東方證券：人形機器人輕量化是必然趨勢 建議關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司

智通財經(jīng)APP獲悉，東方證券發(fā)布研究報告稱，23年12月12日，特斯拉發(fā)布了第二代人形機器人擎天柱Optimus Gen2，重量減輕10kg。輕量化發(fā)展有利于提升人形機器人的機動性、速度以及動作準確度和續(xù)航能力，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。輕量化后的人形機器人效率會更高，對控制或關(guān)節(jié)的要求可能會下降，所需的執(zhí)行功能的難度也可能會降低，這有利于推動量產(chǎn)節(jié)點的提前和降低大規(guī)模量產(chǎn)的門檻。該行認為全球包括中國的優(yōu)秀制造業(yè)企業(yè)積累了深厚的結(jié)構(gòu)輕量化的成功經(jīng)驗，或?qū)⒅畯?fù)制到人形機器人領(lǐng)域。

東方證券觀點如下：

機器人的輕量化主要是從材料和結(jié)構(gòu)這兩個方面來實現(xiàn)。但基于材料的方法，需采用新型材料，如鎂、鋁合金和碳纖維復(fù)材等，其成本高且加工難度大，同時材料輕量化也需和結(jié)構(gòu)設(shè)計相互耦合。與其相比，基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法只需改變結(jié)構(gòu)形狀，其成本低且容易實現(xiàn)，因而結(jié)構(gòu)輕量化就成了機器人輕量化設(shè)計的主要方法。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化法在汽車軸承、RV減速器、絲杠以及機器人等領(lǐng)域都有成功應(yīng)用案例，可在性能不變或提升的情況下大幅減輕質(zhì)量。結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法分為尺寸優(yōu)化，形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化3種。根據(jù)相關(guān)文獻，經(jīng)過拓撲優(yōu)化后的汽車K57G0后傳動軸質(zhì)量可減輕10%;經(jīng)過拓撲優(yōu)化后，RV減速器性能保持的情況下其主要部件質(zhì)量有所減輕;經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，近滿載航天伺服反向式行星滾柱絲杠副IPRSM相較于具有同等應(yīng)用載荷的國外IPRSM，體積和重量減小約30%，同時具有更高的傳動效率和傳動精度，綜合性能優(yōu)異。

此外，結(jié)構(gòu)優(yōu)化法在機器人機械上臂、六軸機器人、機器人大腿等領(lǐng)域亦有成功應(yīng)用案例。BaiYunfei等人對機器人SR-165的上臂實施了拓撲優(yōu)化，優(yōu)化后的上臂比原始結(jié)構(gòu)各項性能均有所提高，且質(zhì)量輕55.6%。呂鑫等從材料和結(jié)構(gòu)兩方面對六軸機器人進行輕量化設(shè)計，成功將質(zhì)量減輕26.5%。王權(quán)等使用變密度法優(yōu)化了WABIAN-2R機器人的大腿結(jié)構(gòu)，在強度、剛度、固有頻率不變的情況下移除了48.5%的材料。葛海波等用衍生式設(shè)計方法完全改變機器人腿部支架形狀，將機器人腿部支架減輕了超過50%。

該行認為結(jié)構(gòu)輕量化的成功經(jīng)驗或可復(fù)制到人形機器人領(lǐng)域，主要是由于當前人形機器人產(chǎn)業(yè)處在早期階段，對應(yīng)的設(shè)計方案在不斷地更新迭代，其中也包含對軸承、絲杠、減速器類產(chǎn)品的優(yōu)化升級。以特斯拉人形機器人為例，其包含了14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和14個線性執(zhí)行器，即56個軸承類產(chǎn)品(14個角接觸球軸承+14個交叉滾子軸承+14個滾珠軸承+14個四點接觸軸承)、14個行星滾柱絲杠和14個諧波減速器，假設(shè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器相應(yīng)的總質(zhì)量減輕10%、20%、30%、40%、50%，則人形機器人單機可減輕3.8、7.7、11.5、15.3、19.1千克。

機器人輕量化后可大幅提高運動的機動性和工作效率，進而改善操作速度和動作準確度，同時減輕運動慣性，提高機器人的本質(zhì)安全性。因此，輕量化后的人形機器人效率會更高，對控制或關(guān)節(jié)的要求可能會下降，所需的執(zhí)行功能的難度也可能會降低，這有利于推動量產(chǎn)節(jié)點的提前和降低大規(guī)模量產(chǎn)的門檻。該行認為全球包括中國的優(yōu)秀制造業(yè)企業(yè)積累了深厚的結(jié)構(gòu)輕量化的成功經(jīng)驗，或?qū)⒅畯?fù)制到人形機器人領(lǐng)域，

建議關(guān)注產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司：

1)絲杠和軸承：五洲新春(603667.SH)、北特科技(603009.SH)、恒立液壓(601100.SH)、貝斯特(300580.SZ)等;

2)減速器：綠的諧波(688017.SH)、夏廈精密(001306.SZ)、中大力德(002896.SZ)、秦川機床(000837.SZ)、豐立智能(301368.SZ)等。

風(fēng)險提示：人形機器人進展不及預(yù)期;輕量化進展不及預(yù)期;國產(chǎn)替代進程不及預(yù)期;行業(yè)競爭加劇;假設(shè)條件變化影響測算結(jié)果。