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特斯拉人形机器人科技前瞻，行星滚柱丝杠产业链笔记：鼎智科技、五洲新春、贝斯特……

2024-11-02 00:00:08

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根据钛媒体近两天的消息，马斯克在社交媒体公布特斯拉第二代人形机器人Optimus Gen2的产品演示，预计将于本月内发布。视频显示，Optimus擎天柱二代机器人，加持AI大模型，体重比一代减少10kg，步行速度加快30%，手部关节能更精准地抓握细小易碎物品，如抓鸡蛋等动作。同时，Optimus二代还可以做多个深蹲动作，平衡能力有所增强。

图：特斯拉人形机器人二代

来源：特斯拉，钛媒体如果我们对人形机器人做结构拆解，核心的部分有三大件，大脑（FSD软件和芯片）、关节（包括线性关节、旋转关节）、灵巧手。如果再对关节和灵巧手做拆解，那么旋转关节的核心配件是谐波减速器、线性关节的核心是行星滚柱丝杠，灵巧手的核心配件是空心杯电机。除了以上这三大配件外，还有三类关节通用配件，如无框力矩电机、力传感器、编码器等。图：特斯拉人形机器人拆解，来源：浙商研究所图：特斯拉人形机器人成本拆解，来源：华安研究所今天我们要来拆解的，就是人形机器人几大核心配件之一，行星滚柱丝杠。

行星滚柱丝杠（Planetary Roller Screw）的发展历史，与滚珠丝杠（Ball Screw）和其他精密螺纹驱动系统相伴随，是现代机械工程和自动化领域，不断追求更高性能和精度要求的产物。

图：行星滚柱丝杠示意图

来源：北京允诚德谷早在19世纪，螺纹驱动系统就已经开始被使用，主要是粗糙的铅螺纹用于简单的机械装置。但这些系统的精度和效率都比较低。20世纪初，随着工业和机械自动化的发展，滚珠丝杠被发明出来，用以提高传动的精度和效率。这是一个重要的里程碑，因为滚珠丝杠大幅度提高了螺纹驱动系统的性能。行星滚柱丝杠，是在滚珠丝杠的基础上进一步发展的产物。为了满足更高的承载能力、精度和刚度要求，行星滚柱丝杠诞生于20世纪中叶。
行星滚柱丝杠这条产业链，具体包括：

图：行星滚柱丝杠产业链

来源：并购优塾上游——主要零部件是：轴、螺母和滚柱。轴是指螺纹的中心轴；螺母是与螺杆相配合的部件，内部有与螺杆螺纹相匹配的螺纹；滚柱是安装在螺母内部的多个小圆柱，它们的表面有螺纹，与螺杆的螺纹相匹配。更上游的原材料来看，轴选用的材料多为合金结构钢42CrMo，螺母和滚柱选用的材料为高碳铬轴承钢GCrl5。核心设备是高精度磨床，代表公司为：瑞士的斯图特、日本三井精机、英国的MARTIX、美国的D

RAKE等。国内代表公司为秦川机床。

中游——行星滚柱丝杠制造商，竞争格局分散，国内市场份额前三为 Rollvis、 GSA 以及瑞典的斯凯孚， CR3=66%。国产品牌南京工艺、博特精工占比均为 8%，

资本市场里涉及丝杠产品的主要公司为鼎智科技、五洲新春、贝斯特、恒力液压等。

图：滚柱丝杠国内市场份额按供应厂商占比（ 2022 年预测值）

来源：王有雪《E 公司滚柱丝杠产品营销策略研究》下游——由于其高精度、高承载能力和长寿命的特点，因此主要应用于高端和专业领域。例如，航空航天领域中的调整机翼、控制尾舵和其他关键部件的位置、机器人、医疗设备如CT扫描仪和MRI机器、精密数控机床、汽车的自动变速箱和高级悬挂系统等。从产业链上的参与者近期的增长情况来看：鼎智科技（江苏省，常州市）——2023前三季度实现收入2.57亿元，同比-7.51%；归母净利润0.67亿元，同比-20.37%。五洲新春（浙江省，绍兴市）——2023前三季度实现收入25.12亿元，同比0.19%；归母净利润1.23亿元，同比-13.52%。贝斯特（江苏省，无锡市）——2023前三季度实现收入7.94亿元，同比26.74%；归母净利润2.10亿元，同比36.773%。
从产业链上的参与者近期的增长情况来看：

图：机构一致预期增长和景气度情况

来源：并购优塾—— 研讨会 ——

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本报告所拆解的行星滚柱丝杠，是线性关节的核心配件。

在特斯拉人形机器人中，采用线性执行器的有14个

，具体应用于腕部、踝部的俯仰（pitch）、偏航（yaw）角，髋部、肘部、膝部的俯仰（pitch）角。

图：人形机器人采用线性执行器的部位

来源：特斯拉AI日

线性执行器（Linear Actuator）是一种机械装置，用于将能量（通常是电能、气动能或液压能）转换为直线运动。电机往往只能做旋转运动，因此采用螺旋杆的形式，将电机的旋转运动转换为直线运动。

图：线性执行器运动控制原理示意图

来源：鼎智科技广义来看，线性执行器的关键零部件丝杠，可分为滑动丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，三者的特性分别为：1）滑动丝杠依靠滑动摩擦传动，传动效率较低，一般用于没有较高定位要求且不长时间连续使用的场合。2）滚珠丝杠依靠滚动摩擦传动，传动效率高、精度高，适用于数控机床、定位工作台等精密定位传动场合。3）行星滚柱丝杠通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动，由滚柱带动螺母做直线运动。由于丝杠与滚柱之间的接触面积较大，具有较高的承载能力和耐冲击能力。
因此，特斯拉人形机器人为了达到高精度、高承载且体积要求较小的情况下必须采用行星滚柱丝杠，静态负载为滚珠丝杠的3倍，寿命为滚珠丝杠的15倍。

图：丝杠分类

来源：中信建投

按照结构来看，行星滚柱丝杠可分为：标准式、反向式（倒置式）、循环式、轴承环式、差动式。特斯拉的人形机器人Optimus采用倒置行星滚柱丝杠，由螺母旋转作为主动输入，丝杠直线运动作为被动输出，适合于空间紧凑的机电伺服系统中。

图：行星滚柱丝杠的种类

来源：柯浩《行星滚柱丝杠传动精度分析与设计》

从制造工艺来看，行星滚柱丝杠螺纹主要为旋风铣削、磨削加工、硬态车削、滚轧成型等。其中，磨削是高精度丝杠螺纹的主流加工方法。

图：加工流程

来源：东吴证券

从加工精度来看，滚动丝杠一般有6~7个精度等级，如在JIS标准中，滚珠丝杠精度等级分为C0、C1、C3、C5、C7、C10共6个等级，人形机器人用行星滚柱丝杠精度仅次于高端机床。

图：人形机器人用行星滚柱丝杠精度

来源：浙商证券（二）首先，从收入体量和业务结构方面，对各家公司有一个大致了解。从2022年收入体量来看，五洲新春（32.00亿元）>贝斯特（10.97亿元）>鼎智科技（3.18亿元）鼎智科技——江苏雷利为控股股东，持有34.52%的股份。公司从丝杠、螺母等传动组件起步，已成为线性执行器国内首位、世界次位，基于线性执行器这一传统优势业务，进一步发展了常规直流电机（旋转）、空心杯电机（旋转）、音圈电机（直线）等多元电机业务，并开始涉及控制器（与电机搭配的电子组件）、减速箱（与电机搭配的传动组件）等。22年收入构成中，线性执行器占比60.26%、混合式步进电机20.56%、直流电机14.46%。

根据公司2023年6月10日公开平台表示，微型行星滚柱丝杠处于研发中。

图：收入构成（单位：亿元）

来源：并购优塾五洲新春——22年收入构成中，轴承成品占比58.90%、热管理系统零部件26.18%、汽车零部件12.28%。其中，轴承产品包括轴承套圈、成品轴承和风电滚子；热管理系统零部件以管路件、结构件为主；汽车零部件包括汽车安全气囊气体发生器部件、驱动电机主轴、动力驱动装置零部件（变速器、减速器的齿轮、齿坯、齿套的精锻件和机加件等）。机器人相关产品方面，五洲已研发机器人谐波减速器柔性薄壁轴承、 RV减速器圆锥滚子轴承及各类定制化球轴承，并在研发交叉滚子轴承。已完成对大族谐波、中大力德等谐波减速器企业的送样。轴承和丝杠存在技术共通（关键设备都是磨床），人形机器人较汽车对滚珠丝杠的精度、工艺要求较高，未来也存在生产丝杠的可能。

尽管其已开始拓展机器人相关业务，但肉眼可见，目前对收入贡献小。

图：收入构成（单位：亿元）

来源：并购优塾贝斯特——22年收入构成中，汽车零部件占到91.74%。汽车业务具体可细分为，燃油汽车零部件主要包括涡轮增压器精密轴承件、叶轮、中间壳、气封板、密封环等；新能源汽车零部件主要包括车载充电机模组、驱动电机零部件、控制器零部件、涡旋盘、涡旋压缩机壳体、氢燃料电池汽车空压机叶轮、电机壳等功能件以及适用于混合动力汽车的涡轮增压器精密轴承件、叶轮、中间壳等；非汽车业务主要为工业母机产品，主要包括高精度滚珠/滚柱丝杠副和高精度滚动导轨副等。不过，尽管有机器人相关的业务，但对总业绩贡献也较小。

图：收入构成（单位：亿元）

来源：并购优塾（三）

图：单季度利润同比增速

来源：并购优塾从行业近期的增速来看：鼎智科技（江苏省，常州市）——2023前三季度实现收入2.57亿元，同比-7.51%；归母净利润0.67亿元，同比-20.38%。

Q3利润下滑受下游复苏较弱影响，单季度收入下滑55.59%。

图：单季度利润及同环比增速

来源：并购优塾五洲新春（浙江省，绍兴市）——2023前三季度实现收入25.12亿元，同比0.19%；归母净利润1.23亿元，同比-13.52%。Q3利润下滑业绩承压同样因为制造业景气度较低，海外客户（23年中报收入占比4

3.98%）订单减少致需求不及预。

图：单季度利润及同环比增速

来源：并购优塾贝斯特（江苏省，无锡市）——2023前三季度实现收入7.94亿元，同比26.74%；归母净利润2.10亿元，同比36.773%。Q3营收和净利润实现同比环比双增长。随着混动汽车销量增长，涡轮增压器渗透率不断提升

，同时叠加大客户放量，公司产品市占率将进一步提升，这是其业绩增长的核心原因，而非机器人配件业务驱动。

图：单季度利润及同环比增速

来源：并购优塾（四）

图：现金流、固定资产投资

来源：并购优塾贝斯特近几年资本支出提升较大，因19年开始通过收购赫贝斯和易通轻量化、设立安徽贝斯特，重点布局新能源汽车轻量化结构件、高附加值精密零部件以及氢燃料电池汽车部件等产品。（五）

图：综合毛利率（%）

来源：并购优塾

图：净利率（%）

来源：并购优塾

图：杜邦分析

来源：并购优塾净资产收益率来看，鼎智科技>贝斯特>五洲新春，净利率是关键影响因素。鼎智科技毛利率和总资产周转率，明显高于另外两家公司是因为下游应用领域不同。鼎智科技22年境内收入占比为73.79%，下游应用于高附加值的医疗器械及工业自动化领域，收入占比分别为62%和38%。五洲新春毛利率较低且存在下行趋势，主要为轴承行业竞争加剧、原材料价格上升和下游需求不足所致，该项业务的毛利率约18%。二、
产业链

图：产业链分析

来源：并购优塾上游主要选取了钢材和机床，钢材由于属于大宗产品因此毛利率和净利率并不高。中游环节中，三家公司鼎智科技由于下游客户的关系因此毛利率较高。下游环节特斯拉属于具有品牌溢价的公司，因此毛利率高于传统车企。从成长性来看，中游配件环节相对较好，主要因为此前受到去库存影响，未来两年存在补库逻辑。如果从生意质地上来看，这个行业属于典型的机械配件制造业，现金流质量、资本支出覆盖度都和消费、软件等行业有差距；优点主要在人形机器人未来增长前景较大，属于典型的成长行业。之前，马斯克曾公开表示，Optimus人形机器人最终价格可能低于2万美元，预计3-5年内量产。一旦未来产业链成熟，量产数量可能将达到100亿-200亿台——超过了地球人口的数倍。这，是一个疯狂的数字。（六）人形机器人尚未大规模量产，高频信息主要以政策和企业规划为主。无论是政策还是行业内新品发布均较为密集。
一、政策

图：2021至2023年8月我国出台的各类机器人刺激政策

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