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運動控制行業(yè)研究:高端裝備“大腦”,機器人孕育新空間

http://casecurityhq.com 2023-07-26 09:36 來源:未來智庫

1.運動控制為數(shù)控機床、機器人等高端裝備“大腦”

1.1 運動控制系統(tǒng)是數(shù)控機床、機器人等高端裝備高效運行核心環(huán)節(jié)

運動控制系統(tǒng)是依照具體的運動軌跡要求,根據(jù)負載情況,通過驅動器、驅動執(zhí)行電機完 成相應運動軌跡要求的系統(tǒng)。通常包括運動控制器、驅動、執(zhí)行器、運動反饋單元等。運動控制系統(tǒng)是依照具體的運動軌跡要求,根據(jù)負載情況,通過驅動器、驅動執(zhí)行電機完 成相應運動軌跡要求的系統(tǒng)。通常包括運動控制器、驅動、執(zhí)行器、運動反饋單元等。

運動控制系統(tǒng)經過多年發(fā)展,目前普遍以基于計算機的數(shù)字控制為基礎,在云計算、工業(yè) 互聯(lián)網、人工智能等新技術加持下,運動控制系統(tǒng)的智能化、柔性化、控制精度等各方面 能力均快速提升。

運動控制系統(tǒng)屬于國家戰(zhàn)略物資,對于數(shù)控機床、機器人及各類高端裝備高質高小運行至 關重要,運動系統(tǒng)的智能化控制是裝備領域和制造行業(yè)的核心技術,決定了裝備的精度、 效率。

1.2 運動控制器為運動控制開始,通用運動控制器分為 PLC 控制器、嵌入式控制器、 PC-based 控制卡

運動控制器由軌跡生成器、插補器、控制回路和步序發(fā)生器四部分構成。首先由軌跡生成 器計算出任務希望的理想軌跡,插補器根據(jù)位置或速度反饋單元的實際狀態(tài),按照軌跡生 成器的要求,計算出驅動單元下一步將要執(zhí)行的命令,然后交由控制回路進行精確控制。如果是步進電機,則還有一部分就是步序發(fā)生器,步序發(fā)生器根據(jù)控制回路控制指令進一 步生成控制相序和脈沖,達到控制運動對象的目的。

運動控制器的硬件按照核心器件組成包括基于微處理器(MCU)、專用芯片(ASIC)、PC-Based、 數(shù)字信號處理芯片(DSP)、可編程邏輯控制器(PLC)、多核處理器等。隨著技術的進步和 完善,運動控制器從以單片機、微處理器或專用芯片作為核心處理器,發(fā)展到以 DSP 和 FPGA 作為核心處理器的通用開放式運動控制器。

根據(jù)平臺不同,通用運動控制器可以分為 PLC 控制器、嵌入式控制器和 PC-Based 控制卡 三大類。

1.3 運動控制器+執(zhí)行器(驅動電機)+傳感器構成了主流運動控制系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是一種能對機械運動按預定要求進行自動控制的系統(tǒng),其作用是使輸出的機械位 移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角),實現(xiàn)輸出變量精確跟隨或復現(xiàn)輸入變量。

伺服系統(tǒng)目前主要包括交流伺服系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和步進系統(tǒng)三類。

為實現(xiàn)高速度、高精度運動控制,伺服系統(tǒng)需對距離、位移、速度、加速度(力)、角度、 角速度、角加速度等參數(shù)進行檢測,并通過實時監(jiān)測實現(xiàn)閉環(huán)反饋,需要與傳感器進行配 套使用。

常見傳感器包括光柵尺(直線位移檢測)、編碼器(角位移檢測)、激光雷達/視覺檢測(距 離檢測)、電阻應變式傳感器(力矩檢測)等。

2.人形機器人運動控制難度預計將顯著加大,有望帶來市場需求增量

2.1 工業(yè)機器人通常采用 PC 作為上位機完成人機交互/軌跡規(guī)劃,基于 PLC 或 PC-Based 控制器通過關節(jié)控制、位置控制、力控制實現(xiàn)運動控制

工業(yè)機器人廣泛應用于工業(yè)自動化領域,控制系統(tǒng)是機器人的核心部分,其功能強弱、性 能優(yōu)劣直接影響機器人的最終性能。通常采用 PC 上位機+專用運動控制器的架構,以 PC 為上位機完成人機交互和運動軌跡規(guī)劃,重點設計了基于DSP和FPGA的專用運動控制器, 其中 DSP 完成機器人運動控制任務的調度,實現(xiàn)對機器人關節(jié)空間的實時控制,F(xiàn)PGA 則 用于控制系統(tǒng)所需各功能接口的設計。實現(xiàn)了直角坐標空間的機器人軌跡規(guī)劃和速度控制, 具備直線和圓弧基本軌跡插補算法及 S 形曲線加減速算法,改善機器人前端運動的平穩(wěn)性。

軌跡規(guī)劃直接決定了機器人的運動方式。軌跡規(guī)劃為基于工作任務和機器人性能,求解機 器人位姿等運動量關于時間的函數(shù),輸入為期望軌跡、運動學和動力學參數(shù),輸出機器人 各關節(jié)或末端執(zhí)行器的運動量,包括位移、速度、加速度等的時間序列。工業(yè)機器人機器人軌跡規(guī)劃一般分為基本軌跡規(guī)劃和最優(yōu)軌跡規(guī)劃,其中基本軌跡規(guī)劃分 為笛卡爾空間規(guī)劃和關節(jié)空間規(guī)劃。

最優(yōu)軌跡規(guī)劃通常考慮效率、能量小號、平穩(wěn)性等因素,找到每種工況環(huán)境需要的最優(yōu)軌 跡規(guī)劃方案:1)時間最優(yōu)規(guī)劃:最常見的最優(yōu)軌跡規(guī)劃需求,通常通過運動學或動力學約束尋找最優(yōu) 解;運用遺傳算法等各種優(yōu)化算法來求解最優(yōu)解;將時間模型轉化為其他更為通用的模型。2)能量最優(yōu)規(guī)劃:一方面試圖尋找出最平滑的軌跡來減少關節(jié)間的能量損耗,另一方面 也通過優(yōu)化整個動力系統(tǒng)來達到能量分配最優(yōu)。3)沖擊最優(yōu)規(guī)劃:旨在找到使機器人沖擊最小的軌跡,其目的一方面是為了減小機器人 在運動過程中的沖擊,在很大程度上可以減小軌跡跟蹤的誤差,另一方面可以大大減少機 器人因為沖擊過大而產生的共振、抖動、機械磨損、使用壽命縮減等缺陷,使機器人能夠 穩(wěn)定平順運行。4)混合最優(yōu)軌跡規(guī)劃:綜合考慮兩種或以上最優(yōu)性優(yōu)化方案,其中時間-能量最優(yōu)軌跡研 究開展時間最長,也是工業(yè)生產中要求最高的兩項指標。工業(yè)機器人根據(jù)不同的結構形態(tài)、用途、作業(yè)要求等不同有較多分類,但控制上以多軸實 時運動控制為主,基于關節(jié)控制、位置控制、力控制完成作業(yè)任務。

1)關節(jié)控制:關節(jié)控制為工業(yè)機器人最基礎和核心的控制過程,單關節(jié)控制不考慮關節(jié) 之間的影響,機器人的機械慣性被當做擾動項來進行處理,通常通過電機實現(xiàn)驅動,由電 流檢測、速度檢測、位置檢測構成閉環(huán)控制。

多關節(jié)控制在單關節(jié)的基礎上要考慮關節(jié)之間的影響,通常將其他關節(jié)的對當前關節(jié)的影 響作為前饋項引入位置控制器,從而構成多關節(jié)控制系統(tǒng)。

2)位置控制:工業(yè)機器人位置控制與關節(jié)空間軌跡有緊密聯(lián)系,以六自由度工業(yè)機器人 為例,可通過笛卡爾位置控制由給定位置、關節(jié)空間位置轉換、6 路單關節(jié)位置控制器實 現(xiàn)工業(yè)機器人末端按照給定的位置和姿態(tài)運動。

3)力控制:采用多維力傳感器獲取笛卡爾坐標系中的多維力、力矩信息,多維力傳感器 主要由力敏元件、信號采集電路、信號調理電路、多維信號解耦系統(tǒng)(硬件或軟件解耦)、 上位機或嵌入式系統(tǒng)信息處理軟件等構成。

多維力傳感器廣泛裝配在機器人機械臂。在工業(yè)現(xiàn)場生產線中,將多維力傳感器裝載于小 型機械臂的前端或者機械手爪末端。協(xié)助機器人手臂實現(xiàn)力度的控制、輪廓追蹤、孔位搜 索以及機械臂防碰撞等功能,保障機器人操作安全與功能實現(xiàn)。

以機械臂控制為例,每個關節(jié)均含有離合器、制動器、諧波減速器,以電機為動力源,經 齒輪組、減速器為關節(jié)提供動能,通過對關節(jié)速度、位置、力進行調節(jié),完成多自由度旋 轉運動。

2.2 人形機器人強調“類人”屬性,步態(tài)控制、抗沖擊、軌跡規(guī)劃要求均更高,難度顯著 提升

2.2.1 下肢控制:步行運動控制難度較高

人形機器人由于采用了“類人”腿部結構,步行狀態(tài)下的運動控制系統(tǒng)屬于非線性和強耦 合,人形機器人需保持步行穩(wěn)定同時按照期望的軌跡行走,同時存在在地面不平整、路面 障礙物的干擾,控制難度較高。根據(jù)《基于動作捕捉技術對仿人機器人運動學分析與仿真》信息,人形機器人下肢可簡化 為 14 自由度系統(tǒng),其中,髖關節(jié)為 3 個自由度,分別為橫滾、俯仰和偏轉,通過 1 個虎 克副和 1 個旋轉副來連接;同樣的傳動方式也作用于踝關節(jié)的 3 個自由度,每個膝關節(jié) 1 個前向自由度,通過 1 個旋轉副連接。

目前人形機器人的步態(tài)控制一種方式為基于具有反饋機制的控制回路 PID 控制器,通過 PSO 計算進行控制優(yōu)化。優(yōu)化后可通過 Matlab 仿真對于控制系統(tǒng)的響應速度、機器人跟 蹤路徑是否有改善進行驗證。

2.2.2 手臂控制:視覺前饋+逆運動學求解實現(xiàn)軌跡規(guī)劃,“類人”屬性對于沖擊等指標要 求更高

以一個四自由度雙臂人形機器人為例,其運動控制系統(tǒng)包含機械臂與伺服電機及控制器, 機械臂在肩部含有兩個自由度、肘部含有兩個自由度。

機械臂控制類似工業(yè)機器人多關節(jié)控制,以肩關節(jié)作為坐標系原點,通過機器視覺確定機 械臂末端姿態(tài)與需要達到的定位,再通過逆運動學算法求解得到關節(jié)變量的解析解,最后 控制各關關節(jié)以“類人”姿態(tài)完成作業(yè)任務。

沖擊(Jerk)為機器人運動過程中加速度的導數(shù),代表力矩變化的快慢,沖擊會產生振動、 過沖、機械磨損和壽命減少等問題??紤]人形機器人的機械臂有“類人”屬性,在操作上 需要平穩(wěn)地進行抓取和抬舉物品,對于實現(xiàn)最小沖擊要求更高。

2.2.3 軌跡規(guī)劃:對于軌跡規(guī)劃算法的集成化、智能化、可視化要求更高

人形機器人要實現(xiàn)“類人”行為,自由度相比工業(yè)機器人更高,傳感器的應用也會明顯增 加,例如需要引入視覺傳感以實現(xiàn)與環(huán)境交互和空間定位(用于軌跡規(guī)劃)。在工業(yè)機器 人應用中,軌跡規(guī)劃的應用往往需要專業(yè)工程師通過編程處理,學習成本較高??紤]人形 機器人未來有消費級應用場景,軌跡規(guī)劃必須通過軟件進行封裝,將功能集成并設計出可 視化界面,從而降低使用門檻。

3.全球市場空間 155 億美元,國內市場空間 425 億元人民幣

3.1 運動控制 22 年全球市場空間 155 億美元,預計 27 年達到 200 億美元

根據(jù) MARKETS AND MARKETS 數(shù)據(jù),22 年全球運動控制市場空間 155 億美元,預計到 27 年 達到 200 億美元,期間復合增速 5.2%。增長主要來自于工業(yè)機器人需求持續(xù)增長、工業(yè) 4.0 持續(xù)發(fā)展等。

3.2 國內運動控制市場規(guī)模 19 年達到 425 億元,后續(xù)有望保持高增長

根據(jù)固高科技招股說明書數(shù)據(jù),2019 年中國運動控制系統(tǒng)的總體市場規(guī)模為 425 億元, 其中運動控制器市場規(guī)模 85 億元,伺服系統(tǒng)市場規(guī)模 340 億元。

《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》明確提出,到 2025 年,我國的供給能力明顯增強,智能 制造裝備和工業(yè)軟件技術水平和市場競爭力顯著提升,國內市場滿足率要分別超過 70%和 50%,未來運動控制市場有望保持高增長。

4.海外品牌領跑中高端運動控制市場,國內企業(yè)已實現(xiàn)突破

4.1 中高端運動控制與伺服驅動以歐美、日系廠商為主

目前高性能運動控制及伺服驅動產品的主要參與者為國外廠商。運動控制器生產商主要包 括 Delta Tau Data Systems Inc.(美國泰道,已被歐姆龍收購)、ACS Motion Control Ltd. (以色列 ACS)、Aerotech Inc.(美國 Aerotech)等。伺服驅動器生產商主要包括 Kollmorgen Corp.(美國科爾摩根)、以色列 ElmoMotion Control Ltd(以色列 ELMO)等。

海外企業(yè)在產品豐富度、產品成熟度方面處于領先地位,以倍福(Beckhoff Automation) 為例,其 22 年全球銷售額為 15.15 億歐元,同比增長 28%,全球員工人數(shù) 5680 人。

倍?;?PC 平臺打造開放式自動化系統(tǒng),產品包括工業(yè) PC、I/O 和現(xiàn)場總線組件、驅動 技術、自動化軟件、無控制柜自動化系統(tǒng)以及機器視覺硬件等,產品豐富度、成熟度較高。

4.2 國內企業(yè)在運動控制器、伺服驅動器等領域已實現(xiàn)一定突破

目前國內市場參與者包括禾川科技、華中數(shù)控、埃斯頓、雷賽智能、匯川技術、固高科技 等企業(yè)。

國內企業(yè)在運動控制器、伺服驅動等領域的核心技術、市場份額上已實現(xiàn)一定突破。

通用控制器市場分為 PLC 控制器、專用控制器、PC-based 控制卡等,外資品牌定位高端, 國內品牌在 PC-Based 控制卡市場形成一定突破:1)PLC 控制器和嵌入式控制器市場,日本三菱、松下、西門子等外資品牌占據(jù)主要高端 市場,中低端市場是完全市場化的競爭格局;2)PC-Based 控制卡市場,高端市場由美國泰道、翠歐等外資品牌占據(jù),但國內品牌逐漸 向中高端發(fā)力,外資品牌市場份額呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢。目前,以固高科技、雷賽智能、成都樂 創(chuàng)、眾為興為代表的國內品牌占據(jù)了 70%以上的市場份額。匯川技術、禾川科技等企業(yè)在伺服系統(tǒng)市場形成了突破,但仍有較大國產替代空間。

5.投資分析

禾川科技:工控新銳,伺服+PLC 打開成長空間

禾川科技是一家技術驅動的工業(yè)自動化控制核心部件及整體解決方案提供商,主要產品包 括伺服系統(tǒng)、PLC 等,其中伺服系統(tǒng)又分為伺服驅動器、伺服電機和伺服系統(tǒng)附件。目前, 產品已經覆蓋了工業(yè)自動化領域的控制層、驅動層和執(zhí)行傳感層,并在近年沿產業(yè)鏈上下 游不斷延伸,涉足上游的工控芯片、傳感器和下游的高端精密數(shù)控機床等領域。

根據(jù)禾川科技公告,當前下游應用領域中光伏、鋰電、激光、機器人等先進制造業(yè)占比 75%,木工、紡織、物流等傳統(tǒng)制造業(yè)占比 25%。禾川科技下游客戶資源優(yōu)質,覆蓋寧德 時代、隆基股份、捷佳偉創(chuàng)、先導智能等多家行業(yè)龍頭企業(yè)。

禾川科技近年收入規(guī)模持續(xù)擴張,22 年達到 9.44 億元,同比增長 25.66%。22 年利潤同 比有所下降,主要由于客戶在光伏、鋰電等新能源行業(yè)上較為集中,為了快速進入市場, 在產品銷售價格上有所降低,同時受上游原材料價格上漲及產品更新?lián)Q代影響,產品毛利 率下降。伴隨未來禾川科技產品在光伏、鋰電行業(yè)銷量大幅增加,業(yè)績有望持續(xù)發(fā)力。

根據(jù)禾川科技招股說明書,IPO 公開發(fā)行 3776 萬股,募集資金 8 億元,將投入數(shù)字化工 廠項目、杭州研究院項目、營銷服務網絡建設項目等,以提高競爭力。其中,數(shù)字化工廠 項目將針對伺服驅動、伺服電機等產品進行產能擴產建設,突破現(xiàn)有產能瓶頸;杭州研究 院項目將協(xié)助完善研究開發(fā)和實驗測試,持續(xù)進行新技術研究;營銷網絡建設項目將助力 拓寬覆蓋區(qū)域以及滲透率,營銷體系進一步完善。

新增產能有望進一步提升競爭力。根據(jù)禾川科技招股說明書披露,數(shù)字化工廠項目計劃建 設期為 36 個月,預計投入 3.85 億元,全部投產后可以新增產能 148.8 萬臺,其中包括伺 服驅動器 55 萬臺、伺服電機 55 萬臺、PLC20 萬臺。預計禾川科技通過產能擴產建設,充分滿足下游市場需求,增強市場競爭力,提升工控領域市場份額。

華中數(shù)控:高端數(shù)控系統(tǒng)龍頭,具備機器人控制系統(tǒng)自制能力

華中數(shù)控目前收入以工業(yè)機器人與智能產線,數(shù)控系統(tǒng)與機床業(yè)務為主。數(shù)控系統(tǒng)配套業(yè) 務主要為各類數(shù)控機床企業(yè)和航空航天、汽車、3C、木工、磨床等重點行業(yè)用戶提供數(shù)控 系統(tǒng)配套和服務,包括為各類專機、高速鉆攻中心、加工中心、五軸機床等機型提供華中 高檔數(shù)控系統(tǒng),以及針對普及型數(shù)控車床和數(shù)控銑床等提供系列數(shù)控系統(tǒng)、系列伺服驅動、 系列伺服電機等。

公司從 1993 年開發(fā)出華中 1 型數(shù)控系統(tǒng),2018 年公司華中 8 型數(shù)控系統(tǒng)的“04 專項”課 題通過驗收,標志著公司在關鍵技術指標、產品可靠性達到國外主流數(shù)控系統(tǒng)技術水平。目前在航空航天、汽車零部件制造、3C 制造、機床工具、通用機械加工、木工、玻璃加 工等領域得到批量應用。根據(jù)公司公告信息,2020 年公司在國產高端數(shù)控系統(tǒng)市占率近 50%,在國產品牌中排名第一。

收入端:伴隨公司智能產線、數(shù)控系統(tǒng)高增長,20/21 年公司營收高增長,22 年后由于下 游消費電子、通用機械需求疲軟,公司營收增速下降。利潤端:公司 20/21 年對子公司江蘇錦明分別計提商譽減值 8174.49 萬元、3745.90 萬元, 影響利潤增長。22 年受經濟環(huán)境影響營收增速下滑,考慮公司收入增速有望回暖,同時 商譽減值影響逐步降低,公司利潤有望回暖。

華中數(shù)控工業(yè)機器人核心的控制、伺服驅動均采用自研技術。機器人本體包括 BR 雙旋、 垂直多關節(jié)、水平多關節(jié)、SCARA、Delta、特殊系列六大系列的 40 余款產品,采用自研 伺服控制技術、自制高性能伺服電機,零部件自主化比例超過 80%。機器人本體 22 年實 現(xiàn)收入 3.34 億元,同比增長 24.13%。

埃斯頓:從機床數(shù)控系統(tǒng)起步,崛起為國產機器人龍頭

埃斯頓產品線豐富,從機床數(shù)控系統(tǒng)到工業(yè)機器人實現(xiàn)業(yè)務拓展。埃斯頓成長初期以金屬 成型機床數(shù)控系統(tǒng)和電液伺服系統(tǒng)為主,2010 年后憑借自身核心零部件優(yōu)勢開始布局工 業(yè)機器人產品,15 年登陸深交所中小板,依托品牌優(yōu)勢和技術優(yōu)勢加速擴張,“通用+細 分”戰(zhàn)略助公司躋身成為國內工業(yè)機器人行業(yè)龍頭。目前埃斯頓主營業(yè)務模塊包括自動化核心部件及運動控制系統(tǒng)和工業(yè)機器人及智能制造 系統(tǒng)兩大板塊。22 年埃斯頓有 64 款工業(yè)機器人產品,包括六軸通用機器人、四軸碼垛機 器人、SCARA 機器人以及行業(yè)專用定制機器人,工作負載從 3kg 到 600kg。機器人標準化 工作單元產品有 20 多種類別,主要應用于光伏、鋰電、焊接、鈑金折彎、沖壓、壓鑄、 木工打孔、裝配、分揀、打磨、去毛刺、涂膠等,其中鈑金折彎、沖壓、光伏排版等均處 于行業(yè)領先地位。

伴隨中國高端制造業(yè)快速成長,埃斯頓收入規(guī)模持續(xù)提升,22 年實現(xiàn)營收 38.81 億元, 同比增長 28.49%;實現(xiàn)歸母凈利潤 1.66 億元,同比增長 36.28%。埃斯頓產品毛利率較高 但凈利率較低,主要由于擴大市規(guī)模,提升品牌影響力仍是主要的發(fā)展策略,隨著品牌知 名度的提升,業(yè)務規(guī)模的擴大,大客戶戰(zhàn)略的有效實施和正在推進的降本增效及管理變革, 盈利指標有望逐步改善。

在運動控制方面,埃斯頓通過全資收購英國 TRIO,TRIO 的控制器產品可以完善埃斯頓在 運動控制方面的布局,通過不斷加強和 TRIO 的整合,加快提升以 TRIO 控制器為核心的解 決方案供應能力。埃斯頓運動控制產品的行業(yè)定位將從核心部件生產商轉化為行業(yè)高端運 動控制解決方案提供商,與重要客戶進行深度合作,以更多的產品價值創(chuàng)造,提升盈利水 平。

匯川技術:工業(yè)自動化龍頭,實現(xiàn)工業(yè)機器人電控、伺服系統(tǒng)自制

匯川技術為國內工業(yè)自動化龍頭企業(yè),專注“信息層、控制層、驅動層、執(zhí)行層、傳感層” 核心技術,形成了通用自動化、智慧電梯、新能源汽車、工業(yè)機器人、軌道交通五大業(yè)務 板塊。

匯川技術通用自動化領域產品包括變頻器、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)(PLC/CNC)、工業(yè)視覺系 統(tǒng)、傳感器、高性能電機、高精密絲杠、工業(yè)互聯(lián)網等核心部件及光機電液一體化解決方案。

匯川技術 22 年收入以通用自動化業(yè)務為主占比接近 50%,通用自動化業(yè)務實現(xiàn)銷售收入 114.65 億元,同比增長 27.64%,其中,通用變頻器實現(xiàn)銷售收入 43.29 億元,通用伺服 系統(tǒng)實現(xiàn)銷售收入 49.89 億元,PLC&HMI 實現(xiàn)銷售收入 13.13 億元,電液系統(tǒng)實現(xiàn)銷售收 入 4.50 億元(含伊士通)。同時毛利率較高,22 年達到 45.64%.

22 年匯川技術緊抓新能源汽車、光伏、風電等行業(yè)市場結構性機會,實現(xiàn)營業(yè)收入 230.08 億元,同比增長 28.23%,實現(xiàn)歸母凈利潤 43.2 億元,同比增長 20.89%。

根據(jù)公司年報、睿工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù),2022 年,公司通用伺服系統(tǒng)在中國市場份額約 21.5%, 位居第一名;低壓變頻器產品(含電梯專用變頻器)在中國市場的份額約 14.9%,位居第 三名,位列內資品牌第一名;小型 PLC 產品在中國市場的份額約 11.9%,位居第二名,位 列內資品牌第一名。

公司實現(xiàn)了工業(yè)機器人電控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、絲杠、本體均自制,根據(jù)公司年報、睿工業(yè) 統(tǒng)計數(shù)據(jù),2022 年,公司工業(yè)機器人在中國市場的份額為 5.2%,排名第七;其中,SCARA 機器人在中國市場的份額為 17%,排名第二,且為內資品牌第一名。

雷賽智能:運動控制系統(tǒng)層次全覆蓋,有望進入加速成長期

雷賽智能專注為智能制造裝備業(yè)提供運動控制核心部件及行業(yè)運動控制解決方案,產品包 括運動控制器、驅動器、電機等,產品已經廣泛應用于智能制造和智能服務領域的各種精 密設備,例如光伏設備、鋰電設備、3C 制造設備、半導體設備、物流設備、特種機床、 工業(yè)機器人、5G 制造設備、PCB/PCBA 制造設備、包裝設備、醫(yī)療設備等。

22 年雷賽智能收入中控制技術類收入占比 13.59%,驅動類(步進系統(tǒng)、伺服系統(tǒng))收入 占比 77.92%。整體產品毛利率較高,控制技術類產品毛利率高達 70%左右。根據(jù)雷賽智能 公告信息,公司高端伺服產品已經達到并逐步超過外資品牌的中等水平,進口替代正在加 速;預計帶動伺服產品營收增長 30%以上。隨著高端產品比例提升,自產的電機與編碼器 質量提升并且成本降低,伺服系統(tǒng)的平均毛利率預計會 1~2 年之內,逐步提升到 35%-40% 之間。

22 年公司實現(xiàn)營業(yè)收入 13.38 億元,同比增長 11.2%;實現(xiàn)歸母凈利潤 2.2 億元,同比增 長 0.91%,受自動化行業(yè)需求放緩影響公司增速也有下降。

22 年公司分別發(fā)布限制性股票計劃(草案)、股票期權激勵計劃(草案),限制性股票接 觸限售期考核目標、期權行權考核目標為 22 至 24 年,以 21 年營收、凈利潤為基數(shù),22 至 24 年增長率分別不低于 10%、30%、60%。

柏楚電子:激光控制系統(tǒng)龍頭,技術驅動實現(xiàn)長期發(fā)展

技術領先的激光切割控制系統(tǒng)龍頭,高功率產品持續(xù)進口替代。柏楚電子是一家從事激光 切割控制系統(tǒng)研發(fā)、生產和銷售的高新技術企業(yè)和重點軟件公司,致力于發(fā)展成為工業(yè)自 動化控制領域內優(yōu)秀的品牌公司。主營產品包括隨動控制系統(tǒng)、板卡控制系統(tǒng)、總線控制 系統(tǒng)以及相關配套產品(智能切割頭、套料軟件)等。中低功率方面國內市場占有率穩(wěn)居 第一;高功率方面,總線系統(tǒng)進一步加快進口替代的步伐,國內市場占有率持續(xù)提升。

中低功率業(yè)務為柏楚電子拳頭產品,高功率控制系統(tǒng)逐漸發(fā)力,新產品逐步放量。板卡系 統(tǒng)和隨動系統(tǒng)通常服務于中低功率激光切割設備,而高功率激光切割設備則部分使用板卡 系統(tǒng)、絕大部分使用總線系統(tǒng)。具體看,柏楚電子收入集中在中低功率產品上,高功率業(yè) 務逐漸發(fā)力、收入占比不斷提升。高功率激光切割系統(tǒng)產品(主要指總線系統(tǒng))的技術指 標和使用性能已達國際領先水平,市場認可度不斷提升,有望逐漸改變當前國際廠商近乎 壟斷的競爭格局。22 年柏楚電子收入中其他類產品同比增長 69.13%,主要是切割頭、主 戰(zhàn)卡系列產品得到客戶認可快速放量。

22 年受制造業(yè)景氣度影響業(yè)績小幅下降,1Q23 增長加速。柏楚電子 22 年實現(xiàn)營業(yè)收入 8.98 億元,同比下降 1.64%,實現(xiàn)歸母凈利潤 4.8 億元,同比下降 12.85%,主要收到制 造業(yè)景氣度較低影響。1Q23 柏楚電子成長明顯加速,營收、歸母凈利潤增速分別達到 42.39%/28.52%。

掌握底層核心五大技術,融資加速擴張。公司是一家技術創(chuàng)新驅動型公司,在經驗豐富的 核心技術團隊的帶領下,公司已擁有 97 項專利技術及集中于五大技術領域的多項專有核 心技術,形成了能夠覆蓋激光切割全流程的技術鏈,技術體系的完整性全球領先。工控領 域底層技術具備通用性,下游工業(yè)應用場景領域可不斷復制。2022 年 4 月,公司定向增 發(fā) 366.5 萬股、募集資金凈額 9.58 億元,擬投向智能切割頭擴產項目、焊接機器人、高 端驅控一體等應用領域。我們認為,公司有望憑借扎實的底層技術,不斷拓展新行業(yè)新領 域,實現(xiàn)長期健康發(fā)展。

固高科技:專注運動控制核心技術,實現(xiàn)高端裝備控制系統(tǒng)國產替代

固高科技二十余年來專注于運動控制及智能制造的核心技術研發(fā),形成了運動控制、伺服 驅動、多維感知、工業(yè)現(xiàn)場網絡、工業(yè)軟件等自主可控的技術體系,構建了“裝備制造核 心技術平臺”,為各行業(yè) 2,000 多家裝備制造商累計部署超過 50 萬套先進運動控制系統(tǒng), 協(xié)助裝備制造商開發(fā)出適應終端產業(yè)發(fā)展且具備高性能、高性價比的工業(yè)裝備。

固高科技以運動控制技術為核心,形成運動控制核心部件類、系統(tǒng)類、整機類的產品體系。

固高科技 22 年實現(xiàn)營業(yè)收入 3.48 億元,同比增長 3.15%,增速有所放緩,主要由于 3C 為公司最大下游應用領域,22 年 3C 需求疲軟對公司業(yè)績造成一定影響。22 年固高科技歸 母凈利潤增速低于收入增速,主要受股份支付費用、芯片等原材料漲價、員工薪酬等成本 費用增長較多的影響。

固高科技目前收入主要來自于運動控制核心部件類產品,包括運動控制器、伺服驅動器、 驅控一體機等,部件類產品毛利率較高近年在 55%以上。

在工業(yè)機器人控制領域,固高科技已實現(xiàn)了一定技術積累:1)固高科技從成立之初就嘗試在機器人行業(yè)提出一套全新的控制解決方案,到 2008 年啟 動機器人驅控一體控制器硬件開發(fā)之時,軟件算法層面已經形成了對機器人控制領域的創(chuàng) 新型架構:將公司創(chuàng)始人李澤湘教授在機器人在非完整約束下的運動規(guī)劃理論實際運用于 公司面向機器人行業(yè)的復雜機器人構型運動學正逆解以及動力學優(yōu)化,并形成算法層的硬 件加速能力。2)基于開放性可重構的原則創(chuàng)新性地定義了面向機器人行業(yè)的驅控一體產品,更好地實 現(xiàn)機器人系統(tǒng)部件間功率平衡,從系統(tǒng)可靠性和可維護性角度出發(fā)大大降低了客戶的綜合 維護成本,同時又進一步提升了運動控制系統(tǒng)的易用性,近幾年機器人行業(yè)已較為廣泛采 用驅控一體的控制系統(tǒng)架構。

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