3.1 工业机器人：工业场景要求响应速度和控制精度

工业机器人（多关节机器人）通常有 6 个关节，对应 6 个电机。控制器、伺服电机和 减速器被称为工业机器人的三大零部件：1）控制器是机器人的“大脑”，通过硬软件结合来控制机器人的运动位置、姿态和轨迹；2）伺服电机是机器人的“驱动力“，根据控制器 发出的命令输出力矩，动态控制机器人的速度和位置；3）减速器用于降速增矩：伺服电机 一般输出的转速高、力矩小，不能满足机器人本体的运动需求，需要通过减速器来降低转 速、增加力矩。根据高工机器人数据，伺服电机在工业机器人总成本中占比 20%。工业机器人对电机性能要求较高：高功率密度、高扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量 和较宽广且平滑的调速范围。1）高功率密度：工业机器人的体积和负载要求电机重量轻、 体积小；2）高扭矩惯量：代表更高加减速性能，更快响应速度；3）高启动转矩：启动转 矩越大，电动机加速越快，启动过程越短，也越能带重负载起动；4）低惯量：惯量越低， 精度和响应速度越好；5）宽广平滑的调速范围：随着控制信号的变化，电动机的转速能连 续变化，调速范围 1:1000～10000，功率范围一般为 0.1～10kW。3.2 四足机器人：侧重高功率密度、高扭矩密度四足机器人是学术界产业界积极研发的、具有发展前景的一类机器人。相比轮式和履 带式机器人，具有良好的环境适应能力，在复杂的地理地形环境下，不平整地面上，保证 机器人运动的灵活性、稳定性和人际协调性，因此可以协助人类完成危险性高、工作环境 恶劣的任务，如抢险救灾、高位巡检、安全侦查、地形勘测、太空探索等。高动态特性， 参考猎豹的奔跑模式，在高速奔跑中依然能快速调整步态和运动方式。四足机器人通常采用 12 个伺服电机，每条腿三个关节：外展关节、髋关节和膝关节。为了避免膝关节电机外置易造成损坏，将膝关节电机置于髋关节处上，采用连杆机构驱动 膝盖关节自由度，这种设计可以减少腿部的传动惯量，有利于机器人高速奔跑。此外，踝 关节拥有类似于髋关节的 2 个自由度，但由于踝关节主要作用是调节足端和地面的接触， 基本不提供动力，因此一般设计为被动的弹性关节，如橡胶、海绵等。四足机器人电机更侧重高扭矩密度、高功率密度、转动惯量小、响应速度块。1）四足 机器人在行走、奔跑、跳跃时步态都不相同，电机一直处于正反转交替状态，转矩输出并 不是处于额定值，而是一个随着运动状态不断变化的量，因此电机转矩在较短时间内达到 峰值；2）电机不停运行在正转和反转的状态下，需要有较高的响应速度，要求电机的转动 惯量小、重量轻；3）四足机器人采用 12 个电机，每个电机安装空间有限，直径和长度要 短，扁平化结构；4）其他约束条件：电机的散热和温升、电机控制器的最高频率限制、激 励电流的有效值等。5）另外，为了使机器人的关节输出足够的扭矩，需要增加减速器，将 高速低扭矩的电机输出转化为低速大扭矩的关节输出。四足机器人电机的商业化程度较低。由于四足机器人商业化应用较少，因此还未形成 标准化产品。电机厂商主要由四足机器人公司自主设计，或者找伺服电机厂商定制化生产。四足机器人电机的进入壁垒不高，但是能做到高扭矩密度、响应速度快、轻量化小型设计 等综合性能的难度很高，全球各高校和科研机构也在不断寻求技术突破，从而突破四足机 器人的性能优化，例如 MIT 自主研发的猎豹系列的电机，可以达到 33N·m的扭矩而质量 仅 1kg。3.3 人形机器人：要求高效率、高动态、高功率密度人形机器人的自由度决定电机数量，机器人灵活性越高，电机越多。当前全球人形机 器人玩家较少，已实现推出原型机/产品的公司包括日本本田、美国波士顿动力、美国敏捷 机器人、中国优必选、中国小米和美国特斯拉等。其中，本田 ASIMO 有 34 个自由度，均 为旋转执行器，采用伺服电机+谐波减速器方案，优必选 Walker 有 40 个自由度，采用相 似架构；敏捷机器人 Digit Robot 有 20 个自由度，采取伺服电机+谐波减速器/摆线减速 器方案，小米 CyberOne 有 21 个自由度，采取相似架构；波士顿动力 Atlas 有 28 个自由 度，采用液压驱动方案；特斯拉 Optimus 有 28 个自由度，采用 6 种执行器，旋转执行器 为电机+谐波减速器，线性执行器为电机+滚柱丝杠。人形机器人电机有三个关键点：高效率、高动态和高功率密度。①高效率：低能耗和 低摩擦损失很重要，因为机器人通常由电池供电，能经受得起苛刻的运行条件，可进行十 分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。②高动态：整个驱动器（电机、 机构、接线、传感器和控制器）的惯性应尽可能低，电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。③高功率密度：机器人应用需要高速、高扭矩电机，这些电 机还需要小巧，紧凑，轻巧。3.4 机器人手部：侧重轻量化、高效率、低成本关于灵巧手的研究最早可追溯至 1960s，21 世纪以来研究进程加快，但目前仍处于实 验室阶段，少数实现商用。在应用端，灵巧手可以代替人手完成多种抓取和操作任务，具 有极大的应用价值，例如，家用领域可以完成家务、陪护、康养等任务，工业领域可以完 成装配等精细化作业任务，特种领域可以在太空、深海、核电站等代替人手实现精准操作；在技术端，灵巧手在灵活性、适应性、可控性、敏锐感知、小型化等方面仍有挑战。灵巧 手有多种驱动技术方案，柔性驱动包括气动型、液压驱动型、肌腱驱动型等；刚性驱动包 括齿轮连杆驱动型、连杆驱动型、关节电机驱动型等。目前最常见的灵巧手均为电机驱动， 具有能耗低、控制系统简单、电路设计方便等优点。不同灵巧手方案的电机数量不等。2002 年日本岐阜大学合作开发 Gifu-III 灵巧手，合 计 20 个关节和 16 个自由度，采用 Maxon 公司直流伺服电机；英国 Shadow 公司的灵巧 手已投入商业化应用，合计 24 个自由度，其中 20 个电机驱动，4 个欠驱动，每个手指都 集成了力、位置和触觉传感器，可以抓取柔软或易碎的物体；韩国 IRIM 实验室研制了线驱 动灵巧手 FLLEX Hand，合计 15 个自由度；清华大学机械系 PESA 手具有 20 个关节，15 个自由度，15 个电机驱动；特斯拉 Optimus 单手有 11 个自由度，采用 6 个执行器，采 用空心杯电机+蜗轮蜗杆+金属肌腱驱动的方案。灵巧手电机大多采用微特电机，结构紧凑，效率高。灵巧手需要满足质量轻、结构紧 凑和抓取力强的要求，因此采用的电机应该具有尺寸小、质量轻、精度高、扭矩大的特点， 多采用微特电机+行星减速器的方式。空心杯电机具有尺寸小、质量轻、精度高、控制性能 好、能量密度高等特点，能够满足手指高度紧凑的结构要求和驱动性能要求以 Maxon 的空心杯电机为例：德国航空航天中心（DRL）与哈尔滨工业大学（HIT）合作研发的 DLR-HIT Hand 采用 15 个带霍尔传感器的无刷主流电机，长度 10.4 mm、外径为 21.2 mm，重量 15g，安装谐波驱动齿轮，最大扭矩 8.04mNm，结构紧凑、功率密度高、价格低廉。

4. 国内相关公司梳理

4.1 汇川技术：工控自动化国内biaogan，伺服电机领junpin牌汇川技术是国内工业自动化控制龙头。公司成立于 2003 年，2004 年生产出第一批机 器，2008 年推出 PLC、伺服产品，2009年“汇川永磁同步电机驱动控制软件”荣获中国 国际软件博览会金奖， 2010 年上市，2010-2019 年历经三次组织变革，取得远超行业平 均的持续增长，2021 年年产 1100 万台伺服电机项目进一步扩大产能，2022 年收购大连 智鼎科技，完善大功率变频电机布局。目前，公司产品覆盖通用自动化、电梯电气大配套、 新能源汽车、工业机器人、轨道交通五大类，其中通用自动化包括变频器、伺服系统、控 制系统、工业视觉系统、传感器、高性能电机等核心部件，产品线齐全。业绩稳健增长，抗周期能力显著。2021 年公司实现营业收入 179.43 亿元，同比增长 56%；归母净利润 35.73 亿元，同比增长 70%，其中通用自动化、电梯、新能源分别占比 50%、28%、20%。2021 年公司毛利率、净利率分别为 35.82%、20.51%。2022H1 公 司实现营业收入和归母净利润 103.97 亿元、19.75 亿元，分别同比增长 25.65%、26.36%， 在疫情和宏观环境不利影响下取得逆势增长，行业龙头地位进一步巩固。作为工控自动化龙头，公司充分受益自动化大浪潮，产品条线持续扩张，业务多点开 花。1）变频器和伺服系统的市占率在内资品牌中稳居第一，市场竞争力强劲。公司掌握高 性能伺服控制技术、高性能伺服电机技术等核心技术，产品矩阵丰富，覆盖单轴/多轴伺服 系统、通用/专用伺服系统、新一代伺服系统、电液伺服系统、高精度伺服驱动系统等，广 泛应用于 3C 制造、机械手、LED、锂电、印刷包装、纺织、机床、注塑机等业务领域。2） 工业机器人业务高速增长，产品品类扩张。公司的工业机器人产品包括 SCARA 机器人、 六轴机器人、视觉系统、高精密丝杠、控制系统等整机及零部件。根据睿工业，2021 年公 司 SCARA 机器人的guoneishichang份额为 14%，名列第三，内资第一。目前公司工业机器人业 务已经实现盈利，未来有望高速成长。3）战略布局新能源车景气赛道，电控产品放量在即。公司已进入理想、小鹏、威马等造车新势力及长城、广汽等传统车企供应链，2022H1 产 品迭代至第四代高压电驱总成、异步电机总成，新能源车业务可期。4.2 埃斯顿：国内工业机器人龙头，全产业链发展快速崛起埃斯顿是国内工业机器人龙头企业，立足自主研发，技术创新驱动进步。公司成立于 1993 年，2002 年研发金属成形机床数控系统，2006 年拓展金属成形机床电液伺服系统等 核心部件业务，2008 年推出交流伺服系统，2012 年布局工业机器人产品线，2019 年收购 德国 CLOOS，取得焊接机器人全球前沿技术，2021 年全面进jungong业智能化和数字化制造 领域。公司形成工业自动化系列产品、工业机器人系列产品、工业数字化系列产品三大核 心业务；其中工业自动化系列产品线包括全系列交流伺服系统，变频器，PLC，触摸屏，视 觉产品和运动控制系统等。市场份额持续扩张，盈利略有承压。2021年公司实现营业收入 30.20 亿元，同比增长 20%；归母净利润 1.22 亿元，同比下降 5%；2022H1 公司实现营业收入和归母净利润分别为 16.55 亿元、0.76 亿元，同比增长 6%、21.3%。公司重视自主研发，2017-2021 年 研发支出由 1.06 亿元上升至 2.82 亿元，研发费用率长期维持10%的较高水平。2020 年 6 月福布斯发布 2020 中国最具创新能力榜单，埃斯顿荣登“2020 年中国最具创新力企业 榜”，成为工业机器人企业唯一登榜者。机器替人叠加国产替代，公司发展前景广阔。1）机器人销量快速增长，空间广阔。2021 年公司工业机器人出货量约 1.1 万台/套，国内市占率为 4.4%，在人力成本上升+劳动力短 缺+产业自动化升级+国产替代等多重驱动下，工业机器人有望持续渗透，公司作为龙头将 首先受益。2）股权激励彰显信心。2022 年 8 月公司发布长期激励计划和员工持股计划， 员工持股计划考核目标是 2022/2023 年公司收入分别不低于 38 亿元、52 亿元，同比分别 +25.83%、36.84%，彰显公司对于未来发展的信心。4.3 鸣志电器：运动控制平台企业，空心杯电机国内龙头新锐鸣志电器聚焦运动控制及智能电源领域关键部件制造，产品品类齐全。公司成立于 1994 年，1998 年鸣志电机工厂建成，HB 步进电机产品投产，2007 年与美国 AMP 公司 合资安浦鸣志，开展控制电机驱动系统业务，2008 年永磁式步进电机产品投产，2012 年 交流伺服电机产品、直流无刷电机产品投产，2014 年收购美国 AMP，2015 年收购美国 LIN ENGINEERING，与 PBC Linear 合资成立鸣志派博思，2018 年收购瑞士 Technosoft Motion AG，通过内生+外延双轮驱动实现快速发展。目前产品已覆盖混合步进电机、永 磁步进电机、线性电机、伺服电机、直流无刷电机、无刷无槽电机、电机驱动与集成、电 动滑台、智能 LED 调光、LED 智能控制与驱动、大型设备管理与故障诊断等多个领域。业绩持续高增，毛利率稳定在较高水平。2021 年公司实现营业收入 27.14 亿元，同比 增长 22.66%，2017-2022 复合增长率 13.6%；归母净利润 2.80 亿元，同比增长 39.27%；其中控制电机及其驱动系统产品收入 20.98 亿元，占比 77%。2021 年毛利率、净利率分 别为 37.66%、10.37%。2022H1 实现营业收入和归母净利润分别 12.7 亿元、0.7 亿元， 分别同比-1.9%、-45,4%，主要因为公司及工厂位处上海，3 月以来受疫情影响较大，工 厂停工、物流受限、仓库封闭、原材料供应不稳定等情况对境内外业务造成多重不利影响， 6 月以来复工复产后公司经营情况已得到迅速恢复，预计下半年有望恢复高增态势。产品品类齐全形成平台化运营，新兴高附加值占比持续提升，产能有序释放支撑公司 高增长。1）产品线不断完善，高附加值应用领域快速成长。公司产品线涵盖 25 个系列， 覆盖运动控制、智能电源、工业互联网等五大领域，形成平台化运营模式。2014 -2018 年 陆续收购美国 AMP、美国 LIN ENGINEERING、瑞士 Technosoft Motion AG 等外资高 端品牌，公司不断吸纳核心研发技术与客户群体，强化研发实力。2022H1，工业自动化、 生化医疗、服务机器人、半导体工厂等新兴高附加值领域收入增长 20%、21%、50%和 85%， 上述领域收入同比增加 1.04 亿元。2）深入布局空心杯电机，把握产业发展导向。在无刷 空心杯领域， 鸣志 EC 系列直流无刷无槽电机提供 13mm~30mm 多种规格，空载转 速达 15000rpm~50000rpm；在有刷空心杯领域，鸣志 DCU 系列直流有刷电机提供 8mm~24mm 多种规格，空载转速达 10000rpm~16000rpm，采用空心转子设计方 案，具有高加速度、低转动惯量、无齿槽效应、无铁损小巧轻便等特点。公司具备 AMP、 T Motion 两家公司在空心杯电机领域多年的核心技术优势，并广泛吸收了其客户资源，有 望在空心杯电机市场抢占先机。3）全球产能布局有序推进。公司上海工厂产能预计于 22Q4 迁移至太仓工厂，越南年产 400 万台 HB 步进电机项目预计 23Q1 开始试运行，公司生产 效率与产能规模将得到有效提升。