(报告出品方/作者:安信证券,郭倩倩、李疆)
1.减速器:机器人产业链不可或缺的核心零部件
机器人品类众多,产业链庞大。按照结构功能和应用领域,可分为工业机器人、协作机器人、服务机器人和特种机器人四大类。工业机器人:面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。自动执行工作的机械装臵,靠自身动力和控制能力来高精度地重复执行特定工作。体积较大,相对而言比较危险,一般被限制在特定的工作区域独立工作。工业机器人产业链上游为三大核心零部件(减速器、伺服、控制器),中游为工业机器人(多关节机器人、SCARA平面多关节机器人、delta并联机器人、直角坐标机器人等),下游系统集成应用领域(焊接、装卸、装配、喷涂、上下料等),主要服务汽车、电子、金属、化学制品和食品等对自动化、智能化需求较高的终端行业。
协作机器人:在工业生产中实现人机协作的功能。相较于工业机器人,协作机器人冲破了安全护栏的束缚,可在生产线上与人协同工作,充分发挥了机器人的效率和人的智能。相对而言,协作机器人更轻量化,更友好,性价比更高,并且更安全,一旦发生触碰,可立即停止。一般而言,协作机器人工作负载较小,重量较轻,只使用谐波减速器。产业链上游包括力矩电机、伺服驱动、谐波减速器、传感器和编码器,中游为协作机器人本体,下游覆盖焊接胶合、组装装配、抛光打磨、产品包装、上下料、检测测试等工序。
服务机器人:提供服务,但不从事工业生产。是一种半自主或全自主工作的机器人,能为人类提供保养、修理、运输、清晰、保安、救援、监护等功能。从中长期看,人口老龄化、用工成本上升、产业升级都意味着这类机器人有巨大的市场潜力。服务机器人产业链上游包括芯片、伺服系统、控制器、传感器、减速器以及机器视觉、语音识别等系统集成,中游包括各类服务机器人制造,下游涵盖众多服务行业:餐饮、酒店、医疗、养老、物流、消防、家政等。
特种机器人:应用于专业领域,辅助替代执行各种任务。常见功能有采掘、安装、检测、维护、维修、巡检、侦查、排爆、搜救、输送、诊断、清洁等功能,运用于农业、电力、建筑、物流、医用护理、安防救援、军事、核工业、采矿等领域。从工业机器人成本构成来看,减速器是价值占比最高的核心零部件。根据OFWeek的统计,工业机器人中减速器/伺服系统/控制系统/机器人本体/其他这五部分的价值占比分别为35%/25%/10%/15%/15%。
减速器配套电机,降低转速,提升扭矩,是机器人产业链不可或缺的核心零部件。以优傲UR5协作机器人为例,关节处利用电机实现转动,但电机功率有限,转速很高,这带来两个问题:电机直接输出的扭矩较小,无法承受负载;机器人关节转动不需要电机那样的高转速。因此,通常需要在电机的输出端安装减速器,从而降低转速,提升扭矩。
减速器可分为通用、专用、精密减速器,其中应用于机器人产业的主要为精密减速器。①通用减速器:一般指齿轮减速器、蜗杆涡轮减速器和行星减速器,以中小型为主,广泛应用于各个行业;②专用减速器:一般以大型、特大型为主,多为行业专用减速器,比如汽车减速器、光伏减速器、风电减速器;③精密减速器:以微型、小型为主,一般指RV减速器或者谐波减速器,广泛用于工业机器人、机床、半导体、航空航天等高精度场景,尤其大量运用在关节型机器人上。
精密减速器中,相对于RV减速器,谐波减速器结构更简单,质量和体积更小,单级传动比和精密度更高,在机器人领域具有无可替代的地位。RV减速器:传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性和扭矩承载能力,在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势,但同时因为其重量重、外形尺寸较大的特性,无法向轻便、灵活的轻负载领域发展。谐波减速器:具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点。与一般减速器比较,在输出力矩相同时,谐波减速器的体积可减少2/3,重量可减轻1/2,这使其在机器人小臂、腕部、手部等对轻便、灵活要求较高的部件具有无可替代的优势。
2.TESLA人形机器人:有望成为谐波减速器的蓝海市场
人形机器人,是指拥有与人类似的身体结构,能够使用双足行走,具备一定的人工智能功能的机器人。由于从外形上看更亲切,因而其最初的设计定位是一种服务机器人,应用于和人类直接接触的场景中,例如家庭、学校、餐厅、候机厅、表演等。人形机器人和服务机器人最大的区别在于人形机器人需要保持平衡。普通服务机器人有底盘,用轮式驱动,不存在摔倒问题,只需要按照设定轨迹移动,并能实现一定程度的爬坡即可;人形机器人比服务机器人高度更高,需要靠双足行走,既要走得稳,还要走得快,并需要适应不同的地面。由于结构更接近人形,每个关节受力更加复杂,对减速器负载和电机响应速度要求更高。
Tesla布局人形机器人,年有望成为人形机器人发展的标志性年份。年,马斯克首次透露人形机器人“擎天柱”概念图和相关视频,年6月21日,马斯克宣布将于9月30日推出TeslaBot“Optimus(擎天柱)”原型机,人形机器人产业链
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