AI和机器人兴起新材料迎来大发展.pdf

证券研究报告2023年07月17日产业研究新材料产业深度报告：新材料产业深度报告：AI和机器人兴起，新材料迎来大发展和机器人兴起，新材料迎来大发展新材料产业框架之二新材料产业框架之二李永磊(证券分析师)S杨仁文(证券分析师)S国海证券研究所陈凯(联系人)S请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2核心总结核心总结 AI+机器人：机器人：硬件是硬件是AI机器人的核心竞争力。机器人的核心竞争力。减速器、伺服电机、控制器、传感器、AI芯片、PCB共同构成的上游关键硬件，为机器人保驾护航。减速器：减速器：安装在机器人的关节，用于精确控制机器人动作、传输更大的力矩，主要分为RV减速机和谐波减速器。据华经产业研究院数据，2020年RV减速机需求量为47.5万台，同比增长11.2%。市场集中度较高，其中日本企业博纳特斯克市场占有率位居第一（53%），具有绝对优势。除双环传动以外，其余厂商市场占有率均未超5%。2021年我国机器人用谐波减速器市场规模为12.1亿元，主要厂商有哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、中技克美等。国内头部厂商近年来市占率逐年提升。减速器上游结构件主要由钢材、铜、铝等金属加工而成，目前我国谐波柔轮材料（40Cr合金钢）依赖进口，部分厂家开始研发球墨铸铁材料用于谐波钢轮。伺服电机：伺服电机：伺服系统是机器人实现精准定位、精准运动的必要途径，主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成。据工控网数据，2022年中国伺服电机市场规模达181亿元，预计2023年市场规模将增长至195亿元。伺服电机市场集中度较高，2021年上半年国内厂商汇川技术市场份额占比第一，达15.9%，排名靠前的厂商依然以日本和中国台湾为主。稀土磁材是伺服电机制造过程中的重要原材料，供应厂商包括中科三环、金立永磁、正海磁材、宁波韵升、英洛华。控制器：控制器：相当于机器人的大脑，负责向机器发布和传递指令动作，控制机器人在工作中的运动位置、姿态和轨迹。据中商产业研究院数据，中国工业机器人用控制器市场规模由2017年的10.5 亿元上升至 2021 年的 14.7亿元，CAGR 为 8.8%，预计2022年市场规模有望达到16.2亿元。2021年日本发那科在国内市场份额为 18%，国内企业尚未形成市场竞争力，控制器国产率不足20%。中游本体厂商倾向于自研控制器&伺服系统，包括海外三大机器人巨头：日本发那科、日本安川、瑞典ABB。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3核心总结核心总结 传感器传感器：分为内部传感器和外部传感器，内部传感器包括位置、速度、力、加速度等物理的传感器，主要用于测量机器人自身状态，外部传感器模仿人类感官，包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。根据YOLE数据统计，2015-2021年无人机及机器人传感器市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元，复合增长率高达12.4%，其中光学传感器占比达74%。传感器原材料供应位于产业链最上游。国内供应商主要包括光纤材料：有研新材、锐科激光；陶瓷材料：风华高科、国瓷材料、顺络电子、三环集团、中瓷电子；半导体材料：江丰电子、阿石创、沪硅产业、三安光电、北方华创、鼎龙股份；金属材料：宝钢股份、江西铜业、紫金矿业。AI芯片：芯片：包括GPU（图形处理器）、FPGA（现场可编程逻辑门阵列）和ASIC（专用集成电路）。据中商产业研究院统计，2022年全球AI芯片市场规模约在361亿美元。随着人工智能技术日趋成熟，大算力基础设施不断完善，AI商业化应用将加速落地，AI芯片需求将持续上升。PCB：在电路中起固定各种元器件，提供各项元器件之间的连接电路，由绝缘隔热、一定强度的材质制作而成的板材，是关键电子互联件，被誉为“电子产品之母”。随着AI技术的快速普及，对智能设备的数量与性能提出了更高的要求，将同步驱动PCB需求的提升。根据Prismask预测，2027年全球PCB产值将达到983.9亿美元。风险提示：风险提示：AI技术发展和需求增长不及预期；新建项目投产进度不及预期；新建项目投产进度不及预期；行业竞争加剧；国际局势动荡。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4相关公司相关公司硬件上游相关材料相关公司减速器 RV减速器：博纳特斯克（日本）、双环传动（002472.SZ）、日本住友、飞马传动、中大力德（002896.SZ）、南通振康、智同科技、秦川机床（000837.SZ）谐波减速器：哈默纳科（日本）、日本新宝、绿的谐波（688017.SH）、来福谐波、中技克美（871601.NQ）、福德机器人、大族传动钢材中信特钢（000708.SZ）、河钢股份（000709.SZ）、抚顺特钢（600399.SH）、西宁特钢（600117.SH）、方大特钢（600507.SH）、南钢股份（600282.SH）、广大特材（688186.SH）铜合金有研粉材（688456.SH）、斯瑞新材（688102.SH）、江西铜业（600362.SH）、海亮股份（002203.SZ）、楚江新材（002171.SZ）、博威合金（601137.SH）、金田股份（601609.SH）、众源新材（603527.SH）、鑫科材料（600255.SH）、电工合金（300697.SZ）齿轮双环传动（002472.SZ）轴承五洲新春（603667.SH）润滑材料统一石化、龙蟠科技（603906.SH）、中国石化（600028.SH）、中国石油（601857.SH）伺服电机汇川技术（300124.SZ）、日本安川、台达（中国台湾）、日本松下、日本三菱稀土永磁材料中科三环（000970.SZ）、正海磁材（300224.SZ）、宁波韵升（600366.SH）、英洛华（000795.SZ）硅钢材料宝钢股份（600019.SH）、望变电气（603191.SH）、首钢股份（000959.SZ）控制器/海外：日本发那科、德国库卡、瑞士ABB、日本安川国内：埃斯顿（002747.SZ）、新时达（002527.SZ）、汇川技术（300124.SZ）、信捷电气（603416.SH）、英威腾（002334.SZ）、雷赛智能（002979.SZ）、固高科技（A21624.SZ）传感器光纤材料有研新材（600206.SH）、锐科激光（300747.SZ）陶瓷材料国瓷材料（300285.SZ）、风华高科（000636.SZ）、顺络电子（002138.SZ）、三环集团（300408.SZ）、中瓷电子（003031.SZ）、麦捷科技（300319.SZ）金属材料宝钢股份（600019.SH）、江西铜业（600362.SH）、紫金矿业（601899.SH）资料来源：Wind，华经产业研究院，中商产业研究院，前瞻产业研究院，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5相关公司相关公司硬件上游相关材料相关公司芯片硅片海外：信越化学、SUMCO（日本）、世创电子（德国）、SK Siltron（韩国）国内：沪硅产业（688126.SH）、TCL中环（002129.SZ）、神工股份（688233.SH）、立昂微（605358.SH）、中晶科技（003026.SZ）、众合科技（000925.SZ）、扬杰科技（300373.SZ）、环球晶圆、有研半导体、上海合晶电子特气海外：空气化工（美国）、林德集团（德国）、液化空气（法国）、太阳日酸（日本）国内：昊华科技（600378.SH）、巨化股份（600160.SH）、雅克科技（002409.SZ）、硅烷科技（838402.BJ）、杭氧股份（002430.SZ）、凯美特气（002549.SZ）、和远气体（002971.SZ）、金宏气体（688106.SH）、华特气体（688268.SH）、正帆科技（688596.SH）、南大光电（300346.SZ）、侨源股份（301286.SZ）、胜华新材（603026.SH）湿电子化学品海外：海外：巴斯夫、默克（德国）、霍尼韦尔、英特格（美国）、住友化学、三菱化学、关东化学、Stella（日本）国内：江化微（603078.SH）、格林达（603931.SH）、晶瑞电材（300655.SZ）、飞凯材料（300398.SZ）、新宙邦（300037.SZ）、光华科技（002741.SZ），西陇科学（002584.SZ），巨化股份（600160.SH），多氟多（002407.SZ）、兴发集团（600141.SH）、上海新阳（300236.SZ）、安集科技（688019.SH）CMP抛光材料海外：Cabot（美国）、日立、Fujimi（日本）、Versum（德国）国内：安集科技（688019.SH）、鼎龙股份（300054.SZ）、江丰电子（300666.SZ）光刻胶海外：东京应化、JSR、住友化学、DONGJIM、富士胶片（日本）、杜邦（美国）国内：彤程新材（603650.SH）、晶瑞电材（300655.SZ）、万润股份（002643.SZ）、久日新材（688199.SH）、八亿时空（688181.SH）、雅克科技（002409.SZ）、容大感光（300576.SZ）、强力新材（300429.SZ）、上海新阳（300236.SZ）、南大光电（300346.SZ）、飞凯材料（300398.SZ）、广信材料（300537.SZ）光掩模板海外：Photronics（美国）、DNP、TOPPAN（日本）国内：清溢光电（688138.SH）、路维光电（688401.SH）、华润微（688396.SH）PCB电子树脂环氧树脂中化国际（600500.SH）、宏昌电子（603002.SH）、东材科技（601208.SH）、圣泉集团（605589.SH）聚四氟乙烯巨化股份（600160.SH）、昊华科技（600378.SH）、鲁西化工（000830.SZ）液晶高分子LCP 普利特（002324.SZ）、金发科技（600143.SH）、沃特股份（002886.SZ）电子铜箔诺德股份（600110.SH）、嘉元科技（688388.SH）、中一科技（301150.SZ）电子玻纤纱中国巨石（600176.SH）、中材科技（002080.SZ）、宏和科技（603256.SH）、长海股份（300196.SZ）硅微粉联瑞新材（688300.SH）、华飞电子（雅克科技全资子公司）（002409.SZ）PI薄膜瑞华泰（688323.SH）、国风新材（000859.SZ）资料来源：Wind，贤集网，飞鲸投研，前瞻产业研究院，国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6目录目录1.AI机器人：人工智能的终极形态机器人：人工智能的终极形态2.减速器：日系厂商竞争优势高，壁垒在于原材料减速器：日系厂商竞争优势高，壁垒在于原材料3.伺服电机伺服电机&控制器：国内厂商已建立优势控制器：国内厂商已建立优势4.传感器：视觉传感器或将率先受益传感器：视觉传感器或将率先受益5.AI芯片：智能化的核心，带动半导体材料大发展芯片：智能化的核心，带动半导体材料大发展6.PCB：AI浪潮下，浪潮下，PCB产业有望迎来重塑产业有望迎来重塑7.风险提示风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7人工智能：驱动新一轮科技革命和产业变革人工智能：驱动新一轮科技革命和产业变革 人工智能（Artificial Intelligence，AI）是利用机器学习和数据分析方法赋予机器模拟、延伸和拓展类人的智能的能力，实现听、说、读、写、学习、行动等功能，本质上是对人类思维过程的模拟，是多学科交叉融合的前沿技术。资料来源：OFweek维科网，PixelSquid，国海证券研究所图表：人工智能的本质与技术要素图表：人工智能的本质与技术要素听听语音识别机器翻译人机对话看看图像识别文字识别视频识别思考思考定理证明逻辑推理人机对弈医疗诊断创作创作语音合成图像合成文字合成音频合成学习学习机器学习知识表示行动行动机器人自动驾驶无人机学科基础学科基础 数学 计算器科学 控制科学 脑与认知科学 语言学 材料科学AI核心技术核心技术 机器学习 知识图谱 类脑智能计算 计算机视觉 自然语言处理 智能语音 智能无人系统 生物特征识别 VR/ARAI外延技术外延技术 数据库 数据挖掘 人机交互 物联网 可视化 芯片技术 计算机系统请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8发展历程：处于爆发增长的新浪潮发展历程：处于爆发增长的新浪潮 1956年达特茅斯会议上首次提出“人工智能”概念至今，人工智能已发展60余年，经历三次全球发展浪潮，目前正处于第三次发展浪潮之中。资料来源：OFweek维科网，人工智能发展报告2011-2020清华大学人工智能研究院，新华网，国海证券研究所AI诞生并快速发展模型突破，初步产业化创新研究加速，技术进一步实用化1956年年达特茅斯会议提出了人工智能概念1957年年心理学家罗森布拉特发明感知机的模型1982年年Hopfield神经网络模型提出1986年年Hinton等提出反向传播算法2006年年Hinton提出深度学习算法模型2012年年深度学习算法在语音、图像识别上取得重大突破2016年年Deepmind公司开发的AlphaGo战胜人类顶级围棋选手李世石2020年年AI助力疫情防控2023年年OpenAI发布的ChatGpt受到广泛关注，成为史上用户增速最快的消费级应用程序让机器具备逻辑推理能力解决特定领域问题的“专家系统”机器学习+深度学习+大数据第一次寒冬第一次寒冬1974-1980年年受限于机器算力，AI研究遇冷第二次寒冬第二次寒冬1987-1993年年专家系统的应用场景局限性高，升级难且维护费用高昂，各界对于AI的高预期落空图表：人工智能发展的三次浪潮图表：人工智能发展的三次浪潮第一次浪潮：1956-1974第二次浪潮：1980-1987第三次浪潮：1993-20112011年至今请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明9基础层是基础层是AI产业发展的底层基石产业发展的底层基石人工智能产业链可分为上游基础层、中游技术层和下游应用层。基础层是人工智能产业的基础，主要提供算力、算法和数据；技术层是人工智能产业的核心，将基础能力转化成人工智能技术；应用层是人工智能产业的延伸，将AI技术落地到细分行业与场景。图表：人工智能产业链图表：人工智能产业链资料来源：中商产业研究院，国海证券研究所基础层AI芯片智能传感器云服务数据服务5G通信AI模型生产等技术层关键领域技术计算机视觉自然语言处理等语音识别关键通用技术机器学习知识图谱等应用层产品服务应用场景智能机器人智慧城市无人机等智慧医疗智慧金融智慧交通智能家居智慧零售智慧物流智能安防等云服务语音识别请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明10传统机器人：可分为工业、服务与特种机器人传统机器人：可分为工业、服务与特种机器人 国际机器人联盟（IFR）根据应用环境，将机器人分为工业机器人与服务机器人两大类。其中工业机器人是指应用于生产过程与环境的机器人；服务机器人是指除工业机器人以外，用于非制造业并服务于人类的各种机器人，可分为个人/家用服务机器人和专业服务机器人。根据我国机器人市场现状，中国电子学会则进一步将机器人分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。图表：机器人分类图表：机器人分类 图表：图表：2022年机器人市场结构预测年机器人市场结构预测机器人工业机器人服务机器人特种机器人搬运机器人焊接机器人喷涂机器人加工机器人等家用服务机器人医疗机器人公共服务机器人救援机器人军用机器人等资料来源：中国机器人产业发展报告（2022年）中国电子学会，2021年中国机器人行业研究报告36氪，国海证券研究所38%50%42%37%20%13%全球中国工业机器人服务机器人特种机器人请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明11机器人市场规模逐步扩大机器人市场规模逐步扩大 据中国电子学会数据，2022年全球机器人市场规模预计达到513亿美元，其中工业、服务、特种机器人市场规模分别达到195亿美元、217 亿美元和101亿美元。预计到2024年，全球机器人市场规模将有望突破650亿美元。资料来源：中国机器人产业发展报告（2022年）中国电子学会，国海证券研究所图表：全球工业机器人销售额及增速图表：全球工业机器人销售额及增速 图表：全球服务机器人销售额及增速图表：全球服务机器人销售额及增速 图表：全球特种机器人销售额及增速图表：全球特种机器人销售额及增速 16316513813917519521023024%1%-16%1%26%11%8%10%-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%0501001502002502017 2018 2019 2020 2021 2022E2023E2024E市场规模（亿美元）年增长率669511613817221725029041%44%22%19%25%26%15%16%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%05010015020025030035020172018201920202021 2022E 2023E 2024E市场规模（亿美元）年增长率384353668210112014026%13%23%25%24%23%19%17%0%5%10%15%20%25%30%0204060801001201401602017 2018 2019 2020 2021 2022E2023E2024E市场规模（亿美元）年增长率请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明12历经三代演进，历经三代演进，AI机器人崭露头角机器人崭露头角资料来源：2021年中国机器人行业研究报告36氪机器人主要经历了三代发展历程，即程序控制机器人、自适应机器人和智能机器人。第一代：程序控制机器人第一代：程序控制机器人。完全按照事先装入到存储器中的程序步骤进行工作，如果任务或环境发生变化，就要重新设计程序。这类机器人主要模拟人的运动功能，执行拿取、搬运、包装、机械加工等固定工作。第二代：自适应机器人第二代：自适应机器人。配备了传感器，通过视觉、触觉、听觉等传感器获取作业环境和操作对象信息，由计算机对信息进行处理与分析，对机器人发出动作指令。这类机器人能够随环境变化来调整自身行为，可应用于焊接、装配、搬运等工作。第三代：第三代：AI机器人机器人。第三代机器人具有类人特征，除了运动和自适应调整功能，还具有感知交互和思维能力，能自主处理复杂问题。图表：机器人的发展历程图表：机器人的发展历程第一代：程序控制机器人第一代：程序控制机器人第二代：自适应机器人第二代：自适应机器人第三代：第三代：AI机器人机器人按实现程序设定步骤执行工作模拟运动功能，执行固定工作配备传感器传感器，通过传感器获取作业信息，由计算机发出动作指令可随环境变化调整自身行为配备专用专用AI芯片与算法芯片与算法，拥有感知交互和思维能力，能够自主处理复杂问题请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明13AI推动机器人规模与应用双扩张推动机器人规模与应用双扩张资料来源：人工智能机器人开启第四次科技革命势乘资本、光锥智能，中国政府网，国海证券研究所 据IFR数据及中国电子学会研究，机器人产业经过60多年的不断发展，2021年全球市场规模已超过400亿美元。我们相信未来10年在AI的加持下，机器人产业规模将迅速增长，同时AI机器人作为人工智能的实体化，将拥有更广泛的产业应用。图表：图表：AI机器人未来的应用领域与潜在空间机器人未来的应用领域与潜在空间工业机器人2021年市场规模175亿美元增速26%服务机器人2021年市场规模172亿美元增速25%特种机器人2021年市场规模82亿美元增速25%智能化自动化第一产业 第二产业 第三产业GDP 8.8万亿元，占比7.3%农业播种、农药喷洒、果蔬采摘、自动化收割、水产养殖、畜牧业2021年传统机器人的市场规模2022年国内生产总值(GDP)：121万亿元GDP 48.3万亿元，占比39.9%电子制造、服装纺织加工、智能化矿区机器人、建筑机器人GDP 63.9万亿元，占比52.8%交通、金融、餐饮、酒店、医疗、教育、文娱、旅游行业机器人AI机器人全面渗透机器人全面渗透三大产业三大产业请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明14芯片（通用芯片、专用AI芯片）、传感器、控制器、伺服电机、减速器硬件是机器人产业的核心竞争力硬件是机器人产业的核心竞争力资料来源：2022年中国智能机器人行业研究报告艾瑞咨询，2021年中国机器人行业研究报告36氪，2020中国服务机器人产业发展研究报告亿欧智库，中商产业研究院，观研天下，国海证券研究所 AI机器人产业链与工业机器人产业链大致相似，上游关键零部件除减速器、伺服电机、控制器、传感器外，增加了体现算力的专用AI芯片。中游涵盖机器人本体制造以及面向应用部署服务的系统集成。下游是由不同行业领域共同形成巨大的机器人应用市场。图表：图表：AI机器人产业链机器人产业链上游中游下游核心硬件核心硬件同时定位与建图（SLAM）、机器视觉、语言交互、操作系统与应用开发、云平台软件及集成方案工业机器人工业机器人焊接机器人、搬运机器人、喷涂机器人、装配机器人服务机器人服务机器人公共服务：物流机器人、送餐机器人个人/家用服务：教育机器人、家务机器人特种机器人特种机器人安防巡检机器人、水下机器人、消防机器人机器人本体制造航天航空仓储物流汽车制造电子制造医疗服务家庭服务应用领域摄像头、电源模组、存储器、本体结构件、其他零部件其他硬件其他硬件请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明15工业机器人：形态以手臂为主工业机器人：形态以手臂为主资料来源：2022中国工业机器人市场研究报告亿欧智库，国海证券研究所工业机器人主要分为三大模块：传感模块、控制模块和机械模块。其中传感模块负责感知内部和外部的信息，控制模块控制机器人完成各种活动，机械模块接受控制指令实现各种动作。目前多数工业机器人为“机械臂”，和人的手臂相似，包括手部、腕部、臂部、腰部和基座，每个关节都需要共同配合以完成任务。图表：工业机器人模块组成图表：工业机器人模块组成 图表：工业机器人机械结构图表：工业机器人机械结构人机交互系统指令给定装置、信息显示装置等控制系统处理器、运动控制装置等驱动系统液压、气动、电动、机械传动等机械结构系统手部、腕部、臂部、腰部、基座感受系统主要为传感器，分为内部和外部传感器机器人-环境交互系统工作对象机机械械模模块块 功能：实现各种动作，包括机械结构系统和驱动系统。核心零部件：伺服电机、核心零部件：伺服电机、减速器减速器传传感感模模块块 功能：感知内部和外部的信息包括感受系统和机器人-环境交互系统 核心零部件：传感器核心零部件：传感器控控制制模模块块 功能：控制机器人完成各种动作，包括人机交互系统和控制系统 核心零部件：控制器核心零部件：控制器末端执行器（手部）手腕小臂大臂腰部（立柱）基座（行走结构）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明16上游零部件成本占比与毛利率双高上游零部件成本占比与毛利率双高资料来源：2022中国工业机器人市场研究报告亿欧智库，国海证券研究所 工业机器人的上游核心零部件主要是减速器、伺服系统和控制器，是工业机器人核心技术壁垒。据亿欧智库数据，三大核心零部件的成本占总成本的60%，其中减速器成本占比最高（30%），其次是伺服系统（20%）和控制器（10%）。据亿欧智库数据，上游零部件毛利率高。减速器毛利率最高（40%），其次是伺服系统（35%）和控制器（25%）。图表：工业机器人成本结构图表：工业机器人成本结构 图表：工业机器人上游零部件毛利率图表：工业机器人上游零部件毛利率40%35%25%15%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%减速器伺服系统控制器本体制造12%28%30%20%10%60%其他机器人本体上游：减速器上游：伺服系统上游：控制器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明17人形机器人有望成为人形机器人有望成为AI的终极载体的终极载体资料来源：中国科学院自动化研究所，国海证券研究所 人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式，并具有一定程度的认知和决策智能的机器人，是人工智能技术的主要载体。作为通用化程度高、高度集成和智能化的机器人，人形机器人既需要极强的运动控制能力，也需要强大的感知和计算能力。人形机器人主要包含四大核心技术模块：环境感知模块、智能AI芯片模块、运动控制模块、操作系统模块，其中前三大技术模块与硬件有关。图表：人形机器人三大硬件核心模块图表：人形机器人三大硬件核心模块环境感知模块环境感知模块智能智能AI芯片模块芯片模块运动控制模块运动控制模块各类传感器激光雷达毫米波雷达3D摄像头等五官五官大脑大脑四肢四肢控制器伺服系统精密减速器结构单元AI芯片存储器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明18核心零部件之一：减速器核心零部件之一：减速器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明19减速器主要分为减速器主要分为RV减速机和谐波减速器减速机和谐波减速器资料来源：2022中国工业机器人市场研究报告亿欧智库，驭准精密官网，国海证券研究所 减速器是工业机器人的重要零部件，通常安装在机器人的关节，用于精确控制机器人动作、传输更大的力矩，主要分为RV减速机和谐波减速器。图表：工业机器人减速器图表：工业机器人减速器谐波减速器RV减速器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明20RV减速器减速器谐波减速器谐波减速器图示图示结构组成结构组成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，组成的零部件较多主要由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成，通过柔轮的弹性变形传递运动。与 RV精速器相比，谐波减速器使用的材料、体积及重量大幅度下降性能特点性能特点 刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高，适合中、重载荷的应用；需要传递很大的扭矩，承受过载冲击，在设计上使用了复杂的过定位结构，制造工艺和成本控制难度较大结构简单紧凑，适合于小型化、低、中载荷的应用应用场景应用场景一般应用于机器人中机座、大臂、肩部等重负载的位置。主要应用于机器人小臂、腕部或手部。价格区间价格区间5000-8000元/台1000-5000元/台两种减速器优势互补，应用于不同部位两种减速器优势互补，应用于不同部位资料来源：绿的谐波招股说明书，机器人网，华经产业研究院，国海证券研究所 谐波减速器与 RV 减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。由于传动原理和结构等技术特点差异，使二者在下游产品及应用领域方面各有所侧重、相辅相成，应用于不同场景和终端行业。在工业机器人领域，RV减速器具有刚度好、耐冲击能力强、传动系统稳定、高精度等特点，主要用于大臂、肩部、腿部等重负载位置；谐波减速器体积小、结构简易紧凑，主要用于小臂、腕部或手部等轻负载位置。图表：图表：RV减速器与谐波减速器对比减速器与谐波减速器对比 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明21机器人景气度提升，机器人景气度提升，RV减速器需求逐步增加减速器需求逐步增加资料来源：华经产业研究院，国海证券研究所 随着国内机器人产业的发展，带动RV减速器需求快速增长。2014年以来我国机器人产业对RV减速机的需求量呈现持续增长的趋势，据华经产业研究院数据，2020年RV减速机需求量为47.5万台，同比增长11.2%。中国RV减速机市场集中度较高。据华经产业研究院数据，其中日本企业博纳特斯克市场占有率位居第一（53%），具有绝对优势。除双环传动以外，其余厂商市场占有率均暂未超过5%。图表：图表：2014-2020年中国机器人对年中国机器人对RV减速器的需求量（万台）减速器的需求量（万台）图表：图表：2022年中国年中国RV减速器市场竞争格局减速器市场竞争格局1821.327.643.74642.747.505101520253035404550201420152016201720182019202053%14%5%4%4%3%3%2%12%纳博特斯克双环传动住友飞马中大力德南通振康智同泰川其他请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明22谐波减速器市场规模稳步增长谐波减速器市场规模稳步增长资料来源：华经产业研究院，国海证券研究所 据华经产业研究院数据，2021年我国机器人用谐波减速器市场规模为12.1亿元，预计2022年达到15.9亿元，2025年达到30亿元，2022-2025年市场规模平均增速为23.6%。全球谐波减速器市场内主要厂商有哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、中技克美等。哈默纳科技术和专利领先，产品寿命高、故障率低、品类丰富，覆盖全球市场。国内谐波减速器厂商有30多家，头部厂商有绿的谐波、来福谐波、双环传动、大族传动等。近年来国内厂商逐渐进入下游客户供应链，市占率逐年提升。图表：国内机器人谐波减速器市场规模（亿元）图表：国内机器人谐波减速器市场规模（亿元）图表：图表：2020和和2021年中国谐波减速器竞争格局年中国谐波减速器竞争格局12.115.920.124300510152025303520212022E2023E2024E2025E37.0%35.5%9.0%7.4%21.0%24.7%6.1%7.7%4.7%4.2%4.1%4.5%18.1%16.0%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%2020年2021年哈默纳科日本新宝绿的谐波来福谐波福德机器人大族传动其他请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明23减速器产业链减速器产业链资料来源：中商情报网，国海证券研究所 减速器产业链上游原材料主要包括：轴系部分、箱体、减速器附件等。产业链中游为减速器生产制造，主要包括通用减速器、专用减速器和精密减速器三类。产业链下游应用领域主要包括工业机器人、服务机器人、数控机床等。图表：减速器产业链全景图图表：减速器产业链全景图上游：原材料中游：减速器制造下游：应用领域通用减速器专用减速器工业机器人轴系部分齿轮、齿轴、轴承、轴承盖等箱体减速器附件窥视孔和窥视孔盖放油孔及放油螺塞游标通气器起盖螺钉、起吊装置等精密减速器RV减速器滤波减速器摆线针轮行星减速器服务机器人数控机床请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明24中游技术壁垒高，日本厂商竞争优势强中游技术壁垒高，日本厂商竞争优势强资料来源：Wind，中商情报网，中国工业机器人行业研究报告艾瑞咨询，国海证券研究所 减速器在工业机器人三大核心零部件中技术难度最大，行业高度垄断。减速器在工业机器人三大核心零部件中技术难度最大，行业高度垄断。据GGII、中商产业研究院数据，日本纳博特斯克在RV减速器领域处垄断地位，日本哈默纳科则在谐波减速器领域处垄断地位，两家合计占全球市场的75%左右。由于其极高的技术壁垒，下游本体制造厂商对减速器环节议价能力很弱。图表：图表：2022年工业机器人减速器竞争格局年工业机器人减速器竞争格局 图表：工业机器人减速器主要厂商图表：工业机器人减速器主要厂商企业名称地域涉及零部件2022年营收（亿元）绿的谐波江苏苏州谐波减速器、伺服系统4.46中技克美北京谐波减速器0.34中大力德浙江宁波RV减速器8.98来福谐波浙江绍兴谐波减速器/南通振康江苏南通RV减速器/Harmonic（哈默纳科）日本谐波减速器、伺服系统29.67Nabtesco（纳博特斯克）日本RV减速器161.6260%15%10%5%10%纳博特斯克哈默纳科住友SPINEA其他请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明25精密减速器上游原材料依赖进口精密减速器上游原材料依赖进口资料来源：中商情报网，高工机器人网，头豹研究院，国海证券研究所 减速器上游主要是以齿轮、齿轴、轴承、箱体、箱盖等结构件组成，这些结构件主要由钢材、铜、铝等金属加工而成。中国工业金属产量高，能满足一般传动减速器的质量需求，但对于精密减速器，部分中游制造商选择进口。以谐波减速器为例，谐波柔轮材料基本为40Cr合金钢，国外提纯技术较高，相比国内杂质少，目前国产谐波减速器的柔轮材料基本依赖进口。钢轮材料则有所差异，国内厂商一般使用调质合金钢，而日本哈默纳科多年来使用的材料均为球墨铸铁，其产品寿命已获得长时间的验证，是保证减速器寿命的最佳选择，因此国内一些减速器厂商也开始使用这类材料。图表：图表：2019年减速器制造商的成本构成年减速器制造商的成本构成 图表：球墨铸铁相较于合金钢的优势图表：球墨铸铁相较于合金钢的优势70%18%12%直接材料制造费用人工费用切削切削切削性能比钢好，有利于小模数齿轮的精密加工自润滑自润滑具有自润滑功能，减磨性优良，延长使用寿命导热导热导热系数是钢的一倍，有利于降低温升降噪降噪可以吸收震动，降低噪音轻量轻量比重比钢小8%，减少了减速器的重量刚度刚度刚度大，有利于增强减速器的整体刚度请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明26润滑材料在减速器运动过程中不可或缺润滑材料在减速器运动过程中不可或缺资料来源：齿轮头条，中国机器人网，同心智造网，工业机器人关键部件工况分析及润滑脂选用韩鹏，国海证券研究所 减速器运动过程中会发生磨损、粘滞、局部偏载等问题，需要在两个摩擦表面间使用润滑材料来减小摩擦。除了减少摩擦之外，润滑材料在减速器中还可以起到吸振、冷却、降温、散热、防止生锈和降低噪声等作用。工业机器人减速器大多选用润滑脂润滑，也有个别厂家采用润滑油润滑。润滑油是由基础油和添加剂组成，润滑脂则是由润滑油和稠化剂调制而成。相关公司统一石化、龙蟠科技、中国石化、中国石油图表：减速器缺油导致轴承损坏实物图图表：减速器缺油导致轴承损坏实物图 图表：工业机器人减速器用润滑脂实例图表：工业机器人减速器用润滑脂实例生产厂商产品名称稠化剂基础油产品特点日本厂商Moly脂锂基PAO、深度精制矿物油具有优异的抗磨性能和抗微动磨损性能，摩擦系数低，广泛应用于各种精密机器人减速器。目前在市场上应用广泛Vigo脂锂基PAO、深度精制矿物油极压性能优异，应用于重负荷工业机器人减速器马来西亚厂商机械手专用润滑脂复合锂基矿物油具有一定的抗微动磨损性能和极压性能中国石化长城润滑油SPI-B锂基PAO、深度精制矿物油优异的抗磨性能和抗微动磨损性能，摩擦系数低，应用于各种精密机器人减速器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明27核心零部件之二：伺服系统核心零部件之二：伺服系统&控制器控制器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明28伺服系统：机器人的动力系统伺服系统：机器人的动力系统资料来源：禾川科技招股说明书，国海证券研究所 伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出量，随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统，是工业自动化的关键零部件，实现精准定位、精准运动的必要途径。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器伺服驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常嵌入于伺服电机。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。图表：伺服系统产品图图表：伺服系统产品图 图表：伺服系统工作原理图表：伺服系统工作原理伺服驱动器伺服电机编码器请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明29步进电机步进电机伺服电机伺服电机结构组成结构组成控制精度控制精度0.36-1.80.036低频特性低频特性低速时易出现低频振动现象运转平稳，低速时不会出现振动现象矩频特性矩频特性输出力矩随转速升高而下降，较高转速时急剧下降恒力矩输出过载能力过载能力不具有过载能力具有较强过载能力运行性能运行性能开环控制，启动频率过高或负载过大易出现失步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象闭环控制，一般不会出现失步或过冲的 现象响应性能响应性能200-400毫秒几毫秒伺服电机更适用于机器人关节部位伺服电机更适用于机器人关节部位资料来源：鸣志电器官网，国海证券研究所伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面均优于步进电机，更加适用于机器人领域伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面均优于步进电机，更加适用于机器人领域。在数字控制的发展趋势下，运动控制系统中大多采用步进电