机械行业运动控制专题研究：人形机器人核心部件，高壁垒环节

1运动控制系统：人形机器人核心部件，高壁垒环节。人形机器人的感知决策需要依赖大模型提供的“大脑”，肢体控制则依赖于“小脑”—运动控制系统。先进的运动控制技术是人形机器人等高端装备实现高速、高精度、高实时响应作业性能的关键，完整的运动控制系统包括人机交互界面、控制器、驱动器、电机等部件，其中控制器、驱动器、电机三者相互联系，共同组成运动控制系统的主干。运动控制产品集成计算机控制、微电子等多项技术，并需要长期深入工业一线应用场景进行不断的知识反馈、经验吸收和技术迭代，是基础研究和应用实践紧密结合的高竞争壁垒领域。人形机器人的自由度明显超出普通高端装备，为运动控制带来了更高的挑战，也带来了更高的市场空间，参考工业母机行业，高档数控系统价值约占高端数控机床成本的20%-40%。运动控制器：运动控制系统的核心，壁垒最高。控制器是运动控制系统中的核心模块，其基于对被控对象（运动机械机构）的运动学和动力学模型，依托内置的逻辑控制、精密定位、轨迹控制等高性能运动控制算法，将接收到的控制指令进行运动规划，以完成特定运动轨迹、位姿、位置、速度与加速度控制，是运动控制系统的“大脑”，技术壁垒最高。运动控制器分为通用控制器与专用控制器两大类，通用控制器主要包括PLC、PC-Based运动控制卡、嵌入式控制器三大类，专用控制器包括工业母机数控系统、工业机器人专用控制器等。驱动系统：运动控制系统的执行机构。驱动系统由驱动器与电机组成，驱动器是用来控制电机的一种装置，控制器产生的命令信号是微小的信号，需要驱动器放大这些信号至高功率的电压和电流以满足电机工作的需要。驱动系统包括伺服系统和步进系统两大类，其中伺服系统是闭环控制，通过内置编码器实时反馈电机位置和精度，具备高精度、高实时响应等优势，市场规模超200亿元；步进系统是开环控制，依赖脉冲信号驱动电机按固定步距角转动，无反馈机制，具有控制简单、成本低、可靠性高等方面的优势，但精度受限，市场规模在10亿元量级。投资建议：运动控制系统需求短期看顺周期复苏，中长期看制造业升级与机器人产业爆发，尤其是人形机器人的迅速发展，将为运动控制带来更广阔的发展空间。受益标的：汇川技术、信捷电气、伟创电气、雷赛智能、固高科技、华中数控、埃斯顿等。风险提示：人形机器人进展不及预期；顺周期复苏不及预期；行业竞争加剧的风险。2运动控制系统：人形机器人核心部件一3运动控制系统是人形机器人的核心部件。人形机器人的核心功能模块包括感知、决策、控制与执行等四部分，感知需要依赖各类传感器与视觉镜头，决策依赖于大模型的计算能力，控制的载体则为运动控制系统，即所谓的人形机器人“小脑”。也是智能高端装备的核心基础。运动控制是指对机械运动部件（即执行机构）的位置、速度、方向等变量进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。以反馈控制为核心、机构为被控对象、数学为基础的运动控制技术是人类在发明和制造机器的过程中发展起来的一门科学技术，是现代工业不可或缺的“制器之技”，高端装备之所以具备“高速、高精度、高实时响应”的作业性能，先进的运动控制系统在其中起着决定性的关键作用。资料来源：高工机器人产业研究所，华西证券研究所图：运动控制系统是人形机器人的“小脑”图：运动控制系统是高端装备的核心基础4运动控制系统是一个复杂的有机整体。一个完整的运动控制系统一般由人机交互界面、控制器、驱动器、电机等部件构成，其中控制器、驱动器、电机三者相互联系，共同组成了运动控制系统的主干。操作员通过人机交互界面将运动指令下达给控制器，同时利用人机界面监控系统的运动状态；控制器接收操作指令后进行运动轨迹规划，形成控制参数，向驱动器发送控制信号；驱动器将控制信号转变为能够驱动电机运转的电流和电压信号；执行电机按所设定的力矩、速度、位置等指令信号完成相应的运动；另外，测量反馈装置将检测到的内外部信息向上反馈，保证运动控制系统能够正确运行。资料来源：固高科技招股书，华西证券研究所图：典型的运动控制系统示例图5市场需求：短期看顺周期复苏，中长期看制造业升级与机器人产业爆发。1）作为顺周期品种，运动控制系统短期需求取决于宏观经济变化。运动控制系统作为工业自动化的核心基础，产业链相对成熟，被广泛应用于机器人、机床、半导体、纺织机械、包装机械等各行各业，其短期需求不可避免受到宏观经济影响，受单一行业影响较小，顺周期属性明显。国内制造业PMI近6个月有5个月位于荣枯线之上（仅25M1受春节扰动PMI低于50%），显示内需企稳回升趋势明显。2）中长期受益于制造业智能化升级。无论国内，还是全球，制造业均存在智能化升级改造的趋势，这是提升生产力的必然选择，运动控制系统作为制造业升级的关键核心装置，中长期需求必然增长。3）人形机器人产业爆发会带来更广阔的发展空间。AI大模型等技术的快速发展使得具身智能机器人的产业爆发成为可能并提前，以“小脑”形式存在的运动控制系统作为核心模块，价值量占比可参考机床数控系统（高档数控机床中数控系统成本占比20-40%），将充分受益机器人产业爆发。根据东方财富网报道，马斯克表示Optimus 机器人将于今年开启试生产，预测今年产能可达5000-10000个，特斯拉目标在2026年生产5万个。资料来源：固高科技招股书，华西证券研究所图：国内制造业PMI近6月5次高于50%图：特斯拉机器人快速进化4546474849505152535455中国:制造业PMI6运动控制产品技术复杂，壁垒较高。运动控制产品的研发与设计集成了计算机控制技术、电力电子技术、微电子技术、信号检测与处理技术等多项技术，尤其是控制层和驱动层的算法具有较高的技术难度，且需要长期深入工业一线应用场景进行不断的知识反馈、经验吸收和技术迭代，是基础研究和应用实践紧密结合的高竞争壁垒领域。生产制造上，由于集成度高，不同元器件之间间隔距离近，需要承受电压和电流以及外界恶劣的运行环境，产品设计和工艺实现需要考虑绝缘、耐压、散热、抗干扰、电磁兼容性等诸多因素，想要大批量生产出可靠性和稳定性高的产品，需要长时间经验积累，对生产工艺、元器件特性和制造水平要求较高。对新进入者来说，其产品的可靠性和稳定性需要经过长期使用和严苛环境检验，才能逐步被用户认可。2023年国内工控自动化本土品牌市占率仅53%。从整个工业自动化的口径来看，根据格物致胜数据，2023年本土工控品牌市场份额仅为53%，但处于加速提升状态。资料来源：格物致胜，华西证券研究所图：2023年国内工控自动化本土品牌市占率仅53%5%15%25%35%45%55%65%2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023工业自动化本土品牌市占率7资料来源：Wind，华西证券研究所图：工控领域核心企业图谱阵营企业国家成立时间简介2023年收入规模（亿元）西门子德国1847年全球电子电气工程领域的领先企业，全球500强企业之一。业务范围广阔，涵盖工业自动化、楼宇科技、驱动技术、能源、医疗和交通等领域，其电子与电机产品是全球业界先驱，在工业自动化领域的控制层、驱动层、执行层都有系列产品5899施耐德法国1836年