机械设备行业重负载关节的潜力零部件：RV减速器.docx

该【机械设备行业重负载关节的潜力零部件：RV减速器 】是由【琥珀】上传分享，文档一共【12】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【机械设备行业重负载关节的潜力零部件：RV减速器 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。图表目录图表1:TeslaOptimus有RV减速器应用可能的旋转关节(红框内) 4图表2:2024E-2030E人形机器人市场对RV减速器需求空间 5图表3:RV减速器实物图 5图表4:RV减速器构造图示 5图表5:RV减速器运动的原理图解 6图表6:RV减速器与其他减速器对比 7图表7:RV与谐波减速器主流指标对比 8图表8:2021-2025E全球RV减速器需求及市场规模 9图表9:2014-2021中国RV减速器市场规模及增速 9图表10:全球RV减速器市场格局 10图表11:中国RV减速器市场格局 10图表12:2019-2024E中国工业机器人市场规模(亿元) 11图表13:2018-2024E中国工业机器人产量(万套) 11图表14:2020-2023Q3环动科技资产结构 12图表15:2020至2023Q1-Q3环动科技业绩情况 12RV减速器——重负载关节的潜力零部件RV减速器有望应用于人形机器人重负载关节RV(RotaryVector)减速器是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置的基础上发展起来的传动机构。它由摆线针轮和行星支架两级减速机构组成,具备体积小、抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等诸多优点,现阶段被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域。相较于目前人形机器人中常用的谐波减速器方案,RV减速器具有更高的疲劳强度、刚度和寿命,且回差精度稳定,运动精度不会随着使用时间增长显著降低。因此,RV减速器在先进机器人传动中/重负载区间有较大的发展趋势。人形机器人迎来发展浪潮,有望打开RV减速器潜在增量市场。原本RV减速器主要应用在工业机器人领域,尤其是中/重负载关节。人形机器人作为目前最为先进的机器人领域,其机体上需求大量的精密减速器。现阶段人形机器人厂商主要采用谐波+精密行星减速器的方案来达到机器人传动的目的。不过,人形机器人行业还处于蓬勃发展阶段,产品形态尚未完全固化,RV减速器有望凭借其特性优势在高端设备产品或特定应用场景中有所发挥。以特斯拉Optimus为例,其单台机体共使用14个旋转执行器,对应14个精密减速器需求,其中负责腰部及腿部相关运动控制的大负载旋转关节,若采用RV减速器方案,有望实现更为优秀的性能表现。图表1:TeslaOptimus有RV减速器应用可能的旋转关节(红框内)资料来源:TeslaAIDay,我们大致估计,单台人形机器人主要在腰部和腿部等下半身负载较重,RV减速器在高端产品的重负载关节存在规模应用的可能。目前人形机器人产业落地的关键点在于降本从而达到规模化量产,而RV减速器单价较高,故而鲜有应用。但一方面谐波减速器的负载轻,容许力矩负载在1500Nm以内,限制了其向重负载部位拓展的可能;另一方面国产厂商在RV减速器领域正快步追赶,达到良好的成本控制后,RV减速器将有望应用于人形机器人空间局限较小、负载较重的下半身关节。在未来RV减速器降本程度达到产品需求的空间之后,人形机器人腰部、髋部等大负载关节有望得以陆续应用。结合此前系列报告中对于人形机器人总需求的预测数据可得,人形机器人的量产有望为RV减速器带来潜在增量空间,2026E/2028E人形机器人产量突破10/100万台时,。图表2:2024E-2030E人形机器人市场对RV减速器需求空间2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E全球人形机器人总需求(万台)(元/支)5000400032002560204816381311单台机器人用量(支)0022666单台机器人价值量(元/台)00640051201228898307864人形机器人领域全球增量市场规模(亿元):预测RV减速器结构及原理近年来,随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域的快速发展,RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。RV减速器是由第一级渐开线行星传动和第二级摆线行星传动组成的减速装置。行星齿轮传动机构中包括行星齿轮、偏心轴和中心轮,摆线针轮行星传动机构中包括摆线轮、偏心轴、针齿和行星架。图表3:RV减速器实物图 图表4:RV减速器构造图示 资料来源:Nabtesco, 资料来源:德州启力传动机械,RV减速器的原理采用了摆线针轮和行星传动的多级减速结构。由于同时啮合齿轮数较多,所以不光是小型、轻量,也具有高刚性、耐超载的特点。另外,由于齿隙、旋转振动、惯性小,所以具有良好的加速性能,可实现平稳运转并获取正确位置的精度。图表5:RV减速器运动的原理图解资料来源:Nabtesco,具体减速原理如图所示:第一级减速:伺服电动机的旋转是从输入齿轮向直齿轮传动,输入齿轮和直齿轮的齿数比为减速比。曲柄轴直接连接在直齿轮上,与直齿轮的旋转数一样;曲柄轴部:曲柄轴的偏心部中,通过滚针轴承安装了2个RV齿轮以取得力的平衡。随着曲柄轴的旋转,偏心部中安装的2个RV齿轮也跟着做偏心运动(曲柄运动);第二级减速:在壳体内测的针齿槽里,比RV齿轮的齿数多一个的针齿槽等距排列。曲柄轴旋转一次,RV齿轮与针齿槽接触的同时作一次偏心运动(曲柄轴运动)。在此结果上,RV齿轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向旋转一个齿轮距离。借助曲柄轴在输出轴上取得旋转,曲柄轴的旋转速是根据针齿槽的数量来区分的。总减速比是第1级减速的减速比和第2级减速的减速比的乘积。RV与其他减速器对比由于传动原理和结构等技术特点差异,RV与谐波、精密行星减速器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。图表6:RV减速器与其他减速器对比精密行星减速器谐波减速器RV减速器技术特点由多级行星轮构成,齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮从而达到减速的目的通过柔轮的弹性变形传递运动,与其他精密减速器相比,材料、体积、重量均大幅下降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,组成的零部件较多产品性能高刚性、耐磨性强、减速比低、精度较差体积小、传动比高、精密度高大体积、高负载能力和高刚度应用场景直角坐标机器人主要应用于机器人小臂、腕部或手部一般应用于多关节机器人中基座、大臂、肩部等重负载的位置终端场景-3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg负载以下的机器人汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV减速器的重负载机器人价格区间(元/台)380-16001000-50005000-8000资料来源:绿的谐波公司公告,中大力德网上商城,人形机器人应用领域中,RV与谐波减速器适用领域及优势区间不同,均有应用发展的适宜空间。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点。且与一般减速器比较,在输出力矩相同时,谐波减速器的体积可减少2/3,重量可减轻1/2,这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性和扭矩承载能力,在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。不过,谐波减速器的负载轻,容许力矩负载在1500Nm以内,因此限制了其向重负载部位拓展的可能。RV减速器容许力矩负载可达8000Nm,而其重量重、外形尺寸相对较大、零部件数量多、制造和装配难度大等特点,也使得在人形机器人注重重量及成本的现阶段,RV减速器尚未得到规模应用。图表7:RV与谐波减速器主流指标对比主流技术指标谐波减速器RV减速器背向间隙≤20arcsec≤60arcsec传动效率>75?>80?温升≤40℃≤45℃噪声≤60db≤70db减速比30-16030->8000h>-921Nm101---1176Nm/arcmin资料来源:绿的谐波公司公告,RV减速器制造工艺难点RV减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合,包括设计、原材料、加工工艺、零件对称性、热处理、装配测试等诸多方面。这些工艺的精度综合决定了RV减速器的性能指标、稳定性和寿命。设计方面:例如润滑和摩擦的设计、偏心轴上花键的设计等。技术中涉及到摩擦学、结构设计、材料学、动力学等多门学科相辅相成,从而形成合理的工艺流程;原材料方面:原材料本身的物理特性,如强度、刚度、抗压程度、抗拉伸程度等均会影响到RV减速器的加工难度及使用寿命,目前有球墨铸铁替代合成钢的路径;加工工艺方面:例如RV减速器内部的摆线齿轮修形,摆线齿轮啮合属于少齿差啮合传动,现有修形理论主要基于经验数据,缺乏完备的理论研究支撑;零件对称性方面:一是加工设备,前道加工环节国产设备可以解决,但对于核心零部件(例如偏心轴、摆线轮、针齿壳、行星架等)的末道精加工则需要选择国外精密机床,能够保证零件加工的稳定性,同时获取合理的加工工艺流程。而国外加工设备的采购周期平均较长;二是专用工装夹具需要自主设计加工制作,以保证达到高精度要求;三是需求高精度三坐标检测设备和齿轮检测设备;四是对于加工操作人员的技术水平也有要求;热处理方面:比如渗碳,高频淬火等可以使齿轮变硬,但同时也会使材料变脆,难以加工甚至脱落。合适的热处理工序和加工工艺,需要保证齿面的硬度、齿轮的屈服抗拉强度、韧性、足够的精度;装配测试方面:装配整体精度要求为微米级,且装配工序极大程度上影响了最终成品的传动效率,故需要精密的组装技术为基底,且装配工序需要根据实际情况设计。下游行业格局&发展机遇市场长期由国外垄断,自主开发初发力RV减速器下游主要应用于工业机器人领域,全球及中国市场规模正在不断扩大。根据IFR的预测数据,,。,?,保持强劲增长势头。未来随着国内人形机器人产业链的发展有望增添成长动力。图表8:2021-2025E全球RV减速器需求及市场规模 图表9:2014-2021中国RV减速器市场规模及增速 资料来源:IFR, 资料来源:华经产业研究院,全球市场被龙头厂商垄断,国产厂商不少但规模较小,下游企业主要依赖进口。全球及中国RV减速机市场集中度较为集中,其中纳博特斯克占比第一。根据数据显示,全球RV减速机市场前十厂商份额占比超过83?。Nabtesco(日本纳博特斯克),SumitomoDrive(日本住友)和SPINEA占据全球市场的前三份额,?、?、;我国RV减速机行业竞争格局与全球类似。Nabtesco占据了我国RV减速机53?的市场份额,位居第一,其次是双环,占据RV减速机14的市场份额,是我国本土龙头企业;住友占比5?,飞马占比4?,中大力德占比4?,南通振康占比3?,智同占比3?。图表10:全球RV减速器市场格局 图表11:中国RV减速器市场格局资料来源:观研天下, 资料来源:观研天下,伴随国产RV减速器的发展,海外垄断在不断被打破,自主开发正初步显现。Nabtesco在中国的市场份额已低于全球水平,并呈降低趋势。RV减速器作为制约我国工业机器人发展的关键零部件,长期被国外企业垄断,严重制约我国机器人产业的发展。2023年5月9日,巨轮智能生产并送检的“精密摆线针轮减速机/JLRV40E”获得中汽检测技术有限公司(国家机器人检测与评定中心)颁发的CR产品认证证书,成为国内首批获得该认证的两家企业之一(另外一家是日本纳博特斯克公司下属的上海纳博特斯克传动设备有限公司),填补了中国机器人CR认证在该领域的空白。,促进产品降本以导入人形产业链RV减速器主要应用下游为工业机器人领域,平均一台多关节机器人需要4台RV减速器。在原有的工业机器人领域,每台六轴多关节机器人需要搭配6台精密减速器,其中负载10kg以下机器人主要使用谐波减速器,负载10-20kg的机器人小臂、手腕关节,以及负载30kg以上的机器人轻负荷末端关节上能够使用谐波减速器。但在多关节机器人的基座、大臂、肩部等重负载位置常常会应用到RV减速器。目前投入应用的机器人中,多关节机器人所需RV减速器最多,平均一台多关节机器人需要4台RV减速器;坐标机器人平均需要3台;除SCARA机器人和并联机器人以外,其他类型机器人平均需要1台。工业机器人应用需求稳步增长,有望助力产品快速降本。工业机器人作为现代工业发展的重要基础,已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。近年来,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,我国工业机器人产量总体保持稳定增长态势。根据中商产业研究院发布的《2023-2028年中国工业机器人行业深度调查及投融资战略研究报告》显示,,2019-?,。,2018-?,。从消费量看,高工机器人产业研究所(GGII)数据显示,、。图表12:2019-2024E中国工业机器人市场规模(亿元) 图表13:2018-2024E中国工业机器人产量(万套)资料来源:IFR,中商产业研究院,资料来源:国家统计局,中商产业研究院,RV减速器有效降本将促进其在人形机器人领域的应用。现阶段,特斯拉Optimus的旋转关节采用了谐波减速器的方案,宇树H1、小米CyberOne、小鹏PX5等人形机器人产品也都采用了谐波+行星减速器的方案。究其原因,人形机器人产品正逐步向批量试产阶段迈进,成本是决定能否规模化的重要因素。未来RV减速器降本到合适价格区间后,凭借其在中/重负载领域的性能优势,有望享受到人形机器人发展的红利,特别是在高端设备领域。产业链相关标的(一)环动科技环动科技是双环传动的控股子公司,其前身为浙江双环传动机械研究院,成立于2020年,主营机器人关节、精密减速器等。2024年3月,双环传动发布了关于环动科技分拆至上交所科创板上市的公告。环动科技旗下SHPR-E、SHPR-C、SHPR-H等系列产品已实现6-1000KG工业机器人用RV减速机的全面覆盖,并广泛应用汽车、锂电,新能源、光伏等诸多行业。环动科技通过自主研发创新,产品已成功应用于埃斯顿、埃夫特、新时达等国内主流机器人厂商。目前,环动科技拥有两万平方米的机器人高精密减速机恒温加工车间、数条专业化高精度智能制造产线和装配、检测线、高精密加工及检测设备100余台,年产能达30万套。