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特斯拉人形機器人科技前瞻，行星滾柱絲杠產業鏈筆記：鼎智科技、五洲新春、貝斯特……

2024-11-02 00:00:08

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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D

RAKE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 ——

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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4

3.98%）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

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