摩擦16 行星滚柱丝杠：精度和承载力高，当下机器人关节主流方案18 壁垒分析：壁垒高筑，制造设备与工艺技术Knowhow为核21 工艺：螺纹加工工艺复杂，技术路径尚未收敛，壁垒深厚22 热处理：工艺复杂、种类繁多，温度把控等多维度要求高30 设备：尖端设备受制于海外厂商，进口价格高昂31 市场分析：外资品牌主导高端市场，国产替代+人形机器人催生成长机遇35 格局：外资品牌先发优势明显，国产品牌处于追赶阶段35 国产：机加工工艺和设备的共通性驱动零部件厂商积极入局37 空间：人形机器人有望催生丝杠全新增量空间39 投资建议：关注具工艺禀赋、设备储备的厂商41 拓普集团41 三花智控42 北特科技44 贝斯特49 双林股份56 斯菱股份63 图表目录 图1：特斯拉人形机器人产品进展7 图2：特斯拉车端VS人形机器人9 图3：汽车与人形机器人的线控制动核心部件拆解9 图4：特斯拉人形机器人零部件价量拆分10 图5：特斯拉人形机器人量产和应用场景探讨10 图6：丝杠基本功能原理11 图7：精密丝杠主要类型12 图8：行星滚柱丝杠应用领域12 图9：行星滚柱丝杠及相关构造拆解13 图10：丝杠导程与螺距关系13 图11：滚珠丝杠的核心结构参数13 图12：梯形丝杠示意图16 图13：梯形丝杠结构简单16 图14：滚珠丝杠结构16 图15：滚珠与滚道接触图16 图16：滚珠与滚道面的小接触点提高传动效率17 图17：螺母轴向载荷由滚珠的接触载荷轴向分量之和平衡17 图18：内循环式与外循环式滚珠丝杠18 图19：行星滚柱丝杠内部结构示意图18 图20：行星滚柱丝杠零部件18 图21：行星滚柱丝杠接触点比滚珠丝杠多19 图22：行星滚柱丝杠寿命比滚珠丝杠高19 图23：滚珠丝杠应力与负载集中在滚珠接触点19 图24：行星滚柱丝杠多个滚柱共同承受载荷19 图25：行星滚柱丝杠类型特点及应用领域20 图26：行星滚柱丝杠与加工制造相关的误差来源22 图27：滚柱一次滚压成形原理23 图28：轧辊及其局部图23 图29：热轧示意图24 图30：冷轧示意图24 图31：轧制丝杠生产率高24 图32：轧制滚柱齿形的应力较为集中24 图33：螺纹车削加工原理图25 图34：砂轮磨削加工外螺纹螺旋面27 图35：砂轮磨削加工螺母内螺纹27 图36：滚珠丝杠的磨削加工工艺流程27 图37：行星滚柱丝杠的磨削加工工艺流程27 图38：旋风硬铣削加工原理图29 图39：旋风铣五大加工运动29 图40：外螺纹旋铣系统29 图41：内螺纹铣削示意图29 图42：丝杠热处理工艺流程30 图43：丝杠热处理工艺曲线31 图44：机床进口数量与均价情况32 图45：热处理设备32 图46：金属加工机床分类33 图47：我国进口与出口磨床均价情况（单位：万美元/台）33 图48：我国进出口铣床均价情况（单位：万美元/台）35 图49：我国进出口铣刀均价情况（单位：美元/千克）35 图50：滚珠丝杠和行星滚柱丝杠发展历程36 图51：2022年国内中高端滚珠丝杠市场格局情况37 图52：2022年国内行星滚柱丝杠市场格局情况37 图53：滚珠丝杠应用领域39 图54：特斯拉Optimus关节展示39 图55：特斯拉关节分布39 图56：特斯拉Optimus机器人丝杠方案40 图57：拓普集团产品拓展图谱42 图58：三花汽零主要产品布局43 图59：北特科技历史沿革44 图60：北特科技股权结构图及控股公司情况44 图61：北特科技主要产品布局45 图62：北特科技营业收入及同比45 图63：北特科技归母净利润及同比45 图64：北特科技毛利率及净利率46 图65：北特科技期间费用率46 图66：贝斯特历史沿革49 图67：贝斯特股权结构图50 图68：贝斯特产业布局51 图69：贝斯特营收结构（亿元）51 图70：贝斯特营业收入及同比51 图71：贝斯特归母净利润及同比51 图72：贝斯特毛利率及净利率52 图73：贝斯特期间费用率52 图74：双林股份历史沿革56 图75：双林股份股权结构56 图76：双林股份产品体系57 图77：双林股份业务结构贡献情况（亿元）57 图78：双林股份业务结构贡献百分比情况（亿元）57 图79：公司核心业务座椅水平驱动器58 图80：双林股份国内与出口业务贡献百分比情况58 图81：双林股份部分客户矩阵58 图82：双林股份营业收入（亿元）及同比59 图83：双林股份归母净利润（亿元）及同比59 图84：双林股份毛利率及净利率59 图85：双林股份期间费用率59 图86：斯菱股份历史沿革64 图87：斯菱股份产品矩阵64 图88：斯菱股份股权架构65 图89：公司海内外营收情况（万元）65 图90：公司收入结构占比65 图91：斯菱股份营业收入及同比66 图92：斯菱股份归母净利润及同比66 图93：斯菱股份毛利率及净利率66 图94：斯菱股份期间费用率66 表1：大厂入局带来人形机器人进步发展8 表2：机器人与智能汽车的零部件具有一定相通性8 表3：丝杠关键技术指标、含义及影响因素13 表4：丝杠精度等级及部分应用领域要求14 表5：三种丝杠的核心参数对比及优缺点梳理15 表6：行星滚柱丝杠不同部位热处理方法21 表7：丝杠加工工艺对比22 表8：硬车削加工工艺情况25 表9：丝杆磨削加工工艺流程较长26 表10：行星滚柱丝杠不同零部件加工参数及工艺细节28 表11：秦川机床募投项目车、铣、磨床部分设备价格情况33 表12：国内磨床部分玩家相关信息梳理34 表13：国内外行星滚柱丝杠产品对比36 表14：国内丝杠主要玩家相关信息梳理（单位：亿元）37 表15：全球人形机器人关节用行星滚柱丝杠市场空间测算40 表16：北特科技业绩拆分（亿元）47 表17：未来3年盈利预测表(单位：百万元）47 表18：情景分析（乐观、中性、悲观）48 表19：可比公司估值49 表20：贝斯特核心管理层情况49 表21：贝斯特业绩拆分（亿元）53 表22：未来3年盈利预测表(单位：百万元）53 表23：情景分析（乐观、中性、悲观）54 表24：公司盈利预测假设条件（%）54 表25：资本成本假设54 表26：贝斯特FCFF估值55 表27：绝对估值相对折现率和永续增长率的敏感性分析（元）55 表28：可比公司估值56 表29：双林股份业绩拆分（亿元）60 表30：未来3年盈利预测表(单位：百万元）61 表31：情景分析（乐观、中性、悲观）61 表32：公司盈利预测假设条件（%）62 表33：资本成本假设62 表34：双林股份FCFF估值62 表35：绝对估值相对折现率和永续增长率的敏感性分析（元）62 表36：可比公司估值63 表37：公司主要行业内知名客户情况65 表38：斯菱股份业绩拆分（亿元）67 表39：未来3年盈利预测表(单位：百万元）68 表40：情景分析（乐观、中性、悲观）68 表41：公司盈利预测假设条件（%）69 表42：资本成本假设69 表43：斯菱股份FCFF估值69 表44：绝对估值相对折现率和永续增长率的敏感性分析（元）70 表45：可比公司估值70 前言：机器人与车端供应链高度重合度，带来产业升级机遇 总结：车端和人形机器人的部分零部件具一定技术相通性，供应链重合度较高，汽车领域有产品和技术储备的玩家有望实现车端向人形机器人产业的延伸。特斯拉机器人产品迭代迅速，有望给全球机器人市场带来“鲶鱼效应”，激发人形机器人玩家的活力。在车端与机器人端零部件共通性较高的前提下，叠加大厂入局+技术迭代+政策催化的加持，人形机器人发展有望持续推进，2025年有望成为量产元年，带来相关零部件企业的投资机遇。 机器人与车端供应链高度重合 特斯拉于2021年提出人形机器人相关设计概念，于2022年9月在AIDay上首次展示Optimus人形机器人产品，2023年5月特斯拉展示Optimus的进展，能够执行如捡起物品等任务，并在特斯拉工厂中执行简单任务，到23年底发布OptimusGen-2产品，实现性能、能力的全方位提升；马斯克预计特斯拉Optimus机器人价格最终可能会低于2万美元，量产预计可达数百万台，并宣称人形机器人将成为未来特斯拉长期重要价值来源；后续英伟达发布人型机器人模型，加速行业升级。我们认为特斯拉人形机器人有望给全球机器人市场带来类似于其在新能源汽车领域的“鲶鱼效应”，激发人形机器人玩家的活力。 图1：特斯拉人形机器人产品进展 资料来源：特斯拉官网，汽车之家，国信证券经济研究所整理 多家互联网科技巨头入局人形机器人赛道。国际方面，2024年3月英伟达推出人形机器人通用基础模型ProjectGR00T和基于NVIDIAThor系统级芯片（SoC）的新型人形机器人开发套件JetsonThor，高效运行多模态生成式AI模型，为人形机器人提供强大的算力支持，并于2024年10月推出AI小模型HOVER，仅有1.5M参数的神经网络，但足以控制人形机器人执行多种机体运动；英伟达投资的FigureAI在2024年8月推出新一代人形机器人Figure02；国内方面，小米于2022年发布全栈自研人形仿生机器人CyberOne，可实现双足运动姿态平衡，全身拥有21个自由度，可实现各自由度0.5ms级别的实时响应，充分模拟人各项动作。华为2023年6月成立全资子公司极目机器，2024年与乐聚机器人签署战略合作协议，24年6月，华为与乐聚机器人合作的跨服机器人在华为HDC2024开发者大会首度亮相，是国内首款搭载鸿蒙操作系统的全尺寸人形机器人。 表1：大厂入局带来人形机器人进步发展 头部企业机器人相关动态 特斯拉 英伟达 小米 1.2022年2月，特斯拉推出初代擎天柱原型机。 2.2022年4月-9月，特斯拉完成原型机的多次迭代，擎天柱可以步行、手臂摇摆、脚趾离地等动作，其骨盆结构得以优化。 3.2023年5月，特斯拉通过视频演示了人形机器人行走及工作过程。 4.2023年12月，特斯拉发布第二代人形机器人Optimus，并于2024年7月在世界人工智能大会亮相，采用了全部由特斯拉自主设计和制造的执行器和传感器，行走速度提高了30%，重量减轻了10公斤，平衡感和身体控制能力得到改善。 1.2018年，英伟达推出包含全新硬件、软件和虚拟世界机器人模拟器的NVIDIAIsaac，专为机器人设计的计算机平台JetsonXavier和相关的机器人软件工具包。 2.2023年5月，英伟达对适用于边缘AI和机器人的NVIDIAJetson平台上的Metropolis和Isaac框架进行软件扩展。 3.2024年2月，英伟达成立通用具身智能团队GEAR。与多家领先的人形机器人公司合作，共同开发综合AI平台，如1XTechnologies、AgilityRobotics、Apptronik、波士顿动力公司、FigureAI、傅利叶智能、SanctuaryAI、宇树科技和小鹏鹏行等。 4.2024年3月，英伟达推出人形机器人通用基础模型ProjectGR00T和基于NVIDIAThor系统级芯片（SoC）的新型人形机器人开发套件JetsonThor，拥有强大的计算能力和优化的模块化架构，能够高效运行多模态生成式AI模型，为人形机器人提供强大的算力支持。5.2024年10月，英伟达GEAR团队发布AI小模型HOVER，仅有1.5M参数的神经网络，但足以控制人形机器人执行多种机体运动。 1.2022年8月，小米发布了全栈自研人形仿生机器人CyberOne，通过机械关节模组和全身控制算法实现双足运