>> 招商證券-機(jī)械行業(yè)機(jī)器人系列報(bào)告(七)：人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器技術(shù)全梳理-231123
| 上傳日期： |
2023/11/24 |
大小： |
2814KB |
| 格式： |
pdf 共47頁(yè) |
來(lái)源： |
招商證券 |
| 評(píng)級(jí)： |
增持 |
作者： |
胡小禹,劉巍,吳洋 |
| 行業(yè)名稱(chēng)： |
機(jī)械 |
| 下載權(quán)限： |
此報(bào)告為加密報(bào)告 |
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本篇報(bào)告系統(tǒng)性地梳理了人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器及其核心零部件，我們認(rèn)為機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器及零部件在即將到來(lái)的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)爆發(fā)中將充分受益，行業(yè)規(guī)模大幅擴(kuò)增，國(guó)內(nèi)廠商具備較強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)與技術(shù)能力，給予行業(yè)“推薦”評(píng)級(jí)。
旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器是人形機(jī)器人傳動(dòng)的核心部件。機(jī)器人執(zhí)行器將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，是機(jī)器人核心的傳動(dòng)部件，按照運(yùn)動(dòng)類(lèi)型分為旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和直線執(zhí)行器。按照能量來(lái)源分為液壓、氣動(dòng)和電機(jī)執(zhí)行器。按照驅(qū)動(dòng)方式還可分為剛性執(zhí)行器、彈性執(zhí)行器和準(zhǔn)直驅(qū)執(zhí)行器。目前機(jī)器人中常用的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的剛性或半剛性執(zhí)行器。
從目前已經(jīng)發(fā)布的人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中可以總結(jié)出，減速器（諧波減速器或行星減速器）、電機(jī)（力矩電機(jī)）、控制器、編碼器（位置傳感器）、力/力矩傳感器和軸承是旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器核心零部件。特斯拉Optimus旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器采用電機(jī)+諧波減速器+位置/力矩傳感器+離合器設(shè)計(jì)方案；小鵬PX5人形機(jī)器人執(zhí)行器采用諧波減速器+行星減速器兩種方案；優(yōu)必選設(shè)計(jì)了大型和中小型兩種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器方案，其中大型方案包括了諧波減速器和行星減速器兩種方案；小米Cyber Gear執(zhí)行器采用高性能伺服電機(jī)+行星減速器+驅(qū)動(dòng)器+單編絕對(duì)值編碼器方案；智元PowerFlow關(guān)節(jié)電機(jī)（執(zhí)行器）采用了準(zhǔn)直驅(qū)關(guān)節(jié)方案，包含行星減速器、共軛同軸雙編碼器；傅利葉智能自研FSA高性能一體化執(zhí)行器集成電機(jī)+驅(qū)動(dòng)器+減速器+編碼器；宇樹(shù)M107關(guān)節(jié)電機(jī)（執(zhí)行器）核心零部件包括伺服電機(jī)、減速器、控制器均為宇樹(shù)自研自產(chǎn)；綠的諧波KAH旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器將諧波減速器、力矩電機(jī)、電磁制動(dòng)器、編碼器、驅(qū)動(dòng)器等集成一體；KAT旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器融合高精度諧波減速器、無(wú)框力矩電機(jī)、中空軸高分辨率絕對(duì)值編碼器、制動(dòng)器、智能傳感器等于一體。
旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)減速器以諧波減速器為主，行星減速器具備替代空間。諧波減速器具有體積小、質(zhì)量小、運(yùn)動(dòng)精度高并能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作的優(yōu)點(diǎn)，因此相比于RV等其他減速器更適合人形機(jī)器人執(zhí)行器。精密行星減速器價(jià)格低于諧波減速器，并且承載能力和效率更強(qiáng)。在對(duì)精度要求較低的關(guān)節(jié)上使用行星減速器取代諧波減速器能夠降低機(jī)器人生產(chǎn)成本。
電機(jī)系統(tǒng)以無(wú)框力矩電機(jī)為主。無(wú)框力矩電機(jī)沒(méi)有軸、軸承、外殼、反饋或端蓋，只包含定子和轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子為中空結(jié)構(gòu)，方便關(guān)節(jié)的內(nèi)部走線。力矩電機(jī)的重要特點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)緊湊體積小、重量輕，可實(shí)現(xiàn)“零傳動(dòng)鏈”、無(wú)機(jī)械摩擦、365天免維護(hù)、精度長(zhǎng)久保持。因此力矩電機(jī)在機(jī)器人關(guān)節(jié)、醫(yī)療機(jī)器人、傳感器萬(wàn)向節(jié)、無(wú)人機(jī)推進(jìn)和制導(dǎo)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。
光式編碼器與磁式編碼器各有所長(zhǎng)，雙編碼器方案能夠改善控制精度。編碼器是編碼旋轉(zhuǎn)角度、線性位移及速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的傳感器。人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)要兼顧動(dòng)作的精確性和可耐受工作環(huán)境的惡劣程度兩方面要求。采用光式編碼器的機(jī)器人可以達(dá)到更高的動(dòng)作精確度，而使用磁式編碼器的機(jī)器人可以適應(yīng)更加復(fù)雜的工作環(huán)境。雙編碼器方案中，電機(jī)側(cè)編碼器用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，輸出側(cè)編碼器用來(lái)測(cè)量輸出位置的變化。因此，雙編碼器方案可以同時(shí)監(jiān)控電機(jī)和齒輪箱側(cè)的速度和位置，相比單編碼器可更高精度控制關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡。
軸承在機(jī)器人的關(guān)節(jié)連接處、減速器和電機(jī)中均有分布。在直線關(guān)節(jié)處通常使用深溝球軸承和四點(diǎn)接觸軸承。在諧波減速器中，同時(shí)需要?jiǎng)傂暂S承和柔性軸承各一個(gè)，其中剛性軸承一般為交叉圓柱滾子軸承，滾動(dòng)體為圓柱滾子，分布于互成垂直排列的滾道中。行星減速機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，形狀多樣，因而軸承應(yīng)用繁多，涉及深溝球軸承，角接觸球軸承，圓錐滾子軸承，沖壓滾針軸承及雙列角接觸球軸承等。
主要上市公司：①三花智控（家電覆蓋）：公司正推動(dòng)GDR項(xiàng)目并擬在瑞士交易所上市，擬募資2億元金用于建設(shè)機(jī)器人機(jī)電執(zhí)行器研發(fā)項(xiàng)目。②綠的諧波：國(guó)產(chǎn)諧波減速器龍頭，同時(shí)公司面向移動(dòng)機(jī)器人一體化關(guān)節(jié)領(lǐng)域所需的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、電液驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)兩大主流技術(shù)路徑進(jìn)行了相應(yīng)布局，具備KAH/KAT等型號(hào)的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、KMF無(wú)框力矩電機(jī)、機(jī)器人用電液伺服驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)等產(chǎn)品線。③雙環(huán)傳動(dòng)/環(huán)動(dòng)科技（汽車(chē)覆蓋）：雙環(huán)傳動(dòng)控股子公司環(huán)動(dòng)科技從事機(jī)器人關(guān)節(jié)高精密減速機(jī)的研制及產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品主要分為擺線行星減速機(jī)和諧波減速機(jī)兩大類(lèi)。④步科股份（電新覆蓋）：公司自主研發(fā)伺服系統(tǒng)、無(wú)框力矩電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等產(chǎn)品在機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。⑤五洲新春：公司重視機(jī)器人業(yè)務(wù)，銷(xiāo)售諧波減速器軸承，積極研發(fā)RV減速器圓錐滾子軸承、定制化球軸承、交叉滾子軸承等新產(chǎn)品。⑥奧普光電（軍工覆蓋）：奧普光電子公司禹衡光學(xué)具備適用于機(jī)器人的編碼器產(chǎn)品，現(xiàn)已應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。⑦昊志機(jī)電：公司機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相關(guān)產(chǎn)品包含諧波減速器、RV減速器、編碼器、控制器、無(wú)框力矩電機(jī)等。⑧匯川技術(shù)（電新覆蓋）：國(guó)內(nèi)工控行業(yè)龍頭，工業(yè)機(jī)器人業(yè)務(wù)處于國(guó)產(chǎn)品牌頭部，具備自制電機(jī)、伺服系統(tǒng)、編碼器等核心部件能力。⑨偉創(chuàng)電氣（電新覆蓋）：202
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