精密减速器：机器人核心部件，有望持续受益人形机器人产业带动

减速器：传动系统关键部件，下游应用丰富。减速器可以分为通用减速器、专用减速器以及精密减速器，其中通用减速器以中小规格为主，模块化、系列化、应用较为广泛；专用减速器一般以大型、特大型为主，需要根据不同的应用场景进行专业化定制；精密减速器质量轻、易控制功率较大，主要应用于机器人、数控机床等行业。 减速器下游应用丰富，可用于起重运输、水泥建材、机器人、重型矿山、冶金业等，根据中商产业研究院统计，截止2022年，我国减速器下游应用中，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：人形机器人中必不可少。相较于传统减速器，精密减速器回程间隙小、精度更高，使用寿命更长，在机器人、数控机床等高端领域应用较多。精密减速器可分为谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器等。 1）谐波减速器：运动精度高、传动比大，较小的传动惯量，在同等输出力矩时，体积可以缩小到其他减速器的1/3，重量缩减1/2，主要应用于机器人小臂、腕部或手部等轻负载领域。 2）RV减速器：一般采用两级传动结构，由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，具备高负载，传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳一般应用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等重负载的位置。 3）精密行星减速器：结构简单、刚性和耐磨性更好，多用于直角坐标机器人以及传统工业自动化。 综合来看，针对减速器主要指标：传动效率方面：精密行星减速器最优，RV减速器次之，谐波减速器位居第三位；传动精度方面：精密行星减速器依旧最优，RV减速器与谐波减速器不相上下；传动比方面：RV减速器与谐波减速器略优于精密行星减速器 精密减速器受益人形机器人带动市场空间广阔，国产替代势在必行。人形机器人有望成为新增量，进一步打开精密减速器市场空间。以特斯拉Optimus Gen2为例，其采用14个旋转执行器并采用谐波减速器，根据头豹研究院预计，到2030年，减速器在人形机器人中的价值量占比将达到13%。根据中商产业研究院预测，我国人形机器人市场2023—2030年，按年均复合增长率30%测算，预计到2030年，我国人形机器人市场规模有望达约8700亿元，人形机器人产业化加速落地有望为精密减速器打开充足的市场空间。 一方面精密减速器利好政策频出，另一方面，产业端减速器已经广泛应用于人形机器人产品之中，未来模块化进一步提升减速器功能属性进一步适配更多场景正符合人形机器人的发展方向，精密减速器有望持续受益于人形机器人产业的带动。 精密减速器尚存在壁垒，国产替代势在必行。 谐波减速器：市场相对集中，哈默纳科占主要地位，国产龙头为绿的谐波 RV减速器：纳博特斯克占据龙头地位 精密行星减速器：日本新宝、科峰智能占据领先地位 我们认为，精密减速器技术壁垒相对较高，海外领先厂商具备先发优势，未来随着国内技术逐步突破，同时叠加我国精密减速器市场整体处于供不应求的状态，精密减速器国产替代大有可为，未来国产替代进程有望加速。 相关标的：拓邦股份，绿的谐波、双环传动、中大力德、国茂股份、昊志机电、五洲新春、长盛轴承、秦川机床、丰立智能。 风险提示：人形机器人进展不及预期，技术推进不及预期，宏观经济波动风险，原材料价格波动风险 1、减速器：传动系统关键部件，下游应用丰富 减速器是一种常见的机械传动装置，之所以称之为减速是值其大部分情况是用于降低输出端的旋转速度同时增大输出端的力矩，如果进行的是反向操作则称之为增速器，减速器是机器人中的关键部件，伺服电机输出的转速高、力矩小不满足机器人的运动需求，减速器则可以保障机器人正常运转。 图表1：减速器功能示意图 根据架构和传动原理的不同，减速器可以分为通用减速器、专用减速器以及精密减速器，其中通用减速器以中小规格为主，模块化、系列化、应用较为广泛；专用减速器一般以大型、特大型为主，需要根据不同的应用场景进行专业化定制；精密减速器质量轻、易控制功率较大，主要应用于机器人、数控机床等行业。 图表2：减速器分类 此外，减速器按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥、圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展 《行星齿轮减速器传动装置分析与研究》 开式、分流式和同轴式减速器。 图表3：常见减速器结构及主要特点 减速器下游应用丰富，市场空间广阔。减速器下游应用丰富，可用于起重运输、水泥建材、机器人、重型矿山、冶金业等，根据中商产业研究院统计，截至2022年，我国减速器下游应用中，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%。 图表4：减速器下游应用（截至2022年） 根据中商产业研究院预测，2022年中国减速器行业市场规模达到1321亿元，同比增长5.01%，2023年中国减速器市场规模将增长至1387亿元。从产量看，2021年中国减速机产量达1203万台，同比增长31.19%，2022年约为1380万台，预计2023年将进一步增长至1570万台。 图表5：2018-2023年我国减速器市场规模（亿元） 图表6：2018-2023年我国减速器产量（万台） 2、精密减速器：人形机器人中必不可少 2.1精密减速器可分为谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器 相较于传统减速器，精密减速器回程间隙小、精度更高，使用寿命更长，在机器人、数控机床等高端领域应用较多。精密减速器可分为谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器等。 RV减速器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组成，其特点在于结构紧凑、振动小、能耗低，目前广泛应用于机器人之中。谐波减速器是利用柔性构件的弹性变形波进行动力传动变换的结构，包含谐波发生器、柔性轮和钢轮，其传动比大、传动精度高。行星减速器运动方式类似于地球围绕太阳旋转，体积小、负载大、运行平稳。 图表7：三种减速器对比 2.2 RV减速器：高负载、高刚度、大体积 RV减速器，全称为“RotaryVectorReducer”，是一种精密的行星齿轮减速器，它采用摆线针轮啮合机构作为核心传动部件。RV减速器具备高精度、高刚性、负载能力强的特点，因此，RV减速器通常被运用于工业机器人的关节驱动，如焊接机器人、装配机器人、搬运机器人等对运动控制要求极高的领域。 图表8：RV减速器结构示意图 1960年，RV减速器的概念和原理逐步形成，进入1980年代，计算机的引入使得RV减速器设计的精准度以及效率进一步提升，RV减速器由此开始模块化标准化生产，至今，RV减速机已经成为机器人手臂、精密机床、半导体制造设备等高端装备的关键组件。 3智研瞻产业研究院：《中国RV减速机行业：中低端市场竞争较为激烈》 图表9：RV减速器发展历程 一级RV减速器结构紧凑、精度及刚性均较高；二级RV减速器具备效率高、噪音低、低振动等特点；三级RV减速器扭矩及传动能力较大，承载较高。 图表10：RV减速器原理 2.3谐波减速器：体积小、传动比高、精密度高 谐波减速器主要由柔轮、波发生器、钢轮三个部件组成，其中，谐波发生器为主动轴。 柔轮和钢轮通过啮合组成传动轴。谐波减速器相较于一般减速器具备传动比大、体积小、 质量小的特点，可以广泛应用于机器人小臂、腕部、手部等位置。 图表11：谐波减速器结构 波发生器：由柔性轴承与椭圆形凸轮组成，波发生器通常安装在减速器输入端，柔性轴承内圈固定在凸轮上，外圈通过滚珠实成弹性变形成椭圆形。 柔轮：带有外齿圈的柔性薄壁弹性体零件，通常安装在减速器输出端。 刚轮：带有内齿圈的刚性圆环状零件，一般比柔轮多两个齿轮，通常固定在减速器机体上。 谐波传动具有以下几大特点： 1）精度高：齿轮齿锯误差和积累齿距误差对旋转精度影响较为平均，位置精度和旋转精度较高；2）传动比大：单级谐波齿轮传动的传动比可达i=30~500，同时仅包含三个核心部件结构较为简单；3）承载能力较高：齿与齿之间的接触是面接触，啮合齿数多进而单位面积载荷小，可以承载更多重量；4）体积小、重量轻；5）传动效率高、寿命长； 6）传动平稳、无冲击、噪音小。 图表12：谐波减速器工作原理 相较于RV减速器，谐波减速器背向间隙更小，体积更小，但承载力较弱。因此RV减速器较多的应用于高负载部位，其结构较为复杂难以实现规模化量产，在轻负载领域则由谐波减速器占据主导地位。 图表13：谐波减速器生产流程 2.4精密行星减速器：结构简单，刚性较好，传动效率高 精密行星减速器由行星轮、太阳轮和内齿圈构成，行星齿轮传动结构是传动效率最高的齿轮传动结构。精密行星减速器工作时，由伺服电机等原电机驱动太阳轮旋转，再通过与行星轮的啮合使行星轮转动，进而通过行星轮啮合减速器壳体内部的环形内齿，最终行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴项链，输出扭矩。 图表14：精密行星减速器示意图 行星减速器有三大特性： 高扭力耐冲击：行星减速器齿轮可以实现接触面360度负荷，相较于传统的点接触挤压驱动，行星减速器可以避免单点负荷较高进而容易断裂的问题，行星齿轮结构具备高扭力耐冲击的特性。 体积小重量轻：传统齿轮减速机大小齿轮之间需要一定距离咬合，整体占据空间体积较大，行星减速器可以实现段数重复连接，有效改善了空间和体积问题。 高效率低背隙：行星齿轮可以实现多点均匀密合，外齿轮环与行星齿轮紧密结合，提升了减速机效率。 图表15：谐波减速器、RV减速器与精密行星减速器对比（截止2023年6月） 综合来看，针对减速器主要指标： 传动效率方面：精密行星减速器最优，RV减速器次之，谐波减速器位居第三位； 传动精度方面：精密行星减速器依旧最优，RV减速器与谐波减速器不相上下； 传动比方面：RV减速器与谐波减速器略优于精密行星减速器。 3、精密减速器受益人形机器人带动市场空间广阔，国产替代 势在必行 3.1精密减速器下游应用丰富，人形机器人将打开精密减速器增长空间 精密减速器下游应用丰富，可用于机器人、数控机床等高端行业，根据头豹研究院数据，2022年，我国精密减速器下游应用中，工业机器人、半导体设备、机床位列前三位，分别占比44.8%、11.3%、6.3%。 图表16：2022年我国精密减速器下游应用占比 精密减速器可用于机床行业，精密行星减速器广泛应用于金属切削机床、金属成形机床、木工机械等细分机床领域。由于机床本身的加工，负载惯性系统的条件变化很大，有必要安装精密减速器以增加扭矩，改善负载端的惯性匹配，从而使惯性操作平稳。根据VDW统计的数据，2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元，同比增长20%，其中，全球金属切削机床产值为501亿欧元，金属成形机床产值为207亿欧元，金属切削机床与金属成形机床比例约为70%与30%。2021年我国金属切削机床产值为218.14亿欧元，同比增长28.7%，占全球市场规模的30.7%。 图表17：2017-2021年全球及我国机床产值（亿欧元） 精密减速器为工业机器人核心部件。精密减速器可用于工业机器人多个环节，如谐波减速器可用于机器人小臂、腕部等位置，RV减速器可用于大臂、肩部等高负载位置，根据头豹研究院数据显示，2022年工业机器人上游各环节：减速器、伺服系统、控制器、本体成本占比分别为：35%、25%、10%、15%。 图表18：2022年工业机器人上游各环节成本占比 工业机器人市场不断扩张将带动减速器进一步拓展。根据中商产业研究院数据，2022年中国工业机器人市场规模达到585.17亿元，2019-2022年的年均复合增长率达16.5%，预计2024年中国工业机器人市场规模将增至726.42亿元；2022年全国规模以上工业企业的工业机器人累计完成产量44.31万套，近五年年均复合增长率为31.61%，预计2024年中国工业机器人产量将达到48.92万套。 图表19：2019-2024年我国工业机器人市场规模（亿元） 图