>> 華泰證券-通用機(jī)械行業(yè)專題研究-人形機(jī)器人再探討：絲桿-230924
| 上傳日期： |
2023/9/24 |
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| 423KB |
| 格式： |
pdf 共4頁 |
來源： |
華泰證券 |
| 評級： |
增持 |
作者： |
倪正洋 |
| 行業(yè)名稱： |
機(jī)械 |
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絲桿為線性執(zhí)行器關(guān)鍵部件，面臨高端磨床供給受限/傳動效率低等問題
絲杠是線性執(zhí)行器中將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的核心部件，主要分為滑動絲杠、滾珠絲杠、滾柱絲杠以及靜壓絲杠。線性和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器都可用于人形機(jī)器人腿部，我們認(rèn)為兩者的選型取決于應(yīng)用場景，前者適用于高承載場景，后者適用于高爆發(fā)場景。磨削和軋制是絲杠的兩種主要加工工藝，其中高精度絲杠的磨削受限于高精度磨床的供給，軋制精度受限于軋機(jī)精度和材料表面處理等。高端磨床國產(chǎn)化以及軋制工藝的柔性化可助力絲杠生產(chǎn)，提升加工精度、改善潤滑條件、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計可提高滑動絲杠和滾柱絲杠傳動效率。
腿部的線性/旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器選型取決于應(yīng)用場景，分別面向高承載/高爆發(fā)需求
目前人形機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)有線性執(zhí)行器和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器兩種方案。線性執(zhí)行器多采用絲桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，我們認(rèn)為其更適用于角度變化不大的手臂、腿等關(guān)節(jié)；旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器多采用電機(jī)加減速器的方案直接輸出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，適用于大角度轉(zhuǎn)動的肩、髖等關(guān)節(jié)。執(zhí)行器的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場景的不同而變化，我們認(rèn)為腿部的線性和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器選型取決于應(yīng)用場景，旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器相應(yīng)更加快速，還可搭配彈簧儲存或者釋放能量，比如當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行跳躍動作時，其釋放能量更有爆發(fā)性。線性執(zhí)行器體積小且具備較好的抗沖擊性，適合應(yīng)用于承載力高的場景。
絲杠制造設(shè)備和生產(chǎn)精度受限，磨床國產(chǎn)化/軋制柔性化可作為解決方案
絲杠的制造工藝主要分為軋制和磨削，其中軋制適用于大規(guī)模粗加工，精度在P5級左右。磨削適用于精密制造，使用磨削加工的滾珠絲杠最高可達(dá)到P1級，但制造成本遠(yuǎn)高于前者。高端磨床是磨削的核心設(shè)備，由于海外高端磨床出口方面的管制，高精度絲杠制作面臨難題。未來對于精度要求不高的絲杠生產(chǎn)而言，軋制工藝或?qū)⒊蔀楦鼉?yōu)解。軋制工藝形成的滾道表面強(qiáng)度、光潔度高，生產(chǎn)效率比磨削高出20-50倍，但存在軋機(jī)精度低、材料表面處理等問題。對此，可利用對加工過程中的柔性控制提高軋制的精度。
滑動/滾柱絲杠傳動效率較低，加工精度/潤滑條件/結(jié)構(gòu)設(shè)計有待改進(jìn)
滾珠絲杠為點(diǎn)接觸滾動摩擦，滑動絲杠為線接觸滑動摩擦，故相比之下前者傳動效率可高達(dá)90%以上，后者僅在25-50%。滾柱絲杠為線接觸滾動摩擦，故其傳動效率低于滾珠絲杠?；瑒咏z杠使用過程中的摩擦損失導(dǎo)致傳動效率低下，并且當(dāng)發(fā)生螺紋加工誤差大、潤滑條件差、彈性變形大等問題時，摩擦損失會更嚴(yán)重；當(dāng)滾柱絲杠中出現(xiàn)絲杠和螺母間隙過大、預(yù)緊力不合理等問題時也會增大摩擦力矩，可通過提高加工精度、使用組合螺母減小連接間隙、優(yōu)化軸向預(yù)緊力防止螺母松動等措施提升滑動和滾柱絲杠的傳動效率。
風(fēng)險提示：高端磨床國產(chǎn)化不及預(yù)期、軋制工藝柔性化不及預(yù)期、傳動效率提高不及預(yù)期。
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