人形机器人“肌肉”部件,行星滚柱丝杠前景可期——丝杠行业专题报告

关键字: 人形机器人 , 行星滚柱丝杠 , 滚珠丝杠
2023-08-30
潘俊宇
兴业研究公司高端装备行业助理研究员
制造行业部
邹刚
兴业研究公司高端装备行业高级研究员
制造行业部

行星滚柱丝杠是一种直线运动执行器,广泛应用于工业制造、航空航天、交通运输等领域。涉及材料、工艺、装配等核心技术和工艺,高端产品壁垒较高,目前国产化处于起步阶段。滚珠丝杠技术含量介于滑动丝杠、行星滚柱丝杠之间,与行星滚柱丝杠结构相似,部分生产设备和工艺通用,国产化率相对较高,头部滚珠丝杠厂商具备切入行星滚柱丝杠的可能性。人形机器人中,行星滚柱丝杠将作为关键运动零部件,迎来新的应用场景和市场需求,国内相关企业也迎来市场扩大和进口替代的发展机遇。

丝杠是一种将旋转运动转换为直线运动的传动部件。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上较常使用的传动元件。行星滚柱丝杠将螺旋运动和行星运动结合,具有高负载、高精度的特征。标准式行星滚柱丝杠应用最为广泛,反向式结构紧凑想象空间最大。

机械性能优异,特斯拉人形机器人大量使用,有望迎来发展新机遇。运动能力是人形机器人发展的关键,对于功耗、灵活性、稳定性具有较高要求。相对于液压驱动、齿轮齿条等方案,以行星滚柱丝杠作为核心的直线执行器具有结构简单、体积紧凑、功率密度高等优势,将是人形机器人关节驱动的核心解决方案。随着以特斯拉为代表的企业纷纷加入人形机器人的研发,行星滚柱丝杠也迎来新的发展机遇,若特斯拉Optimus出货量50万台,行星滚柱丝杠增量市场规模超70亿人民币。

行星滚柱丝杠领域存在较高技术壁垒,其中制造工艺是核心壁垒。行星滚柱丝杠领域存在四大技术壁垒,分别为制造工艺壁垒、设备壁垒、设计壁垒、材料壁垒,其中制造工艺壁垒最难突破。螺纹的加工方式有切削、磨削、滚轧成型等。欧洲厂商目前多采用磨削和滚轧成形,国内厂商主要采用切削或非精密磨削。磨削是加工螺纹精度最高的工艺,可达到P1级。降低机床误差、热变形误差以及装配误差是国产厂商的重点努力方向。

滚珠/柱丝杠的行业特征。1)目前滚珠丝杠的下游应用多样,企业多采用柔性化生产模式来确保生产线在不同产品批次之间快速切换,生产具有“小批量、多批次”的特点。2)针对不同客户采取直销为主、经销为辅的销售策略。 3)高毛利、高研发投入是行业主要财务特征。

欧美品牌主导全球行星滚柱丝杠市场,中国企业起步较晚,市场份额有待提升。国内外行星滚柱丝杠发展阶段差异较大。国内行星滚柱丝杠理论研究仍处于早期阶段。目前世界范围内生产厂家主要有Ewellix(瑞典)、Rollvis(瑞士)、GSA(瑞士)、Rexroth(德国)等。我国行星滚柱丝杠企业主要分布在江苏省、山东省、广东省等区域。

业务机会与风险提示。1)行业趋势展望:行星滚柱丝杠作为机械工业中的精密传动部件,有望随着人形机器人发展迎来新机遇,与此同时,市场机会的增多也将加速国内品牌的崛起,在新兴和传统应用领域提高国产化率。2)业务机会:国内相关企业有望迎来产品应用场景扩大,总体市场规模增长,以及国产替代的发展机遇,关注相关企业股权投资和债权等相关业务机会。3)风险提示:人形机器人发展不及预期;国际贸易摩擦的风险;原材料价格波动风险。

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