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根據鈦媒體近兩天的消息,馬斯克在社交媒體公布特斯拉第二代人形機器人Optimus Gen2的產品演示,預計將于本月內發布。視頻顯示,Optimus擎天柱二代機器人,加持AI大模型,體重比一代減少10kg,步行速度加快30%,手部關節能更精準地抓握細小易碎物品,如抓雞蛋等動作。同時,Optimus二代還可以做多個深蹲動作,平衡能力有所增強。圖:特斯拉人形機器人二代
來源:特斯拉,鈦媒體 如果我們對人形機器人做結構拆解,核心的部分有三大件,大腦(FSD軟件和芯片)、關節(包括線性關節、旋轉關節)、靈巧手。如果再對關節和靈巧手做拆解,那么旋轉關節的核心配件是諧波減速器、線性關節的核心是行星滾柱絲杠,靈巧手的核心配件是空心杯電機。除了以上這三大配件外,還有三類關節通用配件,如無框力矩電機、力傳感器、編碼器等。圖:特斯拉人形機器人拆解,來源:浙商研究所圖:特斯拉人形機器人成本拆解,來源:華安研究所今天我們要來拆解的,就是人形機器人幾大核心配件之一,行星滾柱絲杠。行星滾柱絲杠(Planetary Roller Screw)的發展歷史,與滾珠絲杠(Ball Screw)和其他精密螺紋驅動系統相伴隨,是現代機械工程和自動化領域,不斷追求更高性能和精度要求的產物。
圖:行星滾柱絲杠示意圖
來源:北京允誠德谷早在19世紀,螺紋驅動系統就已經開始被使用,主要是粗糙的鉛螺紋用于簡單的機械裝置。但這些系統的精度和效率都比較低。20世紀初,隨著工業和機械自動化的發展,滾珠絲杠被發明出來,用以提高傳動的精度和效率。這是一個重要的里程碑,因為滾珠絲杠大幅度提高了螺紋驅動系統的性能。行星滾柱絲杠,是在滾珠絲杠的基礎上進一步發展的產物。為了滿足更高的承載能力、精度和剛度要求,行星滾柱絲杠誕生于20世紀中葉。行星滾柱絲杠這條產業鏈,具體包括:
圖:行星滾柱絲杠產業鏈
來源:并購優塾上游——主要零部件是:軸、螺母和滾柱。軸是指螺紋的中心軸;螺母是與螺桿相配合的部件,內部有與螺桿螺紋相匹配的螺紋;滾柱是安裝在螺母內部的多個小圓柱,它們的表面有螺紋,與螺桿的螺紋相匹配。更上游的原材料來看,軸選用的材料多為合金結構鋼42CrMo,螺母和滾柱選用的材料為高碳鉻軸承鋼GCrl5。核心設備是高精度磨床,代表公司為:瑞士的斯圖特、日本三井精機、英國的MARTIX、美國的DRAKE等。國內代表公司為秦川機床。
中游——行星滾柱絲杠制造商,競爭格局分散,國內市場份額前三為 Rollvis、 GSA 以及瑞典的斯凱孚, CR3=66%。國產品牌南京工藝、博特精工占比均為 8%,資本市場里涉及絲杠產品的主要公司為鼎智科技、五洲新春、貝斯特、恒力液壓等。
圖:滾柱絲杠國內市場份額按供應廠商占比( 2022 年預測值)
來源:王有雪《E 公司滾柱絲杠產品營銷策略研究》 下游——由于其高精度、高承載能力和長壽命的特點,因此主要應用于高端和專業領域。例如,航空航天領域中的調整機翼、控制尾舵和其他關鍵部件的位置、機器人、醫療設備如CT掃描儀和MRI機器、精密數控機床、汽車的自動變速箱和高級懸掛系統等。從產業鏈上的參與者近期的增長情況來看:鼎智科技(江蘇省,常州市)——2023前三季度實現收入2.57億元,同比-7.51%;歸母凈利潤0.67億元,同比-20.37%。五洲新春(浙江省,紹興市)——2023前三季度實現收入25.12億元,同比0.19%;歸母凈利潤1.23億元,同比-13.52%。貝斯特(江蘇省,無錫市)——2023前三季度實現收入7.94億元,同比26.74%;歸母凈利潤2.10億元,同比36.773%。從產業鏈上的參與者近期的增長情況來看:
圖:機構一致預期增長和景氣度情況
來源:并購優塾—— 研討會 ——2024年1月20日-21日,我們推出《DCF現金流貼現-建模技能速成指南》線下精品研討會,純正的建模干貨,全流程快速上手實操,希望能幫大家少走彎路。
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注:報名咨詢,請聯系工作人員:bgysyxm2018(一)根據2022年特斯拉AI日,新版本的TeslaBot具有自由度40個,包括頸部 2 個+手臂 12 個+腿部12 個+胯部 2 個+手指 12 個。從設計方案來看,指關節技術要求高(也稱靈巧手),結構復雜,采用空心杯電機模組(空心杯電機+驅動器+行星減速器+傳動裝置)。其余關節,則采用無框伺服電機模組(整體分為兩種結構,包括線性關節、旋轉關節,例如小腿是線性關節“伺服+驅動器+諧波減速器+行星滾柱絲杠”,肩膀關節是旋轉關節“伺服+諧波減速器+驅動器”)。圖:人形機器人關節分類 來源:西南證券本報告所拆解的行星滾柱絲杠,是線性關節的核心配件。
在特斯拉人形機器人中,采用線性執行器的有14個,具體應用于腕部、踝部的俯仰(pitch)、偏航(yaw)角,髖部、肘部、膝部的俯仰(pitch)角。
圖:人形機器人采用線性執行器的部位
來源:特斯拉AI日線性執行器(Linear Actuator)是一種機械裝置,用于將能量(通常是電能、氣動能或液壓能)轉換為直線運動。電機往往只能做旋轉運動,因此采用螺旋桿的形式,將電機的旋轉運動轉換為直線運動。
圖:線性執行器運動控制原理示意圖
來源:鼎智科技廣義來看,線性執行器的關鍵零部件絲杠,可分為滑動絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠,三者的特性分別為:1)滑動絲杠依靠滑動摩擦傳動,傳動效率較低,一般用于沒有較高定位要求且不長時間連續使用的場合。2)滾珠絲杠依靠滾動摩擦傳動,傳動效率高、精度高,適用于數控機床、定位工作臺等精密定位傳動場合。3)行星滾柱絲杠通過絲杠與滾柱之間的螺旋運動,由滾柱帶動螺母做直線運動。由于絲杠與滾柱之間的接觸面積較大,具有較高的承載能力和耐沖擊能力。因此,特斯拉人形機器人為了達到高精度、高承載且體積要求較小的情況下必須采用行星滾柱絲杠,靜態負載為滾珠絲杠的3倍,壽命為滾珠絲杠的15倍。
圖:絲杠分類
來源:中信建投按照結構來看,行星滾柱絲杠可分為:標準式、反向式(倒置式)、循環式、軸承環式、差動式。特斯拉的人形機器人Optimus采用倒置行星滾柱絲杠,由螺母旋轉作為主動輸入,絲杠直線運動作為被動輸出,適合于空間緊湊的機電伺服系統中。
圖:行星滾柱絲杠的種類
來源:柯浩《行星滾柱絲杠傳動精度分析與設計》從制造工藝來看,行星滾柱絲杠螺紋主要為旋風銑削、磨削加工、硬態車削、滾軋成型等。其中,磨削是高精度絲杠螺紋的主流加工方法。
圖:加工流程
來源:東吳證券從加工精度來看,滾動絲杠一般有6~7個精度等級,如在JIS標準中,滾珠絲杠精度等級分為C0、C1、C3、C5、C7、C10共6個等級,人形機器人用行星滾柱絲杠精度僅次于高端機床。
圖:人形機器人用行星滾柱絲杠精度
來源:浙商證券(二)首先,從收入體量和業務結構方面,對各家公司有一個大致了解。從2022年收入體量來看,五洲新春(32.00億元)>貝斯特(10.97億元)>鼎智科技(3.18億元)鼎智科技——江蘇雷利為控股股東,持有34.52%的股份。公司從絲杠、螺母等傳動組件起步,已成為線性執行器國內首位、世界次位,基于線性執行器這一傳統優勢業務,進一步發展了常規直流電機(旋轉)、空心杯電機(旋轉)、音圈電機(直線)等多元電機業務,并開始涉及控制器(與電機搭配的電子組件)、減速箱(與電機搭配的傳動組件)等。22年收入構成中,線性執行器占比60.26%、混合式步進電機20.56%、直流電機14.46%。根據公司2023年6月10日公開平臺表示,微型行星滾柱絲杠處于研發中。
圖:收入構成(單位:億元)
來源:并購優塾五洲新春——22年收入構成中,軸承成品占比58.90%、熱管理系統零部件26.18%、汽車零部件12.28%。其中,軸承產品包括軸承套圈、成品軸承和風電滾子;熱管理系統零部件以管路件、 結構件為主;汽車零部件包括汽車安全氣囊氣體發生器部件、驅動電機主軸、動力驅動裝置零部件(變速器、減速器的齒輪、齒坯、齒套的精鍛件和機加件等)。機器人相關產品方面,五洲已研發機器人諧波減速器柔性薄壁軸承、 RV減速器圓錐滾子軸承及各類定制化球軸承,并在研發交叉滾子軸承。已完成對大族諧波、中大力德等諧波減速器企業的送樣。軸承和絲杠存在技術共通(關鍵設備都是磨床),人形機器人較汽車對滾珠絲杠的精度、工藝要求較高,未來也存在生產絲杠的可能。盡管其已開始拓展機器人相關業務,但肉眼可見,目前對收入貢獻小。
圖:收入構成(單位:億元)
來源:并購優塾貝斯特——22年收入構成中,汽車零部件占到91.74%。汽車業務具體可細分為,燃油汽車零部件主要包括渦輪增壓器精密軸承件、葉輪、中間殼、氣封板、密封環等;新能源汽車零部件主要包括車載充電機模組、驅動電機零部件、控制器零部件、渦旋盤、渦旋壓縮機殼體、氫燃料電池汽車空壓機葉輪、電機殼等功能件以及適用于混合動力汽車的渦輪增壓器精密軸承件、葉輪、中間殼等;非汽車業務主要為工業母機產品,主要包括高精度滾珠/滾柱絲杠副和高精度滾動導軌副等。不過,盡管有機器人相關的業務,但對總業績貢獻也較小。圖:收入構成(單位:億元)
來源:并購優塾(三)圖:單季度利潤同比增速
來源:并購優塾從行業近期的增速來看:鼎智科技(江蘇省,常州市)——2023前三季度實現收入2.57億元,同比-7.51%;歸母凈利潤0.67億元,同比-20.38%。Q3利潤下滑受下游復蘇較弱影響,單季度收入下滑55.59%。
圖:單季度利潤及同環比增速
來源:并購優塾五洲新春(浙江省,紹興市)——2023前三季度實現收入25.12億元,同比0.19%;歸母凈利潤1.23億元,同比-13.52%。Q3利潤下滑業績承壓同樣因為制造業景氣度較低,海外客戶(23年中報收入占比43.98%)訂單減少致需求不及預。
圖:單季度利潤及同環比增速
來源:并購優塾貝斯特(江蘇省,無錫市)——2023前三季度實現收入7.94億元,同比26.74%;歸母凈利潤2.10億元,同比36.773%。Q3營收和凈利潤實現同比環比雙增長。隨著混動汽車銷量增長,渦輪增壓器滲透率不斷提升,同時疊加大客戶放量,公司產品市占率將進一步提升,這是其業績增長的核心原因,而非機器人配件業務驅動。
圖:單季度利潤及同環比增速
來源:并購優塾(四)圖:現金流、固定資產投資
來源:并購優塾貝斯特近幾年資本支出提升較大,因19年開始通過收購赫貝斯和易通輕量化、設立安徽貝斯特,重點布局新能源汽車輕量化結構件、高附加值精密零部件以及氫燃料電池汽車部件等產品。(五)圖:綜合毛利率(%)
來源:并購優塾
圖:凈利率(%)
來源:并購優塾
圖:杜邦分析
來源:并購優塾凈資產收益率來看,鼎智科技>貝斯特>五洲新春,凈利率是關鍵影響因素。鼎智科技毛利率和總資產周轉率,明顯高于另外兩家公司是因為下游應用領域不同。鼎智科技22年境內收入占比為73.79%,下游應用于高附加值的醫療器械及工業自動化領域,收入占比分別為62%和38%。五洲新春毛利率較低且存在下行趨勢,主要為軸承行業競爭加劇、原材料價格上升和下游需求不足所致,該項業務的毛利率約18%。二、產業鏈
圖:產業鏈分析
來源:并購優塾上游主要選取了鋼材和機床,鋼材由于屬于大宗產品因此毛利率和凈利率并不高。中游環節中,三家公司鼎智科技由于下游客戶的關系因此毛利率較高。下游環節特斯拉屬于具有品牌溢價的公司,因此毛利率高于傳統車企。從成長性來看,中游配件環節相對較好,主要因為此前受到去庫存影響,未來兩年存在補庫邏輯。如果從生意質地上來看,這個行業屬于典型的機械配件制造業,現金流質量、資本支出覆蓋度都和消費、軟件等行業有差距;優點主要在人形機器人未來增長前景較大,屬于典型的成長行業。之前,馬斯克曾公開表示,Optimus人形機器人最終價格可能低于2萬美元,預計3-5年內量產。一旦未來產業鏈成熟,量產數量可能將達到100億-200億臺——超過了地球人口的數倍。這,是一個瘋狂的數字。(六)人形機器人尚未大規模量產,高頻信息主要以政策和企業規劃為主。無論是政策還是行業內新品發布均較為密集。一、政策
圖:2021至2023年8月我國出臺的各類機器人刺激政策
來源:長江證券二、企業動態根據TeslaNorth網站報道,特斯拉于12月12日發布第二代Optimus機器人,在性能、設計上有一系列提升:1)零部件方面采用特斯拉自研的傳感器和執行器;2)脖子有兩個自由度,頸部更加擬人化;3)第二代機器人行走速度增加30%;4)機器人腳部裝備力和力矩傳感器,平衡能力更強,總體減重達10公斤。(七)根據Verified Market Research, 2022年全球滾珠絲杠市場規模約18億美元(約合129億元人民幣),預計到2030年將達28億美元(約合201億元人民幣), 2023-2030年CAGR達6%。重點來看機器人領域的行星滾柱絲杠增長邏輯。采用公式:人形機器人用行星滾柱絲杠市場空間=人形機器人出貨量*行星滾柱絲杠單機價值量一、人形機器人出貨量我們在此前的報告中,詳見《產業鏈報告庫》,已經詳細分析過人形機器人未來銷量的增長來源:1)應用場景拓展,從制造業往服務業延申;2)人工智能算法可以讓機器人更加智能更加好用;3)規模量產導致成本下降進而可以被更多人接受。詳細可參看空心杯電機報告。參考高盛預測,在理想狀態下,若機器人軟硬件在短期內產生重大技術突破,實現具身智能的同時年均降本達到20%,在樂觀情況下,人形機器人的出貨量有望在2035年達到………………………………以上,僅為本報告部分內容。關于核心增長空間測算、行業重點競爭態勢、關鍵競爭要素分析等內容,后文還有大約6000字及數十張圖表,詳見《產業鏈報告庫》,可聯系工作人員咨詢獲取,微信:bgys2020。 武裝你的頭腦,對抗不確定的世界 —— 產業鏈地圖 ——持續更新中圖片:產業鏈變革趨勢及變化量級來源:并購優塾—— 能源科技 ——1、鋰電:麒麟+4680——動力電池 | 電解液 | 整車| 動力總成 | 鋰電結構件 | 三元正極 | 鋰電銅箔 | 動力電池電池盒 | 鋰電設備 | 負極材料 | 鋰電正極粘結劑PVDF | 磷酸鐵鋰正極 | 鋰電激光設備 |碳硅負極 | 動力電池 |三元前驅體 | 國產整車 | 鋰電鋁箔 | 軟磁材料 | 整線設備 | 隔膜 | 鋰電銅箔 | 碳納米管導電劑 | CTX電池設備 | 充電樁 | 鋰電回收 | 動力電池和儲能 | 磁性元件 | 增程式電動車 |精密結構件| 熱管理 | 負極材料 | 汽車鋁熱傳輸材料 | 單晶三元正極 |球形氧化鋁 | 電解液 | 鎂合金結構件 |軟包電池 | 高端銅合金 | 預鍍鎳 | 動力電池 | 熱管理配件 | PET銅箔設備 |2、智能車:軟硬解耦+智能化——車載視頻監控 | 車載鏡頭 | 智能座艙 | 激光雷達 | 智能駕駛域控制器 | 汽車毫米波雷達 | 汽車通信模組 | 車用PCB | 汽車連接器 | 智能控制器 | 激光設備 | 換電設備 | 鑲嵌注塑件 | 車載電源 | 線控行車制動 | 高精度衛星定位 | 慣性導航 | 一體化壓鑄 |汽車空氣懸架 | 智能底盤 | 車用膠管 | 大型壓鑄機 | 智能停車系統 |新能源車換電 | 高壓線束 | 電機扁線 | 純電高端轎車 | 熔斷器 | 微電機 | 高精度齒輪 | 繼電器 | 充電模塊 | 免熱處理鋁合金 | 座椅 | 智能座艙 | 平價SUV整車 | 稀土永磁材料 | 空氣懸架 |3、新能源:風+光+儲+鈉+氫——光伏硅片設備| 硅料| 光伏膠膜 |光伏硅片 | 光伏組件 | 光伏熱場 | 光伏金剛線 | 光伏切割設備 | 光伏HJT設備 |光伏膠膜 |EVA樹脂 | 光伏薄型、雙面玻璃 | 光伏下游組件 | N型硅片 | HJT電池片 | 組件焊帶 | ITO靶材 | 背板 | 銀漿 | 邊框 | 戶用光伏 |風電鑄件 | 風電主軸 | 海底電纜 | 風光綠電運營商 | 風電塔筒 | 儲能 | 光熱發電 | 戶用儲能 | 儲能電池) | 氫能源制氫 | 氫能源燃料電池 | 膜電極+雙極板 | 光伏電站運營 | POE膠膜 | TCO玻璃 | 石英坩堝+石英砂 | 鍍膜設備 | 激光設備 | 焦爐煤氣制氫 | 太陽能幕墻 |電鍍設備 | 電解槽制氫設備 | 銅電鍍-圖形化設備 | 跟蹤支架 | PDH制氫 | 高壓級聯技術 | 生物柴油 | 風電整機 | 風電主軸 | 軸承滾子和套圈 | 逆變器 | 微型逆變器 | EMS | 一體化組件 | XBC設備 | XBC電池片 | topcon電池片 | 硅片設備 |—— 信息科技 ——4、信創:軟硬件+安全——網絡安防 | 終端安全 | CAD軟件 | 國產CPU |操作系統 |國產中間件 | NLP自然語言處理 | 電力信息安全和電力SAAS | BIOS |嵌入式計算機 | 政務信息化 |支付+到店SaaS | 分布式數據庫 | 互動平板+教育信息化 | 安保 | 工業品B2B | ERP | MLCC | 射頻模組 |5、人工智能:基礎+技術+應用——智能語音 | 工控 | 機器人減速器 | 掃地機器人| 機器視覺 | 電力機器人 |骨科手術機器人 | 計算機視覺 | 智能制造 | 機器視覺 | 智能門鎖 | BLDC電機驅動控制芯片 | 機器視覺 | 激光切割控制系統 | 工業照明 | 長視頻 | 工程機械 |平臺型游戲公司 | 電子配件及組裝一體化 | 社交APP |6、元宇宙:軟硬件+內容——VR/AR |—— 基建科技 ——7、航空:大飛機+先進戰機——防務連接器 | 衛星遙感 | 飛機制動 | 航空發動機葉片 | 紅外熱成像 | 特種無人機 |碳纖維上游原絲 | 通用航空器運營 |低成本航空 |機場 | 衛星導航 | 航母-電磁發射 | 環形鍛件 |高溫合金 | 防務電子元器件 |—— 生命科技 ——8、生物制造:生物醫藥+合成生物學——營養強化劑 | 生物再生材料 |ADC抗體偶聯藥物 |雙抗 | 分子砌塊 | 大分子CDMO |臨床一體化CXO | 分子砌塊 | 眼科醫院 | 醫美服務 | 玻尿酸 | 培養基和試劑 |人二倍體狂犬疫苗 | DTP藥房 | 帶狀皰疹疫苗 | P-D1靶點 | 大分子CDMO | GLP-1靶點 |【信息科技】—— 消費科技 ——9、消費升級:多、快、好、省——預制菜 | 冷凍烘焙 | 運動鞋服制造 | 功能飲料 | 新型甜味劑 | 高端白酒 | 蘇酒 | 次高端白酒 | 啤酒 | 外資背景啤酒 | 免稅 | 化妝品 | 電商平臺 | 化妝品代工 | 電子煙 | 醫美器械之能量源設備 | 醫美器械之光電類器械 | 醫美材料 | 植發醫療 | 醫療美容服務機構 | 珠寶 | 人工培育鉆石 | 白羽雞 | 海南地區機場免稅 | 直播帶貨和主播 | 名酒流通 | 電子煙 | 外賣 | 旅游度假項目 | 旅游樂園 | 紡織數碼噴印 | 中餐 | 人體工學設備 | 濃香型白酒 | 清香型白酒 | 涂料 | 防水材料 | 物業管理 | 水泥 | 舊城改造 | 益生菌 | 白酒之成長型品牌 | 功能性建筑遮陽 | 定制家居 |水果批零 | 出海小家電 | 醬香型白酒 | 物業管理 | 膠原蛋白 | 物業服務 | 智能馬桶 | 冷凍烘焙 | 興趣電商| 冷凍烘焙 | 重卡 | 一次性電子煙 | 運動鞋服 |…………………………【引用資料】本報告寫作中參考了以下材料,特此鳴謝。[1]【數據支持】Wind數據、東方財富Choice數據、智慧芽專利數據庫、data.im數據庫、理杏仁、企查查、Capital IQ、Bloomberg、路透。Copyright ? 2021-2022 精北傳動機械(上海)有限公司 All Rights Reserved. 滬公網安備31012002005970 滬ICP備20024360號-1