人形机器人轻量化大势所趋，镁合金与特种工程塑料有望崛起

汽车行业深度报告 投资评级：（）报告日期：推荐维持2025年11月04日 ◼分析师：林子健◼SAC编号：S1050523090001 投 资 要 点 人形机器人轻量化，降本增效的最优解 轻量化的主要途径可分为结构优化与材料替代，其可解决人形机器人四大痛点：提升续航能力，优化能效表现；缓解散热压力，简化系统设计；降低性能依赖，减轻供应链压力；增强操作灵活性与场景适用性。目前，材料替代是实现轻量化的关键方式，各大主流人形机器人厂商已实践这一途径的轻量化设计。 铝合金为轻量化应用主力，镁合金有望成为材料新锐 铝合金作为汽车轻量化的主力材料，成熟的工艺体系与综合性价比优势明显；而镁合金则因其更优异的综合性能以及持续维持低位的镁铝原材料价格比，正逐渐成为轻量化领域的新兴研究方向。与此同时，在机器人产业中，铝合金与镁合金也已逐步应用于关节结构、壳体等部件，展现出其在此行业轻量化与性能优化方面的巨大潜力。 以塑代钢，轻量化的关键路径 工程塑料因其优异的综合性能，正逐步替代传统金属材料，成为实现人形机器人轻量化的关键路径。注塑件市场前景广阔，我们重点关注了以下三种高端工程塑料：聚醚醚酮（PEEK）作为综合性能优异的高性能热塑性工程塑料，在刚性、韧性、热稳定性、耐磨性及耐化学腐蚀性等方面表现突出；聚苯硫醚（PPS）兼具热稳定与耐腐蚀等特性；液晶聚合物（LCP）因其独特的分子结构和综合性能，在高端制造领域占据重要地位。 建议关注公司 1）爱柯迪：轻量化产品品类持续扩张，构建双轮驱动的发展格局。2）星源卓镁：深耕镁合金压铸核心工艺，半固态技术引领轻量化增长。3）模塑科技：客户资源优质，聚焦以塑代钢的轻量化路径。4）恒勃股份：国家专精特新小巨人，合资合作切入PEEK轻量化赛道。 诚信、专业、稳健、高效 风 险 提 示 1.汽车产业生产和需求不及预期2.地缘政治风险3.人形机器人进展不及预期4.原材料价格上涨风险5.推荐关注公司业绩不达预期 2.铝合金为轻量化应用主力，镁合金有望成为材料新锐3.以塑代钢，轻量化的关键路径1.人形机器人轻量化，降本增效的最优解4.建议关注公司 目录CONTENTS 01人形机器人轻量化，降本增效的最优解 1.1、人形机器人快速发展，轻量化优势解决痛点 •提升续航能力，优化能效表现。轻量化设计能显著提升人形机器人续航能力的核心原理在于，通过降低机器人自身质量，可直接减少其在运动中为克服重力势能所做的功；同时，质量减轻也意味着机器人部件运动惯性的减弱。在这两者的共同作下，机器人在静态维持姿态与动态运动过程中的能量消耗能够被有效降低，从而在同等电池容量下实现更长的持续工作时间。 •缓解散热压力，简化系统设计。轻量化有助于从源头上缓解人形机器人的散热压力。机器人重量的降低，直接减轻了电机、减速器等核心驱动部件的负载，进而减少了运行过程中的发热量。这使得其无需过度依赖复杂的散热系统，有助于实现结构设计的简化。 资料来源：中国青年报、华鑫证券研究 1.1、人形机器人快速发展，轻量化优势解决痛点 •降低性能依赖，减轻供应链压力。轻量化能够降低对关键零部件过高的性能要求。当整机重量减轻后，轴承、连接件等结构件的承重与摩擦损耗相应降低，驱动电机为满足机器人运动性能所需的功率要求也可相应下调。这在一定程度上能够降低对单一零部件性能的依赖，有助于拓宽供应链选择范围，并可能降低核心部件的采购成本与技术门槛。 •增强操作灵活性与场景适用性。轻量化是提升人形机器人操作灵活性与场景实用性的关键。当前多数人形机器人原型机体型笨重，经常出现运动失衡、摔倒等现象，稳定性较差；轻量化改造后，将极大改善其可搬运性，从需多人协作转变为可单人操作，更利于在家庭及工厂等场景中的实际部署与推广。 资料来源：中国青年报、中国基金报、华鑫证券研究 1.2、人形机器人轻量化大势所趋，主流厂商已实践设计 •宇树科技在其人形机器人产品中，自初始设计阶段便将轻量化作为核心考量。H1整机重量为47千克，G1整机重量为35千克，这主要得益于其系统性地采用了航空铝合金与碳纤维等高强度、低密度的先进材料。在具体应用中，两款机器人不仅主体结构大量使用这些轻质材料，其所有连接结构也均采用高强度铝合金（如H1指定的6061-T6与关键部位的7075-T6），在实现减重目标的同时确保了结构强度与抗冲击性能。此外，G1所采用的全关节中空内走线等设计，也体现了其在结构层面对轻量化与集成化的追求。 •优必选在其Walker系列迭代中成功实现了整机减重。其中Walker C在身高增加33厘米的基础上，整体重量较前代降低了20千克。后续推出的Walker S2进一步延续轻量化路径，在身高增加4厘米的同时成功减重6千克，该成效主要得益于多种创新材料的系统化应用，具体包括采用全身刚柔异构材料的复合应用、航空级铝合金3D打印主骨架以及三维立体针织高弹纤维材料。 •智元机器人在其产品迭代中也通过系统性的轻量化设计实现了整机重量的大幅降低。其初代远征A1人形机器人整机重量为55千克，而在最新的灵犀X2型号上，重量已显著降低至35-37千克水平。 1.2、人形机器人轻量化大势所趋，主流厂商已实践设计 •特斯拉通过系统性轻量化设计显著提升了其第二代Optimus机器人的运动性能与能效。在2023年12月发布的第二代Optimus原型机中，其在颈部增加了两个运动自由度，同时通过应用轻量化材料、进行结构拓扑优化及减少冗余设计，成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克，降幅达13.7%。这一系列轻量化措施，结合第二代关节更高的集成度与能效优化，共同支撑了机器人行走速度30%的性能提升。 1.3、轻量化途径多样，结构优化与材料替代助力方案实现 •结构优化通过系统性设计实现“零成本”减重，其核心方法包括参数优化、拓扑优化、形态优化与集成化设计。 ➢参数优化以及形态优化通过调整零部件尺寸、布局与厚度来消除冗余材料。 ➢集成化设计则参考新能源汽车经验，将伺服驱动器、电机、减速器等关键部件高度集成于关节模组，或采用一体化压铸技术减少零部件数量，从而达成小型化与轻量化目标。 •结构优化面临进展挑战，使得材料替代成为当前更可行的选择。 ➢结构优化的推进受限于人形机器人产业当前的发展阶段：一方面，整机及零部件技术方案尚未定型，仍处于技术快速迭代期，导致厂商难以全力投入需长期深耕的结构优化；另一方面，结构轻量化是涉及整机设计、零部件性能与材料特性的系统工程，而当前本体厂商多以初创企业为主，在人才与资源上投入有限，同时零部件厂商与整机企业间的跨界协同研发能力尚显不足。 ➢因此，行业现阶段更倾向于直接采用镁铝合金、工程塑料等低密度先进材料来实现有效减重。 1.4、主流轻量化材料性能各异，复合材料为未来研究方向 •基于对传统材料与主流轻量化材料性能参数的综合对比，镁、铝合金及高性能工程塑料已是当前阶段替代传统金属的主流方案，而复合材料有望成为未来人形机器人实现轻量化的重点研究方向。 ➢在常见合金中，铝合金强度较低但成本可控；镁合金密度低、比强度高，在需兼顾重量与强度的结构件中具备比较优势。 ➢碳纤维材料在比强度和抗拉强度方面显著优于大部分其他材料，但受制于成本与工艺限制，尚未实现规模化应用。 ➢PEEK作为高性能工程塑料，密度低，比强度较高，但当前其核心生产技术主要由国外企业掌握，国内仍依赖进口，应用成本高，难以实现大规模应用，因此复合材料仍需作为长期研发的重点方向加以投入。 02铝合金为轻量化应用主力，镁合金有望成为材料新锐 2.1、汽车轻量化阶段目标明确，技术路线日趋复杂 •根据中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，中国汽车轻量化到2035年将拥有更加多样化的轻量化技术手段，助力汽车产品实现轻量化。 ➢自2020年到2025年构建完善的汽车用钢应用体系，掌握基于成本约束和工艺实现的结构-性能一体化设计方法，加快提升铝合金、镁合金、塑料及复合材料的性能，初步形成低成本、大丝束车用纤维材料生产能力。 ➢到2030年建立起汽车铝合金、镁合金应用体系，掌握铝合金车身覆盖件及薄壁铝合金、镁合金结构件的设计方法；突破大尺寸挤压铝合金件、薄壁铸造铝合金及镁合金件、车身覆盖件成形的工艺技术、过程质量控制方法和连接技术等。进一步完善高强度钢的低成本制造与应用体系，提升车用工程塑料、复合材料性能和成形效率。 ➢到2035年建立起汽车用复合材料应用体系，掌握车用复合材料零件参数化设计、一体化集成设计、高精度建模与性能预测方法和强各向异性材料零部件结构拓扑优化设计方法；突破复合材料零件高精度成形、性能控制、连接、服役性能和评价关键技术；完善低成本成形工艺与装备开发体系，形成轻量化多材料综合应用能力。 2.1、汽车轻量化阶段目标明确，技术路线日趋复杂 •汽车轻量化技术主要通过结构优化设计、新型材料应用与先进制造工艺三大路径协同推进。随着汽车行业对轻量化的持续重视及研究投入，汽车轻量化设计的对象从简单变得复杂。 ➢在结构设计层面，已从早期的单一零部件尺寸与拓扑优化，逐步发展到总成级的一体化设计，并进一步扩展至系统及整车的参数化和多目标优化设计；➢在材料应用层面，则从钢、铝合金、镁合金等各向同性材料，逐步拓展至复合材料结构部件、多材料结构部件这样的各向异性部件的设计与应用。在这一进程中，铝合金凭借成熟的工艺体系与综合性价比，目前仍是轻量化应用的主力材料；而镁合金则因其更低的密度和优异的性能，正逐渐成为轻量化领域的新兴研究方向。 2.2、铝合金仍为应用主力，镁合金成轻量化新锐 •据Ducker Frontier的测算，从2022年至2026E，镁合金在汽车上的应用将实现从无到有的突破；先进高强度钢占比将从12%上升至14%，而普通钢将从24%降至22%；铝合金占比稳定在12%；聚合物与复合材料、铸铁、玻璃等材料比例基本维持不变。 2.2、铝合金仍为应用主力，镁合金成轻量化新锐 •铝合金已成为汽车轻量化的关键材料，在传统燃油车和新能源汽车中应用广泛。根据加工工艺差异，汽车用铝合金主要分为轧制材、挤压材、锻造材、铸造铝合金四大类，其中铸铝占比最高，约为77%，主要应用于发动机零部件、壳体类及底盘结构件；变形铝合金合计占比约23%，主要用于车身面板与结构件。在新能源汽车领域，铝合金应用已覆盖车身、车轮、底盘、防撞梁、地板、动力电池和座椅。 2.2、铝合金仍为应用主力，镁合金成轻量化新锐 •车轮、动力总成和车身是整车中用铝量较大的零部件。据Ducker Frontier的测算，2022年北美单车用铝量约为202Kg；其中，车轮、动力总成和车身覆盖件用铝量分别为41Kg、31Kg和28Kg，占比较大，分别为20.3%、15.35%和13.86%；另外，传动系统、内饰件、制动系统和转向系统用铝量分别为1Kg、1Kg、4Kg和4Kg，占比较小，分别为0.5%、0.5%、1.98%和1.98%。 2.2、铝合金仍为应用主力，镁合金成轻量化新锐 •汽车用镁合金替代铝合金空间可观。镁合金在汽车零部件上的应用主要分为壳体类和支架类。壳体类主要包括离合器壳体、变速器壳体、仪表板等，由于镁合金的阻尼衰减能力强，用于制造壳体类零部件可以降低汽车运行时的噪声；支架类主要包括转向支架、转向盘、制动器、制动支架、和轮毂等，由于镁合金具有很好的抗冲击韧性，减振量大于铝合金和钢铁，用于制造支架类零部件可以提高汽车的平衡性、安全性和舒适性。 •汽车用镁合金减重效果明显。合金钢变速箱壳体替换成镁合金，减重效果能超过28%。而其他大型复杂结构件，例如阀门开关，减重效果能超过60%；汽车座椅支架减重效果超过64%；后车厢门减重效果超过42%，轮毂减重效果超过33%。 2.3、镁合金综合性能较优，是轻量化理想材料 ➢镁合金的比强度比铝合金和钢铁高，因此，在不减少零部件强度的情况下，使用镁合金可减轻零部件的重量。镁合金的比重比塑料重，但是单位重量