人形机器人行业深度报告：机器人旋转关节核心部件，精密减速器国产替代正当时

报告核心观点◼减速器是人形机器人旋转关节核心部件，通过降速增矩保证机器人运动控制的高精度与稳定性。减速器是连接动力源和执行结构的中间结构，我国减速器市场规模持续增长，减速器企业工艺水平不断提升，国产减速器供应能力日益增强。◼当前人形机器人关节模组精密减速器可分为谐波减速器，RV减速器，行星减速器和摆线针轮减速器。1）谐波：传动比高、精密度高但因柔轮不断形变对材料疲劳寿命、加工设备要求高，可应用于机器人小臂、腕部以及手部；2）行星：成本低制造难度小，但精度不高，目前主要应用于机器人手部；3）RV：高负载高刚度大体积，可应用于机器人机座、大臂、肩部等重负载；4）摆线针轮：高精度高负载，且噪音低体积小，可应用于机器人腰髋部、腿部等。我们对不同减速器方案进行范围内初步对比排序，得到传动精度：谐波/摆线针轮>RV>行星；体积：RV>谐波>行星/摆线针轮；价格：RV>摆线针轮>谐波>行星。◼从本体厂商看，摆线针轮或为“取长补短”的更优选择。以特斯拉及下游其余具身整体厂商为例，谐波+行星为当下主流方案。具体来看，选择谐波出于对精度&负载的需求；选择行星出于对降本的需求。在满足基本行动的前提下，性能提升是未来发展方向，摆线针轮作为新型减速器，我们认为其有望在大负载关节部位迎来应用空间：1）较谐波而言，摆线针轮的扭矩增量显著大于成本&体积增量；2）较行星而言，特定构造使得其精度更高。◼投资建议：推荐【福达股份】、【精锻科技】、【双环传动】、【中鼎股份】，关注机器人减速器头部企业【中大力德】、关注【豪能股份】、【蓝黛科技】。◼风险提示：人形机器人核心技术发展不及预期；人形机器人产业化落地进程不及预期；人形机器人技术路线变更。 1.减速器—机器人旋转关节核心部件2.需求分化方案路线，摆线针轮迎来应用空间3.优质企业蓄势待发，技术协同持续加码4.投资建议及风险提示 1.减速器—机器人旋转关节核心部件 数据来源：中国传动网，机器人产品圈，东吴证券研究所◼减速器又称减速机，与伺服电机、控制器并称为机器人三大核心零部件，在机器人动力系统中是连接动力源和执行结构的中间结构。与机械设备一样，机器人一般由动力、传动与执行三大系统构成，人形机器人作为精密制造、先进传感与控制技术的高度集成化产物，其传动系统成为机器人精密控制的关键，而减速器则是传动系统的关键部件。◼减速器是由多个齿轮组成的常用传动零部件，内部结构复杂，其通过不同大小齿轮的啮合传递动力。在一般的机械设备中，由电机带动设备运转，但电机额定转速不能得到完全使用，需要通过减速器降低转速增加扭矩；因此我们可以类比在人形机器人中，减速器主要将伺服电机的动力传导至各执行结构如关节处，降低转速并增加扭矩，以精确控制机器人动作。1.1.减速器用于实现降速增矩图：减速器产品 图：减速器结构拆分 数据来源：观研天下，东吴证券研究所◼减速器可平衡电机“高转速低扭矩”与关节“低转速高扭矩”的矛盾。通过减速器可以将电机的低扭矩放大为高扭矩以满足负载驱动需求。这是因为在人形机器人中，伺服电机为追求小型化和快速响应，通常输出高转速低扭矩，而机器人执行末端如机械臂关节、夹持器等负载需要低转速高扭矩来驱动手臂运动或抓取重物。◼可保证运动控制的高精度与稳定性，在要求高精度的场景中不可或缺。人形机器人的运动精度直接影响任务完成质量，例如抓取细小物体、行走时的步幅控制和平衡调整等，均依赖传动系统的精度。而电机输出转速存在微小波动，直接传递到末端会放大运动误差，因此需要减速器通过多级啮合与齿轮设计来平滑电机的转速波动，使末端运动更稳定，控制误差。1.1.减速器用于实现降速增矩图：伺服电机示意图 图：机器关节示意图降速增矩 数据来源：绿的谐波官网，中大力德官网，OFWeek官网，未来智库，传动之家公众号，东吴证券研究所1.1.减速器分类谐波减速器传动精度高整机体积较小减速比范围70~320（单级）扭矩密度(N·m/kg)高特点传动比高、精密度高应用场景机器人小臂、腕部、手部终端领域3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg负载以下的机器人价格较高代表企业哈默纳科、绿的谐波结构示意图◼精密减速器主要分为谐波减速器、RV减速器，行星减速器和摆线针轮减速器。 图：PEEK各类产成品的生产工序图行星减速器RV减速器一般较高小大3~10（单级）；可通过串联增大7.5~100（单级）；双级可达2009~87（单级）；双级可达中等中等成本低、耐久好、制造难度小但精度不够大体积、高负载和高刚度起重、挖掘、运输多关节机器人中机座、大臂、肩部等重负载机器人腰部、髋部、腿部医疗、工业、服务、外骨骼机器人汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV减速器的重负载机器人起重机械、环保、建筑、电力、化工、矿山、石油等领较低超高赛威传动、纽卡特、中大力德纳博特斯克、双环传动表：不同类型减速器对比 数据来源：中商产业研究院，观研天下，东吴证券研究所◼从产量来看，我国减速器从2019年的852万台增长至2023年的1470万台，连续五年产量稳定增长。我国减速器企业工艺水平不断提升、生产规模日益扩大，国产减速器供应能力日益提升，产业规模稳步扩张。◼从市场规模来看，2024年中国减速器行业市场规模约1448亿元，较上年增长4.4%，近五年来同比增长率维持在4%~5%，市场增长态势稳健。得益于我国工业化进程的推动，下游工业机器人、半导体设备、机床等市场需求的不断增长。1.1.减速器产量及市场规模持续增长图：2020-2025年中国减速器市场规模变化及预测图：2019-2023年中国减速器产量 数据来源：绿的谐波官网，东吴证券研究所◼谐波减速器由波发生器、柔性齿轮、刚性齿轮三个基本构件组成。波发生器通常用作输入，通常连接到伺服电机。柔轮是由合金钢制成的薄圆柱形杯，杯的开口端有外齿，用作输出并连接到输出法兰。圆形刚轮是带有内齿的刚性环。当齿轮组装好时，它与波发生器椭圆长轴上的柔性齿轮的齿相啮合。◼谐波减速器传动的原理在于柔性齿轮与刚性齿轮的齿数差。减速比=柔轮齿数/（柔轮齿数–钢轮齿数）。当波形发生器发生旋转时，柔轮和钢轮会啮合在一起并随着旋转慢慢改变位置，如果减速比为100，那么波形发生器需旋转100圈，柔轮才能前进一圈，如果柔轮有200个齿，那么钢轮将有202个齿。通过改变齿数，我们可以得到不同的减速比，单级谐波减速器的减速比一般处于70~320范围内，在某些装置中甚至可以达到1000。1.2.谐波：基于柔轮与刚轮的齿数差减速图：谐波减速器的基本组成部分 图：谐波减速器传动原理 数据来源：《谐波减速器柔轮结构改善与分析》，东吴证券研究所◼谐波减速器的技术难点主要在于齿形设计、材料、加工设备。1）齿形设计：由于谐波减速器的传动原理为两个齿轮之间的啮合运动，且柔轮不断发生形变，因此齿轮的高度、宽度、形状等设计对减速性能有较大影响。2）材料：柔轮不断形变传递力矩，对材料的一致性、载荷、精度、疲劳寿命都有很高要求，普通的金属和合金难以达到要求，常用40CR合金钢等材料。3）加工设备：柔轮很薄、厚度约0.2~0.6mm，加工和切割要求高，高精度数控磨床、滚齿机均需要进口，而日本高精度机床对我国有一定限制。◼谐波减速器具有高精度大扭矩、结构紧凑和无背隙运动、质量轻、体积小，适合中低负载的特点。常用于精密仪器、航天器、机器人等高精度应用领域。谐波减速器应用领域目前以各种机器人为主，除此之外，还有数控机床，半导体、光伏、医疗等其他设备领域。1.2.谐波：材料要求高，传动精度高图：谐波减速器结构拆解图 图：不同柔轮厚度下最大应力值拟合曲线 数据来源：GGII，前沿报告公众号，东吴证券研究所1.2.谐波：消费量增长稳健，市场格局集中图：2024年全球竞争格局（按销售额划分）图：2016-2028年全球工业机器人用谐波减速器消费量变化及预测◼工业机器人领域谐波减速器消费量预计延续稳健增长态势。随着协作机器人的景气度延续，叠加人形机器人带来的新增量，据GGII预测未来几年谐波减速器市场需求有望迎来持续增长。到2028年，工业机器人领域谐波减速器消费量有望接近190万台。◼市场集中度高，全球市场以哈默纳科为龙头，国内市场以绿的谐波为龙头。2024年全球谐波减速器市场中，哈默纳科以58%的销售收入份额位居第一，出货量占比40-50%；国内厂商绿的谐波全球份额15%，位居第二；来福谐波、大族激光、同川科技等全球份额分别为4.83%、3.35%、1.25%，处于第二梯队；中大力德、瑞迪智驱等第三梯队厂商全球份额不足1%。 数据来源：精锐减速机，东吴证券研究所◼行星减速器由三到四个行星轮和一个太阳轮组成。其中心齿轮通常被称为“太阳轮”，由输入端伺服电机通过输入轴驱动旋转。行星减速机内部结构图有多个围绕太阳轮旋转的齿轮被称为“行星轮”，其一侧与太阳轮咬合，另一侧与减速机壳体内壁上的环形内齿圈咬合，承载着由输入轴通过太阳轮传递过来的转矩动力，并通过输出轴将动力传输到负载端。◼行星减速器如何实现减速？在行星减速机运转时，随着太阳轮的自转，行星轮将围绕太阳轮公转。行星减速器通过传动轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮，以达到减速的目的。其减速比由环形内齿圈与太阳轮的尺寸（周长或齿数）之比决定。具有单级减速齿轮组的速比通常在3~10之间；速比超过10以上的行星减速机，需要使用两级(或上）的行星齿轮组减速。1.3.行星：由太阳轮带动行星轮进行减速图：行星减速器传动减速比图：行星减速器传动原理 数据来源：百度百科，东吴证券研究所◼精密行星减速器难点主要体现在制造、维护和工艺定制化。1）制造：精密行星减速器产品结构复杂，制造安装难度较大；2）维护：定期维护和保养（包括定期更换润滑油和维修传动部件等）；3)工艺：人形机器人精度、效率等的额外要求会相应增加制造成本，如人形机器人若使用行星减速器则需要对电机进行扁平化设计，同时行星减速器也需要定制成微型多级传动的形式。◼行星减速器成本较低，制造难度相对低。行星减速器体积小、重量轻，承载能力高，使用寿命长、运转平稳，噪声低。具有功率分流、多齿啮合独用的特性。适用于起重运输、工程机械、冶金、矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织。1.3.行星：体积小，成本较低 图：行星减速器大小图：行星减速器结构示意图 数据来源：QY Research，智研咨询，东吴证券研究所◼全球行星减速器竞争格局较为集中，德资品牌占据前三名。2022年全球前5大行星减速器厂商分别为赛威传动、纽卡特、威腾斯坦、精锐科技和纽氏达特，全球CR5市占率超50%。其中前3的赛威传动、纽卡特、威腾斯坦均为德资企业，市占率合计达36%，第4精锐科技为台资企业、占比10%，第5纽氏达特为大陆本土企业，占比7%。◼我国行星减速器市场格局集中，外资占优，CR5市占率超50%。2023年我国前十家精密行星减速器中，外资企业占比近70%，其中日本新宝占20%。湖北科峰为国产品牌第一，占12%。1.3.行星：全球市场格局集中，德企占优图：2022年全球行星减速器竞争格局图：2023年中国行星减速器竞争格局 数据来源：百度百科，东吴证券研究所◼RV减速器，由正齿轮（行星轮）、RV齿轮（摆线轮）、曲柄轴、销（针齿销）、外壳（针轮）、输出轴等组成。是在传统针摆行星传动的基础上发展而来，其中，内齿轮和外齿轮的啮合是实现减速的关键。内齿轮是一个圆柱形的齿轮，外齿轮则是一个圆锥形的齿轮。内齿轮和外齿轮的齿数不同，因此在啮合时会产生减速的效果。◼RV减速器如何减速？RV减速器传动系统由两级减速机构组成。第一级正齿轮减速机构（行星减速）：中心轮（太阳）与输入轴相连，其旋转将带动周围的行星轮绕中心轮公转，并同时逆时针自转，转速比=中心轮齿数/行星轮齿数；第二级差动齿轮减速机构（摆线针轮减速）：曲柄轴与行星轮相连因此同速转动，而铰接在三个曲柄轴上的两片摆线轮（RV齿轮）与固定的针轮相啮合，当摆线轮摆动时针齿销迫使摆线轮沿针轮逐齿旋转。针轮偏移角度=1/针轮齿数。总传动比=第一级