人形机器人系列专题之减速器：国产品牌有望迎来产业升级机遇

车端和机器人部分零部件生产、制造等环节共通性高，带来汽车零部件公司产业升级机遇。部分人形机器人零部件与汽车零部件在原材料、设计、工艺、设备及成本管控、质量要求上具一定相通性，二者往往具备相似的底层制造逻辑，带来相关零部件（电机、减速器、传感器、丝杠等）从汽车向人形机器人领域的产业升级机遇；后续在大厂入局（特斯拉+英伟达等）、技术迭代、政策催化的加持下，人形机器人产业后续有望迎来“新能源汽车时刻”。 匹配转速、传递转矩，减速器为人形机器人核心部件。减速器可实现原动机和执行机构间匹配转速+传递转矩，具精度高、寿命长、稳定性优等特点，在人形机器人等领域有明确应用需求（以特斯拉为例，预计规模化量产后占人形机器人成本15%-20%）；不同减速器各有千秋：谐波方案（传动比大、体积小）、行星方案（体积小、寿命高）、RV方案（精度高、疲劳强度高）减速器制造整体是“系统工程”，工艺、材料、设备等环节均存在较高壁垒。 减速器在设计、材料、设备、工艺、装配、批产等多环节均具较高壁垒，是一项“系统工程”；整体而言不同减速器壁垒各有侧重，RV减速器主要难点为高精度部件需高加工精度与装配技术；谐波减速器主要难点为柔轮材料选择处理、加工工艺（如热处理）等；行星减速器的核心为高加工精度。 外资仍占精密减速器主导地位，国产减速器替代进程加速。凭借技术专利和在工业机器人应用的先发优势，外资品牌如哈默纳科（谐波减速器全球份额80%+）、纳博特斯克（RV减速器全球份额60%+）目前主导减速器市场；国内厂商起步晚，但在主机厂降本诉求+自身品质提升+合作响应高效三重奏下，陆续突破垄断；行业趋势层面，预计减速器将有两大演进方向，1）横向(品类迭代）：负载谱系拓展+产品性能升级：2）纵向（机电一体化）：将减速器与电机、编码器、传感器等组合，形成高附加值模块化产品。 人形机器人催生减速器行业全新驱动力。复盘谐波龙头哈默纳科，其需求拉动力从中低端（机床等）逐步迈向高端领域（半导体设备、高端医疗、航空航天等），展望后续人形机器人有望打开新的增量空间；当下人形机器人主要采用谐波或行星减速器；我们测算中性情形下，中期全球人形机器人关节用减速器市场（谐波+行星）空间约200亿元，带来零部件公司成长机遇。 风险提示：行业进展不及预期，技术发展不及预期。 投资建议：把握产业升级机遇，看好人形机器人进展带来的投资机遇。看好在技术升级迭代下人形机器人发展，看好机器人量产后带来的潜在供应链零部件的需求和投资机会，推荐人形机器人潜在总成供应商三花智控、拓普集团，减速器领域汽车零部件公司双环传动、精锻科技等。 前言：机器人与车端供应链高度重合度，带来产业升级机遇 总结：车端和人形机器人的部分零部件具一定技术相通性，供应链重合度较高，汽车领域有产品和技术储备的玩家有望实现车端向人形机器人产业的延伸。特斯拉机器人产品迭代迅速，有望给全球机器人市场带来“鲶鱼效应”，激发人形机器人玩家的活力。在车端与机器人端零部件共通性较高的前提下，叠加大厂入局+技术迭代+政策催化的加持，人形机器人发展有望持续推进，带来相关零部件企业的投资机遇。 机器人与车端供应链高度重合 特斯拉于2021年提出人形机器人相关设计概念，于2022年9月在AIDay上首次展示Optimus人形机器人产品，2023年5月特斯拉展示Optimus的进展，能够执行如捡起物品等任务，并在特斯拉工厂中执行简单任务，到23年底发布Optimus Gen-2产品，实现性能、能力的全方位提升；马斯克预计特斯拉Optimus机器人价格最终可能会低于2万美元，量产预计可达数百万台，并宣称人形机器人将成为未来特斯拉长期重要价值来源；后续英伟达发布人型机器人模型，加速行业升级。我们认为特斯拉人形机器人有望给全球机器人市场带来类似于其在新能源汽车领域的“鲶鱼效应”，激发人形机器人玩家的活力。 图1：特斯拉人形机器人产品进展 多家互联网科技巨头入局人形机器人赛道。国际方面，2024年3月英伟达推出人形机器人通用基础模型ProjectGR00T和基于NVIDIAThor系统级芯片（SoC）的新型人形机器人开发套件JetsonThor，高效运行多模态生成式AI模型，为人形机器人提供强大的算力支持；英伟达投资的FigureAI在2024年8月推出新一代人形机器人Figure02；国内方面，小米于2022年发布全栈自研人形仿生机器人CyberOne，可实现双足运动姿态平衡，全身拥有21个自由度，可实现各自由度0.5ms级别的实时响应，充分模拟人各项动作。华为2023年6月成立全资子公司极目机器，2024年与乐聚机器人签署战略合作协议，24年6月，华为与乐聚机器人合作的跨服机器人在华为HDC2024开发者大会首度亮相，是国内首款搭载鸿蒙操作系统的全尺寸人形机器人。 表1：大厂入局带来人形机器人进步发展 传统智能汽车与机器人可分为感知、决策、执行三大层面。智能汽车可大致分为底盘之上+之下，底盘之上是智能座舱下人机交互实现场景，细分产业链为“芯片-系统-应用-显示”；底盘之下主要为智能电动和智能驾驶，智能电动集成三电系统，为整车运动核心能源支撑；智能驾驶主要基于“传感器-计算平台-自动驾驶算法”作用到执行层面，实现横向和纵向运动控制，整体可分为“感知-决策-执行”三大层面；人形机器人指能够模仿人类运动、表情、互动及动作的机器人，本质上同样可划分为感知、决策、执行三大层面。 表2：机器人与智能汽车的零部件具有一定相通性 以特斯拉汽车与人形机器人为例，其Optimus在多个层面沿用汽车领域技术： 机械结构：据特斯拉AIDAY，特斯拉正为Optimus研发电池、执行器，以将功耗保持最低水平，从传感到融合、再到充电管理等方面，借鉴了在汽车设计方面的经验；并采用与汽车相同的芯片，支持Wi-Fi、LTE链接和音频交流。 软件方面：Optimus有望共用汽车FSD自动驾驶系统及Autopilot神经网络技术，同时特斯拉基于汽车安全模拟分析能力打造机器人安全性，在交通事故模拟中，特斯拉通过软件优化+电池保护等提升系统软硬件的安全性保障。 图2：特斯拉车端VS人形机器人 图3：线控制动核心部件拆解 车端和人形机器人的部分零部件具有一定共性，二者供应链重合度较高，汽车零部件公司有望向人形机器人领域延伸。总体来看，我们认为包括电机、传感器、减速机构、电池、冷却系统、轴承、芯片等部件在车端与机器人端具有一定技术相通性。同时，机器人零部件与汽车零部件在原材料、设计、工艺、设备、装配，以及成本管控能力、产品质量管控能力体系等方面具有一定相通性，这就意味着在汽车领域具有相关产品、技术储备的公司，有望实现产品从车端向人形机器人端的延伸。 图4：带输出轴行星减速机 图5：Lucid行星齿轮传动箱 人形机器人发展有望带来相关零部件投资新机会 如我们前文所言，在车端与机器人端零部件共通性较高的前提下，人形机器人的发展在大厂入局+技术迭代+政策催化的加持下有望持续提速，带来相关零部件企业的投资机会，基于此，结合AIDAY信息我们大概拆解特斯拉Optimus内部构造： 总览：全身共有40个驱动器（躯干28+手部12个），身高约 173cm ，体重73kg，设计行走速度8km/h，可搬运约20磅的货物，搭载2.3Kwh的电池组。 感知层：主要包括摄像头、毫米波雷达等传感器； 决策层：为机器人大脑，预计主要为AI芯片、FSD系统等； 执行层：线性执行器、旋转执行器以及手部关节； 其他：主要包括电池及管理系统，机体结构（仿生结构、其他特殊材料等）。 表3：特斯拉Optimus机器人关节部位及价值量测算 图6：特斯拉人形机器人零部件价量拆分 图7：特斯拉人形机器人核心部件拆解图 精密减速器：匹配转速、传递转矩，机器人旋转关节核心零部件 总结：减速器主要用于匹配转速和传递转矩，精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，稳定性高，在人形机器人等高端领域有明确应用场景。谐波减速器传动比大，精度高、体积小，在人形机器人小臂、腕部等部位有较强优势；精密行星减速器体积小、寿命高，一般单级减速比小；RV减速器具备高精度、大速比、高刚性、高疲劳强度特点。整体来看，减速器在人形机器人等高端领域有明确应用需求（以特斯拉Optimus为例，预计规模化量产后减速器占单台人形机器人成本约15%-20%）。 减速器是一种在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的减速传动装置。当电机的输出转速从主动轴输入后带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮运动，而大齿轮齿数多、转速慢，带动输出轴输出，从而起到输出减速、增大扭矩的作用。按精度划分，减速器分为一般传动减速器和精密减速器，一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求；精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，可应用于机器人等高端领域。精密减速器主要分为谐波减速器、行星减速器、RV减速器等。 图8：减速器基本功能原理 减速器是工业机器人三大核心部件之一，成本占比约3-4成。工业机器人广泛应用于汽车制造、设备生产、机械加工等制造环节，近些年随人工费用上升，机器替代人工的趋势愈发明显。2023年中国工业机器人产量达43万台，同比-3.0%，2024H1产量28.3万台，同比+9.6%有所回升。2023年中国工业机器人销量31.6万台，同比+4.3%，2024H1销量14.3万台，同比-6.1%，工业机器人增速有所放缓。工业机器人是集机械+电子+控制+计算机+传感+人工智能等多学科技术于一体的自动化装备，由精密减速器、伺服电机、控制系统与本体几大部分构成。目前工业机器人成本大概构成为：减速机35%左右+伺服机20%左右+控制系统15%左右，减速器是工业机器人重要结构组成。 图9：中国工业机器人产量数据（万辆）及增速 图10：工业机器人平均成本占比拆分 指标介绍：精密减速器的关键技术指标包括扭转刚度、减速比、传动效率、传动精度、传动误差、启动转矩、空程、背隙等。 表4：精密减速器关键技术指标、含义及决定因素 近年随工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域快速发展，谐波、RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器（二者合计占全球工业机器人减速器市场约80%）。目前精密减速器已经被应用于人形机器人的旋转关节中，但技术路径尚未收敛。我们发现各人形机器人厂商基于不同减速器的特征、成本等因素的考量，采用不同的技术路径。 RV减速机具高精度、大速比、高刚性、高过负载及长寿命、高疲劳强度特点，且振动小，噪音低，能耗低，常用于扭矩较大的机器人关节（腿腰肘三大关节），负载大的工业机器人，一二三轴一般都用RV减速机。由于RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。 谐波传动减速机具有传动比大并且范围广、精度高、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动等特点。与一般减速器相比，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积更小，重量更轻，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。但随使用时间增长，运动精度会降低，一般用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴。 行星减速器以其体积小、寿命高等诸多优点，而被广泛应用于伺服、步进、直流等传动系统中。但行星减速器单级减速比小，想要提供高扭矩需要采用多个行星减速器进行多级减速，从而导致长度和重量增加。特斯拉Optimus机器人将行星减速器用于灵巧手部位，而部分机器人厂商则将行星减速器用于腿部、髋部。 表5：精密减速器原理特点、参数、优缺点及应用领域梳理 谐波减速器 谐波减速器是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型减速机构，它突破机械传动采用刚性构件机构的模式，使用柔性构件来实现机械传动。谐波减速器主要是由波发生器、带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）三个基本构件组成。波发生器是一个凸轮部件，其两端与柔性齿轮的内壁相互压紧。柔