减速器行业深度：机器人核心部件，国产替代及应用拓宽空间广阔

华安机械张帆S0010522070003 2024年01月10日 核心逻辑 ➢精密减速器是机器人核心零部件：减速器是连接动力源及执行机构的中间机构，起到匹配转速及传递转矩的作用。减速器主要分为一般传动减速器和精密减速器两类。一般传动减速器主要用于满足基础的动力传输需求，控制精度较低；而精密减速器则主要用于高精度、高稳定性的应用场景，如工业机器人等。工业机器人使用的精密减速器主要有谐波减速器、RV减速器和行星减速器三类，其能够影响机器人的定位精度及重复精度等，从而直接影响到机器人的整体性能。 ➢机器人应用扩大带动上游减速器市场扩容，多品类进口替代空间广阔： •减速器下游应用广泛，其中机器人作为主要下游之一占比达到11%。根据国家统计局数据，2023年1-11月我国工业机器人产量达到38.76万台，同比-2.8%。2021年中国工业机器人减速器总需求量为93.11万台，同比增长78.06%。其中增量需求为82.41万台，同比增长95.05%；存量替换量为10.70万台，同比增长6.57%。未来机器人应用持续拓宽，减速器市场有望持续增长。 •分产品类别来看，各类减速器进口替代空间巨大。谐波减速器全球龙头为哈默纳克，2021年在全球市场及中国市场中分别占据82%、35.5%的市占率，国内生产谐波减速器的企业实力较强的有绿的谐波、来福谐波、福德机器人、大族传动，四家企业在中国市场上的占有率之和由2020年35.9%提升至2021年41.1%。RV减速器市场中纳博特斯克占据全球及中国主要竞争地位，2020年市占率分别达到61%、55%，国内厂商中双环传动、中大力德、秦川机床等厂商市占率较高，2021年国内市占率分别达到15%、7.2%、2.6%。 ➢人形机器人产业快速发展，持续拓宽市场空间：由于人形机器人具有复杂的运动和众多的关节，对减速器的需求也大幅增加。统计数据显示，工业机器人通常有3~6个自由度，而人形机器人自由度则更高，由此持续拓宽减速器应用空间。根据我们的测算，在保守情境下预计2030年由人形机器人推动产生的三种减速器市场规模总和有望达到182亿元，市场空间广阔。 ➢建议关注标的：双环传动、中大力德、丰立智能、秦川机床、绿的谐波华安证券版权所有发送给.龚韵. p2 ➢风险提示：技术开发不及预期；下游客户产品接受及产品验证不及预期；市场需求波动风险；原材料成本大幅提升影响生产成本风险；研究依据的信息更新不及时，未能充分反映公司最新状况的风险。 目录 1减速器：精密减速器是机器人核心零部件 2下游：工业机器人应用扩大带动上游减速器市场扩容，多品类进口替代空间广阔 3人形机器人：新技术新产品加快孕育，增量市场前景广阔 4建议关注标的：双环传动、中大力德、丰立智能、秦川机床、绿的谐波 5风险提示 1.1精密减速器主要含谐波减速器、RV减速器和行星减速器 ➢减速器分为一般传动减速器和精密减速器。减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，起到匹配转速和传递转矩的作用。根据控制精度的要求，减速器分为一般传动减速器和精密减速器。 ➢工业机器人用的精密减速器主要有三种类型。一般传动减速器通常用于满足基本的动力传输需求，其控制精度较低。工业机器人用的精密减速器主要有三种类型分别为谐波减速器、RV减速器、行星减速器。 ➢精密减速器的性能直接决定机器人的整体性能水平。精密减速器是工业机器人最重要的基础部件，直接关系到机器人的反应速度和功能实现精度。工业机器人主要使用的精密减速器有谐波和RV两种。由于体积小巧，承载能力相对较低，谐波减速器主要用于腕部、手部和小臂等执行机构的末端位置。相比之下，由于RV减速器的体积、质量较大但稳定性强，并拥有更大的承载能力，它通常应用于基座、肩膀、大臂等部位。对于一个拥有六个关节的机器人来说，关节A1-A3通常采用RV减速器，而末端执行关节A4-A6则主要选用谐波减速器。移动机器人的轮部可使用精密行星减速器。 资料来源：绿的谐波官网，Nabtesco官网，中大力德官网，中商情报网，知网，华安证券研究所 资料来源：工业机器人，华安证券研究所 1.1精密减速器主要含谐波减速器、RV减速器和行星减速器 ➢谐波减速器是一种基于圆柱弹性壳体理论的新型齿轮传动。它通常由柔轮（Flexspline）、刚轮（Circular Spline）和波发生器（Wave Generator）三个主要构件组成。谐波减速器的工作原理是通过柔轮的周期性波动变形，迫使柔轮与刚轮之间的少齿差内啮合，从而实现动力和运动的传递。由于柔轮和刚轮的齿数之间的差距很小，因此可以获得大的传动比。谐波减速器相对于传统减速器具有多个优点。它已从最初的航天航空装备领域迅速扩展到其他领域，包括仪器仪表、机床、仿生学（机械手、机器人、假肢）、医疗器械、能源、光学系统和原子反应堆等。这种广泛的应用领域使得谐波减速器成为一种非常有价值的传动装置。 ➢RV (rotate vector)减速器是由摆线针轮行星减速器发展而来，主要由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两个部分构成。比摆线行星减速器具有更紧凑的结构设计和更优越的使用性能以及更高的传动精度，被广泛用于机器人、医疗和军事等工程领域，尤其在机器人领域RV减速器占有越来越大的比重。与机器人关节常用的谐波减速器相比，RV精密减速器具有很高的疲劳强度、刚度和寿命，最大的特点是回差精度稳定，不会像谐波减速器那样随着使用时间的增加运动精度会显著降低，因此满足类似机器人关节等对运动精度要求长期稳定的传动场合。现今世界上大部分国家高精度的机器人传动多采用RV减速器作为关键零部件。随着机器人技术的发展，RV精密减速器已成为现代机器人关键技术之一，对于机器人的性能具有重要影响。 ➢精密行星减速器是一种紧凑的减速装置，由行星轮、太阳轮和内齿圈组成。其结构相对简单，传动比通常在10以内，减速级数一般不超过3级。在精密行星减速器的运行过程中，一个太阳轮通常会驱动3个行星轮绕行星轴旋转，这使得它的体积小、质量轻，启动更加平稳。此外，精密行星减速器具有卓越的刚性、高精度和高扭矩传递能力。精密行星减速器主要应用于步进电机和伺服电机，用于减小转速并提高扭矩输出。这种减速器广泛应用于工业机器人、精密机床、医疗设备等领域。 资料来源：川铭精工官网，华安证券研究所 资料来源：鑫松自动化官网，华安证券研究所 1.2寿命是考量减速器性能的重要指标 ➢国内谐波减速器寿命较国外更低。减速器的疲劳寿命直接决定着机器人的正常工作时长，寿命是考量减速器性能的重要指标。国内的谐波减速器产品寿命普遍在3 000 h以内，主要的失效形式表现为齿轮磨损后导致传动精度严重下降；国外产品寿命则高达7 000 h，其主要失效形式为柔性轴承的破坏，而不是齿轮副磨损失效。 ➢谐波减速器齿轮设计经历了多个阶段的演进。最初齿轮的设计主要以实现齿面的简单直线接触为目标。而后渐开线齿形广泛应用，为齿轮传动提供了更高的效率和平稳性。近期圆弧齿形逐渐崭露头角，这种设计在降低应力、延长使用寿命方面表现出色。齿轮的齿形和结构是其最关键的组成部分，直接影响着齿轮的传动性能。其他方面的改进只能在齿形基础上进行局部的优化。早期的齿轮设计对于传输速度和功率的要求相对较低，因此齿廓通常采用简单的直线或不太精确的曲线。随着数学理论的不断发展和应用，齿轮的齿廓设计变得更加精确和可预测，这为齿轮传动提供了更坚实的理论基础。 1.3精密减速器性能影响机器人定位精度及重复精度等 ➢精密减速器的传动误差与扭转特性对工业机器人的定位精度和重复精度影响明显。RV减速器和谐波减速器的主要性能指标有：额定输出转矩、额定输出转速、额定输入功率、额定寿命、回差（背隙）、滞回特性、扭转刚度、角度传递误差、转动惯量、传动比、启停允许转矩、瞬时最大转矩、重量、噪声等。其中额定参数、允许参数、转动惯量和传动比等主要为设计制造时确定的静态指标。 ➢在工业机器人领域为了保证机器人减速器的动态特性、使用寿命、保证工作的稳定性及可靠性，以及降低运转中的噪声等，对减速器的技术指标有一定检测及计量需求。精密减速器的传动误差与扭转特性对工业机器人的定位精度和重复精度影响明显，同时扭转刚性和动态特性与机器人的动态性能关系紧密。 资料来源：知网，华安证券研究所 1.4三种机器人关节减速器的特点与应用对比 ➢RV减速器、谐波减速器和行星减速器性能有较大差异。机器人关节减速器（精密减速器）需要具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易控制等特点，RV减速器体积大、负载重，多用于大臂、肩部等大关节；谐波减速器体积小，负载轻，多用于腕部、手部等小关节；行星减速器高刚性，高耐磨，多用于直角坐标机器人及传统工业自动化中。 目录 1减速器：精密减速器是机器人核心零部件 2下游：工业机器人应用扩大带动上游减速器市场扩容，多品类进口替代空间广阔 3人形机器人：新技术新产品加快孕育，增量市场前景广阔 4建议关注标的：双环传动、中大力德、丰立智能、秦川机床、绿的谐波 5风险提示 2.1下游机器人产业：精密减速器性能直接决定机器人整体性能水平 ➢减速器下游应用领域分布广泛。近年来，我国减速器逐渐实现工业化生产和规模化应用，包括起重运输、水泥建材、机器人、重型矿山、冶金、电力等众多领域。其中，起重运输、水泥建材、机器人分别为应用市场前三名，市场分别占比25%、15%、11%。 ➢精密减速器的性能直接决定机器人的整体性能水平。精密减速器是工业机器人最重要的基础部件，直接关系到机器人的反应速度和功能实现精度。工业机器人主要使用的精密减速器有谐波和RV两种。由于体积小巧，承载能力相对较低，谐波减速器主要用于腕部、手部和小臂等执行机构的末端位置。相比之下，由于RV减速器的体积、质量较大但稳定性强，并拥有更大的承载能力，它通常应用于基座、肩膀、大臂等部位。对于一个拥有六个关节的机器人来说，关节A1-A3通常采用RV减速器，而末端执行关节A4-A6则主要选用谐波减速器。移动机器人的轮部可使用精密行星减速器。 2.2政策支持，精密传动装置行业高速发展 ➢近年来，国内精密传动装置产业在国家政策支持下不断发展。在《中国制造2025》规划中，机器人与高档数控机床被列入政府需大力推动实现突破发展的十大重点领域；《“十四五”机器人产业发展规划》也已制定完成。同时，基于体积小、精度高、传动效率高的特点，除了工业机器人领域以外，精密传动装置还广泛应用于数控机床、移动机器人、半导体生产设备、新能源等高速发展的领域。受益于政策支持和主要下游需求驱动，精密传动装置行业迎来快速发展时期。 2.3工业机器人产能扩大，减速器需求同步提升 ➢国内机器人产量持续加大，上游减速器市场前景广阔。根据华经产业研究院和国家统计局数据，近年来全国工业机器人产能不断扩大，2022年产量为44.3万套，同比增长21%，2023年1-11月，工业机器人产量达到38.76万台，同比-2.8%。主要受下游需求波动影响。 ➢工业机器人行业需求大幅增长，存量替换需求同步提升。据GGII数据显示，2021年中国工业机器人减速器总需求量为93.11万台，同比增长78.06%。其中增量需求82.41万台，同比增长95.05%；存量替换量为10.70万台，同比增长6.57%。随着数字化进程的加快推进，机器换人将受益其中，预计未来几年减速器市场增长的确定性将进一步增强。 资料来源：Ifind，国家统计局，华经产业研究院，华安证券研究所华安证券版权所有发送给.龚韵. p12 资料来源：GGII，中商产业研究院，华安证券研究所 2.3工业机器人产能扩大，减速器需求同步提升 ➢全球减速机市场规模达上千亿美元。据ReportLinker，2020年全球减速机市场规模约为1331亿美元。预计2026年全球减速机市场规模可达1766亿美元，年复合增速为4.9%。 ➢中国减速器市场持续增长，2022年市场规模达1321亿元。近年来，随着国家产