机器人产业链专题报告:机器人的关节-精密执行器

方案不断迭代、成本持续下降,Tesla Optimus在产业化的道路上奋力奔跑。

方案不断迭代、成本持续下降,Tesla Optimus在产业化的道路上奋力奔跑。马斯克预计Tesla Optimus最终售价将在 2 万美金以下,有很大降本空间。从去年特斯拉开放日到近期的股东大会上,特斯拉人形机器人技术迭代的速度超出了市场的预期,产业链核心部件降本的速度也非常快。我们目前还无法判断产业链上具体环节成本下降的幅度和时间,但降本的趋势是确定的,技术快速迭代和成本大幅下降将加速 Tesla Optimus 产业化和规模化,Tesla 电动车产业化进程可作参考。

执行器决定机器人的负荷和精度,微特电机和执行器有望在人形机器人上大规模应用。执行器是机器人的核心部件,参考工业机器人成本构成,执行器(减速器)成本占比 35%,伺服控制系统占比 25%(伺服电机+驱动器),控制器占比 10%。预计 Tesla Optimus 旋转执行器方案为:永磁无刷电机+谐波减速器+抱闸+双编码器+力矩传感器+轴承,采用谐波传感器的优点:小体积,大速比,扭矩密度比较高。预计直线执行器方案为:永磁无刷电机+行星滚柱丝杠+位置编码器+力传感器+轴承,采用线性执行器驱动器关节的优势:高精度、低能耗、高负载、高空间利用率、具备自锁能力。我们预计特斯拉 Optimus身体关节共有 28 个,对微特电机及执行器的需求将大幅增加。

预计人形机器人对执行器的需求弹性排序为:行星滚柱丝杠>谐波减速器>行星滚珠丝杠>滑动丝杠>轴承。我们进行了执行器需求的敏感性分析,当 Tesla Optimus 年销量达到 100 万台时,将新增谐波减速器年需求 1400 万台(2022 年市场规模 100 万台)。Tesla 尚未公布其线性执行器方案,我们猜测可能有两种:方案 1:4 个滑动丝杠+8 个行星滚柱丝杠;方案 2:14 个滚珠丝杠。假设采取方案 1,将新增行星滚柱丝杠年需求 800 万台(2022 年 12 万台)及滑动丝杠 400 万台;假设采取方案 2,将新增高精度滚珠丝杠年需求 1400 万台(2022 年中国市场规模 1400 万台,主要集中在中低端产品)。

技术壁垒:主要体现在设计、材料、工艺和加工精度上,在产品性能上表现为精度保持度、寿命、故障率等。以谐波减速器为例进行说明:1)在设计上,绿的谐波的 P 齿形、来福谐波的δ齿形率先打破垄断,新进入厂商很难避开哈默纳科专利限制设计优良性能的齿形;2)材料:国外提纯技术较高、杂质少,因此国产谐波减速器的柔轮材料长期依赖进口;3)工艺:国产厂商在柔轮的热处理工艺、慢走丝、连续切割等加工工艺上还需要经验积累;4)精加工:热处理、磨齿机、三坐标等关键设备依赖进口。

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