机械设备行业深度：机器人硬件拆解四智能关节的控制与驱动

内容目录一、伺服系统：电机控制的关键所在 3二、智能关节是机器人运动能力重要载体 6人形机器人运动控制算法难度大大增加 6驱动承担部分运动控制，芯片植入算法 8空间测算：驱动器为运动控制硬件中价值量占比最高的环节 9三、重点公司推荐 11麦格米特：平台型公司构筑深厚壁垒 11拓邦股份：全球领先的智能控制方案供应商 12英威腾：工业自动化优质供应商 13峰岹科技：国内领先的电机驱动芯片供应商 14风险提示 16图表目录图表1：伺服系统的组成及运作流程 3图表2：伺服系统的分类 3图表3：一种一体化伺服电机结构示意图 4图表4：伺服系统成本拆分 4图表5：伺服系统下游各行业占比（2021年） 4图表6：伺服驱动器成本构成 5图表7：点控制数控钻床 6图表8：连续轨迹控制弧焊机器人 6图表9：人形机器人底层技术与关键硬件 7图表10：波士顿动力Atlas翻跟头动作体现了人形机器人运动控制顶尖水平 7图表11：伺服驱动器工作原理图 8图表12：峰岹科技电机驱动控制架构 9图表13：特斯拉关节执行器分布（橙色） 9图表14：人形机器人控制器、驱动器及驱控芯片市场空间测算与敏感性分析 10图表15：麦格米特发展历程 11图表16：麦格米特营收及归母净利润 12图表17：麦格米特收入结构 12图表18：拓邦股份主要业务 12图表19：拓邦股份营收及归母净利润 13图表20：拓邦股份收入结构 13图表21：英威腾发展历程 13图表22：英威腾营业收入及同比增速 14图表23：英威腾归母净利润及同比增速 14图表24：峰岹科技公司历程 14图表25：峰岹科技主要产品布局 15图表26：峰岹科技营业收入与归母净利润 15图表27：峰岹科技营业收入结构 15一、伺服系统：电机控制的关键所在伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。其主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。伺服系统最初用于国防军工，如火炮的控制，船舰、飞机的自动驾驶，导弹发射等，后来逐渐推广到国民经济的许多部门，如自动机床、无线跟踪控制等。图表1：伺服系统的组成及运作流程资料来源：电子发烧友，有单回、多回、开环和闭环的伺服系统，按组成元件划分，有电气伺服系统、液压伺服系统、电气-液压和电气-电气伺服系统。图表2：伺服系统的分类资料来源：百度百科，驱动器和电机是伺服系统的主要成本，电子制造设备是主要应用方向。伺服系统的基本组成部分包括电机、编码器、驱动器、控制器等。其中，电机负责驱动机械运动，编码PWM11%2021。图表3：一种一体化伺服电机结构示意图资料来源：NiMotion，图表4：服系成本分 图表5：服系下游行业（202112%42%35%12%42%35%11%编码器电机其他

22%37%13%7%12%9%光伏设备其他22%37%13%7%12%9%资料来源：华经产业研究院， 资料来源：华经产业研究院，、DSP50%图表6：伺服驱动器成本构成IGBT7% 10%7% 10%30%10%10%12%21%FPGAPCB显示面板接口其他资料来源：前瞻产业研究院，二、智能关节是机器人运动能力重要载体人形机器人运动控制算法难度大大增加运动控制是机器技术的核心领域，传统工业机器人有三类控制方式。机器人运动控制是指通过计算机或其他电子设备对机器人的运动进行精确控制的技术领域。其工作的基本原理是根据机器人的自由度和运动学模型，通过传感器获取机器人当前状态，利用控制算法计算出机器人的运动轨迹和运动参数，然后通过执行器（如电机和液压装置）实现机器人的运动。传统工业机器人的运动控制方法包括以下几种：（（力/图表7：控制控钻床 图表8：续轨控制焊机人资料来源：大河立钻机床， 资料来源：KawasakiRobotics，得益于四大底层技术的突破，机器人智能控制逐渐成为现实。机器人的智能控制是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能控制决策的控制方式，通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库作出相应的决策，而智能驱动关节正是智能控制的核心3）图表9：人形机器人底层技术与关键硬件资料来源：傅利叶智能公众号，新浪财经头条，人形机器人运动控制算法难度大大增加。人形机器人是一种具备人类形象特征的机器人，通常拥有人类类似的外形、肢体和受力方式，能够实现复杂的动作，完成各种任务。传统的工业机器人或协作机器人在运动控制方面相对简单，而人形机器人由于需要模拟人类的动作，其运动控制算法的难度大幅增加，主要表现在以下两个方面：PD、PID控制在人形机器人上的应用受限，需要发展更高级的控制算法，如模型预测控制（ModelPredictiveControl，MPC）和强化学习等。器/图表10：波士顿动力Atlas翻跟头动作体现了人形机器人运动控制顶尖水平资料来源：澎湃，驱动承担部分运动控制，芯片植入算法伺服驱动器承担部分运动控制功能。由于现代工业对运动控制的要求日益增长，驱动器越来越多地承担了控制功能，驱动和控制有集成化发展趋势。当前主流的伺服驱动器由伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元组成。其中伺服控制单元是弱电部分，搭PWM/PFM2位置控制：需要33图表11：伺服驱动器工作原理图资料来源：中国工控网，DP（CGA等芯MCU+FPGAMCUARMCortex-MMCU图表12：峰岹科技电机驱动控制架构资料来源：峰岹科技招股书，空间测算：驱动器为运动控制硬件中价值量占比最高的环节特斯拉人形机器人Optimus全身共40个关节执行器，需要40个伺服驱动器与之配套。AIOptimus40Optimus至少需40图表13：特斯拉关节执行器分布（橙色）资料来源：特斯拉AIDAY，人形机器人有望带来大量驱动器、控制器需求，100万台销量假设下合计市场空间逾100亿元。Optimus3401500元/200/OptimusAPS45008000元，10045801250ptimus的驱控芯片ASP6006图表14：人形机器人控制器、驱动器及驱控芯片市场空间测算与敏感性分析价值量（元/个）人形机器人预计用量（个）单台价值量（元）人形机器人销量对应市场空间（亿元）100万台500万台1000万台控制器 15003450045225450驱动器 20040800080400800其中：驱控芯片 154060063060控制器+驱动器合计125001256251250资料来源：禾川科技招股书，峰岹科技招股书，雷锋网，注：测算过程包含主观假设，结论与实际可能存在误差三、重点公司推荐麦格米特：平台型公司构筑深厚壁垒20032007年2145G图表15：麦格米特发展历程资料来源：公司官网，202254.831.8%；71.5.3同比增长94.6%，实现快速放量，随着国内新能源汽车行业的高速发展，下游客户需求旺盛，公司业绩有望持续维持高增。图表16：麦米特营及归净润 图表17：麦米特收结构营业收（亿） 归母净润（元）营业收增速 归母净润增速60 50 70%40 60%30 20 20%10 10%0%0 -10%2018 2019 2020 2021 2022

精密连接 智能装备工业自化 新能源轨道通部件电源产品 智能家电控品2018 2019 2020 2021 2022资料来源：， 资料来源：，拓邦股份：全球领先的智能控制方案供应商199692016二十余年的高速发展,图表18：拓邦股份主要业务资料来源：公司年报，2018年34.07202288.7520182.0720225.83CAGR202288.75/5.8314.27%/3.13%34.84%/22.94%。图表19：拓股份营及归净润 图表20：拓股份收结构0

营业收（亿） 归母净润（元）营收增速（%） 归母净利增速（%）0%-10%2018 2019 2020 2021 2022

其他 智能解方案 工业 新能源 家电 工具2019 2020 2021 2022资料来源：公司年报， 资料来源：公司年报，英威腾：工业自动化优质供应商2002200520图表21：英威腾发展历程资料来源：公司官网，2018202222.2840.972019-2.98233.04%2019年图表22：英腾营业入及比速 图表23：英腾归母利润同增速营业收（亿） 营业收入速（%）45 40%40 35%35 30%30 25%25 20%2015 15%10 10%5 5%0 0%2018 2019 2020 2021 2022

归母净利润（亿元） 归母净利润增速（%）2018 2019 2020 2021 20224 100%2018 2019 2020 2021 20223 50%2 0%1-50%0-100%-1-2 -150%-3 -200%-4 -250%资料来源：， 资料来源：，峰岹科技：国内领先的电机驱动芯片供应商专注于高性能电机驱动控制芯片的平台型企业，下游应用广泛。峰岹科技成立于2010IT图表24：峰岹科技公司历程资料来源：公司官网，BLDC制芯片的设计公司，产品涵盖电机驱动控制的全部关键芯片，包括电机主控芯片MCU/ASICHVICMOSFETMCU/ASICHVIC、MOSFETBLDCBLDCUV、W/HVIC、MOSFETIPM。图表25：峰岹科技主要产品布局类别 典型产品 产品图示 产品特点 产品应用FU68FU68系列“双核”电机主控 机驱动控制专用MCU芯片MCU/ASI集成电机控制内核（ME）和通用内核；主要应用于小家电、白色具备高集成度、高稳定性、高效率、多功能、低家电、厨电、电动工具、噪音等应用特性；运动出行、通信设备、工具有调试灵活、适用性广的特点，可满足应用领业与汽车等众多下游领域域不断出现的拓展需求，适用于各种智能控制场产品。景。C电机驱动芯片HVICMOSFET

ASICASICFMD系列MOSFET

完整的直流无刷电机驱动整体解决方案；备体积小、集成度高、性价比高等优点。等功能；具备性能优异、降低能耗、系统高效等优点。统整体发热，实现高效率与低损耗的驱动。

主要应用于电扇类、扫地机器人、泵类、筋膜枪、散热风扇等多个领域。智能功率模块 智能功率模块智能功率模块 智能功率模块IPM适用于内置电机应用和紧集成控制电路、高低压驱动电路、高低压功率器凑安装场景，主要应用于件；移动电源、吹风筒等领域模块使用方便、可靠性好、尺寸小。产品。资料来源：公司公告，2018-20220.913.2320180.1320221.42CAGR81.80%2023Q10.891.86%0.44.54%MCUHVIC80%图表26：峰科技营收入归净利润 图表27：峰科技营收入.53210

营业总收入（亿元） 归母净利润（亿元）同比(%) 同比(%)2018 2019 2020 2021 2022

180%160%140%120%100%80%60%40%20%0%-20%

其他业务 IPM MOSFET 2018 2019 2020

HVIC2021

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