人形机器人系列专题（三） ：链条在人形机器人中的应用

证券研究报告：机械设备|深度报告 2023 年 11 月 26 日 市场有风险，投资需谨慎 请务必阅读正文之后的免责条款部分 行业投资评级 强于大市|维持 行业基本情况 收盘点位 1448.01 52 周最高 1606.0 52 周最低 1343.43 行业相对指数表现（相对值） 资料来源：聚源，中邮证券研究所 研究所 分析师:刘卓 SAC 登记编号:S1340522110001 Email:liuzhuo@cnpsec.com 研究助理:傅昌鑫 SAC 登记编号:S1340123050006 Email:fuchangxin@cnpsec.com 近期研究报告 《人形机器人系列专题（二） ：产业链标的梳理》 - 2023.11.19 人形机器人系列专题（三） ：链条在人形机器人中的应用 ⚫ 投资要点 高精度的传动控制使得机械传动被广泛应用。传递动力主要有三种基本方式：机械传动、电力传动和流体动力传动（含气压传动及液压传动）。机械传动是通过齿轮、齿条、带、链等机件传递动力和进行控制的，其优点是传动准确可靠、传动效率高，实现回转运动的结构简单，同时可以传递较大扭矩。 链传动相较于其他传动有其特定优势区间。根据应用场景的不同需求，才能选择出最为适合的机械传动形式。通过对比各类机械传动的特点，我们能够注意到，链传动应用在传动速度低、负载/扭矩大、传动效率要求高、输入输出中心距较远、工作环境恶劣等场景下表现优异。 人形机器人应用场景天然需求灵活的运动性能。人形机器人的运动性能作为最直观的产品表现，是消费者首要关注的部分。基于此，下游应用场景对于人形机器人产品的设想中，天然包含了“能够做到像人类一样灵活运动”的潜在需求。人形机器人所需要的运动性能应当是力大身轻、能耗小、反应快，其运动核心集中在下半身。一个强大的执行器应当满足以下几个标准：（1）具备高的输出自重比（2）具备低的输出代价（3）具备高的力响应速度。对于人形机器人的下肢传动执行，主要有两大类实现方法，一种是以液压执行器为核心的液压驱动，一种是以电机为核心的电驱动。采用液压驱动能够使得人形机器人的运动性能强劲，但由于其成本居高不下，难以商业化。在液压方案短期内无法克服规模化问题的情况下，后续厂商如特斯拉、小米、优必选等大多转向了稳定性、性价比更高的电机驱动方案。行业内对传动部件选择各异，尚未有链传动确定方案。我们认为，特斯拉Optimus 主要依靠执行器的方案，希望得到的是能够规模化量产、成本可控、结构可靠、低耗能的机器人，因此对于类似波士顿动力 Atlas的高动态、高响应速度并非核心诉求。 链传动凭借特性可适用于高扭矩电机及高运动性能要求场景。作为力矩的根本来源，电机扭矩密度在系统中总是至关重要。在电机扭矩密度不断提升的情况下，链传动等小减速比传动部件的需求将得到拓展。小减速比传动部件一般是行星减速器、带/链传动、连杆机构等，链条相比其他传动部件，其特点在通用机器人天然需要替代的枯燥重复、危害健康等行业工况中具备优势。 链传动方案替换的切入场景：（一）为追求人形机器人优秀的运动性能，部分技术方案中将执行器置于关节远端，该情况下链传动或成为最优解。（二）链传动的替代场景还存在于机器人上半身手臂时，采用了两级链传动+手肘处肌腱传动的方案。此外，日本椿本链条预-8%-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%12%2022-112023-022023-042023-072023-092023-11机械设备沪深300 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 计 2024 年推出世界上最小的超紧凑滚子链，应用场景为先进医疗设备及机器人。 链传动方案可用于人形机器人的降本。行星滚柱丝杠海外产品售价高，国产尚未规模化，仍需等待国内厂商量产降本。链条传动成本相对较低，在满足性能及技术要求的情况下控制成本效果显著。 ⚫ 风险提示： 人工智能及大模型发展不及预期风险；核心零部件降本不达预期风险；人形机器人商业化应用不理想风险；政策支持落地力度不达预期风险。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 目录 1 当前人形机器人传动执行方案比较 ........................................................... 5 1.1 高精度的传动控制使得机械传动被广泛应用 ............................................... 5 1.2 链传动相较于其他传动有其特定优势区间 ................................................. 6 1.3 人形机器人应用场景天然需求灵活的运动性能 ............................................. 8 1.4 行业内对传动部件选择各异，尚未有链传动确定方案 ....................................... 11 2 链传动：特定场景下的成本优选 ............................................................ 13 2.1 链传动凭借特性可适用于高扭矩电机及高运动性能要求场景 ................................. 14 2.2 链传动方案替换的切入场景 ............................................................ 14 2.3 链传动方案可用于人形机器人的降本 .................................................... 16 3 风险提示 ................................................................................ 17 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 图表目录 图表 1： 机械传动同电气传动、流体动力传动性能对比 ....................................... 6 图表 2： 常用机械传动的形式、特点及应用 ................................................. 7 图表 3： Atlas 灵活敏捷的运动能力展示 .................................................... 8 图表 4： 人形机器人下肢执行方案对比 ..................................................... 9 图表 5： Atlas 的液压驱动装置 .......................................................... 10 图表 6： Optimus 通过硬件仿真之后简化成的六种执行