證券研究報告

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2023年12月26日多

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題人形機器人系列：人形機器人星辰大海，國內廠商迎來新機遇報告摘要

行星滾柱絲杠為降本需求迫切的關節零部件，國內廠商積極推進，致力于實現其低成本量產，絲杠制造商及上游設備供應商或充分受益。

Optimus人形機器人需使用六維力傳感器、IMU及觸覺傳感器，相關廠商迎來新機遇。

人形機器人旋轉執行器核心在于參數耦合及定制化，直線執行器核心在于行星滾柱絲杠的低成本、規模化量產。電機為機器人力量之源，加速推進。

人形機器人是具身智能發展的理想最終形態，涉及的計算機應用技術范圍更廣更深。多模態大模型是提升機器人感知與交互的關鍵。視覺技術是機器人感知中最重要部分，品牌銷售繼續提升。機器人廠商多自研認知與決策算法，夯實核心競爭力。

人形機器人行業星辰大海，相關汽車零部件廠商或受益。Optimus人形機器人與新能車行業在產業鏈及算法等方面存在技術協同，產業化進程提速。

建議關注：執行器總成：三花智控、拓普集團；減速器：綠的諧波、雙環傳動等；絲杠：貝斯特、五洲新春、北特科技、秦川機床、日發精機、華辰裝備、浙海德曼等；傳感器：東華測試、柯力傳感、敏芯股份、明皜傳感（未上市）、華依科技、漢威科技等；電機：步科股份、鳴志電器、鼎智科技等。

風險提示：人形機器人應用場景開拓不及預期，產業鏈降本不及預期，國內供應商研發進展不及預期。201重點關注絲杠、絲杠設備及傳感器環節的投資機會絲杠是實現旋轉運動與直線運動相互轉化的傳動機構，行星滾柱絲杠為最優異品類滾動功能部件是以滾動摩擦為特征，由具有傳動、定位、導向、分度等功能組成的零部件群，主要包括滾珠絲杠副及滾動直線導軌副。三類絲杠性能對比（表中“M”為便于對比的相對指標）梯形絲杠滑動摩擦有滾珠絲杠滾動摩擦無行星滾柱絲杠滾動摩擦無行星滾柱絲杠是綜合性能最優異的絲杠品類。絲杠是一種傳動機構，可實現旋轉運動與直線運動的相互轉化，目前常見的絲杠品種包括梯形絲杠、滾珠絲杠與行星滾柱絲杠。梯形絲杠通過滑動摩擦來傳動，價格低，但傳動效率等性能較弱，多用于工作要求低的場景；滾珠絲杠內置滾珠，通過滾珠的滾動摩擦實現傳動，傳動精度與傳動效率高；行星滾柱絲杠通過滾柱與絲杠、螺母的螺紋嚙合進行傳動，承載力強，并兼具強工況適應性、小體積、長壽命等優勢，是綜合性能最優異的絲杠品類。摩擦方式自鎖性噪音指標較低很低導程精度低，品質參差不齊

較高，通常為毫米級

高，可達微米級難以實現，滑動運動微進給存在爬行現象可實現滾珠易沖擊，平穩性可實現運動平穩性傳動效率相對成本相對壽命相對體積（同載荷）相對動載相對靜載相對旋轉速度較弱90%-96%M*(2~3)M平穩90%（潤滑良好時）M*(3~5)26%-46%M<<M15M滾珠絲杠結構圖例行星滾柱絲杠結構圖例MMM2/3*M>3M<M3MMM2M工作環境溫度范圍2M高負載、高精度、工況惡劣的場景應用場景加工及裝配工藝性工作要求低的場景

需要精密傳動的場景簡單復雜很低國產化率高超60%4資料：《行星滾柱絲杠電動缸應用現狀》，《E公司滾柱絲杠產品營銷策略研究》，《精密行星滾柱絲杠副行程誤差影響因素試驗研究》等，方正證券研究所人形機器人產業進程提速打開絲杠成長空間，高端絲杠進行時絲杠應用范圍廣闊，機床是最主要場景，人形機器人產業化落地打開絲杠成長空間。絲杠承擔傳動、定位的職能，具備一定通用品屬性，在機床、航空航天、汽車等多個領域均有應用，其中機床是最主要且精度要求最高的應用場景。人形機器人是具身智能的優秀物理載體，有望替代人類從事危險、重復、無聊的工作，具有廣闊的發展前景。特斯拉人形機器人主要采用執行器對關節進行驅動，其中線性執行器采用反式行星滾柱絲杠方案，它具有結構緊湊、承載力大等特點。國內廠商在中低端絲杠市場占據一席之地，但高端絲杠市場仍由海外廠商主導。國內廠商在絲杠領域的研究顯著晚于海外，高端絲杠在產品性能、生產一致性等方面落后于海外競手。根據金屬加工公眾號及《E公司滾柱絲杠產品營銷策略研究》，南京工藝、漢江機床等中國大陸廠商在國內中低端滾珠絲杠市場占據30%份額，但國內高端滾珠絲杠及行星滾柱絲杠市場仍由日德等海外廠商主導。滾動功能部件的下游應用場景0.60.50.40.30.20.10特斯拉人形機器人線性執行器中采用反向行星滾柱絲杠海外廠商占據高端絲杠市場的主要份額5資料：第三屆滾動功能部件用戶調查分析報告，TeslaAIDay2022，金屬加工公眾號，《E公司滾柱絲杠產品營銷策略研究》，方正證券研究所相關標的——絲杠

建議關注：?

貝斯特：公司專注于精密零部件與智能裝備及工裝產品的研發、生產與銷售，業務主要包括渦輪增壓器零部件、新能源汽車零部件及滾動功能部件。渦輪增壓器零部件業務為公司營收占比過半的業務，公司通過兼并收購入局新能車零部件，產能建設持續推進；滾動功能部件業務方面，產品包括滾珠/滾柱絲杠副、高精度滾動導軌副等，打開公司成長空間。公司起家于工裝夾具，具備精加工技術積淀，其主營產品如葉輪、中間殼等與絲杠存在一定技術協同。此外，公司積極引入絲杠相關專業技術和管理人才，引入上百臺進口設備。公司與國內機床廠商有多年合作經驗，在滾動功能部件產品的迭代優化及客戶導入均具備先發優勢。?

五洲新春：公司主營產品包括軸承、精密機械零部件與汽車安全系統、熱管理系統零部件，以軸承核心關聯技術為依托向風電滾子等領域拓展。公司具備全球先進的軸承磨前技術，與軸承套圈、風電、汽車等下游頭部客戶均有廣泛合作。公司在技術與材料上均具備一定優勢，擁有國內領先的熱處理、冷成型加工領域創新能力，在特種鋼材微量元素添加方面具備相關經驗。根據公司公告，公司自2021年起開始研發轉向系統絲杠螺母軸承組件，于2023年成功研發出新能車齒條式電子助力轉向系統所需的絲杠螺母軸承組件、新能車電子駐車、電子機械剎車及電子液壓剎車系統等領域滾珠絲杠產品。公司正與各類客戶積極洽談，部分絲杠產能將于23H2投產。公司也與主流機器人廠商在滾珠絲杠等領域進行技術交流，或于23H2交付樣品。?

北特科技：公司是知名汽車零部件供應商，近年產品逐步向新能源汽車領域發展，主營業務有三：底盤零部件是公司深耕多年的起家業務，主要包括轉向器齒條和減震器活塞桿，二者市占率均超50%，客戶幾乎覆蓋國內外知名汽零供應商，產品應用于塞力斯及特斯拉；鋁合金輕量化業務方面，產品包括閥島、控制臂、電池包連接塊等，客戶包括比亞迪、采埃孚ZF等，23Q1-3營收同比增0.69億元，隨著新項目量產爬坡，未來業績放量可期；空調壓縮機及集成式熱管理方面，公司空調壓縮機應用于商用車及新能車，國內商用車市占率超26%，屬細分領域龍頭。根據公司2023年半年報，公司在商用車領域整車集成式熱管理系統取得突破，獲得國內某主機廠某車型水冷機組項目定點，與三一重工聯合研發的整車集成式熱管理系統項目的定點、量產工作也在落實中。6絲杠制備方案：磨削工藝精度高但效率低，旋風銑工藝效率高，發展前景廣闊磨制工藝是絲杠傳統加工方案。行星滾柱絲杠與滾珠絲杠具有相似的物理結構，制備方式也大體相似。根據《行星滾柱絲杠設計》，絲杠、滾柱、螺母螺紋的制備工藝過程總體類似，均采用粗車+精磨結合的形式，制備流程包括鍛壓、車削、車螺紋、熱處理、磨削等。滾柱加工過程中，在加工螺紋后還需采用滾齒加工兩端齒輪。反式絲杠螺母加工方案包括干涉磨削、軟軸磨、內螺紋旋風銑：干涉磨削通過設計特殊砂輪加工滾道，效率較低且限制條件多，并未廣泛應用；軟軸磨是將桿子穿插于砂輪中，持續調整二者角度從而磨削；內螺紋旋風銑是德國主流加工方案，國內尚未突破。磨制工藝可加工高精度絲杠，但生產效率低。純磨削工藝具有強通用性，可加工不同種類、形狀的絲杠與高精度絲杠。但磨削工藝耗時長，生產效率低。傳統磨削工藝中的螺紋磨削工序包括粗磨螺紋、螺紋底溝磨削、精磨螺紋等，耗時全流程的2/3，磨削過程中需要不斷調整砂輪并校直絲杠。此外，粗磨過程中的高進給量會導致工件表面升溫，需要退火等工序。旋風銑工藝加工效率高，滲透率或逐步提升。旋風銑工藝下，刀盤繞圓柱工件高速旋轉，走刀切出螺紋，飛出的切屑帶走大量熱能，從而減少工件熱變形程度。其可將螺紋滾道一次成型銑削，所需工序更少，減少修整砂輪、人工校直的時間，根據德國萊斯特瑞茲機械公眾號，旋風銑工藝的加工效率是磨削工藝的3-5倍。但目前旋風銑床但旋風銑設備依賴進口且售價昂貴，旋風銑工藝也不適宜加工異形絲杠。此外，若絲杠精度要求較高，還需使用磨床對滾道進行精磨。軋制工藝生產效率高，但精度低。軋制工藝下，使用軋制機將金屬胚料通過一對旋轉軋輥間隙，通過擠壓軋制出螺紋滾道。其具有生產效率高、經濟性佳等優勢，但軋制工藝制備的絲杠精度較低，無法加工高精度絲杠。行星滾柱絲杠主要制作工藝流程旋風銑加工工藝工序加工目的對應設備鍛壓機車船鍛壓

消除金屬內部疏松等缺陷車削

粗車、半精車絲桿各段外圓表面車螺紋

粗車、半精車絲桿螺紋車床淬火再回火，使零件表面硬度達到60HRC熱處理真空爐、淬火爐數控螺紋磨床數控螺紋磨床磨削

精磨絲桿螺紋外圓至尺寸要求磨削

精磨絲桿螺紋至尺寸要求7資料：《行星滾柱絲杠設計》，金屬加工公眾號，方正證券研究所螺紋磨床及旋風銑床為絲杠制備的核心設備，亟待螺紋磨床是加工高精度絲杠的剛需設備。絲杠制備方案存在一定差異，但若要制備高精度絲杠，對螺紋滾道進行精密磨削的螺紋磨床必不可少。螺紋磨床下游應用場景包括滾動功能部件、工業機器人、汽車等領域。目前高端磨床市場仍由海外主導，根據《精密滾珠絲杠機械加工工藝規程研究》，國產磨床可以滿足C3-C4精度的中端絲杠加工,但批量加工更高精度絲杠時，出品不穩定。目前磨床行業玩家可分三類：第一類為以斯圖特、三井精機等為代表的海外磨床企業，其技術布局早，產品面向中高端市場。第二類為秦川機床、上海機床廠等為代表的老牌國有企業。第三類為宇環數控、華辰裝備等為代表的民營企業，其在部分細分領域占重要地位。旋風銑床是旋風銑工藝下的核心設備，國內相關供應商較少。旋風銑工藝下的核心設備為旋風銑床，領先廠商包括德國Leistritz、德國Burgsmuller等，國內生廠商相對較少。根據《大型數控外螺紋旋風銑床的設計開發》，南京工藝、寧波海天等國內廠商的數控螺紋旋風銑床均采購自德國Leistritz。國內外主流磨床企業主流旋風銑企業概況公司名稱國家公司特點公司名稱國別德國創立年份主營產品產品布局全面，產品涉及傳統磨床、萬能外圓/內圓磨床、生產型外圓/內圓磨床等STUDER瑞士推出旋銑、滾光、鍵槽、拋光、轉子銑等設備，其中旋風銑床含8種型號Leistritz1905在性能和機床數量方面處于頂級水平的五軸加海外廠商三井精機日本

工中心，以及在精密螺紋磨削領域份額領先的螺紋磨床主營產品包括塑料加工耐磨件及機床，可供應螺旋形幾何形狀的部件。BurgsmullerWeingartnerLinsinger德國187619661939MATRIX英國

自1934年開始生產螺紋磨床國內老牌機床企業，發展歷程超50年，子公司秦川機床中國漢江機床專營螺紋磨床其pickup

classic系列機床可實現旋風銑和銑削的轉換，包含4種型號，適合各尺寸需求奧地利奧地利國內大型精密磨床企業，產品品種全、應用范上海機床廠

中國

圍廣、市場份額高，外圓磨床、數控端面外圓磨床等技術國內領先國內廠商資料銑削技術是公司多年核心競爭力，擁有成熟的垂直仿形圓周銑削技術宇環數控華辰裝備中國

核心產品包括研磨拋光機、數控磨床等中國

國內軋輥磨床領先企業8：各公司官網，公司公告，方正證券研究所相關標的——絲杠設備

建議關注：?

秦川機床：公司深耕機床領域超50年，技術積淀深厚。旗下擁有寶雞機床、漢江機床、漢江工具等多家企業，機床產品矩陣全面，產品包括螺紋磨床、核心零部件、數控車床等。子公司漢江機床螺紋磨床市占率超70%。?

日發精機：公司是國內一家同時能生產立式數控車床、臥式數控車床、立式加工中心、臥式加工中心、龍門加工中心和落地式鏜銑床的企業。公司數控化率達100%，產品平均無故障時間超1000小時，遠高于行業平均。?

華辰裝備：公司以全自動高精度數控軋輥磨床為主業，下游包括寶武集團、首鋼集團、Tata集團等國內外知名鋼鐵集團廠商。公司與Wieland公司開展技術合作，開發內外圓復合磨床產品，磨削精度可小于1μ，比肩國際領先水平。?

浙海德曼：公司前身華豐機床廠成立于1993年，擁有在車床領域的多年技術積淀。公司現有高端數控車床、自動化生產線和普及型數控車床三大品類、二十余種產品型號，下游行業包括汽車制造、工程機械、通用設備等。9六維力傳感器提升人形機器人柔順控制能力六維力傳感器廣泛用于汽車、航空航天等領域，可為機器人提供更精準的力感信息，提升其柔順控制水平。力傳感器是將力的量值轉換為電信號的器件。根據感力原件的不同，傳感器可分為應變式/光學式/壓電/電容式力傳感器，目前市場主要應用應變式方案，其他方案有一定理論研究，但尚未廣泛應用。根據測量維度不同，傳感器可分為一至六維力傳感器，其中六維力傳感器壁壘最高，性能最優異。目前六維力/力矩傳感器主要應用于機器人、汽車、航空航天、生物醫學等領域。六維力/力矩傳感器或應用于人形機器人的手、足部位，為機器人的力控制和運動控制提供力感信息，助力其提升柔順化、智能化控制水平。我國六維力傳感器市場規模較小，未來或維持高增。根據GGII，2022年我國六維力/力矩傳感器市場規模同比增52%至2.39億元，其中來自機器人的需求規模達1.56億元。未來隨著應用領域拓展疊加入局者增加，預計到2027年，我國六維力/力矩傳感器市場將以超45%的CAGR增至超15億元，產品矩陣及單價或進一步優化。六維力傳感器壁壘高，主要由海外主導，國內如坤維科技等企業積極發展。受限于高壁壘，目前六維力/力矩傳感器市場仍由ATI、ROBOTOUS等海外企業主導，國內具備批量產品供應的企業較少，國內企業主要包括坤維科技、鑫精誠、宇立儀器、藍點觸控、海伯森、昊志機電等。其中宇立產品主要應用于機器人磨拋、汽車碰撞測試等領域，坤維科技在協作機器人、醫療手術機器人、航空航天等領域具備優勢，鑫精誠以蘋果供應鏈身份將其產品推廣至3C，在機器人、醫療行業也有布局。六維力/力矩傳感器在機器人領域的應用我國六維力/力矩傳感器市場規模預計維持2022年我國六維力/力矩傳感器市場競爭格局（以銷高增量劃分）10資料：高工機器人產業研究所（GGII），方正證券研究所IMU提升機器人行進時的平衡性，成長空間打開IMU可測量載體多方向的加速度、角速度，助力人形機器人在行走時保持平衡。MEMS慣性傳感器是測量載體加速度、角速度及運動狀態變化的傳感器，具有體積小、微電子高度集成等優點，主要應用于消費電子、汽車電子等領域。按被測物理量分類，MEMS慣性傳感器可分為加速度計、角速度傳感器（陀螺儀）和慣性傳感組合（IMU）。IMU由加速度計和陀螺儀共同構成，可測量空間多方向的加速度和角速度，助力人形機器人行進時保持平衡，保持控制閉環。自動駕駛及人形機器人產業化落地有望進一步打開MEMS慣性傳感器成長空間。根據Yole及頭豹研究院，2021年全球/我國MEMS慣性傳感器市場規模分別為35.09億美元/136億元，其中IMU在全球市場規模占比過半，逐步在汽車等領域替代獨立加速度計和陀螺儀。未來汽車自動駕駛、機器人等領域的發展有望進一步打開MEMS慣性傳感器市場空間。IMU市場仍由Bosch等海外廠商主導，國內企業奮起直追，替代可期。由于研發布局時間晚于海外，國內企業在加速度計方面具備較強研發能力，但在技術更復雜的MEMS陀螺儀領域落后于海外。在成本、尺寸、產能規模要求較高的民用領域，國內IMU市場仍由Bosch、ST等海外巨頭占據壟斷地位，CR5超90%，國內如矽睿科技等企業占據較少份額。未來隨著國內技術水IMU傳感器圖例中國慣導產業鏈及公司梳理公司名稱主營業務美泰科技

MEMS器件與系統的研發、生產和銷售MEMS傳感器的研發與銷售，主要產品線包括MEMS麥克風、MEMS壓力傳感器和MEMS慣性傳感器敏芯股份芯動聯科

高性能硅基MEMS慣性傳感器的研發、測試與銷售MEMS芯片的工藝開發及晶圓制造、GaN外延材料生長與平提升，疊加其在本地化服務、供應鏈整合等方面的優勢，可期。賽微電子器件設計MEMS和功率器件等領域的晶圓代工及封裝測試業務，為客戶提供一站式服務的代工制造方案中芯集成全球

MEMS慣性傳感器市場規模（億美元）中國

MEMS慣性傳感器市場規模（億元）士蘭微

集成電路芯片設計以及半導體微電子相關產品生產蘇州固锝(持半導體分立器件二極管的設計、制造、封裝、銷售，股明皜傳感

MEMS傳感器的研發、設計和生產，并提供相關技術服21.63%）

務華測導航

高精度導航定位技術的研發、制造及產業化推廣導遠電子

定位感知技術的研發及應用以衛星導航定位技術為基礎，融合聲吶、光電、慣導、激光、UWB超寬帶、星基增強等多種技術，形成中海達“海陸空天、室內外”全方位、全空間的高精度定位產業布局驗證、智能測試設備、自動駕駛組合慣導系統，車載組合慣導IMU業務領域華依科技11資料：和訊康科技公眾號，芯動聯科招股說明書，各公司官網，公司公告，方正證券研究所電子皮膚或為機器人觸覺終極方案，產業進程加速推進電子皮膚從泛用性及仿生性角度可能是機器人觸覺的終極方案。柔性觸覺傳感器由柔性材料制成，具備良好延展性、柔韌性，結構形式多樣，在醫療電子、機器人、3C等領域具良好應用前景。根據感知原理的差異，柔性觸覺傳感器可分為電容式/壓阻式/光電式/壓電式/磁敏式/超聲式傳感器，其中電容式/壓阻式/壓電式傳感器應用較為廣泛。電子皮膚可實現溫度、濕度、壓力等多功能感知能力，是觸覺傳感器的“升級版”。在特斯拉第二代Optimus機器人的宣傳視頻中，其靈巧手搭載觸覺傳感器，完成精準捏住雞蛋的操作。未來Optimus機器人手指、面部等部位或搭載電子皮膚以獲得更優秀的感知交互能力。國內外企業及院校均積極開展電子皮膚相關研究，其產業化進程或邁入快車道。根據漢威科技公眾號，預計2021-2028年全球柔性傳感器市場規模年復合增速達6.8%，2028年可達84.7億美元。目前MIT、清華大學等科研院校積極就柔性傳感器、電子皮膚開展相關研究，國內如能斯達、三三智能均有產品落地。特斯拉第二代Optimus機器人的所有手指均內置觸覺傳感器柔性觸覺傳感器各敏感機理優缺點對比傳感技術

調節參數優點缺點靈敏度高、空間分辨率高、動態范圍

存在寄生電容、對噪聲敏感、測量電電容式壓阻式壓電式光電式電容值電阻值電荷大路復雜頻率響應高、空間分辨率高、噪音干

可重復性差、遲滯、功率消耗高、工擾小、易結構化

藝復雜頻率響應高、靈敏度高、可靠性高、

空間分辨率差，測量電路復雜，僅適動態范圍大

用動態檢測空間分辨率高、無電氣干擾、響應速

整體結構缺乏柔性，對彈性體依賴性光強度度快、成本低強磁敏式

磁場強度超聲式

超聲波靈敏度高，體積小結構設計復雜，分辨率低布線困難，存在滯后和非線性，易受外部超聲干擾空間分辨率高，不受電磁干擾12資料：特斯拉官方媒體,《柔性觸覺傳感器在機器人上的應用綜述》，方正證券研究所相關標的——傳感器

建議關注：?

坤維科技（未上市）：公司成立于2018年，向機器人及其他智能裝備、工業過程控制等領域提供力覺測量解決方案。公司創始團隊均來自國家級航天科研機構，掌握力覺測量核心技術及相關知識產權。目前公司六維力傳感器產品在國內協作機器人市占率已位居第一，產品包括8大系列、超35型號，準度行業領先，較海外廠商具價格優勢。?

宇立儀器（未上市）：公司扎根于力矩傳感器，2007年成為我國少數可生產汽車碰撞假人多軸力傳感器的企業。目前公司已拓展至機器人打磨行業，與ABB合作研發十系列六軸力傳感器和智能浮動磨頭，并與KUKA合作推出力控打磨集成應用包。?

東華測試：專注于結構力學性能的智能化測試與分析系統研發和生產，力傳感器技術國內領先。?

柯力傳感：智能傳感器行業領軍企業，主要產品有應變式傳感器、儀表等元器件，市占率多年國內第一。公司已經進行多款扭矩傳感器、多維力傳感器等產品的送樣和試制，并圍繞人形機器人涉及的觸覺、視覺傳感器尋求投資機會。?

華依科技：公司是國內汽車測試行業龍頭和領先的智駕感知定位解決方案提供商，為數字化定義汽車與人工智能深度融合提供研發測試服務、高端裝備和智駕服務及核心產品。公司深耕汽車動力總成智能測試二十余年，潛心布局智能駕駛關鍵零部件IMU，目前IMU產品精度行業領先，目前已達量產條件，并獲得奇瑞汽車、智己汽車定點，訂單持續開拓。?

敏芯股份：公司主要產品包括MEMS聲學傳感器、MEMS壓力傳感器與MEMS慣性傳感器，是國內唯一掌握多品類MEMS芯片設計與制造工藝能力的上市公司，在現有MEMS傳感器芯片設計、晶圓制造等各環節均具備核心技術。?

漢威科技：公司業務應用覆蓋傳感器、智能儀表等行業領域，在涉及產業領域均形成相對領先的優勢。公司在傳感器領域掌握厚膜、薄膜、MEMS、陶瓷等核心工藝，產品覆蓋氣體、壓力、流量、溫度、濕度、光電、加速度等門類。根據公司公告，子公司能斯達形成多品種、多量程的柔性微納傳感器（壓力、壓電、應變、織物）及陣列的核心設計能力、大面積印刷電子批量制造能力等核心能力，與小米科技、深圳科易機器人等積極在智能機器人領域開展合作。1302電機為機器人力量之源，加速推進旋轉關節總覽：無框力矩電機+諧波減速器+力矩傳感器+編碼器旋轉運動過程?

旋轉執行器由永磁無刷電機+諧波減速器+雙編碼器+力矩傳感器+軸承+機械離合組成；旋轉過程如下：1）電機帶動轉子（永磁體）運動2）其動力通過諧波減速器提升扭矩，降低轉速3）諧波減速器通過交叉滾子軸承傳遞相應的力；4）無接觸力矩傳感器負責測量輸出扭矩并反饋；輸入/輸出位置傳感器負責測量位置和速度并反饋。無接觸力矩傳感器輸出/輸入位置傳感器測量輸出扭矩測量位置和速度無框力矩電機諧波減速器交叉滾子軸承特斯拉Optimus旋轉執行器構成15資料：

TeslaAIDay2022，方正證券研究所旋轉關節總成的核心在于參數耦合與定制化?

參數耦合難點一：包括力矩電機與減速機的力矩范圍合理匹配，避免力矩浪費與不足；根據關節制動特性要求，選擇摩擦式抱閘、齒銷式抱閘和無抱閘方案；一體化關節設計流程?

難點二：矩傳感器與關節力矩參數匹配設計，確保力矩在線性檢測范圍內；?

難點三：基于光電、電容及磁場原理的高精度編碼器技術，針對電磁干擾、粉塵及輻射環境下的傳感器應用選型一體化機器人關節設計一體化關節核心零部件系統框架16資料《金力等:驅控一體化機器人關節的研制及應用》，方正證券研究所直線關節總覽：無框力矩電機+行星滾珠絲杠+力傳感器+編碼器直線運動過程?

直線執行器由無框力矩電機+行星滾珠絲杠+力傳感器+編碼器+軸承組成；過程如下：1）電機帶動螺母旋轉2）行星滾珠絲杠把旋轉運動轉化為直線運動3）絲杠通過球軸承傳遞相應的力；4）無接觸力矩傳感器負責測量輸出力矩并反饋；輸入/輸出位置傳感器負責測量位置和速度并反饋。特斯拉Optimus直線執行器構成17資料：

TeslaAIDay2022，方正證券研究所直線總成的核心在于行星滾柱絲杠制造?

行星滾柱絲杠具有精度高+壽命長等優勢，但是國產化率仍處于早期。壁壘在于：材料端（原材料質量尚有差距+熱加工工藝欠佳）、設備端（高端精密設備性能與國外有差距）、工藝端（技術經驗積累需要時間）國產中高檔滾動功能部件努力方向第一位因素統計選項比例性能精度

壽命及可靠性

材料及熱處理工藝44.4

19

9.3服務國產滾動功能部件優勢分析47.41.1國產中高檔滾動功能部件努力方向整體因素排序行星滾柱絲杠與滾珠絲杠比較18資料：新劍機器人技術股份有限公司官網，金屬加工雜志社，方正證券研究所無框力矩電機：更滿足機器人高效率高動態要求?

無框力矩電機：具有緊湊度高+高效率+低噪音+高穩定性優點：1）極高的剛度：無框力矩電機可以做為直驅動力源，它不需要皮帶和皮帶輪，絲桿或齒輪箱，就能直驅負載。2）效率高：由于無框力矩電機直接集成到機器的結構中，降低了風摩損失，因此效率高。3）靜音：由于無框力矩電機直接集成到機器的結構中，帶來了明顯的靜音效果。4）穩定性高、低維護性。總體更滿足機器人要求的高效率/高動態/高功率密度要求。電機分類無框力矩電機構成圖資料：

RenAhahWiki，云熙機電，兆威機電，Kollmorgen，研一機械等，方正證券研究所整理無框力矩電機：國內廠商企業起步晚，仍屬二線梯隊無框力矩核心壁壘在于磁路設計和工藝制備。以美國科爾摩根公司產品為例，其轉矩密度可達1.1Nm/kg-2.5Nm/kg,齒槽轉矩及轉矩脈動較低,主要是采用分數槽分布繞組的少極多槽的方案。國內步科股份、昊志機電等產品由于起步較晚，主要在轉矩密度參數上有差異。海內外無框力矩電機基本情況無框力矩電機產品對比20資料：各公司官網，方正證券研究所整理伺服電機：滿足機器人快速響應、高精度執行要求?

伺服電機：由緊湊電機+驅動+編碼器+控制器構成，廣泛用于機器人關節部位，需求量較大。具有高響應速度、高精度控制、性能穩定、過載能力強等優點：1）高響應速度：從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。2）控制精度高：電機軸后端的旋轉編碼器保證控制精度。3）性能穩定：伺服電機為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，控制性能更為可靠。4）過載能力強：具有速度過載和轉矩過載能力，最大轉矩為額定轉矩的2-3倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。總體更滿足機器人要求的快速響應，高精度執行，性能更穩定，具備較強過載能力要求。伺服電機結構圖伺服電機分類21資料：鳴志電氣官網，智研咨詢，方正證券研究所整理空心杯電機制造端：生產工藝亟需追趕，差距在于繞線方式空心杯電機最大的特點是線圈繞制成杯子狀，通過連接板，和換向器，主軸鏈接到一起共同組成了轉子。線圈在磁鐵和外殼之間的縫隙中旋轉，從而帶動整個轉子旋轉。這種結構徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，由于轉子重量大幅降低，所以轉動慣性減小，相比傳統鐵芯電機，大扭矩急加速急減速性能突出，有體積小，效率高，功率密度高，可控性高，噪音小，散熱效果好等等優點。空心杯最大難度在于繞線方式，1）工藝方面：海外使用一次繞制成型工藝；國內采用繞卷式生產工藝；在良品率和精度上仍有差距；2）生產方面：國內缺乏定制化生產能力；整體起步較晚；直流有刷、無刷空心杯電機結構空心杯工藝圖22資料：天孚微電機，

《謝春輝：馬按形空心杯電機線圖繞制設備研究》，方正證券研究所整理空心杯電機產品端：參數尚有差距，發力正當時對比國內外空心杯同電壓等級產品，在空載轉速/功率/機械時間常數等參數方面尚有差距。復盤海外空心杯電機的發展之路，技術迭代和經驗累積均需要時間，頭部電機公司成立均超60年以上，國內企業優勢在于交付周期短以及響應能力強以及高性價比優勢，看好在人形機器人爆發初期的產業機遇。海內外空心杯電機基本情況空心杯電機產品對比23資料：各公司官網，方正證券研究所整理03人形機器人，具身智能發展的理想最終形態大模型賦予機器能理解、會思考、有效輔助的能力通用大模型推動機器由感知走向認知，形成感知、決策、控制閉環。1）將人類給出的自然語言指令拆解為機器人可執行的步驟，更通用、易用；2）多模態大模型增強模型對現實中對象的理解，賦予機器能理解、會思考、有效輔助的能力。人形機器人為具身智能發展的理想終極形態。“具身智能”是基于機器與物理世界的交互，創建軟硬件結合、可自主學習進化的智能體，其智能行為可以被具有對應形態的智能體通過適應環境的方式學習到。機器人進化路徑：從固定到移動，從獨立到協作，從單一到通用。人形機器人將作為通用機器人的代表和具身智能的絕佳載體。大模型從多方面賦予機器人理解、思考、輔助的能力機器人為具身智能發展的理想終極形態大模型的能力機器人的需求可達性可檢驗性

可解釋性世界概念多個領域的基礎知識/通識任務描述榮譽感

情感無法用具

無法通過體任務檢

學習推斷責任心基本要素不可測量非具身概念驗概念強大的內容生成能力任務分解金錢具身概念欲望音箱

耳機

手機良好的上下文理解與自然語言連續對話能力可以通過具體學習來推斷概念運動代碼生成任務過程交互可用完成任務來檢驗基本要素可測量PC智車

空調機器人具身概念強大的零樣本/小樣本學習能力25資料：《行為認知與具身智能》，微軟，方正證券研究所機器人集成眾多計算機前沿技術，智能能力加速發展機器人相較其他智能終端，所涉及的計算機應用技術范圍更廣、更深。機器人涉及計算機視覺、語音識別、生物識別、自然語言處理、機器學習、人機交互等前沿技術，隨著智能算力、算法的的不斷迭代提升，發展呈現加速態勢。機器人基礎軟件主要包括AI操作系統以及中間件，中游的開發及管理平臺。大模型將不斷推動機器人開發、操作、管理簡化，推動機器人走向更廣闊的通用市場。機器人技術能力的主要三個方面識別：將圖像、視頻、語音計算機技術涉及個體及群體具身智能迭代的眾多方面具身實體智能感知與交互輸入轉化為計算機語言。輸出：與使用者自然交互軟件工程體系結構具身系統具身常識具身認知機器人學芯片設計群體具身智能機器學習、神經網絡。理解人類的意圖和情感。根據信息反饋做出決策。自然語言處理計算機圖形學具身進化認知與決策具身感知機器學習機器學習（強化學習，模仿學習）自然語言處理（因果，可解釋性）物理學（仿真）計算機視覺語音識別力覺，觸覺傳感機器學習社會學習心理學穩定控制、步態規劃、基于搜索、隨機采樣、滿足動力學約束的路徑規劃，安全交互柔性控制算法（具身對話）運動規劃與控制生物醫學認知科學、心理學，腦科學，社會學其他傳感器26資料：

36氪，機器之心，方正證券研究所整理多模態大模型是提升機器人感知與交互的關鍵機器視覺深度學習需要解決的問題多模態大模型是人形機器人感知及交互能力提升的關鍵。專用機器人對感知及交互的能力要求較低。人形機器人需要對通用物體識別，以及處理大量非結構化命令，涵蓋視覺、聽覺、觸覺、運動等。多模態模型可以使得機器人能夠更好地理解自然語言指令，生成自然語言描述、圖像及視頻等。認知處理多模態數據聯合認知幾何認知語義認知具身性多模態模型任務示例易操作性主動視覺追蹤空間概念時間概念學習27資料：《行為認知與具身智能》，《TheLimitsandPotentialsofDeepLearningforRobotics》，方正證券研究所多模態大模型是提升機器人感知與交互的關鍵ChatGPT推動機器人由工程師參與循環演進為用戶參與循環。ChatGPT通過對人類的自然語言指令進行拆解，輸出為計算機指令。同時，可以不斷根據操作反饋進行迭代學習。2023年3月，Google發布PaLM-E模型，不需要對場景進行預處理，進一步提升了泛化能力；2023年7月，Google發布視覺-語言-動作（VLA）的機器人模型

RT-2，實現從網絡及機器人數據中不斷學習。國內通用大模型亦在快速迭代，疊加國外開源模型以及實踐，產業發展預期加速。ChatGPT推動機器人由工程師參與循環演進為用戶參與循環ChatGPT應用到機器人中的目標：當前的機器人運轉模式：工程師參與循環用戶參與循環按割草機模式檢查貨架指令，API+目標目標將彩色塊排列成微軟的標志LLM去廚房找個可以熱午餐的地方部署，改進部署，改進28資料：《ChatGPTforRobotics:DesignPrinciplesandModelAbilities》，方正證券研究所視覺技術為機器人感知最重要部分，算法能力為關鍵視覺技術在人形機器人感知中最為關鍵。視覺信息占人類獲取的信息的約80%，為信息獲取的最重要途徑之一，進而通過大腦對物體大小、明暗、顏色、動靜做出判斷。3D視覺技術更加成熟。結合深度學習算法，已較多在物流分揀、自動駕駛、無人機、三位重建、人臉識別等領域應用。雙目視覺方案算法復雜程度最高，為人形機器人最傾向的方案。雙目視覺技術以及結構光技術由于掃描速度以及抗干擾能力較弱，因此在工業中的拆垛、碼垛定位，以及人臉識別、靜態尺寸測量等方面有較廣的應用。激光三角測量法主要用于工業的高速動態流水線場景，飛行時間（ToF）測量法主要用于視覺導航、動態跟蹤等。雙目視覺為人形機器人主流采取的方案。機器視覺識別涉及更大量的處理、判斷及控制算法主流3D視覺探測方法對比測量方法算法復雜度掃碼速度抗干擾能力成熟度雙目視覺結構光測量

激光三角測量

飛行時間光源判斷和控制高中中高中高慢差中高低快高高中低快中高低控制指令圖像采集卡圖像處理相機標定坐標系（X,

Y,Z）圖像分割算法識別對象鏡頭硬件成本計算機算法29資料：

《3D技術在機器視覺檢測中的應用》

，方正證券研究所機器視覺國內市場2024年預期20%以上增長，品牌銷售繼續提升機器視覺領域主要有四類參與者。1）國外龍頭技術實力積累較深，發展歷史悠久，主要為康耐視、基恩士等。2）鴻蒙生態。3）商湯、云叢、、等企業百度等綜合性科技企業，優勢在于其生態以及云邊端的解決方案能力，特別是在軟件算法有較多的研發。4）傳統硬件龍頭發力軟硬一體能力。國內機器人OEM對外采購視覺算法軟件比例相對較小，品牌銷售占比穩定提升。2022年中國機器視覺市場規模170.65億元，同比增長23.51%，至2027年預計超560億元，品牌銷售的占比有望超45%。康耐視的VisionPro和MVTec的Halcon占據機器視覺軟件銷量前兩位，海康機器人位居第三。整體看，中國市場大部分視覺應用廠商都是自主研發軟件或開源平臺的二次開發為主，對外采購品牌軟件的占比相對較小。機器視覺領域主要有四類參與者中國機器視覺軟件市場需求及品牌占比（右）、百度，云邊端提供行業解決方案及消費級產品康耐視、基恩士等，計算機視覺領域老牌龍頭①國際機器視覺企業②綜合性科技企業③技術性科技企業④智能化轉型的硬件廠商AI四小龍、格靈深瞳、佳都科技等，

海康威視、大華股份、凌云光等，細分領域技術專業性較強以硬件為基礎，提供軟硬一體方案30資料：GGII，方正證券研究所機器人廠商算法能力各具優勢，認知核心算法采用自研與智車類似，感知及控制算法需要與硬件廠商建立緊密合作。機器人OEM廠商的感知及運控方案較為多元，軟件算法為自研與外采相結合，在開發過程中需要與硬件廠商進行較為緊密的合作。從機器人自由度來看，特斯拉Optimus運動規劃算法較為復雜。認知與決策算法為各廠商中長期競爭核心差異所在，多采取自研。特斯拉采取與汽車一脈相承的FSD神經網絡算法。認知模塊相當于人類的大腦，為各廠商體現其智能化水平的核心。典型人形機器人技術方案對比特斯拉0ptimus波士頓動力小米優必選名稱OptimusAtlasCyberOneWalkerX發布時間2022年2018年2022年2021年Mi

sense視覺模組，自研

四目立體視覺，聲波、力三維重建算法，聽覺傳感

矩、慣導傳感器，原生魚眼+左右攝像頭，力矩傳感器，集成IMU，力傳感器，TOF深感知智能與交互位置傳感器度相機，多平面分割算法器，顯示模組表達情緒28+機器人情緒體系FSD芯片，自研神經網絡認知算法Inteli78665U處理器，自研認知算法認知與決策MPC控制器，自研認知算法

N/A50自由度，最大速度8km/h，電

28自由度，最大速度9km/h，21自由度，最大速度驅(旋轉+直線+手部執行器)，重

液壓，實時預測環境帶來的

3.6km/h，電驅，自研人形41自由度，最大速度3km/h，電驅運動規劃與控制心控制算法影響雙足控制算法31資料：各公司官網，機器之心公眾號，方正證券研究所04產業+技術協同，汽車產業鏈助人形機器人加快成長行業邏輯相似，汽車產業鏈助力機器人成長?

新能源汽車和機器人設計制造具有眾多相似之處：1）市場規模層面：人形機器人與汽車一樣市場空間廣闊，未來人形機器人有望成為和汽車一樣對企業和家庭重要產品，未來人形機器人或像汽車一樣成為家庭標配。2）零部件層面：人形機器人與智能汽車一樣需要搭載傳感器、人工智能芯片和電池等相關配置，且該類先進配置在新能源汽車快速發展中已得到快速提高，汽車產業發展助力人形機器人產業發展。3）產業特點層面：人形機器人零部件與汽車零部件企業類似，具備成本高、門檻高、對研發及大規模量產能力高等要求，汽車產業鏈助力機器人產業成長。汽車與人形機器人開發具有高度相關性特斯拉人形機器人構成33資料：特斯拉AIDAY2022，方正證券研究所借力汽車自動駕駛邏輯，人形機器人快速迭代?

特斯拉人形機器人和自動駕駛的感知系統硬件類似：人形機器人采用純視覺感知方案，共配置有3

顆攝像頭，分別是左右眼各一個以及一顆魚眼廣角，特斯拉人形機器人和自動駕駛均采用以視覺為主的感知方式，感知系統硬件類似。?

特斯拉人形機器人和自動駕駛算法邏輯基本一致：自動駕駛和人形機器人其本質都是基于“輸入-處理-輸出”模式下服務于人類的智能化系統。人形機器人依賴于自動駕駛FSD算法，人形機器人提取圖像特征后進行3D重建，對于空間中的物體通過占用網絡進行識別輸出。對比汽車自動駕駛中占用網絡，因為室內環境小目標比較多，因此機器人場景的單元格更加稠密。特斯拉人形機器人視覺感知及汽車感知特斯拉人形機器人視覺導航系統34資料：特斯拉AIDAY2022，方正證券研究所機器人市場大空間+高價值，開啟特斯拉第二成長曲線?

人形機器人需求巨大，開啟特斯拉第二增長曲線：2021年8月在特斯拉AI日上，馬斯克公布了特斯拉人形機器人項目，馬斯克對機器人的市場定位是替代人類去做一些有危險或重復枯燥的勞動。馬斯克曾表示人形機器人市場需求可能會達到100億至200億臺，并預測Optimus將占到特斯拉長期價值的大部分。人形機器人快速進化，特斯拉第二代人形機器人OptimusGen2于2023年12月發布，OptimusGen2采用了特斯拉自主設計和制造的執行器和傳感器。?

人形機器人構成復雜價值量高，相關概念加持零部件產業鏈估值提升：人形機器人主要由智能感知、執行靈巧手燈部件構成，單個機器人價值量合計或超15萬元。隨著人工智能和先進技術的迅猛發展，機器人產業正成為全球各大科技巨頭爭相布局領域，機器人板塊估值快速抬升，2023年至今機器人指數PE顯著高于汽車零部件板塊PE。人形機器人主要構成機器人板塊PE高于汽車零部件板塊PE2021年特斯拉人形機