机器人行业点评:行星滚柱丝杠:人形机器人产业化的关键
行星滚柱丝杠有望成为人形机器人标配。丝杠属于机械传动部件,通过螺旋副将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为回转运动,具备高传动效率、高精度(微米级定位)、高承载能力、长寿命、体积紧凑等优点。常见的丝杠类型有滑动丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠,滑动丝杠结构简单、成本低,但摩擦力大、传动效率和精度低,适用于对精度和速度要求不高的场景;滚珠丝杠通过添加滚珠将滑动摩擦转化为滚动摩擦,传动效率超90%,且精度高,广泛应用于数控机床、自动化设备等领域;行星滚柱丝杠承载能力强、刚度和精度高,常用于重载、高精度场合,如航空航天和工业机器人中需承受较大负载的关节部位。
滚柱丝杠市场空间巨大,仅特斯拉一家需求量或超百亿。以特斯拉Optimus 人形机器人为例,其关节部分共使用14 根行星滚柱丝杠,分别为大臂2 个、小臂4 个、大腿4个、小腿4 个(不考虑灵巧手);根据特斯拉规划,将在2026 年将人形机器人的产量提升至5-10 万台,并在2027 年进一步提高至50-100 万台。假设单根丝杠价格1000元,若特斯拉Optimus 产量达到100 万台,对应丝杠市场空间达140 亿。
当前丝杠放量仍面临诸多卡点和难点。1)工艺:丝杠的内外螺纹加工可通过磨削、硬车、旋风铣削三种方式实现,目前加工工艺还未完全收敛,磨削精度高但效率低、设备价格贵,硬车效率高但技术尚未成熟,旋风铣削效率高但进口设备价格昂贵,技术路线仍存在不确定性;2)设备:丝杠核心难点在于螺母内螺纹的加工,需依赖高端磨床(如日本、德国品牌)或高精度高刚性车床,但海外设备供给有限且价格高昂,国产设备精度尚存差距;3)材料:丝杠需高强度合金钢,国内材料在硬度梯度、耐磨性上不及海外,热处理工艺稳定性不足,影响寿命与承载能力。
国内丝杠相关企业加速推进产业化。未来能够实现进口替代的机床企业或将受益于丝杠产能扩张,同时掌握更高效加工方式的丝杠企业将获得更高的市场份额。行业内企业正加速产业化:1)嵘泰股份:与润孚股份成立合资公司,占45%股权,专注于人形机器人和汽车底盘系统的行星滚柱丝杠、滚珠丝杠;2)浙江荣泰:拟通过收购股权及增资方式,持有微型丝杠领域的头部公司狄兹精密51%的股权;3)雷迪克:通过收购誊展精密51%股权切入丝杠领域;4)北特科技:投资18.5 亿元建设行星滚柱丝杠研发生产基地;5)福达股份:投资长坂科技35%股权切入丝杠领域;6)恒立液压:投资15.27 亿用于线性驱动器项目,加速布局行星滚柱丝杠、滚珠丝杠及电动缸等产品;7)双林股份:自研车用滚珠丝杠、滚柱丝杠和人形机器人丝杠,向国内外头部客户送样/交付;收购国内实现反向式行星滚柱丝杠磨床量产的企业无锡科之鑫;8)震裕科技:行星滚柱丝杠得到国内外多家客户验证,已实现小批量供货;线性执行器和灵巧手微型丝杠研发成功并送样;已建立2 条产线,日均产能100 套;计划25 年建立全自动产线;9)五洲新春:滚珠丝杠和行星滚柱丝杠取得订单,持续推进中;10)贝斯特:
滚柱丝杠和导轨已取得机床厂商的批量交付订单,行星滚柱丝杠配合客户持续推进;11)南京化纤:公司公告拟收购国内丝杠领导者南京工艺;12)力星股份:拟以现金方式收购青岛飞燕钢球控股权,切入机器人丝杠滚动体赛道;13)金沃股份:与丝杠公司合作,进行螺母、滚柱等零部件的开发和生产。
风险提示:技术发展存在不确定性;行业竞争加剧等。