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鼎智科技:微特电机“小巨人”,深度受益于机器人产业链崛起浪潮

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近日英伟达GTC会议上,黄仁勋在主题演讲中发布一系列机器人相关产品:NVIDIAIsaacPerceptor、IsaacManipulator、Thor、OSMO等,并在台上向一万多名观众展示了用于人形机器人学习的通用基础模型Project GR00T及多家合作机器人厂商的应用成果。黄仁勋表示,开发通用人形机器人基础模型是当今AI领域中最令人兴奋的课题之一。世界各地的机器人技术领导者正在汇集各种赋能技术,致力于在人工通用机器人领域实现突破。

人形机器人是AGI具身智能的理想载体,2024年有望成为量产元年,政策支持下中国人形机器人产业化未来可期。在人形机器人产业链中,鼎智科技从丝杆、螺母等传动组件起步,线性执行器产品全球领先。公司产品滑动丝杆、行星滚柱丝杠、空心杯电机、精密齿轮箱等产品可用于人形机器人,正与多个机器人厂家有序接洽中,样品测试阶段进展顺利;公司丝杆产品的精密性、稳定性、使用寿命、定制化程度等均处于行业领先水平,空心杯电机具备核心技术且覆盖配套减速箱,自研产品处于样机和测试阶段,正布局“控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”产品。

一、产品定位中高端,业绩呈现较高成长性,持续开拓新业务

犀牛之星APP显示,鼎智科技是以微特电机为主要构成的定制化精密运动控制解决方案提供商,主要产品包括线性执行器、混合式步进电机、直流电机、音圈电机等,广泛应用于医疗诊断设备、生命科学仪器等医疗器械领域,以及机器人、流体控制、精密电子设备等工业自动化领域。

公司已形成了由直流电机、混合式步进电机、线性执行器和音圈电机四大类电机组成的精密运动控制系列产品集群。公司产品定位中高端,线性执行器为行业领先产品,呼吸机配套音圈电机打破国外垄断,与下游知名医疗器械及工业自动化头部企业建立稳定合作关系。

资料来源:招股说明书

在智能制造背景下,医疗器械、工业自动化行业将维持高景气,带动公司业绩保持较高增速。从营收来看,2019-2022年,公司营收从0.79亿元增长至3.18亿元,CAGR达59.07%;2023年1-9月,公司营收为2.38亿元,与上年同期相比下降7.51%。根据公司2023年业绩预报,营收下降来源于市场需求变化;为了拓展新业务,新客户销售费用增加及研发费用增加。

从归母净利润来看,2019-2022年,公司归母净利润从216.47万元增长至10086.97万元,CAGR达259.85%;2023年1-9月,公司归母净利润为6718.32万元,与上年同期相比下降20.38%。业绩下滑原因主要系受国内外宏观经济增长放缓,下游市场整体需求相对疲软,以及与核酸检测相关的业务收入下降影响,且制造业景气度复苏不及预期。

2023年以来公司持续开拓新产品及通过并购外延布局,2024年1月与韩国机器人厂商Welcon Systems合资设立威控智能(常州)伺服系统有限公司,业务覆盖驱动器、电机、运动控制系统及组件、专用控制系统等。2023年12月投资1500万元于上海联融域智能,其聚焦新能源商用轻型动力超级快充三电总成系统,涵盖商用轻型动力电机、电控、电池包三电总成产品。此外还设立子公司江苏斯特斯新能电机,从事新能源领域电机;投资1000万元于宁波锚点驱动,其从事小微型高性能超高速涡轮风机,在医疗大健康、氢燃料电池、工业自动化、农业机械等行业运用。

二、公司优势

1.技术优势

(1)核心零部件自制,自制产品性能优于外购

根据公司招股说明书,截至2022年,鼎智科技已获得授权专利97项,其中发明专利9项。公司产品体系不断丰富,形成了“整机生产为主、关键零部件生产为支撑”的一体化发展模式,实现了微特电机产品的核心零部件自主可控。

鼎智科技目前已掌握线性执行器、旋转电机、音圈电机、直流电机等多项核心技术,公司通过自主创新,攻克了低摩擦、高动态响应、长寿命等核心技术难题,打破了国外厂商对该产品的垄断地位,并于2020年被应用于迈瑞医疗的有创呼吸机产品,成功进入迈瑞供应链系统。此外,公司自主研发的“混合式丝杆步进电机”、“混合式旋转步进电机”被认定为常州市高新技术产品。

资料来源:招股说明书

在丝杆方面,鼎智科技独立设计T型丝杆的牙形及滚压轮,采用国际先进滚压设备和生产工艺,产品表面光洁度Ra<0.2,导程精度±0.002mm,行程误差<0.1mm@300mm,具有良好的丝杆精度、光洁度及传动效率;公司自主研发的丝杆校直机构及测量系统可实现T型丝杆的自动校直,产品直线度可达0.02mm以下@300mm,成为国内较早采用该技术工艺的丝杆电机厂家。

在螺母方面,为配合T型丝杆的传动,公司采用自主研发的材料配方和自主设计的模芯牙形及独特的脱模装置,实现产品外形和传动螺纹一体注塑成型,配合精度较高、产品一致性良好,与丝杆配合使用背隙可达0.01mm以内,传动寿命可达500万次以上,具有良好的传动精度、传动效率及寿命。

在齿轮箱方面,目前微型精密行星齿轮基本由国外企业垄断,尤其是在高速精密行星齿轮领域,国内厂家更是较少参与。公司选用高端加工测量设备和先进的齿轮设计软件,自主研发并生产的微型齿轮箱在2万转高速工况下,可实现低噪音、低背隙、高精度的运行效果。

(2)高议价权和高自制率带来较高毛利水平

鼎智科技线性执行器定位于高端市场,由于高端市场对产品的稳定性、可靠性及定制化服务门槛较高,导致能够提供相应解决方案的供应商相对有限,公司竞争对手相对较少。这种市场格式赋予了公司线性执行器较强的议价能力。

不同于电机及零部件多为外购,公司线性执行器自制率逐年提升。自制率提升可降低中间环节成本,从而实现整体成本的有效压缩;核心零部件的自主研发与生产,也意味着关键技术参数、生产工艺的完全掌握,这不仅增强了产品核心技术的保密性,也使得公司能够快速响应市场需求,灵活调整产品设计,实现快速迭代;此外,高自制率也确保了产品质量的一致性和稳定性,有利于提升客户满意度和品牌忠诚度。

得益于高议价权和高自制率,公司线性执行器维持高毛利率水平。2019-2022年,公司线性执行器毛利率逐年提高,2022年达64.93%,相较于2019年的57.54%提升了7.39个百分点,演绎国产替代降本增效发展逻辑。

从整体来看,2020年、2021年、2022年及2023年1-9月,公司销售毛利率均保持在50%以上,而销售净利率均保持在25%以上,盈利能力优于同行。预计未来随公司持续优化产品结构、提升技术性能、推进控本降费,高盈利能力有望维持。

(3)已具备多尺寸,可切入行星滚柱丝杠行业

在运动方式方面,鼎智科技可直接提供步进电机和直流电机满足用户旋转运动需要,亦可通过步进电机和直流电机组合丝杆螺母以及音圈电机提供高效的直线运动方案;在产品尺寸方面,公司可提供14-86mm尺寸的线性执行器及单体电机产品,实现从狭窄空间到高力矩应用场合的全面覆盖。公司线性执行器可以提供最小到0.0006mm的分辨率,最高可以提供2000N的推力。

鼎智科技已具备多尺寸滚珠丝杆线性执行器产品和多尺寸空心杯电机,成为业内少数能够同时供应这两种关键部件的企业,产品性能领先行业。依托于在滚珠丝杆线性执行器与空心杯电机领域的深厚积累,公司在精密加工、材料科学、动力学分析、控制系统等方面具备扎实的基础,为进军行星滚柱丝杠市场提供了强有力的技术支撑。

在此基础上,公司凭借多尺寸滚珠丝杆线性执行器与空心杯电机的双核产品矩阵,正积极布局行星滚柱丝杠行业,有望凭借既有优势,精准把握市场机遇,迅速切入并抢占市场先机,推动公司业务迈上新的台阶。

2.研发投入逐年加大

研发投入方面,近年来公司逐年加大研发资金投入,呈现出研发费用持续攀升的态势。2019-2022年,公司研发费用从408.3万元增长至1528.99万元,CAGR达55.29%,占营业收入的比例分别为5.15%、7.74%和4.80%。;2023年1-9月,公司研发费用达1621.33万元,与上年同期相比增长62.21%,占营收收入的比例为6.81%。

公司逐年增加的研发费用是公司实施创新驱动发展战略、提升核心竞争力、应对市场挑战、实现可持续发展的关键举措,推动了产品与服务的迭代升级,更为企业的长远发展注入了源源不断的创新动力。

3.线性执行器市占率全球第二,客户资源优质

在线性执行器方向公司最主要的竞争对手是美国海顿科克,目前公司在全球市场占有率排名第二,在国内市占率已经超过海顿科克成为第一。公司的丝杆螺母目前完全自主生产,包括设计、工艺、模具、注塑等。对于高效率、高精度、更长寿命的应用场合,公司可以根据客户能接受的合理费用为电机选配不同规格的滚珠丝杆,C7是标准精度等级,有C5/C3精度等级可选。

公司经过多年的发展,凭借质量和口碑积累,聚集了众多优质的客户资源,产品及服务获得了客户的普遍认可,构建起公司的核心竞争优势。目前,公司已与多家国内外知名医疗器械和工业自动化企业建立了稳定的合作关系。公司生产的线性执行器为行业领先产品,在迈瑞医疗、深圳新产业、美国IDEXX、美国Adaptas、韩国三星等国内外知名企业产品中得到应用;呼吸机配套音圈电机打破国外垄断,已在迈瑞医疗呼吸机中批量应用;混合式步进电机、直流电机产品受到了万孚生物、三诺生物、美国Adaptas、意大利SERVO等客户认可。

值得一提的是,公司下游客户对于供应商的选择有严格的标准,从产品质量、产品供应能力、生产技术标准、经营状况、企业信誉等多个方面进行考核,并且从产品设计、产品试制、模具开发到产品批量化生产一般会经历较长的时间周期,尤其是医疗器械领域客户,在医疗设备注册审批时需要对零部件进行同步备案,一旦更换零部件则需要重新进行备案审批,因此客户一旦选定供应商,通常会形成长期稳定的合作关系。

三、微特电机行业前景向好,市场规模稳健攀升

1.微特电机高精尖壁垒蕴藏国产替代潜力

微特电机,是电机领域中一类具有特殊性能、特殊用途的精密机电一体化产品。微特电机的主要特征在于其体积小巧,通常直径小于160毫米,额定功率一般小于750瓦特,但也有按照具体应用需求而设计的不同规格。微特电机在结构设计上追求紧凑与高效,包括定子、转子、电枢绕组等基本部件,且制造工艺精密,需要先进的加工技术和严格的品质控制。

在功能方面,微特电机以其小巧紧凑的体积、高精度的控制性能和强大的动力输出,广泛应用于各种控制系统中,在各种精密机械设备中扮演着信号检测、能量转换、运动控制和执行等至关重要的多种角色。它们可以将电信号转化为机械运动,或者将机械能转换为电能,能够提供精准的动力驱动和运动控制,从而实现设备的精准定位、调速、传动等功能,确保了诸如数控机床、机器人手臂、自动装配线等工业自动化设备的精确操作和灵活运动。

微特电机按功能划分可分为驱动、控制、电源三类。驱动微特电机用于传动机械负载,完成电能与机械能的转化;控制微特电机实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能;电源微特电机可作为设备的交直流电源,可满足变频、变流等不同输出要求。微特电机早期多应用于军事装备和自动控制系统,因其高效、节能、小型化、智能化的特点,在现代社会中已扩展到家用电器、汽车零部件设备、医疗器械、机器人、电子信息、航空航天、工业机器等领域,市场潜力巨大。

微特电机为医疗器械和工业自动化核心零部件,但高精密产品技术壁垒高,涉及精密运动控制、微细加工等工艺技术,国内仅少数厂商布局,具备国产替代逻辑。

2.微特电机行业规模呈稳定增长态势

近年来,随着全球经济一体化进程的加快和新兴技术的深度融合,微特电机行业的市场规模呈现出稳健的增长态势。根据Precedence统计数据,2021年全球微特电机市场规模达388亿美元,国内微特电机市场规模达1344亿元。

随着全球医疗器械领域的持续发展,以及工业制造业新能源汽车、人形机器人等新蓝海的涌现,微特电机作为各领域共同的基础动力、控制元件,将受益于下游行业发展,市场规模持续上升,呈现稳定增长态势。预计2030年全球微特电机市场规模将达613亿美元,2023年国内微特电机市场规模将达1610亿元。

目前,我国微特电机产品应用领域目前主要集中在中、低端应用场合,在汽车、家电、视听产品、电动玩具等领域占比较大,高精密、高效能微特电机与国外产品在性能、质量、可靠性和稳定性方面存在较大差距。因此,在医疗、高端机器人、高精尖国防装备等领域需要的高精密微特电机主要依赖进口。

随着我国微特电机生产企业不断加大技术研发力度,部分龙头企业产品技术已逐步达到国际先进水平,定制化服务能力得到显著提升,国产微特电机正逐渐进入高端市场,未来有望扩大高端产品进口替代,并逐步走向海外市场。

3.近年来医疗器械为微特电机贡献重要增量

随着科技进步、人口结构变迁、健康意识普及以及医疗体系深化改革,医疗器械领域的发展不仅重塑着全球医疗保健格局,同时也催生了对精密部件和技术的巨大需求,微特电机的市场需求呈现出同步扩大的态势。

微特电机主要用于小型医疗器械,我国医疗器械高质量发展带来新一轮增长动力。目前我国已成为仅次于美国的全球第二大医疗器械市场。“十四五”期间,我国医疗器械行业市场规模快速扩大,包括防疫物资在内,2022年市场规模达到1.3万亿元。纵向看,从2017年7374亿元增长到2022年的1.3万亿元,国内医疗器械行业的整体营收CAGR为12%。

四、智能制造浪潮下,工业机器人持续推动微特电机需求增长

1.智能制造浪潮为工业机器人带来广阔发展空间

在当今全球制造业转型升级的大背景下,智能制造作为新一轮工业革命的核心驱动力,正在以前所未有的速度改变着传统的生产模式与业态。工业机器人以其自动化、智能化特质扮演着重要角色。

智能制造强调的是数字化、网络化、智能化的深度融合,而工业机器人则是实现这一目标的重要载体。通过物联网、大数据、云计算等先进技术的赋能,工业机器人能够实现更高级别的自主决策、精准控制和灵活应变,从而满足智能制造对于高效、灵活、个性化的生产需求。比如,通过人工智能算法训练的工业机器人可以实现更高精度的零件识别、装配和质量检测;通过云端平台远程控制的机器人可以实现实时的数据交互与优化调度,显著提高生产线的整体效率。

智能制造环境下,工业机器人的应用领域也在不断拓宽。从传统的汽车制造、电子装配行业,到如今的生物医药、新材料、新能源等行业,工业机器人都在逐步渗透,服务于更广泛的产品线和生产环节。特别是对于一些高精尖、高危或者高强度的人工难以胜任的工作场景,工业机器人凭借其稳定的性能、精准的动作以及不受环境影响的优点得以大规模应用。

同时,智能制造也催生了工业机器人技术的创新升级。以协作机器人、柔性机器人、服务机器人为代表的新一代工业机器人产品,因其具有更高的灵活性、安全性及人机交互性,正逐渐成为智能制造的新宠。

2.微特电机是工业机器人的核心驱动与精度保障

在工业4.0中,微特电机作为基础元件,扮演着不可或缺的角色,其卓越性能和广泛应用对工业自动化设备的精度控制、工作可靠性和整体质量产生了决定性影响,尤其对于工业机器人的设计、效能和智能化水平提升方面,更是起到了至关重要的作用。

在工业机器人的设计与制造中,微特电机不仅负责执行部件的定位与速度控制,而且对于机器人动作的平稳性、重复定位精度以及动态响应能力都有着直接影响。例如,在六轴关节型机器人中,每一个关节部位通常都配备有高性能的微特电机,通过精密电子控制系统,确保机器人能在三维空间中精确无误地完成复杂的轨迹规划和力控任务。

随着机器人向轻量化、小型化、集成化的方向发展,微特电机的小型体积和高效能特性满足了机器人减重、增效的要求。高效的微特电机不仅能减少能耗,延长电池寿命,而且有助于降低整个系统的重量,从而提高了机器人的动态性能和负载能力。

智能机器人时代,微特电机的智能化趋势愈发明显。随着嵌入式控制技术、传感器技术和网络通信技术的进步,微特电机已经不仅仅是一个简单的动力源,而是转变为集成了反馈控制、故障诊断、能量管理等功能于一体的智能单元。

无论是传统工业领域的升级改造,还是新兴产业如智能工厂和无人化生产线的构建,微特电机都是这些系统中不可或缺的重要组成部分。

伴随着新能源汽车、智能制造、航空航天等高新技术领域的崛起,微特电机市场需求量持续攀升。尤其是在工业机器人领域,微特电机犹如工业机器人的心脏,驱动着其每一个细微动作,并赋予其智能化的灵魂。随着机器人应用场景的多元化和大规模产业化生产需求的增长,对微特电机的需求呈现出井喷态势。

3.新型工业化下工业机器人大有可为

2023年9月20日以来,新型工业化是重要的国策,而且明确“加快推进”。新型工业化的重要突破口和着力点就是智能制造,智能制造的重要落脚点是机器人,因此机器人必将作为新型工业化的关键核心。

近年来,我国政府及相关部门为加快制造强国建设步伐,推动工业机器人产业发展,相继出台了一系列政策措施。这些政策扶持措施有助于促进工业机器人行业的健康发展,推动行业技术创新、产业升级和国际竞争力的提升。

IFR数据显示,2022年全球工业机器人市场规模达195亿美元,同比增长11%。未来,随着市场需求的持续释放以及工业机器人的进一步普及,工业机器人市场规模将持续增加,预计2023年将增至210亿美元。

数据来源:IFR

在国内密集出台的政策和不断成熟的市场等多重因素的驱动下,我国工业机器人市场规模增长迅猛。根据2023世界机器人大会,2022年我国工业机器人装机量占全球比重超50%,稳居全球第一大工业机器人市场,制造业机器人密度达到每万名工人392台。2017-2022年,我国工业机器人市场规模由46亿美元增至87亿美元,复合年均增长率达13.6%。未来,随着下游需求市场的扩大,工业机器人发展将持续向好,预计2023年市场规模将达99亿美元。

数据来源:IFR

从国产化率看,目前工业机器人本体国产化率在3成左右,核心零部件国产化率低于本体。随着国产产业链逐步完善和市场对于产品性价比的要求越来越高,本体和零部件国产化率将逐步提升。同时,我国企业逐渐实现技术突破,在关键零部件领域打破海外垄断,工业机器人国产化率水平提高。2022年我国工业机器人国产化率提升至35%,预计2023年国产化率将达37%。

而随着国产替代进程提速,“机器人+”等国家政策的落地实施,国产替代逻辑愈发明确,加之受益国内优势产业腾飞及下游应用场景拓展,诸如光伏、锂电等国内客户崛起,工业机器人国产化迎来机遇,内资龙头加速赶超外资品牌在国内的市场份额,国产龙头崛起正当时。

数据来源:MIR

五、线性执行器与空心杯电机为人形机器人产业链关键支撑,稀缺价值凸显

人形机器人由控制系统、执行系统和感知系统三部分组成,其中执行系统是根据人形机器人的控制系统的指令执行任务,可以看成人形机器人“身体”部分。执行系统包括旋转执行器+线性执行器+灵巧手。从人形机器人的硬件方案来看,旋转执行器一般由无框力矩电机+谐波/行星减速器构成,线性执行器一般由无框力矩电机+行星滚柱丝杠构成,灵巧手一般由空心杯电机+多级行星减速器构成。其中,线性执行器与空心杯电机在人形机器人产业链中扮演着至关重要的角色,为人形机器人产业链稀缺标的。

线性执行器,也称为直线马达或线性驱动器,是一种能够将电能直接转化为直线运动的机电装置。在人形机器人中,线性执行器主要用于模拟人体关节的直线运动,比如腿部行走时的伸缩、手臂挥动时的前后移动等,提供精确、平稳且力量可控的直线推力。人形机器人线性驱动器采用力矩电机+行星滚柱丝杠/滑动丝杆方案。

滚柱丝杠,通常也称为行星滚柱丝杠,具有与螺母中多个精密研磨滚柱相匹配的精密研磨螺纹。这些滚动元件非常有效地传递力。类似于行星齿轮箱,螺杆/主轴是太阳轮;滚子是行星。齿圈和垫片将滚子固定在螺母内。当滚子绕丝杠旋转时,会发生少量滑动,这是与滚珠丝杠的明显区别之一。通过限制丝杠或螺母旋转(通常用丝杠完成),这允许另一个旋转元件移动穿过静止元件;从而以与产生滚珠或梯形螺杆的运动相同的方式产生线性运动。

空心杯电机则是一种特殊的直流伺服电机,其内部没有铁芯,转子为空心杯形状,因此得名。这种电机具有体积小、重量轻、扭矩密度高、动态响应快等特点,特别适用于需要高精度定位和快速反应的应用场合。在人形机器人领域,尤其是机器人灵巧手的设计中,空心杯电机被广泛用于驱动各个手指关节,实现精细的动作操控,如抓取、握持、扭转等,从而极大地提高了机器人的灵活性和操作能力。

1.人形机器人技术革新引领丝杠产业新蓝海

人形机器人作为高端智能装备的代表,其灵活、精准的动作实现,离不开精密传动部件——丝杠的支持。丝杠作为一种将旋转运动转化为直线运动的关键元件,是人形机器人关节驱动系统的核心组件,决定着机器人的运动精度和稳定性。随着人形机器人对动作精细度、响应速度及负载能力等性能要求的不断提升,对于丝杠的质量、精度以及寿命等方面的需求也随之增强,这就为人形机器人用高端丝杠产品提供了广阔的市场需求。

随着人形机器人技术的不断突破,例如行走步态仿真、复杂手势操作等功能的实现,丝杠产业面临着巨大的市场需求。无论是家用服务型机器人,还是工业生产线上的人形协作机器人,乃至医疗康复、教育娱乐等领域,无不需要大量采用高性能的丝杠产品。而为了适应人形机器人在多维度空间内的灵活运动,非标定制、小型化、轻量化、高精度的丝杠产品需求量剧增。

另一方面,人形机器人市场规模的迅速扩大,也为人形机器人专用丝杠的研发与生产提供了强大的驱动力。针对人形机器人在不同应用场景下的特殊需求,如抗震、抗冲击、耐腐蚀等特性,丝杠材质、热处理工艺、表面处理技术等方面也在不断创新和完善。

人形机器人技术的持续革新正以前所未有的力度驱动丝杠产业进入一个全新的发展阶段,为丝杠产业开辟了新的增长点。随着未来人形机器人市场的爆发式增长,丝杠产业将迎来一轮广阔发展机遇。

我国行星滚柱丝杠行业受限于制造工艺难度高,生产设备有限,总体市场规模较低。参考Persistence Market Research的数据,中国滚柱丝杠行业市场规模仅占全球的5%,2023-2028年我国行星滚柱丝杠行业市场将以7.5%的年复合增速扩大;结合DATAINTELO数据,初步统计,2022年我国行星滚柱丝杠市场规模约为4.4亿元,预计2028年我国行星滚柱丝杠行业市场规模将达6.7亿元。

2.滚柱丝杠技术壁垒高,国产厂商具备稀缺性

滚柱丝杠,作为高端精密机械传动领域的关键技术之一,以其卓越的承载能力和传动效率,在诸多领域如工业自动化、航空航天、精密仪器以及新兴的人形机器人产业中占据着至关重要的地位。

行星滚柱丝杠具备多项优势。(1)高承载:滚柱的几何形状比滚珠的球形提供了更多的接触点,具有更高的承载能力和刚度。(2)小体积:相同承载能力下,滚珠的体积比滚柱大2/3。(3)高速度:保持架使运动过程中的相邻滚柱之间不相互碰撞,工作速度更高。(4)高精度:滚柱丝杠中丝杠螺旋升角较小,牙型轮廓为90°的三角形,该结构具备更高精度,进给量可精确至毫米以下。(5)长寿命:根据GSA寿命试验,相同工况下的滚柱丝杠是滚珠丝杠实际寿命的15倍。

从已有产品的替代需求来看,行星滚柱丝杠具有更高的静态负载和动态负载、更强的刚度和抗冲击能力及更高的转速及更大的加速度、螺距设计范围更广,有望在机床设备、机器人及自动化等领域替代滚珠。从国产化角度来看,丝杠导轨副是自动化设备中常见的传动装置,是目前国家重点推动发展的细分市场,具有较好的发展前景。从新增需求来看,在人形机器人即将量产的背景下,行星滚柱丝杠行业有望快速发展。

但同时,行星滚柱丝杠高性能造成其高技术壁垒。首先体现在其精密制造工艺上,包括滚柱的设计、滚道表面粗糙度控制、滚柱与螺纹滚道间的装配间隙调整等,每一环节都需要极其严格的质量控制和精密技术支撑。其次,核心技术的自主研发能力也是决定国产滚柱丝杠能否突破壁垒的关键,包括先进的设计软件、材料配方优化以及完整的产业链配套等。

目前行星滚柱丝杠行业由外资主导,价格昂贵,国内企业行星滚柱丝杆产品布局较为稀缺。尽管近年来国家政策大力扶持智能制造装备产业发展,尤其是在《“十四五”智能制造发展规划》等纲领性文件的指导下,国产化替代和技术创新的步伐正在加快。然而,面对国际先进水平,国产滚柱丝杠产品的性能仍存在一定差距。具体体现在导程精度、最大动载荷、最大静载荷等方面,这些关键性能指标要求制造商在材料科学、精密加工、热处理技术以及精密检测等方面达到国际一流标准。在导程精度方面,国外领先企业载导程精度方面能够实现G1-G5全覆盖,而国内缺乏能够达到这一标准的企业;在最大动载荷、最大静载荷方面,国内的行星滚柱丝杠产品显著低于国外同规格产品,而承载能力是行星滚柱丝杠的重要性能之一,亟需我国实现核心技术创新。

根据市场调研机构数据,全球滚柱丝杠厂商主要有SKF、Rollvis、GSA、Rexroth等,CR4市占率约78%,另有美国Moog、英国PowerJacks也有生产滚柱丝杠的能力,但产品不外销。

目前国内市场中,2022年国内行星滚柱丝杠市场主要被国外厂商占据,国外龙头制造商Rollvis、GSA和Ewellix的市场份额占比分别为26%、26%、14%;国内行星滚柱丝杠厂商合计市场份额占比为19%,其中南京工艺和济宁博特两家国内品牌市场份额均为8%,以军工应用为主,批量产品质量不稳定且尺寸有限,产品性能与国外还有一定差距,产业化处于早期阶段。

数据来源:E公司滚柱丝杠产品营销策略研究

《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图》指出:到2025年目标主轴、丝杠、导轨等中高档功能部件国内市场占有率要达到80%。行业利好政策支持下,国产替代有望加速。

3.人形机器人灵巧手有望带来空心杯电机需求扩容

人形机器人灵巧手是指具备类似人类手部运动功能和感知能力的机器人手部装置。它能够在一定程度上模拟人类手部的精细操作,如抓取、握持、操作工具等。作为人形机器人的重要组成部分,灵巧手的设计与发展对机器人的功能与应用场景具有决定性影响。

近年来,随着传感器、控制系统和机械结构设计等技术的不断进步,人形机器人灵巧手在灵活性、精确度和适应性等方面取得了显著突破。这些技术突破的实现,离不开高性能驱动器的支持。而空心杯电机作为一种轻质、高效、低噪音的驱动器,在人形机器人灵巧手中的应用逐渐普及。其无铁芯设计大大降低了转动惯量,使得电机具有更高的扭矩密度和更快的响应速度,从而满足人形机器人灵巧手对驱动器高性能、高灵活性的要求;同时,结构紧凑、体积小巧的特点使其能在有限的机器人内部空间中发挥出最大效能,为人形机器人的关节驱动提供了理想的解决方案,使人形机器人有更加细腻的动作控制和更长久的工作寿命。

随着人形机器人灵巧手技术的不断突破,空心杯电机的需求有望迎来大幅扩容。首先,人形机器人在医疗、康复、服务等领域的应用不断拓展,对灵巧手的功能和性能要求越来越高,将推动空心杯电机在这些领域的应用。其次,随着人工智能、物联网等技术的深入发展,人形机器人将在更多场景中发挥重要作用,如智能家居、工业自动化等。每台人形机器人身上数十乃至上百个自由度的关节,均有可能搭载空心杯电机以实现精细化运动控制,这意味着庞大的市场容量等待释放,为空心杯电机市场带来了巨大的机遇。市场调研机构数据显示,2023年全球空心杯电机市场为8.1亿美元,据预测,2024年全球市场规模达到8.7亿美元,2028年将增至11.9亿美元。

数据来源:QY Research

国内市场方面,2023年中国空心杯电机市场为2.9亿美元,2024年中国市场规模预计将达到3.2亿美元,2028年将增至4.7亿美元。

数据来源:QY Research

空心杯电机起源于德国和日本,德国、瑞典、日本和其他欧洲厂商起步较早,现已具备完整成熟的工艺和性能优良的设备。目前,国外厂商占据主要市场,市占率高达85%。国内厂商通过本土化的销售战略逐渐打开市场,国内空心杯电机厂商市占率15%,中国本土厂商中,鸣志电器产品性能参数较优。

政策方面,国家鼓励国产替代,出台了《基础电子元器件产业发展行动计划(2021—2023年)》等相关政策。国内厂商未来将在技术上实现追赶超越,逐步实现空心杯电机国产替代。

4.人形机器人量产在即,产业链加速腾飞

人形机器人是未来重要的发展方向之一,机器换人趋势明显。相比于工业机器人,人形机器人更能适应于各类现实生活的场景,使得机器人能从专用转向通用,增大规模效应降低成本。随着全球工业机器人行业逐渐成熟,以及AI技术快速发展,人形机器人行业进入萌芽期。随着特斯拉、三星、谷歌等科技巨头加快在人形机器人产业中的布局,人形机器人产业化落地趋势逐步明晰。

2023年12月12日,特斯拉在社交媒体上发布了Optimus行走视频,其步态稳定而流畅,明显优于初期阶段的表现,这些进步标志着Optimus正在逐步接近实际应用的标准。据市场公开信息,特斯拉Optimus的量产计划已进入倒计时阶段,预计在2024至2025年间,Optimus将迎来规模化生产阶段,产量可达百万级,价格控制在2万美元以内。

国内市场方面,优必选、小米相继推出WalkerX、CyberOne等产品,2024年2月底优必选WalkerS人形机器人已进入蔚来汽车进行检测工作;腾讯、字节跳动等国内企业也纷纷布局,有望逐步缩小中外技术差距,推动我国人形机器人产业发展。以三花、拓普为代表的国内零部件环节产能已先行准备,在2024年1月,三花智控公告,拟总投资不低于50亿元,在杭州建设包含先途智能变频控制器生产基地项目、机器人机电执行器和域控制器研发及生产基地;拓普集团公告,拟投资50亿元,规划用地300亩,在宁波建设机器人核心部件生产基地。

随着全球老年人口占比持续上升,根据WTO预计,2030年和2050年全球老年人口将分别增加至14亿人和21亿人,人口老龄化会加剧劳动力供给紧张,导致企业用工成本不断上升。在此背景下,许多行业尝试利用人形机器人应对劳动力短缺问题。根据Precedence Research数据,2022年全球人形机器人市场规模达16.2亿美元,2032年预计市场规模将达到286.6亿美元,2022-2032年复合增长率达33.28%。

数据来源:三花智控公告、Precedence Research

近期,高盛在详细调查市场后,推翻了之前的人形机器人预测报告,预测全球人形机器人市场将大幅增长,全球人形机器人出货量将在2031年实现100万台的关键量级突破,同时预测2035年出货量将达140万台。

零部件方面,以特斯拉机器人Optimus为例,特斯拉Optimus全身14个线性执行器中,除小臂部分安装的4个应用梯形丝杠,其余均使用滚柱丝杠。其他如上海开普勒探索机器人有限公司推出的先行者系列产品,同样采用了自研的行星滚柱丝杠执行器。因此,大致估计单台人形机器人可能搭载14个线性执行器,其中需要使用到10个行星滚柱丝杠。后续可能随着人形机器人规模上量、降本需求进一步提升而减少单台使用量,对于手臂区域,可能考虑使用2个梯形丝杠在负载及精度要求较低的手肘部替换原本的滚柱丝杠方案,进一步降低成本,即单台人形机器人大约需要使用8-10个行星滚柱丝杠。按此计算,预计至2031年人形机器人领域行星滚柱丝杠需求量为800万-1000万个。

从空心杯电机来看,一台人形机器人每只手至少用到6个空心杯电机,则单台人形机器人需要配置空心杯电机至少12个,2031年如果人形机器人的出货量达到100万台,对应空心杯电机的需求量将达到1200万个。

六、同行业对比

根据鼎智科技主要产品,选取鸣志电器(603728)、雷赛智能(002979)、合泰电机(834300)为同行业可比公司。从财务指标来看,鼎智科技目前的营收规模相对较小,但毛利率显著高于同行业公司,主要由于近年来产品高端化效果显著。估值方面,截止4月1日鼎智科技PE为43.46倍,总市值为35.39亿,考虑到工业机器人及人形机器人在市场中的发展潜力巨大,出货量将保持快速增长态势,进而对线性执行器的需求亦呈上升趋势,公司估值有望实现进一步提升。

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