>> 東方證券-人形機器人系列報告：結構輕量化經驗或可復制至人形機器人的軸承、絲杠和減速器-240312
| 上傳日期： |
2024/3/12 |
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| 976KB |
| 格式： |
pdf 共20頁 |
來源： |
東方證券 |
| 評級： |
強于大市 |
作者： |
王天一,楊震,丁昊 |
| 下載權限： |
此報告為加密報告 |
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核心觀點
特斯拉Optimus Gen2重量減輕10kg，人形機器人輕量化是必然趨勢。2023年12月12日，特斯拉發(fā)布了第二代人形機器人擎天柱Optimus Gen2，重量減輕10kg。輕量化發(fā)展有利于提升人形機器人的機動性、速度以及動作準確度和續(xù)航能力，是產業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
機器人的輕量化主要是從材料和結構這兩個方面來實現(xiàn)。但基于材料的方法，需采用新型材料，如鎂、鋁合金和碳纖維復材等，其成本高且加工難度大，同時材料輕量化也需和結構設計相互耦合。與其相比，基于結構優(yōu)化的方法只需改變結構形狀，其成本低且容易實現(xiàn)，因而結構輕量化就成了機器人輕量化設計的主要方法。
結構優(yōu)化法在汽車軸承、RV減速器、絲杠以及機器人等領域都有成功應用案例，可在性能不變或提升的情況下大幅減輕質量。結構優(yōu)化方法分為尺寸優(yōu)化，形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化3種。根據(jù)相關文獻，經過拓撲優(yōu)化后的汽車K57G0后傳動軸質量可減輕10%；經過拓撲優(yōu)化后，RV減速器性能保持的情況下其主要部件質量有所減輕；經結構優(yōu)化后，近滿載航天伺服反向式行星滾柱絲杠副IPRSM相較于具有同等應用載荷的國外IPRSM，體積和重量減小約30%，同時具有更高的傳動效率和傳動精度，綜合性能優(yōu)異。此外，結構優(yōu)化法在機器人機械上臂、六軸機器人、機器人大腿等領域亦有成功應用案例。BaiYunfei等人對機器人SR-165的上臂實施了拓撲優(yōu)化，優(yōu)化后的上臂比原始結構各項性能均有所提高，且質量輕55.6%。呂鑫等從材料和結構兩方面對六軸機器人進行輕量化設計，成功將質量減輕26.5%。王權等使用變密度法優(yōu)化了WABIAN-2R機器人的大腿結構，在強度、剛度、固有頻率不變的情況下移除了48.5%的材料。葛海波等用衍生式設計方法完全改變機器人腿部支架形狀，將機器人腿部支架減輕了超過50%。
我們認為結構輕量化的成功經驗或可復制到人形機器人領域，主要是由于當前人形機器人產業(yè)處在早期階段，對應的設計方案在不斷地更新迭代，其中也包含對軸承、絲杠、減速器類產品的優(yōu)化升級。以特斯拉人形機器人為例，其包含了14個旋轉執(zhí)行器和14個線性執(zhí)行器，即56個軸承類產品（14個角接觸球軸承+14個交叉滾子軸承+14個滾珠軸承+14個四點接觸軸承）、14個行星滾柱絲杠和14個諧波減速器，假設旋轉執(zhí)行器和線性執(zhí)行器相應的總質量減輕10%、20%、30%、40%、50%，則人形機器人單機可減輕3.8、7.7、11.5、15.3、19.1千克。
投資建議與投資標的
機器人輕量化后可大幅提高運動的機動性和工作效率，進而改善操作速度和動作準確度，同時減輕運動慣性，提高機器人的本質安全性。因此，輕量化后的人形機器人效率會更高，對控制或關節(jié)的要求可能會下降，所需的執(zhí)行功能的難度也可能會降低，這有利于推動量產節(jié)點的提前和降低大規(guī)模量產的門檻。我們認為全球包括中國的優(yōu)秀制造業(yè)企業(yè)積累了深厚的結構輕量化的成功經驗，或將之復制到人形機器人領域，建議關注產業(yè)鏈相關公司：1）絲杠和軸承：五洲新春(603667，買入)、北特科技(603009，未評級)、恒立液壓(601100，未評級)、貝斯特(300580，未評級)、秦川機床(000837，未評級)、鼎智科技(873593，未評級)、禾川科技(688320，未評級)、新坐標(603040，未評級)、金沃股份(300984，未評級)等；2）減速器：綠的諧波(688017，未評級)、夏廈精密(001306，未評級)、中大力德(002896，未評級)、秦川機床(000837，未評級)、豐立智能(301368，未評級)、昊志機電(300503，未評級)、國茂股份(603915，未評級)、雙環(huán)傳動(002472，未評級)、豪能股份(603809，未評級)、精鍛科技(300258，買入)、漢宇集團(300403，未評級)等。
風險提示：人形機器人進展不及預期；輕量化進展不及預期；國產替代進程不及預期；行業(yè)競爭加??；假設條件變化影響測算結果。
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