仿生
机器人由三大部分(传感、控制、
机械)和六大系统(感知、人机交互、控制、驱动、机械、
机器人与环境交互)组成,其中机械部分是其他几个部分的基础,机械部分有驱动系统和机械系统;
[淘股吧]按部位分类,机械部分又可以分为头、胸腔、手臂、手、腿和足等。
关节是机器人的关键点之一,也是机器人成本占比最高的部件。机器人关节是指机器人各个零部件之间发生相对运动的机构。机器人关节模组包括电机、减速器、控制器等。一般成年人的骨头有 206 块,大的关节有 78 个,仿人机器人模拟人类的关节和骨骼架构,因此通常有 15-70 个关节。人的关节运动特点是运作速度快、机动性好,同时脚着力点是离散的、高速碰撞的,因此人形机器人的关节往往要满足瞬时高功率输出、高能量利用效率以及抗瞬时冲击能力,关节设计是人形机器人的难点和要点之一,包括关节数量、布置方式以及整机构型。
假设人形机器人平均价格 20 万元,规模效应下每个 RV、
谐波减速器价格下降至 3000 元和 1000 元左右,每个电机和控制器价格下降至 500-800元和 300-500 元,那么对应的每台人形机器人关节成本占比约 29%-42%,其中减速器成本占比 13%-16%,电机成本占比 10%-16%,控制器成本占比 6%-10%。
从成本结构来看,关节占到机器人的 1/3 到 50%以上成本。以工业机器人为例,减速器、伺服电机、控制器成本占比分别为 35%、20%、15%,整体成本占比 70%左右。从盈利能力来看,关节的相关部件的盈利能力也较高,尤其是减速器,主要是减速器产品壁垒高,全球竞争格局集中度高(现有龙头市场份额超过 70%)
关节主要由减速器、电机、控制器等部件组成,其中机器人厂商的减速器外购为主,控制器自制为主。
减速器:连接
动力源与执行机构之间的传动机构,能将马达的转速降低,并让转矩提升。
减速器是个重资产、高投入、慢回报的产业,从全球工业机器人大厂来看,多未自行研发减速器,主要采购日本厂商纳博和哈默的产品,这两家公司占据了全球减速器市场 70%以上,国内
双环传动、
绿的谐波近几年实现了国产替代,持续抢占减速器市场份额。
电机:是机器人的动力系统,一般安装于机器人的关节处,是机器人运动的心脏,可细分电机本体和运动控制系统两个部分。
机器人关节电机有交流伺服电机、微型电动机、直流伺服电机和步进电机等。
伺服电机主流供应商包括日本
松下、摩川、安川、三菱、三洋、富士以及欧美厂商如德国伦茨(Lenze)、博世力士乐(Bosch Rexroth)等,其中日系厂商在工业机器人伺服电机中的市场份额约 40%。
控制器:是机器人的“大脑”,包含硬件和软件两部分。硬件是工业控制板卡,软件是控制演算法。一般较成熟的机器人厂商都自行开发控制器,以保证品质的稳定性及产品的维修体系,因此也是各机器人厂商的核心技术所在。
人形机器人中成本占比高、格局相对确定的关节及其相关部件将率先爆发,考虑
新能源汽车与人形机器人在三电系统、传感系统、人机交互系统有相似或重合,
特斯拉产业链上的核心供应商也有望受益,推荐标的双环传动、
拓普集团、绿的谐波(国君机械覆盖),受益标的
三花智控等