招商证券-机器人行业系列研究报告（九）-准直驱执行器深度：人形机器人执行器技术的前沿-240206

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证券研究报告 | 行业深度报告

2024 年02 月06 日

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胡小禹

S1090522050002

huxiaoyu1@cmschina.com.cn

史晋星

S1090522010003

shijinxing@cmschina.com.cn

吴洋

S1090523080001

wuyang2@cmschina.com.cn

朱艺晴

研究助理

zhuyiqing@cmschina.com.cn

方嘉敏

研究助理

fangjiamin@cmschina.com.cn

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Feb/23 May/23 Sep/23 Jan/24

(%)

机械

沪深300

准直驱执行器深度：人形机器人执行器技术的前沿

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行业深度报告

正文目录

一、准直驱执行器：低成本、高带宽的关节技术 ............................................. 6

1、人形机器人执行器研究经历了刚性、弹性和准直驱三个阶段 ...................... 6

2、准直驱执行器具备独特优势 ....................................................................... 7

二、准直驱技术的核心部件与发展方向 ........................................................... 9

1、准直驱技术的核心部件 .............................................................................. 9

（1）电机：更大的扭矩密度与扭矩惯性 ........................................................10

（2）减速器与轴承 ....................................................................................... 11

（3）控制器 ..................................................................................................14

（4）编码器 ..................................................................................................16

2、准直驱技术在机器人设计中做出了哪些取舍？ ..........................................17

（1）取得更低成本 .......................................................................................17

（2）舍弃一定精度 .......................................................................................18

（3）舍弃更高扭矩 .......................................................................................18

（4）取得更快的响应速度 .............................................................................19

3、准直驱技术的发展方向 .............................................................................19

（1）材料：高饱和磁通密度材料和轻量化材料 .............................................20

（2）设计：提高间隙半径、轴向磁通电机和磁场调制 ...................................21

（3）热管理：风冷系统和液冷系统 ...............................................................22

（4）提高带宽：电流环响应、芯片和算法 ....................................................24

三、准直驱技术案例 ......................................................................................25

1、MIT Cheetah............................................................................................25

2、宇树科技 A1 机器人 .................................................................................26

3、智元 Powerflow 准直驱执行器 ..................................................................27

四、相关公司 ................................................................................................27

1、双环传动（环动科技） .............................................................................27

2、三花智控 ..................................................................................................28

3、银轮股份 ..................................................................................................28

4、中大力德 ..................................................................................................29

5、禾川科技 ..................................................................................................30

6、本末科技（未上市） ................................................................................30

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行业深度报告

五、风险提示 ................................................................................................32

图表目录

图1：执行器类型和历史 ................................................................................ 6

图2：MIT Cheetah 准直驱执行器 .................................................................. 7

图3：刚性执行器 ........................................................................................... 7

图4：弹性执行器 ........................................................................................... 8

图5：变刚度关节的总体结构 ......................................................................... 8

图6：变刚度单元模块 .................................................................................... 8

图7：Katz 的准直驱执行器 ...........................................................................10

图8：Katz 的准直驱执行器爆炸图 ................................................................10

图9：电机参数与间隙半径的关系 .................................................................10

图10：电机的分类 ........................................................................................11

图11：无刷直流电机工作原理 ......................................................................11

图12：Katz 准直驱执行器使用的电机部件 ....................................................11

图13：T-Motor U8 ........................................................................................11

图14：大减速比减速器反驱透明度低 ............................................................12

图15：小减速比减速器反驱透明度高 ............................................................12

图16：行星减速器 ........................................................................................12

图17：摆线针轮减速器 .................................................................................12

图18：Misumi GEFHB0.5-40-5-8-W3 齿轮 ...................................................13

图19：Katz 准直驱执行器减速器置于电机定子内 .........................................13

图20：深沟球轴承 ........................................................................................13

图21：滚柱轴承 ...........................................................................................13

图22：使用四点角接触轴承的紧凑型准直驱驱动器 .......................................14

图23：HK0408 滚针轴承 ..............................................................................14

图24：薄截面公制轴承 .................................................................................14

图25：现代电机驱动系统的基本构成 ............................................................15

图26：一种永磁同步电机控制系统的硬件电路 ..............................................15

图27：意法半导体 STM32F446ZE 型MCU ..................................................16

图28：AMS AS5047P 位置编码器正面 .........................................................16

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摘要：

敬请阅读末页的重要说明证券研究报告|行业深度报告2024年02月06日推荐（维持）机器人系列报告（九）中游制造/机械本篇报告系统性地梳理了人形机器人关节技术中较为前沿的准直驱执行器技术。准直驱执行器是不依赖力/力矩传感器，仅依靠电流环开环力控，就可以感知机器人和外界的交互力的一种执行器。其低成本、高响应的特点有望在未来人形机器人执行器方案中占有一席之地。在人形机器人赛道的发展过程中，准直驱执行器及其核心零部件具备极大的发展潜力，给予行业“推荐”评级。❑准直驱执行器是不依赖力/力矩传感器，仅依靠电流环开环力控，就可以感知机器人和外界的交互力的一种执行器。人形机器人执行器的研究已有30多年的历史。...

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