人形机器人行业专题报告：人形机器人赛道深度之减速器，减速增扭，需求倍增

西部证券研发中心2025年02月21日 分析师|齐天翔S0800524040003邮箱地址：qitianxiang@research.xbmail.com.cn分析师|张磊S0800524070001邮箱地址：zhanglei@research.xbmail.com.cn 核心结论 精密减速器核心功能是减速增扭，是精密传动领域不可或缺的装置。减速器是一种动力传动装置，是连接动力源和执行机构的中间机构，可通过内部的齿轮、蜗杆等传动机构，将高转速、低转矩的输入转换为低转速、高转矩的输出。同时，还能起到增加传动精度和增加负载能力的作用。其中，回程间隙小、传动精度高的精密减速器技术壁垒较高、市场需求旺盛。精密减速器根据结构一般可分为行星减速器、谐波减速器、RV减速器，常用于机器人、数控机床等高端领域。 人形机器人产业发展助力精密行星减速器和谐波减速器的市场快速扩容。从当前各家人形机器人本体结构上看，使用了较多行星和谐波减速器。以特斯拉人形机器人Optimus Gen-2为例，其全身共使用了14个谐波减速器和12个行星减速器，14个谐波减速器分别用于肩部、肘部、腰部等部位的旋转关节中，12个行星减速器则用于灵巧手内部传动装置中（单手用6个）。另外，智元远征A1、宇树G1、优必选Walker X等国产人形机器人本体设计中也使用了精密行星或谐波减速器。 哈默纳科在谐波减速器领域优势明显，绿的谐波等国内企业奋起直追。根据GGII数据显示，2021年，哈默纳科在谐波减速器领域的市场份额超过80%，竞争优势明显。我国在精密谐波减速器领域起步较晚，国内谐波减速器企业市占率较低，但是以绿的谐波为代表的自主企业，经过多年研发，在国内率先实现了谐波减速器的工业化生产和规模化应用，打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断。随着国产自主品牌减速器厂商与国产机器人厂商通力合作，自主品牌市场份额正稳步提升。另外，当前国内人形机器人产业百花齐放，凭借快速响应和成本优势，自主品牌精密减速器企业有望充分受益。 智能汽车与AI机器人技术同源，国内汽车零部件企业争先布局人形机器人，二者产业链或将高度重合。特斯拉直接将FSD和Autopilot技术复用到Optimus人形机器人，显示出智能汽车和机器人软件算法上具有同源性。小鹏、小米、比亚迪、广汽等汽车主机厂已经开始投入人形机器人研发，而且汽车零部件里的典型企业（如拓普、三花、北特、贝斯特、豪能等）也纷纷拓展人形机器人相关零部件业务，我们认为，未来汽车主机厂或将成为人形机器人重要生产商和终端用户（如生产制造场景），汽车产业链和人形机器人产业链有望高度重合。 【投资建议】随着AI技术持续迭代，科技大厂和创业先锋企业相继入局人形机器人产业，人形机器人作为AI重要终端应用之一，有望迎来快速发展。我们认为，精密减速器作为人形机器人的必备部件或将充分受益，国产替代空间广阔，已有相关产品布局或拟入局精密减速器赛道的企业有望迎来快速成长。 ①精密减速器国内领先企业：绿的谐波、中大力德、双环传动、秦川机床、丰立智能、瑞迪智驱、国茂股份②通过内生外延拓展机器人精密减速器的企业：豪能股份、福达股份、中鼎股份、斯菱股份、富临精工 ③潜在入局减速器的企业：蓝黛科技 【风险提示】人形机器人产业发展不及预期、精密减速器技术迭代风险、精密减速器国产替代不及预期 01不同减速器的介绍及对比分析 精密减速器在人形机器人上的应用02 CONTENTS目录CONTENTS目录 典型企业03 投资建议04 05 减速器：减速增扭的关键传动部件 定义：减速器是处于动力源和执行机构中间的装置，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。 作用： a)降低转速：在设备运转过程中，电机可以提供较高的转速，但不同的应用场景和功能需求需要匹配不同的转速，因此需要使用减速器对电机的输出转速进行减速。b)增大扭矩：转速的降低换来的是扭矩的提高，从而使得额定输出功率不变的电机能够应对更大的负载、对抗更大的阻力。c)增加传动精度：减速器能够提高电机的传动精度，减小了传动误差和回程误差，适用于对传动精度要求较高的场合。d)增加负载能力：减速电机通过减速器提高了输出扭矩，增加了系统对负载的适应能力，能够承受更大的负载和冲击负荷。 分类：减速器按用途和精度可分为三类：1）通用减速器，广泛应用于多领域，满足基础动力传动需求；2）专用减速器，以大型、特大型为主，多为非标、行业专用产品，包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等；3）精密减速器，回程间隙小、传动精度高，常用于机器人、数控机床等高端领域，包括精密行星减速器、RV减速器和谐波减速器等。 精密减速器主要包括行星、RV、谐波减速器 精密减速器根据结构可分为三类：1）行星减速器，主要由行星轮、太阳轮和内齿圈构成，结构紧凑且传动效率高，适用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节；2）RV减速器，减速比范围大且承载能力强，刚性和耐过载冲击性能好，广泛应用于机器人基座、大臂、肩部等重负载位置；3）谐波减速器，基于柔轮的弹性变形原理，体积小、重量轻且传动精度高，但承载能力相对较弱，更适合应用于3C、半导体、医疗器械等行业的工业机器人小臂、腕部、手部等部件。 三种精密减速器特点对比 精密减速器因结构差异而各具优劣：精密行星减速器以其高刚性、高传动效率、强抗冲击能力、紧凑的体积、经济的价格及长寿命著称，但传动比相对较低，多级结构会导致体积增大，输出扭矩有限，且相对精度稍逊。RV减速器则以其高效的传动、高精度的输出、大扭矩、高刚性、广泛的传动比范围及稳定的精度表现突出，然而，其质量与体积较大，寿命相对较短，加工工艺复杂，价格偏高。谐波减速器在精度、传动比方面表现优异，传动惯量小，体积/重量可大幅减小至其他减速器的三分之一/二分之一，但柔轮每转两次椭圆变形易导致材料疲劳损坏，损耗功率大，且存在回程误差，不具备自锁功能，对散热也有一定要求。 行星减速器的结构 结构与原理：行星齿轮传动机构主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成。精密行星减速器工作时，通常是伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产生自转；同时，由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合，最终行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动，形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴联接，带动输出轴输出扭矩。 行星减速器的特点 精密行星减速器优点：高承载能力、高传动效率、低成本。 较高承载能力：行星减速器的结构设计合理，行星轮均匀分布在中心轮周围，共享负载，使得每个齿轮承受的负载减小，从而提高了整体承载能力。高传动效率：行星减速器的传动结构具有对比度和均匀分布的特点，行星轮作用于中心轮和臂轴承的反作用力可以相互平衡，减少了摩擦损失，提高了传动效率。成本较低：由于行星减速器本身的结构简单，相较于RV减速器、谐波减速器来说生产组装过程中所需加工组装的零件少，从而降低了生产成本。 精密行星减速器缺点：较低的传动比、较低的传动精度。 单级传动比较低：行星减速器单级传动比在3-10左右，不超过10。在单级行星减速器中，由于齿轮数量有限，齿数比例的选择范围也相对较小，从而限制了传动比的提高。若通过叠加级数提高传动比则会增大体积和质量。 传动精度较低：由于行星齿轮与太阳齿轮之间的啮合间隙，以及行星齿轮之间的相对运动，可能导致一定的传动误差积累，这在多级结构中更为明显。 行星减速器的核心竞争要素 精密行星减速器的核心竞争力主要体现在结构设计能力、工艺技术能力以及资金储备上。 齿轮结构布局设计：行星减速器由于单级减速比较低，往往需要采用多级结构去提升其整体减速比，此时如何在有限的空间内进行齿轮间的排布以达到尽可能高的传动比便成为新的问题，目前存在多种排布方案，但各有利弊，需要根据需求进行适当的选择及修改。 资金储备 研发投资：精密行星减速器的研发需要投入大量的资金，包括研发人员的薪酬、实验设备的购置和维护、原材料的研发和采购等。这些投资需要企业具备较强的经济实力和财务稳健性。 生产设备投资：为了生产高质量的精密行星减速器，企业需要购置高精度的生产设备，如磨齿机、插齿机、滚齿机等。目前高端精密加工设备主要依赖进口，单价高昂,同时进口设备的采购交付周期普遍在10个月以上，最久的长达15个月，对企业的资金周转能力提出了不小的要求。这些设备的购置和维护成本较高，增加了企业的资金压力。 行星减速器的核心竞争要素 工艺技术能力： 加工精度：精密行星减速器的齿轮和轴等关键部件需要采用高精度加工技术，如磨齿、插齿、滚齿等，以确保产品的精度和性能。这些加工技术需要高精度的设备和专业的操作技能，增加了工艺技术的难度。行星减速器的高承载力通过行星齿轮组平分负载来实现，但当存在制造误差时，可能会影响到行星齿轮组的共享负载机制，从而导致减速器整体的负载能力下降。 检测技术：为了确保精密行星减速器的质量，需要采用先进的检测技术对产品的各项性能指标进行检测。这些检测技术需要高精度的测量设备和专业的操作技能，以确保检测结果的准确性和可靠性。 行星减速器的市场竞争格局 精密行星减速器市场主要由日系、德系品牌主导，行业集中度相对分散： 全球市场方面，全球CR3约35%，头部企业竞争格局较为均衡。其中，日本新宝的市场份额为13%，纽卡特和威腾斯坦紧随其后，均有11%的市场份额。国内市场方面，国内CR3约41%，相比全球市场来说集中度更高。其中，日本新宝的市场份额为20%，占比最高，威腾斯坦占比约12%，纽卡特9%，CR3在国内市场地位与全球市场的地位类似。我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器，在三大精密减速器中开发时间最早，并且相对来说行星减速器的结构较为简单，技术设计壁垒较低，国内自主品牌的市占率正在稳步提升。 资料来源：QY Research、科峰智能招股说明书、西部证券研发中心 RV减速器的结构 RV减速器是由行星齿轮减速机一级+摆线针轮减速机后级组成的二级减速机： 第一级减速：电机带动中心轮旋转，中心轮旋转带动与其啮合的行星轮转动。由于中心轮齿数小于行星轮齿数，从而形成第一级减速。第二级减速：每个行星轮与各自的曲柄轴相连，中心轮带动行星轮转动从而带动曲柄轴以相同的转速转动。曲柄轴的偏心部通过滚针轴承安装的2个摆线轮（RV齿轮）在外壳内侧的针齿槽中的针齿数比RV齿轮多1齿。曲柄轴旋转1周时，2个摆线轮也进行1次偏心运动（曲轴运动）。摆线轮沿着与曲柄轴运动方向相反方向转动1个齿，从而实现减速。 RV减速器的特点 RV减速器具有高扭矩、高传动比、高承载能力的优势。 高承载能力：RV减速器低速级摆线轮结构为180°对称分布，摆线轮与针轮的理论最大啮合齿数可达总齿数1/2，载荷被均匀分配到多个接触点，使得摆线轮的结构受力均匀，提高了减速器传动的平稳性和减速器的承载能力。高传动比：RV减速器由两级减速构成，整体的传动比是两级传动比的乘积，故其具有较大的传动比范围，能够提供更高的传动比。高扭转刚度：输出机构即为两端支承的行星架，用行星架左端的刚性大圆盘输出，大圆盘与工作机构用螺栓联结，其扭转刚度远大于一般摆线针轮行星减速器的输出机构。 劣势在于其相对较大的体积质量以及较高的价格。 较大的体积质量：RV减速器本质上是一种二级减速器，同时摆线针轮本身体积质量较高，因此导致RV减速器整体体积质量较大。较高的价格：其复杂的行星+摆线针轮减速结构使得在生产过程中需要生产组装大量的高精度零部件比如针齿等，使得整体成本较高。 RV减速器的核心竞争要素 设计能力 修形设计：摆线齿轮的齿形较复杂,加工工艺要求严格,其修形质量以及齿廓几何精度直接决定着摆线针轮行星传动的运动精度和使用性能。通过摆线轮修形,可以