轻量化大势所趋，镁合金+工程塑料加速渗透

证券研究报告 2025年7月8日 行业研究 本期核心观点 ➢人形机器人有望借鉴新能源汽车轻量化路径。以特斯拉为例，特斯拉Model3通过多方案混合使用联合实现轻量化：Model 3的轻量化主要从布置优化、结构优化、新材料、新工艺四个方面实施，通过高集成化设计，布局紧凑极限压缩空间，材料方面车身采用铝钢结合，减重效果明显。因此，我们认为人形机器人可以通过关节集成化、轻量化新材料、迭代零部件等方式实现轻量化设计。1）轴向电机相比传统径向电机，轴向磁通电机在体积、重量、成本及能效上优势显著，功率密度提升超30%，能耗降低15%-20%，国内人形机器人“青龙”的腿部系统追求轻量化、高刚度和低惯量，搭载了高扭矩密度的轴向电机；2）新材料方面，可以使用镁铝合金、工程塑料等轻量化材料代替钢材，实现减重；3）集成化方面，以将减速器和电机集成化，科盟为例，其推出了全球首款PEEK复合材料谐波减速器，将轴向磁通电机与谐波减速器的毫米级同轴集成方案，与传统方案相比，模组总质量降低40%，实现了轻量化与结构强度的双重突破。 孙然电力设备与新能源行业分析师执业编号：S1500524080003联系电话：18721956681邮箱：sunran@cindasc.com ➢镁合金和工程塑料渗透有望提升。镁合金是理想的轻量化材料，相比铝合金，镁合金的密度是1.74g/cm3，是铝的2/3左右，不到钢的1/4，使用镁合金作为汽车零部件材料具备明显的轻量化优势，我们认为在一些支撑结构、结构件等领域有望渗透。PEEK材料综合性能优秀，具有机械性能好、自润滑性等优势，减重能力明显，但价格相对较高，我们认为有望随着国产替代，逐步在齿轮等高性能部件应用。 ➢投资建议：轻量化有望成为人形机器人的迭代方向。1）镁合金性价比较高，建议关注旭升集团、星源卓镁；2）PEEK等工程塑料材料轻量化优势明显，建议关注沃特股份、新瀚新材、中欣氟材等。 ➢风险因素：算力需求不及预期；地缘政治风险；宏观经济下行风险；技术替代风险等。 信达证券股份有限公司CINDA SECURITIES CO.,LTD北京市西城区宣武门西大街甲127号金隅大厦B座邮编：100031 目录 一、人形机器人落地渐进，轻量化大势所趋...................................................................................51.1机器人场景落地渐进，轻量化有望成为迭代重点...........................................................51.2人形机器人有望借鉴电动汽车轻量化之路.......................................................................8二、镁合金性价比高，PEEK性能优秀............................................................................................122.1镁合金性价比较高，渗透率有望提升.............................................................................122.2 PEEK等工程塑料性能优异，有望在机器人核心部件上应用........................................16三、投资建议.....................................................................................................................................24四、风险因素.....................................................................................................................................25 图表目录 图表1：2025年4月北京亦庄马拉松机器人参赛队伍情况.............................5图表2：机器人减重大势所趋.....................................................6图表3：特斯拉机器人原型机到Gen 1..............................................6图表4：Optimus Gen 2..........................................................6图表5：“行者二号”轻量化设计下续航能力强化...................................7图表6：汽车减重对行驶里程的影响...............................................8图表7：特斯拉汽车与人形机器人产业链有共通之处.................................8图表8：人形机器人和电动汽车对比...............................................9图表9：特斯拉model 3轻量化策略...............................................9图表10：特斯拉model 3轻量化方案.............................................10图表11：青龙机器人腿部系统搭载轴向电机.......................................10图表12：科盟关节模组.........................................................11图表13：主要轻量化材料情况...................................................12图表14：镁合金的优良性能.....................................................13图表15：近期镁价格低于铝价格.................................................13图表16：我国汽车领域镁合金市场空间预测.......................................14图表17：镁合金应用案例.......................................................14图表18：埃斯顿镁合金工业机器人...............................................15图表19：国内企业布局镁合金情况...............................................15图表20：常用普通塑料、工程塑料及特种工程塑料示意图............................16图表21：PEEK与主要工程塑料、特种工程塑料性能对比情况........................16图表22：PEEK产业链情况.....................................................17图表23：PEEK与主要金属材料对比.............................................17图表24：全球聚醚醚酮(PEEK)行业市场竞争梯队...................................18图表25：2023年中国聚醚醚酮(PEEK)行业市场份额-产能............................18图表26：主要特种塑料价格情况（2022年）......................................18图表27：PEEK可以应用于机器人减速器部件......................................19图表28：碳纤维增强PEEK与纯PEEK的对比......................................20图表29：人形机器人应用工程塑料减重情况.......................................20图表30：连杆/齿轮/带驱动灵巧手...............................................21图表31：线绳驱动式灵巧手.....................................................21图表32：腱绳驱动原理.........................................................22图表33：人形机器人腱绳材料情况...............................................22 一、人形机器人落地渐进，轻量化大势所趋 1.1机器人场景落地渐进，轻量化有望成为迭代重点 机器人场景落地加速。随着人形机器人智能化水平提升，机器人逐步走出实验室，不断探索各种应用场景。机器人在现实生活中模仿人类活动，如马拉松、拳击赛、工厂实践等。4月19日2025北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松在北京亦庄鸣枪开跑,共吸引20支人形机器人参赛队，最终6支机器人队伍完赛，实现了30%完赛率。人形机器人在如马拉松这类真实环境中展示技能，也暴露了不少产品性能短板，为产业的未来发展指明方向： 1)轻量化方向：人形机器人在应用场景的连续作业需要考虑机器人轻量化设计及电池能量密度。轻量化设计通过降低自重减少能耗，提升运动灵活性。上海半醒机器人队“精灵”机器人体重32kg，腿部采用低转动惯量设计，减少硬件负担。机器人马拉松大赛中“天工Ultra”通过拓扑优化结构，在维持强度前提下实现系统性减重。 2)机器人运控能力：机器人从实验室进入真实应用场景，尤其是在运动中应对陡坡、石板路等复杂地形等突发状况能力需要进一步提升。“天工Ultra”搭载的“慧思开物”实时感知环境，实现了动态步态调整与关节力矩的精准控制。乐聚夸父机器人结合模型预测控制和模仿学习的算法，提升运动效率、稳定性与地形适应能力。 3)零部件和整机的可靠性：人形机器人走向商业化落地,需要对核心零部件的高精度、高负载特性与整机系统的冗余设计能力进行系统性验证。 机器人轻量化大势所趋。整机的重量是制约人形机器人运动性能、续航、场景应用的关键因素。2023年12月，特斯拉发布Optimus Gen 2,相比前一代人形机器人，第二代机器人拥有AI大模型的加持，体重比一代减少10kg，步行速度加快30%，身体控制能力增强。 资料来源：钛媒体，信达证券研发中心 人形机器人轻量化能够提升续航、降低成本，同时增加场景的适用性。 1)提升续航：机器人轻量化可以降低能耗，对电机功率需求可以相对降低，从而提升机器人整体续航，同时机器人重量降低也可以减弱对电池能量密度的需求。较轻的部件也意味着重力势能和转动惯性的减小，机器人在静态和动态运动的时候能耗也降低。 2)提高机器人灵活性、降低机器人成本：机器人轻量化意味着模组重量的降低，因此机器人在执行任务时候，整体负载有望降低，使得机器人更加灵活，执行任务更加精确。此外，机器人模组重量下降，也可以减少关节磨损，提高机器人寿命。 3)增加场景适用性：我们认为在日常生活等场景中，人形机器人若重量过重，会存在一定安全隐患，比如在家庭环境中，若机器人断电摔倒，可能会磕