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一般而言,机器人与环境交互的方式主要包括:移动行走、视觉等信息的获取和决策的执行输出,其中操作和动作决策的执行输出工具在机器人学领域中被称为末端执行器。末端执行器系机器人执行部件的统称,一般安装于机器人腕部末端,按其功能可以分为工具类和抓手类两种。工具类末端执行器是根据具体工作需求专门设计并预留标准化接口的机器人专用工具,包括:喷枪、涂胶枪、电焊机、弧焊焊枪、毛刺打磨机、铆钉枪、体温枪、手术刀具、吸盘等;抓手类机器人末端执行器则类似于人的双手,负责执行各种动作、抓持和操作的任务,包括:两指夹持器、多指抓持手以及多指灵巧手。

灵巧手是为多任务而研究开发的一种智能型通用夹持器。近年来,机器人末端操作器正在朝向多自由度、多关节的仿人多指灵巧手方向发展。多指灵巧手可以认为是安装在机器人末端的一种可实现多种操作功能的小型机器人,是可以实现灵活操作的末端执行器。
驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部分,由驱动器和传统系统组成。人手的抓取行为可概括为指端接触抓取、手掌接触抓取、手指侧面接触抓取、三个虚拟指的抓取和混合抓取等类型,与人手的抓取类似,灵巧手的抓取动作也是通过单个手指的弯曲和张开运动以及多个手指间的协调配合实现的,单个手指的运动是灵巧手进行抓取的基础,其设计包括驱动系统和控制系统两部分。其中,驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部分,一般由驱动器和传动系统组成,驱动器用于提供手指运动的力和运动,传动系统用来把驱动器的力和运动以一定的方式传递给关节,在减少关节速度的同时,提高关节的驱动力矩。
考虑到灵巧手的手指、手掌内部空间较小,同时有效降低控制难度,欠驱动方式(欠驱动指独立驱动器数据少于自由度数的结构)是一种发展趋势。欠驱动的优势在于:(1)提高自由度和操作灵巧性,而且具有对被操作物体形状的自适应性;(2)驱动器个数远少于关节自由度数,降低了对控制系统的要求,控制模式简单。欠驱动结构手指主要有三种:连杆型手指、腱绳型手指、齿轮带轮混合型手指等。
腱绳传动在已有案例中占比较大。以上传动方式各有优缺点,与其他传动形式相比,腱绳传动的最突出优势在于它适用于远距离传动,在驱动器外置的腱驱动灵动手指内,腱绳传动能够在有限的空间进行远距离传动。另外,腱绳传动中多采用滑动轴承,故传动系统摩擦较小、传递效率高。

作为力的传递媒介,腱绳的选取对于仿人机械手的抓取至关重要,必须选取力学性能良好的材料作为机械手的腱绳。考虑到腱绳材料对于高模量、高强度、低摩擦的需求,拥有这些特性的材料主要有钢丝绳和高分子纤维两大类。
超高分子量聚乙烯纤维可以应用为机器人灵巧手的腱绳材料。据恒辉安防的投资者公开问答信息,超高分子量聚乙烯纤维具有质量轻、模量高、耐磨损、柔韧性好等优异功能可以应用为人形机器人灵巧手腱绳材料。
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维是目前工业化高性能纤维材料中比强度
和比模量最高的纤维,是分子量在100万以上的聚乙烯树脂所纺出的纤维,其断裂伸长率高于碳纤维和芳纶,柔韧性好,在高应变率和低温下力学性能仍然良好,抗冲击能力优于碳纤维、芳纶等,是一种非常理想的安全防护材料。
UHMWPE纤维综合性能优异,下游应用场景丰富。超高分子量聚乙烯纤维具有强度高、超高模量、低密度、耐磨损、耐低温、耐紫外线、抗屏蔽、柔韧性好、冲击能量吸收高及耐强酸强碱化学腐蚀等众多的优异性能。其中,超高分子量聚乙烯纤维的比强度是优质钢材的15倍,是玻璃和尼龙66的4倍,是碳纤维的2.6倍,是芳纶纤维的1.7倍;在抗冲击性能方面,超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比冲击总吸收能量是碳纤维的1.8倍、芳纶的2.6倍,防弹能力是芳纶装甲结构的3.6倍。基于各项优异性能,超高分子量聚乙烯纤维是军民两用的新材料,被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器材等领域。
超高分子量聚乙烯纤维的成熟工艺为冻胶纺丝-超倍拉伸法,基于溶剂不同分为干法及湿法两种工艺。超高分子量聚乙烯纤维的制备方法主要包括增塑熔融纺丝法、固体挤出法、超拉伸或局部拉伸法、表面结晶生产法和冻胶纺丝-超倍拉伸法等,但目前只有冻胶纺丝-超倍拉伸法应用最成熟且实现了工业化生产。根据所采用的溶剂不同,冻胶纺丝-超倍热拉伸法又可分为干法工艺和湿法工艺两种。相较于湿法路线纺丝,干法路线工艺流程短,其制备的纤维表面平整、缺陷少、柔软、结晶度高、纤维密度大、熔点高、溶剂残留低;但湿法工艺强度高、单丝更粗、溶剂成本低、安全,相对简单成熟,成为目前国内外纤维企业的主流工艺。
需求:伴随地缘冲突以及安全意识的增强,国内外UHMWPE需求稳步增长。受世界各地冲突及国家安全保护意识提升的影响,军事装备、安全防护等行业获快速发展,全球范围对高强度、高性能的UHMWPE纤维的需求稳步增长。2023年,全球UHMWPE纤维的需求量约5.47万吨,2018—2023年CAGR约12.1%;中国UHMWPE纤维需求量约为3.38万吨,占全球需求的61%以上,2018—2023年CAGR约14.6%。随着我国社会生活水平的不断改善以及国防建设的稳步发展,据闫海燕在《超高分子量聚乙烯纤维产业现状及未来趋势》的预计,到2028年中国UHMWPE纤维行业总需求将达5.54万吨,年均复合增速达10.4%。
供给:国外企业率先生产形成垄断,国内企业技术突破形成规模化生产能力。目前,世界上只有荷兰、美国、日本和中国4个国家实现了UHMWPE纤维的规模化生产,2023年全球UHMWPE纤维产能为6.7万吨,其中中国产能为4.5万吨。
从供应格局来看,美国埃万特、美国霍尼韦尔和日本东洋纺3家企业垄断着全球UHMWPE纤维高端产品技术,产能分别为1.42万吨(干法)、0.32万吨(湿法)、0.3万吨(湿法),此外,日本三井石化和日本帝人也量产少量UHMWPE纤维。国内UHMWPE纤维自1999年东华大学实现技术突破后扩产迅速,2023年国内超高分子量聚乙烯纤维总产能达到全球总产能的67%。目前,国内约有20家UHMWPE纤维生产企业,91%的产能为施法工艺,且较多头部企业同时配套下游的防弹制品、包覆纱等。据《超高分子量聚乙烯纤维产业现状及未来趋势》援引自中国化学纤维工业协会发布的排名,2021年及2022年国内UHMWPE纤维产量前7位企业为九州星际、同益中、仪征化纤、千禧龙纤、长青藤、锵尼玛和山东爱地高分子公司。
腱绳材料系机器人传动结构的重要组成部分,需求有望受益于行业空间增长而迅速扩张,个股方面,建议关注潜在超高分子量聚乙烯纤维受益标的同益中、恒辉安防、康隆达,以及钢丝解决方案的大业股份。
1、同益中
超高分子量聚乙烯纤维全产业链布局的行业龙头企业。同益中是专业从业超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料研发、生产和销售的国家高新技术企业,基于二十余年在行业的深耕和技术沉淀,同益中成为国内少数可以同时实现超高分子量聚乙烯纤维及其复合材料规模化生产的企业,拥有超高分子量聚乙烯纤维行业全产业链布局,其中复合材料包括无纬布和防弹制品两大类。公司主要产品的性能达到国际同类产品水平,公司的超高分子量聚乙烯纤维产量及出口量均处于国内同行业前列。
近年来公司营收、归母净利润整体呈现增长趋势。据公告,2019-2024年,公司营收从3.01亿元增长至6.49亿元,CAGR为16.61%;归母净利润由0.47亿元增长至1.30亿元,CAGR为22.57%。
同益中产品品类丰富,产能规模行业领先,进军芳纶板块实现融合发展。1)柔性化生产:公司拥有灵活的柔性化生产能力,可以规划化生产从5D到6000D不同规格的超高分子量聚乙烯纤维,以及防弹专用超高强纤维、高耐磨特性的绳缆专用纤维、有色纤维、耐割专用纤维等特色产品,产品性能居于国内领先水平,全方位满足客户的差异化需求;2)产能规模行业领先:截至2024年底,公司拥有UHMWPE纤维产能7960吨,复材(无纬布)产能2175吨。其中,2024年年内,募投项目年产4060吨超高分子量聚乙烯纤维项目(二期)及防弹无纬布及制品产业化项目顺利达产,使得公司规模效应进一步凸显;在战略布局方面,公司努力拓展高强 PE 纤维在医疗领域的运用,推进医用纤维产品研发与测试,已获得医疗器械质量管理体系(ISO13485)认证;机器人灵巧手作为超高分子量聚乙烯纤维新兴应用场景,公司积极推进灵巧手腱绳材料的研发。3)进军芳纶板块融合发展:2024年12月11日,公司发布《关于收购超美斯新材料股份有限公司75.80%股份的公告》,公告称,同益中拟使用自有资金2.43亿元收购超美斯75.80%的股份,超美斯具有芳纶纤维设计产能5000吨,芳纶纸设计产能2000吨,有益于实现同益中业务全方位的协同和融合。
投资建议:在机器人行业高景气下,公司作为国内潜在腱绳材料UHMWPE纤维代表性企业,有望充分收益机器人行业景气发展。我们预计公司2025-2027年归母净利润分别1.90、2.18、2.51亿元,对应PE倍数为25x、21x、19x,维持“推荐”评级。
2、 恒辉安防
“功能性安全防护手套+超纤维新材料”双轮驱动企业。恒辉安防主要从事安全防护用品、超高分子量聚乙烯纤维及其复合纤维的研发、生产及销售,主要产品为具有防切割、高耐磨、抗穿刺、耐高/低温、防化、防油污、防震等功能的各类功能性安全防护手套,以及少量普通安全防护手套及其他防护用品;同时,公司对战略新材料超高分子量纤维及复合材料的持续投入,不断扩充自身产品矩阵,形成了“功能性安全防护手套+超纤维新材料”的战略布局。
公司营收整体增长,利润表现相对稳定。据公告,2019-2024年,公司营收从5.97亿元增长至12.70亿元,CAGR为16.30%;归母净利润由0.97亿元增长至1.17亿元,CAGR为3.82%。
依托募投项目实施,基于功能性安全防护手套,向上游延伸至超高分子量聚乙烯纤维领域。伴随公司募投项目的加成投产,2400吨超纤维新材料产能的释放,安防产业园一期“年产7200万打功能性安全防护手套”、二期战略新材料项目年产12000吨超高分子量聚乙烯纤维的启动推进,公司实现了向原料端的上游延伸,以“功能性安全防护手套+超纤维新材料”为核心的双轮驱动发展战略得到有效突破和推进,超纤维新材料为公司可持续发展注入新的成长动力。其中,超高分子量聚乙烯纤维方面,公司形成了灵活的柔性化生产能力,可以规模化生产从5D到2400D不同规格的超高分子量聚乙烯纤维,截至2025年3月21日,公司超高分子量聚乙烯纤维负荷产能已达到3000吨,此外,公司全资子公司恒辉安防建设和运营的恒辉安防产业园二期规划建设“年产12000吨超高分子量聚乙烯纤维项目”,其中4800吨为公司可转债募集资金投资项目,已于2024年9月正式开工建设,该项目预计2025年9月有产能输出,为公司发展注入强劲动力。
3、 康隆达
康隆达主营业务主要有手部防护业务、锂盐新材料业务两部分。(1)手部防护业务:公司主要从事特种及普通劳动防护手套的研发、生产和销售,致力于为客户提供全方位的手部劳动防护产品和解决方案,产品品类以耐磨手套、抗切割手套、抗撕裂手套、抗冲撞手套、防化手套、防静电手套、耐热耐寒手套等功能性劳动防护手套为主;(2)锂盐新材料:公司控股子公司天成锂业主要从事硫酸锂溶液的研发、生产和销售,其中硫酸锂溶液是碳酸锂、氢氧化锂等锂电池正极材料所必须得核心原材料;另一控股子公司协成锂业主要从事以碳酸锂为主产品的研发、生产和销售,为天成锂业的下游,其所生产产品广泛应用于三元材料、硫酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等多种锂离子电池正极材料,并最终应用于新能源汽车、储能等领域。超高分子量聚乙烯领域,据公司公开投资者问答信息,公司全资子公司浙江金昊新材料有限公司从事高性能纤维和复合材料的生产和销售,产能约为1000吨左右,目前公司生产的超高分子量聚乙烯纤维主要用于产业协同,其中对外销售产品主要用于国防警用、绳网等领域。
近年来公司营收逐年增长,利润由整转负。据公告,2019-2024年,公司营收从9.87亿元增长至15.20亿元,CAGR为9.02%;归母净利润由0.50亿元下降至-4.86亿元。
4、 大业股份
全球胎圈钢丝行业的领军企业、国内外钢帘线一线供应商。大业股份主营业务为胎圈钢丝、钢帘线以及胶管钢丝的研发、生产和销售,产品主要应用于乘用车轮胎、载重轮胎、工程轮胎以及航空轮胎等各种轮胎制品。公司拥有较为突出的技术研发能力和制造工艺水平,在轮胎骨架材料行业内具有较强的竞争实力,是目前国内规模最大的胎圈钢丝制造企业。2024年,公司胎圈钢丝的总产量为43.60万吨,同比增长1.87%;钢帘线总产量为36.18万吨,同比增长0.63%,收购胜通钢帘线后,公司钢帘线的生产规模和品牌优势迅速提升,一跃成为国内外钢帘线一线供应商。
公司营收逐年增长,利润由盈转亏。据公告,2020-2024年,公司营收从30.74亿元增长至50.97亿元,CAGR为13.48%;2024年归母净利润为-1.70亿元,环比2023年由盈转亏