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轴承行业:人形机器人宽赛道里的又一新机遇

核心部件之一——轴承,作为支撑与传递动力的关键,其重要性愈发凸显。
2024-05-15 12:03 · 微信公众号:头豹研究院 头豹

近年来,国内外人形机器人快速发展,行业关注度日趋提升。政策方面,2023年10月,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》,首次对人形机器人产业发展提出系统性指导意见,明确发展目标与时间点。同时,美国、日本等也加大对人形机器人的支持和投入。

根据人民网研究院报告,中国有效发明专利接近全球首位,特别是在本体结构、驱动控制和智能感知技术方面有大量专利积累。在政策推动、技术创新、市场需求及资本助力下,人形机器人行业正步入快速发展轨道,预计将在未来几年内实现显著增长和广泛应用。

全球人形机器人市场正以前所未有的速度蓬勃发展,这一趋势不仅重塑了未来科技的轮廓,也深刻影响了制造业的各个领域。核心部件之一——轴承,作为支撑与传递动力的关键,其重要性愈发凸显。

随着机器人技术向更高级别的精密控制、能效优化及持续运行能力迈进,市场对轴承的性能要求亦随之升级,强调精密性、高效运作以及延长使用寿命成为不可逆转的潮流。

在此背景下,轴承企业不得不加速研发进程,探索新材料应用、优化设计结构、提升制造工艺精度,力求在保障产品稳定性与可靠性的基础上,实现性能的飞跃,这一系列变化不仅考验着企业的研发创新能力,也是推动整个轴承行业向更高层次发展的催化剂。

轴承行业的技术壁垒有哪些?企业竞争情况如何?市场潜力多大?本文,头豹研究院将梳理中国轴承行业技术壁垒、竞争格局及市场规模等,并对整个行业的发展趋势做出研判。

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轴承行业综述

轴承是机器人的重要组成部件之一,起到支撑旋转部件、减小摩擦、提高效率的作用,轴承主要应用在机器人减速器、电机、丝杠等部件。

减速器是工业和人形机器人的核心零部件,其中应用最广泛的是谐波减速器和RV减速器,轴承是减速器的关键零部件之一。

根据特斯拉AI DAY的信息,人形机器人的旋转关节主要使用谐波减速器,其中主要应用交叉滚子轴承。

交叉滚子轴承又可称为薄壁轴承,在机器人中轴承对应空间有限,通常会使用轻量化的薄壁轴承,此外,交叉滚子轴承还具有承载能力高、寿命长等优势,亦广泛用于工业机器人中。

除交叉滚子轴承外,谐波减速器还包含柔轮轴承和深沟球轴承。

RV减速器也是机器人中最常用的减速器之一,其包括作为减速器主轴承的薄壁角接触球轴承,用于偏心轴定位和主体支承的薄壁圆锥滚子轴承,用于摆线轮支承的圆柱滚子(滚针)保持架组件以及用于齿轮支承的薄壁深沟球轴承。

在这几种轴承中,交叉滚子轴承制造难度大,可大规模量产的企业较少,以日企和德企为主,中国厂商人本股份具备小批量供货能力,国机精工具备相关技术和产品。角接触轴承壁垒较低,中国已有多家成熟供应商。

电机是一种利用电磁相互作用实现能量转换和传递的机械装置,轴承在电机中主要起到支承旋转轴的作用。

电机的具体轴承配置方案通常根据电机的安装方式、负载、转速等需求进行设置。

电机的结构和安装方式多样,因此所对应的轴承承载情况也有所不同。

主要的轴承配置方案有双深沟球结构、一柱一球结构、两柱一球结构双调心滚子结构和深沟球轴承+角接触轴承结构。

随着政府对产业结构转型的积极部署,制造业正朝着绿色智能的方向发展,将推动电机向高效、节能的方向发展,下游市场对电机旺盛的需求将带动核心部件轴承的快速发展。

根据特斯拉2022 AI DAY的信息,其人形机器人线性执行器将采用深沟球轴承和四点接触球轴承。深沟球轴承是较为传统的一种轴承,应用范围广,成本低,但在受双向轴向力时,左右轴向窜动量较大。四点接触球轴承是角接触轴承的一种,内外圈可进行分离以承受来自两个轴向的荷载,钢球和内、外圈在四个点上都接触,具有承载力强、空间小的特点。

未来人形机器人发展将带动滚珠和滚柱丝杠市场的增长,轴承作为关键部件之一或将出现爆发式增长。

磨削是轴承加工的关键环节,磨床是磨削的核心设备。

磨削加工的成本占轴承生产成本的15%以上,轴承生产过程中需要的磨床数量占全部金属切削机床的60%左右,生产中所需的磨削加工劳动量占总劳动量的60%左右。

轴承内外圈磨削加工主要包含磨削、超精和研磨等多种工艺,所应用的机床包括端面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床等。

高端轴承磨床主要被美德日企业掌控,中国厂商宇环数控、秦川机床的磨床产品性能已达到国际先进水平,国产替代正在推进。

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轴承行业竞争格局及规模

高端轴承市场基本上被全球八大轴承企业垄断。近两年随着下游汽车、机床、机器人等行业的快速发展,中国企业也在逐步突围。在机器人领域,龙头企业不断突破核心技术,已实现制造能力,部分企业达成批量供货,但目前高端轴承的国产化率仍然较低。

随着工业自动化的发展以及AI技术的普及,机器人在各行各业的渗透率也在逐步提升。特斯拉Optimus样机如今已公布,量产在即,预计3-5年实现量产,且达到百万级。保守估计2030年人形机器人的销量达到100万台,乐观情况下,2027年达到100万台,2030年达到170万台。

根据特斯拉AI DAY2022的信息,人形机器人主要使用深沟球轴承、四点接触轴承、角接触轴承和交叉滚子轴承,前三者价值量较低,在百元以内,交叉滚子轴承价值量在100元左右,预计2023年机器人轴承单价为3,780元。未来随着工艺创新和规模化,相关硬件成本持续下降,假设单价以每年10%的速度递减。

预计保守情况下,2030年全球人形机器人用轴承市场规模为18.1亿元,年复合增长率为76.8%,乐观情况下达30.8亿元,年复合增长率为89%。

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