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轴承是人形机器人关节的核心部件。根据特斯拉公布Optimus人形机器人结构,人形机器人的旋转驱动、线性驱动关节有望显著加大轴承需求量。
以特斯拉人形机器人为例,根据其所公布的旋转、直线执行器设计图,在轴承选型方面采用了交接触球轴承、交叉圆柱滚子轴承、滚珠轴承、四点接触球轴承。
关节连接:一般两头分别采用一个轴承,如线性关节两头分别使用深沟球轴承和四点接触轴承,旋转关节采用交叉滚子轴承。
谐波减速器用1个交叉滚子轴承和1个柔性轴承;行星减速器:输入和输出端使用球轴承,另外需要使用滚针轴承。
RV减速器包括用于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。
RV减速器用3*2个滚针轴承、3*2个圆锥轴承和1个角接触轴承。
除RV减速器和谐波减速器外,人形机器人其余位置主要采用球轴承,行星减速器、空心杯电机和关节连接处等地方都会使用球轴承。
空心杯电机包含两个小球轴承,壁垒较低,体积和单位价值量均较小。
人形机器人最大的优势在于具备通用性,可兼容B端和C端的需求,广阔的市场空间将开启轴承行业第二增长曲线。
根据开源证券测算,当人形机器人成本降至2万美金的要求,各类轴承单价可降到百元以下,单机轴承价值量达到元。
目前,全球人形机器人行业仍处于早期阶段,市场参与者较少,且应用场景有限。
未来几年,随着技术的进步和研发投入的不断增加,人形机器人的需求和商业化将得到进一步推动。越来越多的市场参与者将进入人形机器人解决方案产业。机构预计,到年,全球人形机器人解决方案市场规模将达到80亿美元,占全球智能服务机器人解决方案产业市场规模的11.8%。
轴承行业概览轴承是在机械传动中可以起到固定作用和降低荷载摩擦系数的零部件,它通过支撑机械旋转体来减少传动的机械负载摩擦系数,包括滚动、滑动两大类。
轴承在电机中主要对旋转轴进行支撑。电机轴承具体结构配置通常根据电机的载荷、转速等需求选择,电机由于有较多结构、安装方式,对应的内部轴承承载情况也有所不同。
轴承在工业机器人主要与减速器进行配套实现各类传动。
工业机器人关节以旋转运动为主,等截面薄壁轴承、交叉滚子轴承为最适合工业机器人的两类特殊轴承。
其中薄壁交叉圆柱滚子轴承滚子交叉排列,旋转精度高且可承受径向力、双向轴向力与倾覆力矩的共同作用,主要用于机器人手臂等关节;等截面薄壁轴承钢球数目多,承载能力高,多用于机器人腰部、肘部等。
交叉滚子轴承的滚动体一般采用圆柱或者圆锥滚子在单一滚道槽里边呈十字交叉相互排列形式,滚子之间通过黄铜保持器或者工程塑料隔离块间隔起来,从而具有较高的旋转精度、较大的承载力、较小的外形尺寸及较高的旋转速度和刚性。
交叉滚子轴承结构:
资料来源:哈默纳轴承大多为非标结构,需要根据减速器而定制化设计,且其结构复杂、加工工艺难、装配精度要求高,构成核心壁垒。
机器人轴承的制造复杂,以交叉滚子轴承为例,其加工包括轴承圈的、滚子、保持架的加工等。其中,轴承圈的加工需要经过车削、磨削、抛光等多个工序,而滚子的加工需要经过磨削、车削、滚压等多个工序。
轴承竞争格局根据precedenceresearch数据,全球轴承市场空间预计由22年的亿美元增长至32年的亿美元,期间CAGR为7.9%。
全球八大轴承企业包括瑞典SKF、德国Schaeffler、日本NSK、日本JTEKT(捷太格特)、日本NTN、美国TIMKEN、日本NMB(美蓓亚)、日本NACHI(不二越)。
国际八大家占据全球轴承市场份额比例超过70%,并基本垄断了中高端轴承市场。
全球范围内可大规模量产的企业少,主要包括日本THK、日本IKO、日本NSK、日企哈默纳科和德国舍弗勒旗下的INA。
中国轴承制造行业的参与者数量较多,市场集中度相对较低。根据前瞻产业研究院引用的中国轴承工业协会数据,年我国轴承行业的市场前十大厂商集中度仅为28.1%。以万向钱潮、瓦轴、洛轴等为代表的中国本土轴承生产商,与海外领先企业相比发展历史较短,主要生产中小型轴承,产量较大,因此存在激烈的价格竞争。
机器人用四点接触轴承应用非常普遍,制造工艺和设备难度不高,参与玩家较多。
交叉滚子轴承结构原理是圆柱滚子呈90°相互垂直交叉排列,通过隔离块将相互垂直的滚子进行隔离,是和谐波减速器配套使用,制造难度大。
谐波减速器波发生器轴承要求承受径向和轴向应力,交叉滚子轴承相比传统滚珠轴承优势明显。
交叉滚子轴承作为高端精密产品,利润远高过其它低端轴承产品,国内规模较大的供应商不到10家,其它均为中小型企业。
绿的谐波年获得交叉滚子轴承专利,是国内唯一一家具备独立生产能力的减速器企业。该项技术壁垒构筑了绿的谐波的护城河。
整体来看,机器人轴承市场竞争激烈,各品牌在市场份额、产品质量、技术实力等方面都有各自的优势和劣势。同时,由于不同应用场景对机器人轴承的性能要求不同,因此各品牌的市场份额也会因应用领域的不同而有所差异。