减速器：人形机器人核心零部件，国产替代加速

原创来觅研究院RimeData来觅数据 撰稿梁秋兰2024-11-15 导读：近一年来，人形机器人的应用场景持续拓宽，例如，OpenAI投资的1XTechnologies旗下人形机器人与网红厨师比拼厨艺，成功煎制五分熟牛排；由北京市经济和信息化局、北京经济技术开发区管委会指导的全球首个人形机器人马拉松比赛发布了“人形机器人马拉松征集令”，将在2025年4月开赛。可见，人形机器人正不断进入人类的日常生活中。在人形机器人中，减速器是核心零部件之一。减速器的发展现状如何？在人形机器人中的价值量占比如何？投融资情况如何？本文尝试分析和探讨。 为什么减速器是关键？ 减速器又称减速机，是一种常用的机械装置，通常用于将输入轴的高转速转换为输出轴的低转速，同时增加输出扭矩。减速器主要通过齿轮、蜗杆、行星齿轮等传动机构来实现这一功能。按照构架和传动原理的不同，减速器可分为通用减速器、专用减速器、精密减速器，其中精密减速器具有体积小、重量轻、精度高、使用寿命长、稳定性高等特点，可对机械传动实现精准控制，主要应用于人形机器人等高端制造领域。 按应用场景的不同，精密减速器可分为精密行星减速器、谐波减速器、RV减速器。这三类减速器在人形机器人细分领域的应用情况如下： （1）精密行星减速器：该类减速器的核心传动部件是行星齿轮组，依托纯齿轮机构运行，通过齿轮间的 力矩实现减速效果。精密行星减速器具有高刚性、高精度、高传动效率、体积小、终身免维护等特点，通常应用于人形机器人的关节传动、手臂运动和步态控制等方面。 （2）谐波减速器：该类减速器主要由波发生器、柔轮、钢轮、柔性轴承组成，靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。谐波减速器具有结构简单、体积小、质量小、传动比大、运动精度高等优点，可在密闭空间内传递运动，通常用于人形机器人的小臂、腕部、手部等轻负载部分。但谐波减速器容易引起材料的疲劳损坏，损耗功率大，同时刚性差，使用时间增长会导致运动精度显著降低。 （3）RV减速器：该类减速器包含两级传动装置，第一级是渐开线行星齿轮传动机构，包括行星直齿轮、偏心轴和中心轮等；第二级是摆线针轮行星传动机构，包括摆线轮、偏心轴、针齿轮和行星架等。第一级减速是对输入和输出齿轮进行外啮合，第二级减速是通过正齿轮驱动偏心轴，带动RV齿轮做偏心运动，从而实现转速的传递。RV减速器具有传动比范围大、传动效率高、承载能力强、运行平稳、精度高、寿命长等特点，通常应用于人形机器人的重负载位置，如机座、大臂、肩部等。由于RV减速器体积较大，其在轻负载领域发展受到限制，加之其零部件数量较多，制造和装配难度较大，难以大规模生产。 在人形机器人中，精密减速器是重要的零部件之一，主要起到以下作用：（1）提高精度：将电机的旋转运动转换成所需的速度和力矩，同时大幅减少运动中的误差，提高人形机器人的操作精度；（2）增大扭矩：通过减速器，将电机输出的转速降低，同时增大输出扭矩，使人形机器人可执行更重的负载任务；（3）提高响应速度：精密减速器可快速响应控制信号，实现快速启动和停止，提高人形机器人的动态性能和灵活性；（4）提高稳定性：精密减速器减少运动过程中的震动和冲击，提高人形机器人的运行稳定性；（5）减少体积和重量：精密减速器设计紧凑，在提供足够扭矩的同时，保持相对较小的体积和重量，有助于减轻人形机器人整体重量。据华创证券测算，在特斯拉人形机器人Optimus中，谐波减速器的成本位居Top4行列，占比约为13%。 从公开资料看，各人形机器人厂商会采用不同的减速器方案，如优必选Walker X采用谐波减速器，而宇树科技Unitree H1则以行星减速器为主。从下表可知，谐波减速器、行星减速器是当前人形机器人中主要的减速器类型。 在谐波减速器方面，全球谐波减速器市场集中度较高，仍以海外厂商为主，但国产市占率不断提高。据科峰智能招股书显示，2021年全球谐波减速器市场中，拥有50余年技术积累和市场经验的哈默纳科（日本）市占率约82.0%，而绿的谐波（中国）仅约占7.0%。在国内谐波减速器市场，2021年哈默纳科、绿的谐波、来福谐波（中国）市占率分别为35.5%、24.7%、7.7%。随着国产谐波减速器厂商在技术方 面不断突破，研发出的产品在性能和稳定性等方面已达到国际领先水平，加之国产机器人的需求增加，谐波减速器国产化率正不断提升，而哈默纳科、新宝/尼得科传动在中国的市占率持续下降。 在精密行星减速器方面，全球精密行星减速器市场相对分散，日本、德国等国家的精密行星减速器处于行业领先地位，其在材料、精度、可靠性、使用寿命等方面更具优势，但国内厂商的研发实力和品牌影响力也在不断提升。从全球角度看，据QY Research显示，2022年精密行星减速器前五的厂商分别为新宝/尼得科传动（日本）、纽卡特（德国）、威腾斯坦（德国）、精锐科技（中国台湾）、科峰智能（中国），市场份额合计占比为47.4%，而在2023年，前五厂商的市场份额合计为43.8%，集中度略有下降。在国内市场，2022年精密行星减速器前五的厂商分别为新宝/尼得科传动（日本）、科峰智能（中国）、纽氏达特（中国）、精锐科技（中国台湾）、利茗（中国台湾），市场份额分别为20.4%、11.7%、9.4%、7.1%、5.3%。 市场规模 在2022年特斯拉AI Day上，马斯克称特斯拉人形机器人Optimus有望在3-5年内交付，生产规模可达数百万台。基于此，在中性情形下，假设到2030年，人形机器人出货量达100万台。在谐波减速器方面，假设单台人形机器人身体谐波减速器需求为14个（基于Optimus方案），单价在2030年下降至600元，则对应的谐波减速器市场空间为84亿元。在精密行星减速器方面，假设单台人形机器人对精密行星减速器需求为4个（双腿各1个+髋部2个），单价在2030年下降至300元，则对应的谐波减速器市场空间为12亿元。在此情形下，人形机器人预计将可为精密减速器带来近百亿的市场空间。 受系列利好政策出台、大模型等技术持续突破、硬件成本不断下降、劳动力缺口加大市场对人形机器人的需求增加等因素驱动，预计人形机器人市场规模将继续保持增长。作为人形机器人重要零部件之一的精密减速器，也将随之迎来更加广阔的增量需求。 投融动态 近一年来，获得融资的减速器企业已成立5年及以上，主要原因在于减速器是技术密集型行业，在材料、加工工艺、加工设备等方面存在较高技术壁垒，需要较长时间的技术积累和市场验证，先进入者具备先发优势，初创企业难以快速获得市场认可和投资。此外，人形机器人相关技术不断突破，应用领域正持续拓宽，量产时点渐行渐近，减速器将随着人形机器人的量产迎来更广阔的机会，有望吸引更多机构关注。 下表是2024年1-10月减速器赛道主要投融事件，感兴趣的读者可以登录Rime PEVC平台获取减速器领域全量融资案例、被投项目及深度数据分析。 版权声明：未经来觅数据许可或授权，任何单位或人士不得转载、引用、刊登、发表、修改或翻译本报告内容。许可或授权下的引用、转载时须注明出处为来觅数据。否则，来觅数据将保留追究其相关法律责任的权利。 免责声明：本文基于来觅数据认为可信的公开资料或实地调研资料，我们力求上述内容的客观、公正，但对本文中所载的信息、观点及数据的准确性、可靠性、时效性及完整性不作任何明确或隐含的保证，亦不负相关法律责任。本文全部内容仅供参考之用，不构成对任何人的投资、商业决策、法律等操作建议。在任何情况下，对由于参考本报告造成的任何，来觅数据不承担任何责任。 关于我们：RimePEVC产品是专注于金融创投市场的SaaS服务平台，致力于打造一个开放性的全球私募投资生态平台。RimePEVC涵盖了创投市场项目企业、投资机构、私募股权基金、基金管理人、GP、LP行业赛道等丰富的一级市场数据和资讯，支持批量对项目企业和投资机构进行筛选比较、行业深入研究分析、项目企业风险预警、创投市场投融动向的实时监控等。