机械设备-运动控制-机器人供应链关键环节

1告机械设备华泰研究告机械设备华泰研究运动控制成为人形机器人外部供应链的主要环节机器人基本构架包括：交互、运控、识别。特斯拉介绍软件主要自己完成，如行为决策与运动控制，神经网络自动训练等。硬件方面，人形机器人对运动控制能及感知计算能力要求高，与工业机器人的核心零部件基本相同，数量和质量有升级需求，预计运动控制会采用外部供应链。国内工业机器人伺服系统和减速器中低端领域已实现进口替代，高端领域持续进步；控制系统与工业机器人差别较大，开发和供应模式尚不明确。我们认为特斯拉入场将展，我们认为，对中国机器人产业链应保持期待，管理预期，给予更多耐心守望产业的持续进步。减速器：机器人运动的关节Dec-21Apr-22Aug-22运动控制—机器人供应链关键环节机械设备增持(维持)研究研究员SACSACNo.S0570512070051xiaoqunxixiaoqunxi@+(86)75582492802研究研究员SACNo.S0570519040003SFCSFCNo.BQI170++(86)2128972081研究研究员SACNo.S0570520080005shiyu013577@SFCSFCNo.BRI005++(86)2128972228联系人联系人SACNo.S0570120100012huangjinglun@+(86)2128972228我们预计我们预计25年中国工业机器人RV/谐波需求为46/41亿,人形机器人抬升谐波减速器需求天花板。人形机器人需要谐波的部位有头颈、小臂、腕部、手部等，RV应用在腰、上臂、下臂等大惯量、高转矩输出部位。谐波国产化趋势明显，21年哈默纳科中国市场份额38%，绿的谐波份额提升明显，入局新玩家增多，包括日本新宝、来福、同川、大族。全球RV三巨头是纳博特斯克、住友、SPINEA，21年日企/纳博特斯克全球份额约80%/60%。国产RV在技术上有所突破，高端/重负载市场的市占率、产品系列完善度有待进一步提高，国内规模靠前的企业有双环传动、中大力德等。伺服系统：机器人运动的心脏2021年中国工业机器人伺服系统需求20.7亿元，其中交流伺服占比65%。人形机器人可能主要采用直流无框力矩电机，可以在较小体积下输出较大的力，其中颈、肩、肘、腕、腰、膝、踝等大关节，一般采用功率在100~200瓦标准电机组合形式；手部关节可能选用功率约30~100瓦的微型电机系统和微型电缸系统。2021年国内工业机器人伺服电机外资品牌占比约65%，汇川技术份额快速提升。中国无刷直流伺服市场CR10<50%，国内企业有：步科、雷赛智能、和利时、江苏雷利等。国内头部企业中小功率产品的核心技术指标已经达到国际领先水平，产品使用稳定性及耐用性方面存在差距。沪深沪深300(%)3(6)(16)(25)(34)Aug-21资料来源：Wind，华泰研究控制器：机器人运动的大脑2021年中国工业机器人控制器市场规模14.7亿元。工业机器人控制器主要采用PC-Based控制，系统通用性强、可拓展性强，能够满足工业机器人复杂运动的算法要求。人形机器人的伺服驱动器数量高达数十个，对于客户应用场景的了解及工艺要求是主要因素，单独一家厂商还很难将人形机器人做到各个场景的通用，厂商负责本体制造+控制部分做成开源系统可能成为解决方案之一。目前人形机器人生产规模较小，未来进入量产阶段后，供应链方式尚不明朗。国产机器人供应链主要包括埃斯顿、汇川技术、广州数控、华中数控、英威腾、雷赛智能。风险提示：人形机器人产业化进展低于预期；特斯拉机器人实际发布产品的解决方案与我们预期出现差异；中国产业链的进步低于预期。运动控制成为人形机器人供应链的主要领域 3 运动控制硬件领域有望成为人形机器人主要外部供应链 4 竞争格局：谐波实现进口替代，RV持续进步 8料、工艺 9 2021年中国工业机器人伺服系统市场规模20.7亿元 11竞争格局：外资占据高端市场，汇川打破垄断 13技术壁垒：编码器分辨率/响应速度达到国际水准，稳定性/耐用性存在差距 14人运动的大脑 152021年中国工业机器人控制器市场14.7亿元，4年CAGR=8.78% 15 6 运动控制成为人形机器人供应链的主要领域器人产业链框架人形机器人产业链涉及的四大环节：感知、交互、运控、导航。自动化装置包括：1)传感器：本体感受传感器、触觉+视觉+声音传感器、机器视觉等(数量较多)；2)执行器：减速器、伺服系统、微电机等(数量较多)；3)计划控制：控制器、工控系统、AI系统等。主要技术路线及产业链相关公司如下图所示。资料来源：中国电子学会《中国机器人产业发展报告(2021年)》，华泰研究资料来源：Wind、特斯拉官网、华泰研究运动控制硬件领域有望成为人形机器人主要外部供应链根据特斯拉产品发布会信息，人形机器人Optimus(擎天柱)主要配置为：身高1.72m，体重57kg，可负载20kg，最快运动速度8km/h；采用Autopilot的摄像头作为视觉感知传感器，共八个摄像头；采用FSDComputer作为计算核心；脖子、胳膊、手、腿、躯干累计搭载了40个机电传动器；搭载多相机神经网络、基于神经网络的规化、自动标记、算法训练等。Optimus单价位于17~30万元之间，有望进入消费级、商级等各类场景。人形机器人对运动控制能力及感知计算能力要求较高，人形和工业机器人的核心零部件基本相同，数量和质量上有升级需求。在特斯拉的产品介绍中，软件装置，如全自动驾驶计算机FSD进行行为决策与运动控制，Dojo超级计算机进行神经网络自动训练，主要是特斯拉自己完成。硬件方面，机电传动器领域预计会采取和外部供应链合作的方式。与工业机器人2-6的自由度相比，人形机器人通常有30-40自由度，对应的伺服电机、减速器数量有较大增长空间。伺服系统和减速器(谐波)环节国内产业化能力相对较强；控制系统与工业机器人差别较大，开发和供应模式尚不明确；传感器环节，与外部环境感知和导航相关的自动驾驶类传感器有望受益。分类多关节机器人协作机器人直角坐标机器人SCARA机器人DELTA机器人人形机器人常见自由度4~64343~430-40减速器数量0~10KG：6个谐波10~20KG：4个谐波/2个RV20KG以上：6个RV)6~7个谐波不需要减速器重载使用RV轻载使用谐波1个谐波行星减速器谐波减速器为主腰部、腿部使用RV伺服电机交流伺服无刷直流伺服交流伺服交流伺服交流伺服无刷直流伺服、伺服电缸、空杯电机等资料来源：前瞻产业研究院、华泰研究本田ASIMOAtlas系列欧洲ICUBPOPPYROMEOPepperNaoWalker57个自由度28个自由度54个自由度25个自由度39台直流电机：20个自由度25个自由度41个自由度(电机驱动)：(液压驱动)(电机驱动)(舵机驱动)RE40十台(电机驱动)(电机驱动)(电机驱动)臂部7×2腿部3*2RE25十台手部13×2脚踝2*2RE-max系列以及DCX电机五台胯部1腿部6×2腕部/机械手：2*2腿部6*2腿部3*2底座3个全向轮腿部5*2颈*3资料来源：本田官网、波士顿动力官网、优必选官网、软银官网、EngineeredArts官网、AgilityRobotics官网、华泰研究成本构成上，人形机器人中运动控制占比接近50%，其中减速器占比22%，伺服系统占比16%，控制器占比11%。其他其他14%本体24%减速器31%控制器10%控制器10%20%资料来源：OFweek机器人网、华泰研究系统集成系统集成及其他1及其他17%雷达、传感器17%本体1本体17%22%控制器11%伺控制器11%16%资料来源：OFweek机器人网、华泰研究动控制领域上市公司梳理本文重点讨论的的是运动控制领域，相关上市公司盈利及估值状况，如下表所示。所属行业谐波减速器证券代码688017CH603915CH300403CH6324.T证券简称绿的谐波国茂股份汉宇集团哈默纳科市值(亿元)33240745008EPS(元)PE2022E123.524.635.275.3202222-24年净利润CAGR38.9%26.5%-29.6%20211.330.990.472022E0.860.35692023E2.281.100.39042024E3.081.38-162021147.821.430.2756.02023E86.319.231.249.82024E6415.4-44.9PEG3.170.80-0.352.55RV减速器002472CH002896CH600835CH0658HK6268.T5802.T双环传动中大力德上海机电中国高速传动NABTESCO住友电气3055743824013119330.340.761.120.77535720.68-1.22-57230.97--201301.31-1.41-21960116.055.614.057.7-12.9---16.511.629.9-11.1-9-1.65-1.160.8838.9%-7.8%-18.3%13.8%伺服系统300124CH688320CH002334CH002747CH300161CH002892CH002979CH300660CHOPCRFY6503.T6506.T0P6M.L汇川技术禾川科技英威腾埃斯顿华中数控科力尔雷赛智能江苏雷利和利时松下三菱电机安川电机西门子1,76904592564858710720660222126949241.170.270.15-0.190.460.720.940.83-90717.91.581.07-0.27-0.430.83--7190727.62.031.61-0.37-0.611.05--0995476.82.582.28-0.51-0.821.35--0308948.057.1-28.2196.2-125.940.331.843.518.7119.0119.0203.09.142.564.3-110.9-42.427.7--0.115.565.714.333.142.9-80.3-30.321.8--0.114.632.415.82630.2-58.2-22.5--0.112.924.613.61.53-2.92-1.14 1.540.580.011.611.045.5327.8%45.8%-38.0%-37.2%27.6%--20.6% 9.6%63.5%2.6%控制器002527CH300124CH002747CH002334CH300161CH873553CH002979CH6954.T6506.TKU2.DFABB.N6724.T新时达汇川技术埃斯顿英威腾华中数控华成工控雷赛智能发那科安川电机库卡ABB精工爱普生601,7692565948207146,68112,6943359579890.211.170.150.27-0.19 2.10.72 490 720.982.25890.371.580.27---0.838091470.6267-2.030.37---1.05936941.131.6396-2.580.51---1.359682032.141.779942.857.1196.228.2-125.931.431.847.265.785.313.522.424.442.5110.9---27.728.632.4139.323.47.5-33.180.3---21.824.724.6 7418.610.2-2658.2---23.923.539.117.1-0.241.532.92---3.051.841.571.38-0.55-27.8%38.0%---27.6% 9.4%17.6%88.9%16.9%-13.6%工业机器人002747CH300024CH300607CH688165CH002527CH002559CH430394CH002444CH0006CH516954.T6506.TKU2.DFABB.N6724.T7951.T埃斯顿机器人拓斯达埃夫特-U新时达亚威股份ST伯朗特巨星科技格力电器发那科安川电机库卡ABB精工爱普生雅马哈256776959604852441,8594668112694335957989106570.15-0.530.32-0.330.210.310.291.234.08 490 720.982.2589510.270.110.54--0.27-4.54809147 0.6 32672150.370.20.71--0.33-1.585.12936941.131.63962340.510.230.85--0.39-1.925.689682032.141.77299273196.2-21.551.6-34.342.828.18.565.785.313.522.437.6110.9100.430.1-24.431.4-16.57.328.632.4139.323.47.526.580.356.822.9--26.2-13.5 6.524.724.6 7418.610.224.358.250.519.1--21.9-11.15.823.923.52.922.451.18--0.241.59-0.760.623.051.841.571.38-0.552.0938.0%41.0%25.6%--19.7%-21.8%11.8% 9.4%17.6%88.9%16.9%-13.6%12.7%注：1)国内公司盈利预测来自Wind一致预期，国外公司盈利预测来自彭博一致预期。2)发那科、安川电机、三菱电机、大卫控股货币单位为日元；西门子、库卡、ABB货币单位为欧元；资料来源：Wind、彭博、华泰研究机器人运动的关节减速器可以通过降低转速而提高扭矩，以传递较大的负荷，克服伺服电机功率有限导致输出的扭矩较小的缺陷。根据构架和传动原理的不同，减速器可分为RV减速器、谐波减速器、齿轮减速器和摆线针轮减速器等。资料来源：华经产业研究院，华泰研究资料来源：华经产业研究院，华泰研究谐波、RV减速器的构造及工作原理：谐波减速器构造主要包括刚轮(带有内齿圈的刚性齿轮)、柔轮(带有外齿圈的柔性齿轮)、以及波发生器，通常采用波发生器主动-刚轮固定-柔轮输出形式，当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，此时长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，为完全啮合状态；而短轴处则为脱开状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。RV减速器由正齿轮(行星轮)、RV齿轮、曲柄轴、销(针齿销)、外壳(针轮)、输出轴等组成，其中RV齿轮位于正中是减速器的核心，其工作原理是通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速。资料来源：绿的谐波招股说明书、华泰研究资料来源：纳博特斯克官网、华泰研究机器人使用的减速机主要有三种：RV减速机、谐波减速机、行星减速机，最常用的是RV和谐波。谐波减速器在多关节机器人、SCARA、协作机器人、DELTA机器人中平均应用3.5台、3台、7台与1台，下游主要是多关节机器人(占比36.22%)、协作机器人(占比32.41%)，RV减速器在中大负载的多关节机器人中应用数量较多，RV在小型的SCARA、协作机器人中应用较少。行星减速机因精度较低，在机器人行业应用较少，常用在DELTA关键技术指标RV减速器减速比：30-192.4额定输出转矩：101-6,135N·m扭转刚性：20-1,176N·m/arcmin谐波减速器30-160额定输出转矩：6.6-921N·m扭转刚性：1.34-54.09N·m/arcmin技术特点通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，组成的零部件较多。通过柔轮的弹性变形传递运动，主要由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成。与RV及其他精密减速器相比，谐波减速器使用的材料、体积及重量大幅度降。产品性能应用场景终端领域大体积、高负载能力和高刚度一般应用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等重负载的位置。汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV减速器的重负载机器人。体积小、传动比高、精密度高主要应用于机器人小臂、腕部或手部3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg负载以下的机器人。价格区间5,000-8,000元/台1,000-5,000元/台资料来源：绿的谐波招股说明书，华泰研究我们测算：人形机器人减速器使用数量或在40~50个，将大幅抬升减速器的需求天花板。主要逻辑：减速器数量主要取决于手指数量、手腕弯曲度、腿部弯曲度等。若是人形机器人想达到人类相似的活动自由度，共需要78个减速器，使用谐波减速器约60个(在人形机器人小臂、腕部、手部等部件)，RV减速器约18个(在人形机器人的腰、上臂、下臂等大惯量、高转矩输出部件)。若是基本满足人形机器人需求的情况下，共需要减速器40~50关节基本数量理想数量适用减速器类型减速器体积肩关节22RV减速器50~60mm肘关节22谐波减速器30~40mm腕关节22谐波减速器30~40mm髋关节22RV/谐波减速器50~60mm膝关节22RV减速器50~60mm踝关节22RV减速器50~60mm指关节5*214*2谐波减速器20mm趾关节5*214*2谐波减速器20mm其他关节RV/谐波减速器总计40~5078注：理想情况指人形机器人和人类具备相同灵活度所需的减速器数量资料来源：华泰研究预测我们预测2025年中国工业机器人RV减速器市场需求45.7亿元，谐波减速器市场需求为41.2亿元。工业机器人的工作寿命一般为8-10年，减速器的使用寿命通常在两年左右，当前保有的工业机器人维修保养亦需要大量的减速器替换。新增的工业机器人需求是减速器产业发展的主要驱动力，机器人存量市场的更换亦是需求方向之一。核心假设：1)据MIR预测，2021~2025年中国工业机器人销量将从25.64万台增长至45.72万台；2)单台工业机器人所需RV减速器、谐波减速器分别为2个和3个；3)RV减速器和谐波减速器单价分别为5000元/台和3000元/台。技术指标2019202020212022E2023E2024E2025E工业机器人销量(万台)14.917.125.630.935.740.845.7单台RV减速器数(台)2222222单台谐波减速器数(台)3333333RV减速器总销量(万台)29.934.351.361.871.581.691.4谐波减速器总销量(万台)44.851.476.992.7107.2122.3137.2RV减速器单价(元/台)5000500050005000500050005000谐波减速器单价(元/台)3000300030003000300030003000RV减速器市场销售规模(亿元)15.017.225.730.935.840.845.7谐波减速器市场销售规模(亿元)13.415.423.127.832.236.741.2资料来源：MIR、华泰研究预测9%哈默纳科52%9%哈默纳科52%(万台)60%50%40%30%20%10%0%RV减速器总销量谐波减速器总销量250总销量yoy(右轴)2001501005002019202020212022E2023E2024E2025E资料来源：MIR、华泰研究预测RV减速器市场销售规模谐波减速器市场销售规模RV减速器市场销售规模谐波减速器市场销售规模10090807060504030200市场销售规模yoy(右轴)60%50%40%30%20%10%0%2019202020212022E2023E20242019202020212022E2023E2024E资料来源：MIR、华泰研究预测进口替代，RV持续进步谐波的龙头是哈默纳科(HD)，RV的霸主是纳博特斯克(帝人)，2021年这两家全球市场份额合计75%左右，其中纳博特斯克占60%。谐波减速器国产替代趋势明显，本土企业快速追赶哈默纳科。2021年，哈默纳科占中国谐波减速器38%的市场份额，相较2018年过半的市场份额显著下降。以绿的谐波为代表的国产谐波减速器份额提升明显，但在全球市场跟国际巨头的市场份额依然存在差距。同时，国内入局新玩家增多，除日本新宝、来福等原有厂商，同川、大族等企业也占据了一定的市场份额。据GGII统计数据显示，中国市场超100家本土企业涉足精密减速器的生产，其中谐波减速器企业超50家，国内企业增多叠加技术迭代升级，继续推动国产份额提升。其他其他13%新宝6%绿的谐波20%资料来源：高工机器人、华泰研究66%其他11%4%新宝7%来福8%哈默纳科38%绿的谐波26%资料来源：高工机器人、华泰研究日企掌握全球80%以上的RV减速器市场份额。据前瞻产业研究院数据，截至2020年，日本机器人减速器企业占据了全球80%以上的市场份额，RV三巨头是纳博特斯克、住友、SPINEA，其中博特斯克市场份额达到60%。采埃孚减速机的性能跟精度也处于前列，主要应用在高端机床上，工业机器人行业应用较少。国产RV减速器在技术领域有所突破，但高端市场、重负载市场的市占率、产品系列完善度方面有待进一步提高。国产RV以模仿起步，目前国内规模靠前的企业有双环传动、中大住友其他SPINEA住友其他3%3%8%10%中大力德8%10%7%南通振康7%双环传动7%纳博特斯克55%资料来源：高工机器人、华泰研究其他12%南通振康其他12%4%3%2%中大力德4%珠海飞马4%住友4%双环传动15%纳博特斯克52%资料来源：高工机器人、华泰研究国内厂商加快扩产节奏，满足减速器增长需求。近年来主流减速器日企产能扩张计划受疫情影响进度减缓，加之日本的人工成本较高，国内厂商在扩产成本上备具一定优势。绿的谐波减速器产能已突破30万台/年。RV减速器方面，双环传动21年均实现6万台套以上产能，并计划进一步产能扩充。公司减速器种类产能绿的谐波谐波减速器截止21年底年产30万台谐波减速器，计划提升至50万台或以上同川科技谐波减速器年产10万台谐波减速器中技克美谐波减速器XBS谐波传动减速器、XBD谐波传动减速器、XBHS中空型谐波传动减速器系列，年产达5万台套双环传动RV减速器21年RV减速器产能6-8万台，22年内有望达10万台以上南通振康RV减速器年产接近2万台RV减速器资料来源：各公司官网，华泰研究国产减速器精度、寿命与外资仍有一定差距。在效率、减速比、传动精度、扭矩刚度等关键指标参数上，国产减速器已经基本达到了国际领先的产品水平，但是在使用寿命、故障率等方面仍有差距。根据官网数据，纳博特斯克销量最高的RV-C和RV-E系列都具有更高的额定输出转矩和减速比，同时寿命可以达到6000小时以上。与国外产品相比，一部分国产减速器长时间使用后仍有出现的磨损、漏油、精度下降的情况，在产品稳定性和使用寿命上仍需提升。减速器对技术积累要求非常高，细小的工艺差距会影响减速器的精度、损耗速度和寿命。打破海外技术壁垒的关键：设备、制造工艺。1)国内厂商仍以购买进口制造设备为主，部分国家对我国有所限制，导致国内企业对于新增需求无法做出快速反应，加之我国机床整体制造水平偏低，对减速器零件加工工艺缺乏经验，自主制造能力仍然受限。除了绿的谐波等企业通过工艺、材料的改进解决设备卡脖子问题外，加速提高国产精密设备制造水平仍为关键。2)减速器属于薄壁零件，如果热处理技术不过关，会导致零件变形较大，RV减速器C系列中的双联齿轮对于热处理变形的控制等，均属于技术难题。性能指标绿的谐波(LHS-32)来福(LHT-32)钧兴(KSHG-32)HD(HPG-32)齿隙精度≤1arcmin≤1arcmin≤1arcmin≤1arcmin传动精度≤1arcmin≤1arcmin≤1arcmin≤1arcmin效率≥80%≥80%≥80%≥85%温升＜40℃＜40℃＜40℃＜40℃噪声＜75dB(A)＜75dB(A)＜75dB(A)＜75dB(A)允许最高输入转速(rads/min)4500400048005000额定扭矩最大冲击转矩190-652497-892450-868200-686减速比回差≤10’≤105’≤X≤10’5’≤X≤10’重量53.2资料来源：高工机器人，华泰研究性能指标南通振康(RV-40E)双环传动(SHPR-40E)纳博特斯克(Nab40E)齿隙精度≤1arcmin≤1arcmin≤1arcmin传动精度≤1arcmin≤1arcmin≤1.5arcmin效率≥80%85%≤X≤95%85%≤X≤95%温升＜47℃＜45℃＜45℃噪声＜75dB(A)＜75dB(A)＜70dB(A)允许最高输入转速707070额定扭矩412412353扭转刚度080808过载≤250%≤250%≤250%减速比回差≤10’≤10’≤10’资料来源：高工机器人，华泰研究伺服电机：机器人运动的心脏电机按用途可划分为驱动用电动机和控制用电动机。1)驱动用电动机包括：电动工具用电动机、家电用电动机及其他通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。2)控制用电动机包括：步进电动机、伺服电动机、空杯电机等。资料来源：华泰研究资料来源：华泰研究伺服系统直接影响工业机器人的运动精度、控制速度以及稳定性，主要包括伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分。伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统。伺服系统由伺服驱动器发出信号给伺服电机驱动其转动，同时编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。资料来源：禾川科技招股说明书、华泰研究资料来源：MIR、华泰研究工业机器人行业占伺服系统下游9.4%，主要应用交流伺服电机，其中协作机器人主要用直流无刷电机；服务机器人和医疗器械是对无刷直流伺服增长带动比较明显的领域。由于交流伺服电机具有最大转速高、速度控制平滑、振荡小不易发热以及适用于无尘、易爆环境的诸多优点更加适应工业自动化对于运动控制的要求，目前大多数工业机器人与数控机床都采用交流伺服电机。无刷直流伺服市场的增长与下游行业应用以及细分行业中电机技术替代趋势密不可分，服务机器人和医疗器械是对无刷直流伺服增长带动比较明显的领域。13.80%机床12.80%工业机器人9.40%电池制造设备13.80%机床12.80%工业机器人9.40%电池制造设备8.60%纺织机械5.90%包装机械电电子及半导体制造设备其其他36.80%33C制造设备3.30%塑料机械塑料机械3.30%资料来源：MIR、华泰研究2017~2021年，中国伺服系统市场从97亿元增长至224亿元，CAGR=23.27%。2021年-2021年CAGR=9.86%。其中，交流伺服电机市场占比65%，直流伺服电机占比35%。2019年交流伺服电机市场90亿，2010年至2019年CAGR=9.67%，占比从69%增长至78%；直流伺服电机25亿(2020年无刷直流伺服(亿元)中国伺服系统市场规模yoy35030025020015010050028622428622478441997201720182019202020212022E30%25%20%15%10%5%0%资料来源：中商产业研究院、华泰研究(亿元)200180160140120100806040200伺服电机市场规模yoy(右轴)16%14%12%10%8%6%4%2%0%201720182019202020212022E资料来源：MIR、华泰研究2021年工业机器人伺服系统市场规模20.68亿元，占比9.4%。人形机器人采用直流伺服电机和微型电缸系统，单台设备所需机电传动器数量约30~40个，单台用量是多关节机器人的6~7倍。由于人形机器人体积更大，以及对精度要求更高，人形机器人通常使用直流无框力矩电机，可以在较小体积下输出较大的力。其中对于颈关节、肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、膝关节、踝关节等大关节来说，一般采用标准的电机组合形式，电机功率约100~200瓦。对于手部关节，空间狭小、要求较高，可选用微型电机系统和微型电缸系统相组合的形式，电机功率大约30瓦左右。短期来看，2020Q2以来中国交流伺服电机景气持续上行，2022H1增速开始放缓。2022年上半年中国交流伺服电机销售额为123.32亿元，同比持平。2022Q2同比略有下滑，主要是由于疫情加剧上游缺芯+机床下游行业(传统汽车、工程机械、3C)市场低迷导致需求持续减弱。表现得相对比较稳定的是大中型PLC，在2022Q2仍保持同比正增长，主要得益于新能源、半导体及部分项目型行业如化工、市政等仍保持增长。我们将持续关注下半年行业需求的变化。250%200%150%100% 50% 0%-50%印刷工程机械烟草机床建材包装电梯起重纸巾制药物流造纸暖通空调纺织橡胶塑料其他半导体250%200%150%100% 50% 0%-50%印刷工程机械烟草机床建材包装电梯起重纸巾制药物流造纸暖通空调纺织橡胶塑料其他半导体食品饮料电池合计70605040302002017Q120172017Q12017Q22017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q2交流伺服销售额 交流伺服销售额yoy-右交流伺服销售额80%70%60%50%40%30%20%10%0%-10%-20%-30%资料来源：MIR、华泰研究伺服交流大中型PLC低压变频器小型PLC2018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q2资料来源：MIR、华泰研究454035302520502017Q120172017Q12017Q22017Q32017Q42018Q12018Q22018Q32018Q42019Q12019Q22019Q32019Q42020Q12020Q22020Q32020Q42021Q12021Q22021Q32021Q42022Q12022Q2小型PLC销售额大中型PLC销售额0.20.10-0.1-0.2资料来源：MIR、华泰研究2021H2021H12022H1100%80%60%40%20%0%-20%-40%-60%资料来源：MIR、华泰研究国内工业机器人伺服电机(主要是交流伺服)外资品牌占比约65%，汇川技术打破外资垄断。外资品牌中以日系和欧美品牌为主导，国产品牌发展起步较晚，在伺服电机领域一直处于追赶位置，2021H1年国内企业市场份额整体市场份额较小，为35%。国内企业中，汇川技术在伺服电机的产量和业务布局及销售占上处于领先地位，据MIR数据，2021年H1汇川技术以15.9%的市场份额超越日系供应商安川、松下和三菱及台湾台达，排名第一。外资品牌65%国产品牌35%资料来源：MIR、华泰研究其他46%汇川16%安川12%三菱8%9%9%9%资料来源：MIR、华泰研究机+驱动器的成套供应方式步科、雷赛智能、科尔摩根机+驱动器的成套供应方式步科、雷赛智能、科尔摩根类：没有驱动器产品，仅供应电机给客户端市场高中国无刷直流伺服市场集中度不高，CR10市场份额不到50%，销售额在1亿以上的只有1家，5千万以上的只有5家。这些供应商可分为三类：第一类采取电机+驱动器的成套供应方式，主要企业有步科、雷赛智能、科尔摩根等；第二类厂商自己没有驱动器产品，仅供应电机给客户，如国内的常州富兴；第三类公司仅供应驱动器，如ELMO、Copley、高创等。在下游高端应用市场中，科尔摩根、纳诺达克、日系的多摩川等份额靠前。中端市场国产厂商占比较多，步科、雷赛智能、江苏雷利名列前茅。低端市场集中度不高，头部厂商的份额也没有与后面的厂商拉开距离，步科、卧龙电机、和利时等领先。驱动器资料来源：前瞻产业研究院、华泰研究资料来源：前瞻产业研究院、华泰研究M锐联、台达集团、上海贝锡、上海霸田等。距头部国内企业中小功率产品的核心技术指标已经达到国际领先水平。根据我们的调研，编码器占电机成本的30%，编码器分辨率决定了伺服电机旋转的角位移，编码器分辨率越高，控制精度也越高。目前安川Σ-7系列与台达ASDA系列所配备的编码器的分辨率最高，为24bit，汇川已经达到23bit的分辨率，与国际领先水平差距较小。在过载能力方面松下、安川、禾川、汇川与西门子的主流产品均已经拥有3.5倍的过载能力，国内企业以达到国际领先水平。国内企业在产品使用稳定性及耐用性方面依然与国外领先企业存在差距。例如安川电机的Σ-7系列耐环境性能表现出众，能够在更严苛的环境下运行。其产品使用海拔高度为2000米，适用最高环境温度为60摄氏度，而国内伺服产品一般适用温度为55摄氏度，且需要在大幅降低负载功率的条件下运行。松下安川三菱西门子禾川信捷达汇川英威腾性能指标MINAS-A6Σ-7系列MELSERVO-J4SINAMICSS210X6M系列MS6-80系列ASDA-A3SV600DA300编码器分辨率(bit)2324222023242323过载能力3.53.533.53.533.53.53最高转速650060006000600060005200600060005000速度频率响应33.2-3.133资料来源：各公司官网、华泰研究控制器：机器人运动的大脑控制器是实现对工业机器人的位置、速度、加速度等进行控制的核心零部件，工业机器人与人类的人机交互也依赖于控制器。控制系统主要由控制器(硬件)和控制算法(软件)组成。控制器通过分析伺服电机编码器以及机器人传感器所反馈的信号，通过给伺服驱动器发送位置、速度指令的方式来完成对工业机器人的控制。工业机器人控制器的主流控制方式为PC-Based控制，具有系统通用性强、可拓展性强的优势，能够满足工业机器人复杂运动的算法要求。用资料来源：雷赛智能招股说明书，华泰研究资料来源：雷赛智能招股说明书，华泰研究下游应用场景分散，控制器供应链方式尚不明确。由于人形机器人的伺服驱动器数量高达数十个，需要处理庞杂的数据，工业机器人的驱控一体很难实现，还需额外添加一个独立控制器。人形机器人控制器，对于客户应用场景的了解及工艺要求是主要因素，单独一家厂商还很难将人形机器人做到各个场景的通用，厂商负责本体制造+控制部分做成开源系统可能成为解决方案之一。目前人形机器人生产规模较小，未来进入量产阶段后，供应链方式尚不明朗。控制解决方案本田ASIMO控制计算机放置在躯体VxWorks实时操作系统的处理器构成，分别控制手、腿、关节、视觉。与输入输出控制板之间通过总线连接。Atlas系列使用集成IMU、联合位置和力传感器来控制自身的肢体动作。模型预测控制器 (MPC)使用机器人动力学模型来预测机器人未来的动作，优化行为，随时间推移产生最佳动作。欧洲ICUB动作指定并非基于系统本身，而是远使用名为ARCHER的学习型算法体系。用一台相机捕获并处理标的图像，对失败的尝试分析，并找出最佳的射击角度、轨迹等。POPPY项目使用GPLv3开源，设计CAD都是开源ROMEO在基于LPPA所制作的控制图表功能上，提出了中心控制，架构，可以获得高质量的被动步态模式。Pepper支持通过Wi-Fi接入云端服务器，这能够令其表现和各类识别系统更加智能。为了扩展其应用实现，厂商SDK，开发者可个性化设定。Nao使用网线或WIFI连接NAO与电脑，并通过Mitek智慧大脑软件控制。一个CPU位于头部，运行一个Linux内核，并支持厂商自行研制的专有中间件 CPU，位于机器人躯干资料来源：本田官网、波士顿动力官网、优必选官网、软银官网、EngineeredArts官网、AgilityRobotics官网、华泰研究中国工业机器人控制器市场规模从2017年的10.5亿元增长至2021年的14.7亿元，CAGR=8.78%。根据中商产业研究院预测，2022年我国机器人控制器市场规模16.2亿元，同比增长10.2%。根据华经产业研究院，2020年全球运动控制市场规模约为196亿美元，同比增长4.81%，预计2021至2025年，全球运动控制市场规模将保持5%的复合增长率。规模(亿美元)全球运动控制市场规模YoY3002502001501005002019202020212022E2023E2024E2025E5.4%5.2%5.0%4.8%4.6%4.4%资料来源：华经产业研究院，华泰研究(亿元)国内机器人控制器市场规模YoY205020%15%10%5%0%201720182019202020212022E20172018201920202021资料来源：中商产业研究院，华泰研究控制系统参与者分种类看：一类是主流的大型机器人厂商，自主研发控制器和控制算法，包括ABB、KUKA、发那科、国内的埃斯顿等。工业机器人行业巨头一般都采用控制器自产自用的模式，且各机器人厂商的控制器无法兼容，因此控制器市场竞争格局类似于机器人本体的竞争格局。在国产机器人公司中，埃斯顿于2017年初收购全球排名前十的运动控制品牌英国TRIO，汇川技术自主开发高性能标准型控制器IMC100，广州数控自主研发RB、RMD、RB03A1系列控制器优化加减速性能，华中数控自主开发华数Ⅱ型控制系统为用户提供整套工业机器人控制解决方案；另一类是专业的控制系统厂商，单独售卖控制器，提供可扩展和二次开发的硬件和软件平宏电子等。这类企业以国产厂商为主，主要服务于中低端市场，前五大厂商中，除了倍福固高科技、雷赛智能、维宏电子。这个领域里，外资如西门子虽然在中国市场份额占比不高，但其产品应用的市场瞄准高端市场，产品品质和技术含量有保证。资料来源：Wind、各公司官网、OFweek，华泰研究库卡14%库卡14%ABB12%爱普生7%发那科1发那科16%23%那那智不二越5%OOTC6%史史陶比尔6%安安川电机11%资料来源：前瞻产业研究院、华泰研究资料来源：Wind、各公司官网、OFweek，华泰研究国内外控制器技术差距主要在于软件算法，而软件算法则建立在对应用行业的深入理解之上。控制器中的硬件主要包括工控计算机以及示教器/电脑面板两类。由于工业机器人运动控制精度并不需要达到微米级别，因此控制器对工控计算机中内置的芯片要求不高，并不存在难以逾越的技术壁垒。目前国内外机器人控制器技术差距主要体现在控制算法上面，控制算法的迭代需要在下游不断试错调整中进行。国外巨头因为进入汽车、3C电子行业时间较早，对应用行业生产工艺的理解较深，通过根据下游客户的问题反馈将自己的算法不断迭代进化建立了先发优势。国产品牌控制算法在工业机器人成熟应用行业短时间内追平国外龙头难度较大，突破外资主导市场格局的机会在于工艺变化较快的光伏、锂电、物流等新兴下游行业。公司时间事件发那科1974年机器人在发那科工厂开发和安装。ABB1978年ASEA推出首批工业机器人之一。库卡1971年KUKA为戴姆勒-奔驰建造了欧洲第一条由机器人运行的焊接流水线。安川电机1977年日本国内首台全电动型工业机器人MOTOMAN-L10面市。爱普生1983年推出水平铰接式精密装配机器人。史陶比尔1982年进入自动化和机器人领域，开发并制造SCARA机器人。川崎重工1969年川崎成功推出了日本第一台液压动力机器人“川崎Unimate2000”。那智不二越1979年成功研发电动型多关节焊接机器人。柯马1980s八十年代后半期，柯马开发了第一台激光机器人，随即便在通用汽车公司内配备使用。现代重工1984年正式进入工业机器人领域并以交钥匙的形式，向全世界用户提供自动化和机器人系统的项目服务。新时达2012年新时达工业机器人项目被列入2012年度上海市重大技术装备研制专项。汇川技术2017年汇川技术发布全新一代SCARA机器人整机产品和方案。埃斯顿2012年推出工业机器人及成套设备产品。英威腾2016年机器人控制系统批量上市。华中数控2013年机器人控制系统及伺服电机在桁架式多轴机器人、多关节机器人上开始小批量配套应用。固高科技1999年固高推出第一款插卡式运动控制器(GM系列)雷赛智能1998年推出第一款PC运动控制卡。广州数控2016年自主创新立项研发工业机器人。迈科讯2015年由多名运动控制行业资深工程师成立迈科讯公司。卡诺普2007年开始从事机器人控制系统研究。资料来源：各公司官网、Wind，华泰研究提示人形机器人产业化进展低于预期：人形机器人产品的基础研发周期较长，且研发成果的产业化具有不确定性，产品推广方面也可能不及预期，公司也面临因疫情开工延后，产能及产能利用率不足等问题。若新产品拓展不及预期，会给公司带来不及预期的经营风险和收益风险。特斯拉机器人实际发布产品的解决方案与我们预期出现差异；人形机器人属于新兴的消费产品，在较大需求空间情况下，产能决定了短期市场规模，如果特斯拉产能短期不足，或特斯拉实际发布的产品解决方案与我们的预期出现差异，将会影响机器人量产进度及相关供应商的经营业绩。中国产业链的进步低于预期：人形机器人的商业化进程依赖于中国机器人全产业链的降本增效，人形机器人技术难度高、构造复杂，对零部件厂商的技术要求可能较为严格。国内机器人产业链各大参与者在高端产品领域处于国产替代的追赶阶段，与国外领先企业尚存在差距。若国内参与者在高端零部件环节国产替代进度不及预期，则可能难以在人形机器人趋势下获益。分析师声明本人，肖群稀、关东奇来、时彧，兹证明本报告所表达的观点准确地反映了分析师对标的证券或发行人的个人意见；彼以往、现在或未来并无就其研究报告所提供的具体建议或所表迖的意见直接或间接收取任何报酬。一般声明及披露本报告由华泰证券股份有限公司(已具备中国证监会批准的证券投资咨询业务资格，以下简称“本公司”)制作。本报告所载资料是仅供接收人的严格保密资料。本报告仅供本公司及其客户和其关联机构使用。本公司不因接收人收到本报告而视其为客户。本报告基于本公司认为可靠的、已公开的信息编制，但本公司及其关联机构(以下统称为“华泰”)对该等信息的准确性及完整性不作任何保证。本报告所载的意见、评估及预测仅反映报告发布当日的观点和判断。在不同时期，华泰可能会发出与本报告所载意见、评估及预测不一致的研究报告。同时，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可能会波动。以往表现并不能指引未来，未来回报并不能得到保证，并存在损失本金的可能。华泰不保证本报告所含信息保持在最新状态。华泰对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本公司不是FINRA的注册会员，其研究分析师亦没有注册为FINRA的研究分析师/不具有FINRA分析师的注册资华泰力求报告内容客观、公正，但本报告所载的观点、结论和建议仅供参考，不构成购买或出售所述证券的要约或招揽。该等观点、建议并未考虑到个别投资者的具体投资目的、财务状况以及特定需求，在任何时候均不构成对客户私人投资建议。投资者应当充分考虑自身特定状况，并完整理解和使用本报告内容，不应视本报告为做出投资决策的唯一因素。对依据或者使用本报告所造成的一切后果，华泰及作者均不承担任何法律责任。任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。除非另行说明，本报告中所引用的关于业绩的数据代表过往表现，过往的业绩表现不应作为日后回报的预示。华泰不承诺也不保证任何预示的回报会得以实现，分析中所做的预测可能是基于相应的假设，任何假设的变化可能会显著影响所预测的回报。华泰及作者在自身所知情的范围内，与本报告所指的证券或投资标的不存在法律禁止的利害关系。在法律许可的情况下，华泰可能会持有报告中提到的公司所发行的证券头寸并进行交易，为该公司提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务或向该公司招揽业务。华泰的销售人员、交易人员或其他专业人士可能会依据不同假设和标准、采用不同的分析方法而口头或书面发表与本报告意见及建议不一致的市场评论和/或交易观点。华泰没有将此意