河北人形机器人核心零部件系列研究之二：减速器

在人形机器人市场的竞逐中，核心零部件的自主可控既是产业安全的底线，也是成本竞争力的上限。减速器是人形机器人关节传动系统的核心部件，被誉为机器人的“肌腱”，承担着将电机高速低扭输出转化为关节低速高扭驱动的关键功能。本文从人形机器人传动系统的基本构成出发，拆解谐波、行星、RV 三类精密减速器的技术原理与工艺壁垒，梳理精密减速器行业的发展脉络与竞争格局，分析河北在该领域的产业布局与竞争优势。文章认为，河北以 RV 减速器整机制造的国产替代突破为支点，依托京津冀协同创新生态与装备制造产业基础，在行星、RV、谐波三类减速器的整机制造与核心部件配套方向均已形成明确的产业能力，有望成长为人形机器人传动系统供应链中的重要节点。 1．减速器：人形机器人整机成本的核心成本项 从整机成本结构看，基于特斯拉公开的 Optimus 整机构造，对其 BOM 成本进行了拆分测算：减速器约占整机成本的 8%，是人形机器人的核心部件。OptimusGen-2 全身搭载 14 个谐波减速器（分别用于肩部、肘部、腰部等旋转关节）与12 个行星减速器（用于灵巧手内部传动装置，单手用 6 个），单台整机合计 26个减速器，在执行与传动部件中居于核心地位。 图 2：特斯拉 Optimus 成本拆解 资料来源：基于特斯拉 AI Day、SMM 电机资讯测算 1.1 谐波减速器 谐波减速器的谐波传动技术突破了传统机械传动依赖刚性构件的局限，引入柔性构件实现运动传递。其典型工作模式为波发生器主动输入、刚轮固定、柔轮输出。当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形呈椭圆状，长轴处柔轮齿圈与刚轮齿槽完全啮合，短轴处两轮齿则完全脱开。随着波发生器持续转动，柔轮不断产生弹性变形并形成错齿运动，从而实现波发生器与柔轮之间的运动与动力传递。 资料来源：绿的谐波招股说明书 该领域长期由海外厂商主导，材料和工艺两大核心壁垒高筑。柔轮作为最关键的薄弱环节，壁厚仅零点几毫米，在高速交变载荷下须同时满足超高疲劳强度和优异韧性，一旦失效便导致整机报废。再叠加齿形设计、精密加工与热处理等一系列环环相扣的高难度工艺挑战，构筑了极高的技术壁垒，使全球谐波减速器市场长期被以日本哈默纳科为代表的海外厂商牢牢占据。 图 4：谐波减速器的基本组成部分 资料来源：绿的谐波招股说明书 1.2 行星减速器 行星减速器采用行星齿轮传动结构，其核心构件包括太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架。其典型工作模式为太阳轮作为主动件由输入端驱动旋转，行星轮同时与太阳轮外啮合、与内齿圈内啮合，在太阳轮驱动下既绕自身轴线自转，又沿内齿圈公转，行星架则随行星轮的公转输出运动。由于内齿圈固定，太阳轮输入的旋转通过行星轮的自转与公转复合运动传递至行星架，单级传动比一般为 3—10。通过串联二级或三级行星齿轮组，可实现更大的减速比，但长度相应增加、效率略有下降。 资料来源：武汉迈信电气技术有限公司官网 行星减速器虽结构相对简单，但人形机器人的精度与效率要求将相应增加制造成本，尤其需要对电机进行扁平化设计并定制微型多级传动形式。 图 6：行星减速器结构示意图 资料来源：百度百科 1.3 RV 减速器 常见的减速器除了 Optimus Gen-2 搭载的谐波与行星减速器外，还有 RV 减速器。RV 减速器由数十甚至上百个零件组成，结构复杂，齿形设计、齿面热处理、加工精度与成组技术需密切配合，零件众多带来的误差累积会导致产品在使用过程中加速磨损和寿命缩减，同时摆线轮支撑轴承受限于内部空间、润滑与温升等因素，受力时易达到承载极值，导致磨损和破裂，对零部件质量要求极高。 资料来源：乐恩自动化设备有限公司官网 RV 减速器采用两级减速传动结构，融合了行星齿轮减速与摆线针轮减速两 种传动机制。其典型工作模式为第一级行星齿轮减速与第二级摆线针轮减速串联：动力由输入轴驱动太阳轮旋转，带动行星轮沿固定的内齿圈公转，将动力传递至与行星轮固连的曲柄轴，完成第一级减速；曲柄轴的偏心部分驱动两片相位差180°的摆线轮做偏心运动，摆线轮在固定针齿壳内与针齿依次啮合与脱离，由于摆线轮齿数比针齿少一个，曲柄轴每旋转一周，摆线轮便反向转动一个齿距，从而实现第二级减速并将动力经由输出机构传递至负载端。通过两级减速的叠加，RV 减速器可在极为紧凑的体积内实现较大的传动比。 1.4 小结 上述减速器均属于高精密制造范畴，其核心竞争力取决于齿形设计、材料热处理、超精密磨削与装配检测等环节的工艺水平。随着人形机器人量产进程提速，减速器市场需求将进入增长通道，在精密加工、材料热处理与装配检测等关键环节形成系统化制造能力的区域，会率先受益于产业红利。 2．减速器是人形机器人关节传动的核心枢纽 2.1 减速器的基本结构与功能定位 减速器作为连接动力源和执行机构之间的中间装置，承担着将电机高速低扭输出转换为关节所需低速高扭运动的关键任务，通过精确的齿轮啮合实现减速增矩，使机器人获得承载重物与执行精细动作的双重能力。减速器主要由齿轮传动件、轴系、轴承、箱体及其附件构成，其基本结构分为传动零件（齿轮或蜗杆）、轴与轴承组合、箱体三大部分。 图 8：减速器结构拆分 在精密控制场景中，精密减速器还需配合编码器等反馈元件实现闭环控制，实时监测与校正传动误差，确保关节运动的精度与稳定性。而按照控制精度与应用领域，减速器可分为精密减速器与一般传动减速器两大类，其中精密减速器是人形机器人关节传动的核心选项，分为谐波减速器、RV 减速器、行星减速器等。 2.2 精密减速器产业发展 精密减速器作为机器人关节传动的核心部件，其产业发展与机器人行业的兴衰深度绑定。从全球视角看，在工业 4.0 和智能制造浪潮的推动下，美国、日本、德国等发达国家凭借技术先发优势，长期把持精密减速器行业的主导权。全球范围内，哈默纳科与纳博特斯克分别在谐波减速器和 RV 减速器领域取得了市场主导地位，依靠长期的研发技术积累、规模化的生产能力和稳定的产品性能，与ABB、发那科、库卡、安川等国际工业机器人巨头形成了深度绑定的合作关系，行业地位极为稳固。 从国内市场看，我国精密减速器的发展起步较晚。谐波传动技术于 20 世纪60 年代初引入中国，最初主要应用于军事和航天领域，后来逐渐向工业机器人、服务机器人、数控机床等领域拓展。2018 年，国产减速器出货量市场份额不足30%，剩余市场份额由外资品牌占据，且外资产品售价较高、交货周期较长，成为制约我国工业机器人产业发展的重要瓶颈之一。 近年来，在国家政策支持下——《中国制造 2025》将机器人与高档数控机床列为重点突破领域，《机器人产业“十三五”发展规划》亦已制定完成——国内谐波减速器行业迎来快速发展期。绿的谐波、中技克美等国产厂商已实现量产，成功突破了国际品牌在国内市场的部分垄断。 随着人形机器人产业的兴起，精密减速器的应用场景将从工业机器人进一步拓展至人形机器人、服务机器人等更广阔的领域，市场空间有望持续扩大。 3．河北的产业契合点 河北在人形机器人用精密减速器领域已构建起较为完整的产业矩阵，在行星、RV、谐波三类精密减速器的整机制造与核心部件配套等关键环节均有代表性企业布局，并已实现从核心材料、精密加工到整机装配的产业链贯通。 一是 RV 减速器整机制造已实现重大突破。位于石家庄高新区的河北智昆精密传动科技有限公司，在高精密 RV 减速机领域取得关键核心技术突破。根据河北日报和石家庄日报报道，智昆科技已具备年产 30 万台减速机的能力，产品传递误差和齿隙均小于 1 弧分，传动效率超过 85%，产品扭矩实现从额定 100牛·米到 15000 牛·米全覆盖。2022 年至 2024 年，其 RV 减速机销量年均增长率保持在 70%以上。同时，智昆科技布局准双曲面齿轮传动关节模组，并成为中国市场上唯一实现批量销售该款产品的企业，该系列产品广泛应用于埃夫特、珞石机器人、配天机器人、钱江机器人等客户。 二是河北省内企业在行星减速器与谐波减速器两大精密传动赛道均有明确布局。在行星减速器方面，智昆科技部分高端行星减速机产品已逐步实现国产替代。在谐波减速器方面，根据永清县政府专栏文章，廊坊众合天成智能装备（廊坊）有限公司专注于谐波减速器研发、制造与销售，产品适配人形机器人关节、工业协作机械臂、半导体装备等高精度传动系统，公司拥有 2000 平方米生产车间，订单稳定、满负荷运转，拥有 30 余项专利（含多项发明专利），并与河北工业大学、温州大学联合成立研发中心推进人形机器人谐波传动相关产学研技术攻关。此外，沧州市吴桥县吴桥博达减速机有限公司、河北桥星减速机制造有限公司也有谐波减速器相关产品。 三是减速器核心部件领域已形成特色供给能力。总部位于河北的恒工精密装备股份有限公司，依托连续铸铁技术（高刚度、高耐磨性、低成本），可应用于机器人减速器 RV/谐波核心部件。董秘在互动平台回答投资者提问时表示，公司开发的减速器主要产品包括 RV 减速器针齿壳、行星架、行星座、谐波减速器刚轮等，均为减速器的核心工作部件。其中，RV 减速器部件已在部分客户取得验证、开始小批量应用，谐波减速器刚轮（毛坯件）已在国内多家头部减速器企业通过验证并开始小批量交付，并与头部机器人企业合作开展结构件业务。 四是京津冀协同创新构成独特优势。位于石家庄高新区的智昆科技，是北京智同精密传动科技有限责任公司的子公司，也是京津冀协同创新的典型样本。依托其母公司北京智同精密传动科技股份有限公司与北京工业大学共建的“智同工大研究院”，形成了“基础研究在北京、产品转化在河北”的完整链条：北京的人才优势支撑了理论设计与初步验证，石家庄的产业优势则让产品设计和工艺验 证加速落地。这一协同模式，让智昆科技从研究院的原型样机起步，一步步实现RV 减速机的完全“中国造”。 4．结语与展望 减速器作为人形机器人整机成本的核心构成部件，其技术水平和制造能力直接关系到人形机器人的产业化进程。谐波减速器依赖柔性构件的弹性变形实现运动传递，在材料与工艺层面存在较高技术壁垒；行星减速器结构相对简洁，但在人形机器人应用场景下，微型化、多级传动等方面的定制需求将推高其制造难度与成本；RV 减速器采用两级减速传动结构，零件数量多、加工精度要求高，对成组技术和质量控制提出更高要求。 从产业格局看，哈默纳科与纳博特斯克分别在谐波减速器和 RV 减速器领域形成深度绑定的国际机器人巨头供应链体系。中国精密减速器产业起步较晚，2018 年国产减速器出货量市场份额尚不足 30%，近年来在《中国制造 2025》等政策推动下，产业内龙头企业实现量产突破，国产替代进程有所加快。人形机器人产业的兴起为精密减速器开辟了工业机器人之外的新增市场空间，应用场景的拓展有望持续扩大行业市场规模。 聚焦河北省，其在减速器领域的产业布局已形成一定基础。RV 减速器方面，河北智昆精密传动科技有限公司实现关键技术突破，产品精度与扭矩覆盖范围达到行业应用标准，年产能力接近 30 万台，2022 年至 2024 年销量年均增速超过70%，并已在埃夫特、埃斯顿、新松等头部客户实现应用。行星减速器方面，智昆科技部分高端产品已进入国产替代进程。谐波减速器方面，根据永清县政府专栏文章，廊坊众合天成智能装备（廊坊）有限公司已实现产品研发与制造，拥有30 余项专利，并与高校合作推进技术攻关。核心部件领域，恒工精密装备股份有限公司依托连续铸铁技术，开发 RV 减速器针齿壳、行星架、行星座及谐波减速器刚轮等核心部件，部分产品已通过头部企业验证并进入小批量交付阶段。此外，智昆科技作为北京智同精密传动科技有限责任公司的子公司，形成了“基础研究在北京、产品转化在河北”的京津冀协同创新模式，依托北京工业大学共建研究院开展理论设计与验证，在石家庄推进产业化落地。 展望未来，随着人形机器人量产进程提速，减速器市场需求预计将进入增长通道。河北省在精密减速器整机制造与核心部件配套方面已形成较为完整的产业 矩阵，RV 减速器的规模生产能力、谐波减速器的技术