谐波减速器机器人核心零部件

1、减速器：机器人产业链不可或缺的核心零部件机器人品类众多，产业链庞大。按照结构功能和应用领域，可分为工业机器人、协作机器人、服务机器人和特种机器人四大类。工业机器人：面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。自动执行工作的机械装臵，靠自身动力和控制能力来高精度地重复执行特定工作。体积较大，相对而言比较危险，一般被限制在特定的工作区域独立工作。工业机器人产业链上游为三大核心零部件（减速器、伺服、控制器），中游为工业机器人（多关节机器人、SCARA 平面多关节机器人、delta 并联机器人、直角坐标机器人等），下游系统集成应用领域（焊接、装卸、装配、喷涂、上下料等），主要服务汽车、电子、金属、化学

2、制品和食品等对自动化、智能化需求较高的终端行业。图 1：工业机器人产业链概况绿的谐波招股说明书，协作机器人：在工业生产中实现人机协作的功能。相较于工业机器人，协作机器人冲破了安全护栏的束缚，可在生产线上与人协同工作，充分发挥了机器人的效率和人的智能。相对而言，协作机器人更轻量化，更友好，性价比更高，并且更安全，一旦发生触碰，可立即停止。一般而言，协作机器人工作负载较小，重量较轻，只使用谐波减速器。产业链上游包括力矩电机、伺服驱动、谐波减速器、传感器和编码器，中游为协作机器人本体，下游覆盖焊接胶合、组装装配、抛光打磨、产品包装、上下料、检测测试等工序。图 2：协作机器人产业链概况高工机器人，服务

3、机器人：提供服务，但不从事工业生产。是一种半自主或全自主工作的机器人，能为人类提供保养、修理、运输、清晰、保安、救援、监护等功能。从中长期看，人口老龄化、用工成本上升、产业升级都意味着这类机器人有巨大的市场潜力。服务机器人产业链上游包括芯片、伺服系统、控制器、传感器、减速器以及机器视觉、语音识别等系统集成，中游包括各类服务机器人制造，下游涵盖众多服务行业：餐饮、酒店、医疗、养老、物流、消防、家政等。图 3：服务机器人产业链概况整理，特种机器人：应用于专业领域，辅助替代执行各种任务。常见功能有采掘、安装、检测、维护、维修、巡检、侦查、排爆、搜救、输送、诊断、清洁等功能，运用于农业、电力、建筑、物

4、流、医用护理、安防救援、军事、核工业、采矿等领域。从工业机器人成本构成来看，减速器是价值占比最高的核心零部件。根据 OFWeek 的统计，工业机器人中减速器/伺服系统/控制系统/机器人本体/其他这五部分的价值占比分别为 35%/25%/10%/15%/15%。图 4：减速器在工业机器人零部件中价值占比最大OFWeek，减速器配套电机，降低转速，提升扭矩，是机器人产业链不可或缺的核心零部件。以优傲 UR5 协作机器人为例，关节处利用电机实现转动，但电机功率有限，转速很高，这带来两个问题：电机直接输出的扭矩较小，无法承受负载；机器人关节转动不需要电机那样的高转速。因此，通常需要在电机的输出端安装减

5、速器，从而降低转速，提升扭矩。图 5：优傲 UR5 协作机器人关节内部结构UML 官网，优傲公司官网，整理减速器可分为通用、专用、精密减速器，其中应用于机器人产业的主要为精密减速器。通用减速器：一般指齿轮减速器、蜗杆涡轮减速器和行星减速器，以中小型为主，广泛应用于各个行业；专用减速器：一般以大型、特大型为主，多为行业专用减速器，比如汽车减速器、光伏减速器、风电减速器；精密减速器：以微型、小型为主，一般指 RV 减速器或者谐波减速器，广泛用于工业机器人、机床、半导体、航空航天等高精度场景，尤其大量运用在关节型机器人上。图 6：各类减速器示意图国茂股份、双环传动、绿的谐波公司公告，精密减速器中，相

6、对于 RV 减速器，谐波减速器结构更简单，质量和体积更小，单级传动比和精密度更高，在机器人领域具有无可替代的地位。RV 减速器：传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势，但同时因为其重量重、外形尺寸较大的特性，无法向轻便、灵活的轻负载领域发展。谐波减速器：具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点。与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少 2/3，重量可减轻 1/2，这使其在机器人小臂、腕部、手部等对轻便、灵活要求较高的部件具有无可替代的优势。表 1：RV

7、减速器和谐波减速器功能对比项目RV 减速器谐波减速器技术特点通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，零部件较多，结构较复杂。通过柔轮的弹性变形以及齿轮啮合传递运动，由柔轮、刚轮和波发生器三部分组成。产品性能大体积、大负载能力和高刚度小体积、传动比高、精密度高应用场景多关节机器人中基座、大臂、肩部等重负载位臵机器人小臂、腕部或者手部终端领域汽车、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3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗行业中通常使用由谐波减速器组成 30kg 负载以下的机器人价格区间5000-8000 元/台1000-5000 元/台资料

8、来源：绿的谐波招股说明书，整理TESLA 人形机器人：有望成为谐波减速器的蓝海市场人形机器人，是指拥有与人类似的身体结构，能够使用双足行走，具备一定的人工智能功能的机器人。由于从外形上看更亲切，因而其最初的设计定位是一种服务机器人，应用于和人类直接接触的场景中，例如家庭、学校、餐厅、候机厅、表演等。人形机器人和服务机器人最大的区别在于人形机器人需要保持平衡。普通服务机器人有底盘，用轮式驱动，不存在摔倒问题，只需要按照设定轨迹移动，并能实现一定程度的爬坡即可；人形机器人比服务机器人高度更高，需要靠双足行走，既要走得稳，还要走得快，并需要适应不同的地面。由于结构更接近人形，每个关节受力更加复杂，对

9、减速器负载和电机响应速度要求更高。图 7：人形机器人产业链概况Tesla、DS Power ，整理Tesla 布局人形机器人，2022 年有望成为人形机器人发展的标志性年份。2021 年，马斯克首次透露人形机器人“擎天柱”概念图和相关视频，2022 年 6 月 21 日，马斯克宣布将于9 月 30 日推出 Tesla Bot“Optimus（擎天柱）”原型机，人形机器人产业链关注度提升。Tesla有望将汽车自动驾驶积累的技术经验用于人形机器人的研发生产中，推动人形机器人行业发展。2022 年有望成为人形机器人发展的标志性年份，2023 年预计 Tesla Bot 将进入量产阶段。Tesla B

10、ot 关键时间节点：2021 年 8 月 19 日：首次透露人形机器人“擎天柱”概念图和相关视频。2022 年 6 月 3 日：马斯克宣称未来几个月将推出能够运转的人形机器人原型。2022 年 6 月 21 日：马斯克宣称 9 月 30 日推出人形机器人原型。2022 年 9 月 30 日：官方宣布的人形机器人首款原型机推出时间。2023 年：预计特斯拉“擎天柱”进入量产阶段。图 8：人形机器人 Tesla Bot 时间线梳理Tesla 官网，整理人形机器人的核心参数：身高 1.72m，与普通成年人相仿，头部带有显示器，用来展示信息；自重 57kg，负载 20kg，挺举 68kg，手臂伸展状态

11、下负载 4.5kg；采用 Autopilot 摄像头作为视觉传感器，FSD Computer 作为计算核心；最大移动速度 8km/小时。产品定位代替人类劳动，量产后预计单价为 2.5 万美元/台。图 9：Tesla Bot 基本参数Tesla 官网，Techweb，整理相较于传统机器人，谐波减速器在单台 Tesla Bot 上的需求量更多、价值量更大。与传统的工业机器人、协作机器人、服务机器人不同，人形机器人的形态和动作更接近人类，自由度更多，因而单台 Tesla Bot 需要用到更多的减速器。单个机械臂有 6 个自由度，两条手臂和两条腿共有 24 个自由度；每只手有 6 个自由度，共 12

12、个；躯干和颈部共有 4 个自由度，综上所述，人形机器人合计 40 个自由度。保守估计单台 Tesla Bot 会使用 20 台谐波减速器。两只手臂：单个手臂可对标小型六轴多关节机器人，两只手臂使用 12 台谐波减速器。两条腿：单条腿可对标中型六轴多关节机器人，双腿部使用 6 台 RV 减速器和 6 台谐波减速器。颈部：负载小，共使用 2 台谐波减速器。躯干：负载较大，共使用 2 台 RV 减速器。双手：机器人手指电机是技术难点，传统电磁电机由于灵活性差、感知能力较低、控制精度不足，一般不在机器人手指关机使用，我们估计 Tesla Bot 将使用超声电机，可做到静音、高精度、体积小、断机自锁、堵

13、转不烧机等功能。综上我们预计，单台 Tesla Bot 共使用 20 台谐波减速器，相较于传统工业机器人或服务机器人，谐波减速器的使用量更多。图 10：特斯拉人形机器人机械结构图TESLA 官网，根据我们的测算，从 Tesla Bot 成本构成来看，肢体活动关节执行器/运动控制+处理器/肢体骨骼/手部关节执行器/其他的成本占比分别为 48.7%/33.9%/10.5%/3.4%/3.5%，而在肢体活动关节执行器中，无框力矩电机/谐波减速器/RV 减速器/编码器的成本占比分别为 14.8%/19.3%/12.0%/2.6%，减速器占比共计 31.3%，是 Tesla Bot 成本占比较高的部分，

14、并且谐波减速器占比大于RV 减速器。特斯拉 Optimus 成本拆分预测，假设如下：执行器数量：由于特斯拉 Optimus 尚未面世，当前已知信息仅为机身具有 40 自由度，其中手部 12 自由度，肢体（双臂、双腿、腰椎、颈椎）等部分具有 28 自由度。每个自由度需配臵 1 个执行器，而 28 个肢体减速器中每个肢体执行器根据性能需求不同需配备 RV 减速器或谐波减速器。我们假设单台机器人需要 20 个谐波减速器、8 个 RV 减速器，据此进行估算。肢体关节执行器核算方法：使用谐波减速器的执行器由无框力矩电机、谐波减速器、控制器构成，使用 RV 减速器的执行器由无框力矩电机、RV 减速器、控制

15、器构成。成本拆分包含部件：成本拆分预测中仅包含机体的主要部件、其余零部件如线束、装配螺丝等未计入。零配件品牌型号选用：由于当前特斯拉 Optimus 主要零部件信息未知，对于信息未知的零部件，我们选用近似性能参数（即能满足产品设计需求）零配件进行测算。各部件参数与价格信息来自以下来源：相关公司招股书、相关公司在相关电商网站官方报价、销售商报价等。具体来源参照分析依据所述。表 2：特斯拉 Optimus 成本拆分预测所属部分部件名称采购/自研品牌单价（美元） 数量总价（美元） 成本占比分析依据环境探测传摄像头 采购韦尔股份、舜宇光学等US$103.571US$103.570.4%该价格为特斯拉三

16、目摄像头配件价格，非成本价感器毫米波 采购雷达华域汽车、德赛西US$299.001US$299.001.2%威相关供应商未公布成本，以奔驰汽车供应链 OEM 产品 A0009055510 77GH 传感器为例力学传感器（仅双脚） 压力传感器采购以 SingleTack 产品为例参考特斯拉车机US$98.502US$197.000.8%SingleTack 量程 450 牛传感器为例报价98.5 美元为例头部交互显示屏 采购屏幕供应商：台湾宸鸿光电科技，LG参考特斯拉动力US$100.001US$100.000.4%以 iPad Pro 屏幕供应价 100 美元为例参考优必选 Walker 磷酸

17、铁锂电池参数动力电池电池组 采购电池供应商：LG化学US$174.591US$174.590.7%54.6V/10Ah/ 6 kg 参数，查找到圣阳蓄电池 SCIFP4810 48V10AH 采购价 174.59 美元（1299 人民币）运动控制+处理器手部活动关FSD 系统自研架构，代工制造三星制造芯片US$8,500.001US$8,500.0033.9%初代 FSD 售价 5000 美元，最新一代FSD售价 1.2 万美元，取其平均数进行估算以 DSpower R026 大扭矩微型金属舵机为节执行器双手采购未知US$71.0212US$852.233.4%例（实际执行器为类似大小及功率）

18、肢体活动关节执行器无框力矩电机谐波减速器RV 减采购未知US$132.9028US$3,721.2014.8% 以 T-motor CubeMars Robot Dynamics RI80KV75 为例采购未知US$242.2020US$4,844.0019.3% 根据绿的谐波招股书，谐波减速器售价人民币 1631.95 元（242.20 美元）以中大力德 150BX-E 型RV 减速器官方旗速器采购未知US$375.488US$3,003.8412.0%舰店售价 2530 元（375.48 美元）为例编码器 采购未知US$23.6728US$662.762.6%以多摩川OIH48-2500P

19、8L6-5V TS5214N510为例肢体骨骼手臂胸腔自研US$87.7630KGUS$2,632.8410.5%腿部脚部合计US$25,091.03100%以相对高成本的碳纤维材料估算，机体重量 56.67kg，估算除电池电机等元件外重量 30kg 左右，以 87.76 美元（588 人民币）/千克单价计算资料来源：特斯拉，DS power，ebay谐波减速器行业分析工作原理：巧借“错齿运动”，结构简单，精度高，减速比高谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三部分构成。波发生器：图示绿色椭圆形部分，中间是凸轮，外圈是滚珠轴承，其内圈固定在凸轮上，外圈通过滚珠发生弹性形变。柔轮：图示粉红色部分，使用

20、柔性金属材料制成，外圈有齿。刚轮：图示青色部分，使用刚性材料制成，内圈有齿。三部分可任意固定一个，其余一个主动、一个从动，实现减速或增速；也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。实际使用中，通常固定刚轮，利用电机带动波发生器，柔轮输出转动。波发生器为椭圆形，将波发生器塞入柔轮，会迫使柔轮变为椭圆形，与波发生器紧密贴合。再将波发生器和柔轮的整体塞入刚轮，柔轮长轴两端的外齿刚好和刚轮的内齿啮合，而短轴两端的外齿与刚轮的内齿脱开。图 11：谐波减速器内部结构示意图哈默纳科官网，中研谐波官网，整理谐波减速器的原理核心在于柔轮和刚轮之间的“错齿运动”。波发生器轴承处连接电机，电机带动波发生器一起顺时

21、针转动。转动过程中，椭圆形的波发生器会迫使柔轮不断变形，柔轮上的齿会顺时针依次与刚轮内圈的每一个齿啮合。一般情况下，柔轮比刚轮少两个齿，波发生器每顺时针转动一圈，就使得柔轮逆时针错位两个齿，随着电机的不断转动，这种错位效应连续起来，便表现为柔轮的逆时针转动。假设刚轮总共有 200 个齿，柔轮共有 198个齿，电机带动波发生器每转动一圈，柔轮便会旋转 2/200 圈，即 1/100 圈。因此，电机需要转动 100 圈，柔轮才会转动一圈，减速比为 100。柔轮的转速比波发生器要小很多，这实现了降低电机转速和增大输出扭矩的效果。通过调节柔轮和刚轮的相对齿数，可获得不同的减速比。假设刚轮总共有 200

22、 个齿，柔轮总共有 196 个齿，比刚轮少 4 个齿。电机带动波发生器每顺时针转动一圈，柔轮便会逆时针错位 4 个齿，即逆时针旋转 4/200 圈，即 1/50 圈。因此，电机转动 50 圈，柔轮才会转动一圈，减速比为 50，这实现了不同的减速效果。图 12：谐波减速器的“错齿”原理绿的谐波减速机在 SCARA 机器人上的安装与应用，下游应用：应用领域广泛，市场空间广阔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。以全球减速机龙头哈默纳科为例，其工业机器人下游占比超过 50%，其余应用领域相对比较分散，包括半导体制造设备、数控机床、电机制造商

23、等其他行业。图 13：谐波减速器下游应用领域图 14：哈默纳科 2021 年机器人下游占比 50%以上绿的谐波招股说明书， 哈默纳科投资者指南，工业+协作机器人下游减速器应用及市场空间机器人主要分为工业机器人、协作机器人、服务机器人和特种机器人四类。其中前两类机器人主要运用于工业生产，第三类机器人一般不用于制造业，主要应用于服务业。协作机器人在工业生产中与工人协同，因而独立于工业机器人大类。谐波减速器广泛运用于工业机器人和协作机器人领域。图 15：六轴多关节机器人按负载选用 RV 或谐波减速器图 16：协作机器人 6-7 个关节全都使用谐波减速器绿的谐波招股说明书，ABB 官网，整理 优傲机器

24、人官网，表 3：机器人简介及谐波减速器使用情况分类名称功能与特点单台设备谐波减速器使用情况图片展示六轴多关节机器人平面多关节机器人工业（SCARA）面向工业领域的多关节机械手，靠自身动力和控制能力实现各种功能。可以受人指挥，也可以按照预先编排的程序运行。典型应用场景包括焊接、刷漆、组装、采集、产品检测和测试。具有高效性、持久性、速度和准确性，但较为危险，一般被隔在单独的区域工作。一种基于圆柱形坐标系的工业机器人，有 4 个自由度：3 个旋转副和 1个移动副。有较好的垂直方向上的刚度，良好的顺从型，定位精度和快速移动的特点，广泛用于装配和搬运等领域。根据负载不同，使用 1-6 台谐波减速器一般单

25、台设备使用 2-3 台谐波减速器机器人 并联机器人（DELTA）直角坐标机器人协作机器人协作机器人服务服务机器人机器人也被称作拳头机器人，一般有 3 个空间自由度和 1 个转动自由度，可实现对目标物体的快速拾取、分拣、装箱、搬运等工作。由一些直线滑台模组、驱动电机、控制系统和末端操作器组成磨课应用于点胶、滴塑、喷涂、码垛、分拣、包装、焊接、金属加工、搬运、上下料、装配、印刷等功能机器人与人一起在生产线上协同作战，充分发挥机器人的效率及人类的智能，降低人工的劳动强度。性价比高，安全，小型化，适用范围广，扫除了人机协作的障碍。与传统制造业机器人不同，服务机器人以服务为核心，可从事清洁、陪护、导览、

26、运输、售货、安保等工作，在休闲娱乐、商业服务、医疗、教育等领域应用广泛。应用于专业领域，一般由经过专门培训的人员操作或使用的，辅助或代一般单台设备使用 3 台谐波减速器一般单台设备使用 1 台谐波减速器一般单台设备使用 6-7 台谐波减速器-特种机器人特种机器人替人执行任务的机器人。常见功能有采掘、安装、检测、维护、维修、-巡检、侦查、排爆、搜救、输送、诊断、清洁等功能，运用于农业、电力、建筑、物流、医用护理、安防救援、军用、核工业、矿业等领域。FANUC、英特格、寻迹智行官网，绿的谐波招股说明书，整理工业机器人市场潜力大。受疫情影响，工业机器人市场短期承压，但长期来看，工业机器人随着制造业升

27、级，市场潜力大。人口出生率低、老龄化、招工难、用工成本上升，机器换人具有迫切性；“十四五”机器人产业发展趋势规划指出，到 2025 年，制造业机器人密度增长 100%；下游新能源等行业需需求；机器人技术进步，智能化和易用性提升。根据 IFR、World of Industries、MIR 的数据可知，未来 3-4 年，全球工业、协作机器人的销量增速 CAGR 分别为 6.0%和 23.6%，中国工业、协作机器人的销量增速 CAGR 分别为 13.9%和 44.4%。根据各类机器人在全球和中国市场的增速预测情况，可大致测算出未来 4年机器人下游谐波减速器的市场空间。图 17：预计 2021-20

28、24 年全球工业机器人销量CAGR=6.0%图 18：预计 2021-2025 年中国工业机器人销量CAGR=13.9%IFR， MIR，图 19：预计 2021-2025 年全球协作机器人市场规模CAGR=23.6%图 20：预计 2021-2025 年中国协作机器人销量CAGR=44.4%IFR， MIR，工业机器人+协作机器的谐波减速器市场空间分析，假设如下:各类机器人产量：引用前瞻产业研究院多关节机器人、坐标机器人、并联机器人、 SCARA 机器人，协作机器人的历史数据为测算基础，参考 IFR、MIR 对全球和中国市场工业机器人、机器人销量增速的预测，以及行业未来的发展趋势，测算未来

29、4 年各类机器人的产量。单台机器人谐波减速器用量：根据上述分析，我们认为 2016 年多关节机器人平均每台设备使用 3.5 台谐波减速器，之后随着谐波减速器的技术进步以及轻负载多关节机器人市场占比提升，平均每台设备使用谐波减速器数量递增至 4 台；坐标机器人单台设备使用 1 台谐波减速器；并联机器人单台设备采用 3 台谐波减速器；SCARA 机器人单台设备使用 2.5台谐波减速器；协作机器人单台设备使用 6.5 台谐波减速器。谐波减速器单价：假定单价呈现逐渐下跌的趋势。以国内谐波减速器龙头绿的谐波为例，根据招股书，2017-2019 年谐波减速器的平均销售单价分别为 1922.79 元、188

30、5.13 元、 1631.95 元，价格下降 CAGR 为 8%左右。2020-2021 年报仅披露“谐波减速器和金属件”的销售额，如果使用该值除以对应年份的销量，得到单价分别为 1837.27 元和 1621.94 元。但考虑这部分销售收入包含金属件，我们假定谐波减速器的降价趋势仍然向下延续，2020年-2021 年减速器单价分别为 1580 元和 1530 元。我们测算：全球机器人下游谐波减速器市场规模 2022 年达到 29 亿元，2025 年接近 49亿元，2022-2025 年市场空间 CAGR 为 19.1%左右。表 4：全球工业+协作机器人谐波减速器市场空间拆分项目2017201

31、82019202020212022E2023E2024E2025E多关节机器人产量（万台）25.027.123.724.126.534.543.152.663.1YOY-8.4%-12.5%1.7%10.0%30.0%25.0%22.0%20.0%多关节机器人单台设备减速器用量3.73.83.9444444坐标机器人产量（万台）6.26.45.65.15.46.26.97.68.3YOY-3.2%-12.5%-8.9%5.0%15.0%12.0%10.0%9.0%坐标机器人单台设备减速器用量111111111并联机器人产量（万台）0.40.50.40.60.810.971.151.331.53

32、YOY-25.0%-20.0%50.0%35.0%20.0%18.0%16.0%15.0%并联机器人单台设备减速器用量333333333SCARA 机器人产量（万台）5.16.46.36.57.38.710.111.312.4YOY-25.5%-1.6%3.2%12.0%20.0%15.0%12.0%10.0%SCARA 机器人单台设备减速器用量2.52.52.52.52.52.52.52.52.5协作机器人产量（万台）1.11.61.82.12.84.15.77.710.0YOY-45.5%12.5%15.2%35.2%45.0%40.0%35.0%30.0%协作机器人单台设备减速器用量6.

33、56.56.56.56.56.56.56.56.5机器人谐波减速器总需求量（万台）119.8137.3126.7133.0150.3195.2244.8299.9361.0减速器平均单价（元）1922.81885.11632.01580.01530.01484.11439.61396.41354.5YOY-2.0%-13.4%-3.2%-3.2%-3.0%-3.0%-3.0%-3.0%机器人谐波减速器市场规模（亿元）23.025.920.721.023.029.035.241.948.9资料来源：前瞻产业研究院，绿的谐波招股说明书、年报，测算我们测算：我国机器人下游谐波减速器市场规模 2022

34、 年达到 15.9 亿元左右，2025 年超过 30 亿元，2022-2025 年市场空间 CAGR 为 23.7%左右。表 5：中国工业+协作机器人谐波减速器市场空间拆分项目201720182019202020212022E2023E2024E2025E多关节机器人产量（万台）9.29.79.510.313.418.123.530.137.6YOY67.3%5.4%-2.1%8.4%30.0%35%30.0%28.0%25.0%多关节机器人单台设备减速器用量3.73.83.9444444坐标机器人产量（万台）2.22.31.52.02.32.62.83.13.3YOY22.2%4.5%-34

35、.8%33.3%15.0%12.0%10.0%9.0%8.0%坐标机器人单台设备减速器用量111111111并联机器人产量（万台）0.20.30.40.50.580.660.750.840.92YOY100.0%50.0%33.3%25.0%15.0%15.0%13.0%12.0%10.0%并联机器人单台设备减速器用量333333333SCARA 机器人产量（万台）2.23.02.83.94.35.25.96.67.3YOY100%36.4%-6.7%39.3%10.0%20.0%15.0%12.0%10.0%SCARA 机器人单台设备减速器用量2.52.52.52.52.52.52.52.5

36、2.5协作机器人产量（万台）0.400.600.871.11.72.64.05.57.2YOY-50.0%45.0%20.7%57.1%60.0%50.0%40.0%30.0%协作机器人单台设备减速器用量6.56.56.56.56.56.56.56.56.5机器人谐波减速器总需求量（万台）44.951.552.461.379.0106.9139.6178.5221.6减速器平均单价（元）1922.81885.11632.01580.01530.01484.11439.61396.41354.5YOY-2.0%-13.4%-3.2%-3.2%-3.0%-3.0%-3.0%-3.0%机器人谐波减速

37、器市场规模（亿元）8.69.78.69.712.115.920.124.930.0资料来源：前瞻产业研究院，立德智库整理，绿的谐波招股说明书、年报，测算Tesla Bot 谐波减速器市场空间预计未来 Tesla Bot 谐波减速器市场空间为 48-160 亿元。目前，Tesla Bot 尚处在概念阶段，原型机的首发日预计在 9 月 30 日，未来放量的时间和台数尚不明确，马斯克采访中提到技术成熟后年产量将在 20 万台以上。因此，我们假定在悲观/中性/乐观三种预期下，未来特斯拉 Bot 出货量分别为 20 万/50 万/100 万台。3.2.1 分析中，我们预测未来谐波减速器有下降的趋势，20

38、22-2025 年的单价分别为 1484元/1440 元/1396 元/1354 元。但考虑到 Tesla Bot 对谐波减速器需求量很大，单价还有一定的下降空间，因而我们假定，未来 Tesla Bot 在 20 万台/50 万台/100 万台的年产量下，单价分别为 1300 元/1200 元/1000 元。第 2 章分析指出，单台 Tesla Bot 谐波减速器用量为 20 台。结合上述假设，我们测算在悲观、中性、乐观三种情况下，未来特斯拉 Bot 谐波减速器市场空间分别为 52 亿元、120亿元和 200 亿元。表 6：预计未来 Tesla Bot 谐波减速器市场空间为 52-200 亿元

39、悲观估计中性估计乐观估计Tesla Bot 产量（万台）2050100单台 Bot 谐波减速器用量202020谐波减速器平均单价（元）130012001000市场空间（亿元）52120200资料来源：测算其他下游应用及市场空间除机器人外，谐波减速器还广泛运用于数控机床、光伏设备、医疗器械、半导体设备、航空航天等其他领域。数控机床：数控机床动力来源于伺服电机，需要额外附加减速器来增加扭矩，提高负载端的惯量匹配。因为谐波减速器体积小，精度高，传动效率高，高端数控机床生产和制造已经逐步开始用谐波减速器替代原有电驱零部件。高精度数控回转台和加工中心的四或五轴需要使用 1-2 台谐波减速器，雕刻机分度回

40、转装臵以及义齿加工机等也需要使用谐波减速器。图 21：五轴加工中心及内部结构示意图，标红处为谐波减速器安装位臵嘉泰数控官网，整理谐波减速器还用于其他设备领域，例如工厂自动化、半导体设备、光伏设备、医疗器械等。例如医疗器械领域，谐波减速器主要用在放疗设备、检测设备、医疗机器人、康复机器人等设备上。光伏设备领域，谐波减速器一般用于光伏智能制造设备，以及光伏发电设备中太阳能跟踪系统的自动化组件，可调节电池板与太阳的角度，保持太阳光垂直射电池板，提高光伏组件的发电效率。图 22：谐波减速器运用于医疗设备图 23：谐波减速器运用于光伏设备东茂工业官网， 先导智能官网，由于行业众多，缺乏相关数据，我们以绿

41、的谐波和哈默纳科为样本企业，利用两家公司机器人以外下游市场（机床、半导体设备、医疗设备等）所创造的谐波减速器营业收入和两家公司全球市场占有率，使用逆推法，大致测算出 2021 年全球机器人以外谐波减速器下游市场空间为 12.1 亿元左右。绿的谐波：2021 年除机器人外，其“机械设备及其零部件+数控机床零部件+医疗器械零部件+其他”营收共 8400 万左右，根据2021-2025 年中国谐波减速器行业市场深度调研及发展前景预测报告，绿的谐波在全球市场上的占有率大约为 7%。据此估算 2021 年全球除机器人以外谐波减速器市场空间为 12 亿元。哈默纳科：2022 财年（2021 年）除机器人外

42、，其余下游营收共约 198 亿日元，根据2021-2025 年中国谐波减速器行业市场深度调研及发展前景预测报告，哈默纳科在全球市场的占有率 82%左右。据此估算 2021 年全球除机器人以外谐波减速器市场空间为 241.5亿日元，折合人民币 12.2 亿元。竞争格局： HD 为全球谐波减速器龙头，国产替代为长期趋势全球谐波减速机市场较为集中，哈默纳科一家独大。根据新思界产业研究中心发布的2021-2025 中国谐波减速器行业市场深度调研及发展前景预测报告，全球谐波减速器市场内主要参与者有哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、中技克美等。其中哈默纳科全球市场占有率大于 82%左右，绿的谐波占比 7%，其

43、他厂商占比约 11%。我国谐波减速器市场国产替代稳步推进。根据华经产业研究院统计，2020-2021 年，中国市场最大的两个外资品牌哈默纳科和日本新宝在中国市场的占有率由 46%降低至 42.9%。国内做谐波减速器的企业总共有 30 多家，实力较强的有绿的谐波、来福谐波、福德机器人、大族传动等企业，2020-2021 年，这四家企业在中国市场上的占有率之和由 35.9%提升至 41.1%，其中，绿的谐波作为国内谐波减速器龙头，加速追赶国际先进，尤其是在国产协作机器人领域，绿的谐波已成为厂家首选品牌。此外，中技克美为中国最早的谐波减速器公司，国茂股份于 2021 年 11 月成立全资子公司“国茂

44、精密传动（常州）有限公司”，双环传动也于 2022 年开展谐波减速器的相关研发与生产工作。随着国内减速器企业逐渐发展，谐波减速器的国产替代进程将持续推进。图 24：2021 年哈默纳科全球谐波减速器市占率格局图 25：中国谐波减速器行业国产替代逐渐推进新思界产业， 华经产业研究院，表 7：生产谐波减速器的主要厂家概况公司成立时间发展概况产能或营收情况名称哈默1970 年纳科新宝日本2003 年绿的谐波2011 年克美中技1994 年来福2013 年谐波大族传动2015 年1970 年在日本成立，1977 年开始生产机电一体化产品，1996 年其产品销欧洲、中东、非洲、印度及南美，2004 年其

45、股票在东京证券交易所上市，2011 年在中国成立贸易公司。成立于 2003 年，2015 年进入中国市场。作为日本首家“无级变速机”，成立后努力钻研技术，在“索引技术领域”确立了全球最高级别的技术，曾 3 次荣获日本机械学会大奖。公司做各种类型的减速机，包括谐波减速机，但是其谐波减速机的市场占比非常小。2011 年在江苏苏州成立，创始人团队实力强大，成立之初便投入谐波减速器的技术攻关。2013 年相继推多个系列的谐波减速器产品，2014年公司主持编制 GB/T30819-2014机器人用谐波齿轮减速器国家标准。2020 年公司在上海交易所科创板上市。2019 年新一代Y 系列谐波减速器上市。国

46、家科技部批准的“国家谐波传动技术研究推广中心”和“谐波传动国家重点工业性试验基地”，是我国第一个专业从事谐波传动减速器技术设计、开发、生产、销售、服务的高新技术实业公司。通过与合作单位联合攻关，研制成功具有全球领先水平的固体润滑谐波传动减速器，并成功地应用在我国“神舟号”“天宫”系列载人飞船及卫星上。公司成立于 2013 年，2016 年进入谐波减速器市场，推出了齿形谐波减速器新品，提升寿命 30%以上，转矩容量超过 30%。2019 年推出高扭矩 LSG、LHG，超短谐波 LSD、LHD，达到全球一流水平。大族集团 2010 年开始组建专业团队，从零研发谐波传动技术，团队实力雄厚，从国外引入

47、全球一流加工检测设备，研发和技术人员占比 60%以上。2012 年成功突破双圆弧齿形非标设计难点，设计出第一台谐波减速器，并于 2013 年进入试生产阶段，2014 年进入多家机构进行试机。2015 年成立大族精密传动科技有限公司，2017 年相继推出 6 种系列近 200 款谐波减速器，2018 年超扁平轻量系列产品进入市场，2021年推出 HMHG-I（大中空）系列谐波减速器。2018 年其产能接近 180 万台。2022 财年公司实现营收 570.9 亿日元，折合人民币 147 亿元，实现净利润 87.4 亿日元，折合人民币 22.5 亿元。毛利率接近 40%，净利率 12%左右。201

48、5 年 3 月，公司共有 2387 人，年营业额在 408亿日元以上。2017 年中国市场月均出货量近 3000台。2015 年精密减速器产能达到 7 万台，2018 年出货量达到 12 万台，其产品进入 ABB 供应体系。2021年营业总收入 4.43 亿元，同比去年增长 104.8%，归母净利润为 1.89 亿元，同比去年 130.6%。2021 年营业总收入 2788.29 万元，同比去年增长14.04%，归母净利润为 200.65 万元，同比去年52.54%，基本 EPS 为 0.05 元，平均 ROE为 3.14%2017 年谐波减速器实现出货量 1 万台/年，2018年实现销售 5

49、 万台/年，2019 年实现月产 2 万套的生产能力，2020 年与广州耐为机器人科技有限公司签署“谐波减速器年采购 3 万台战略合作协议”。暂无数据Wind，前瞻产业研究院，常鑫机电官网，整理行业壁垒：技术门槛高，品牌效应强，设备投资大技术壁垒：材料、设计、工艺、装配研发投入大，积累周期长谐波传动技术包括：总体结构、柔轮、刚轮、凸轮、柔性轴承、交叉滚子轴承、齿形、波发生器、加工制造和试验方法等 10 个分支。从专利申请数量的角度来看，总体结构、波发生器、柔轮和加工制造是谐波减速器技术的研发重点。图 26：谐波减速器专利申请构成，其中总体结构、波发生器、柔轮、加工制造为研究重点谐波减速器技术专

50、利分析研究，原誉桐，谐波传动技术伴随太空探索的需求而产生，借助机器人、工业自动化等下游行业的兴起快速成长，发展过程离不开基础材料和加工工艺的进步，总体分为三个阶段。萌芽期（1955-1976）：谐波传动技术起源于美国，伴随着航天领域的需求而产生，但当时的基础材料和加工工艺远不成熟，应用领域少，市场空间不足，因而谐波减速器的技术研究成果及专利申请数量较少，且几乎全部集中在美国，当时的日本对谐波传动也有少量研究。成长期（1977-2009）：随着数控机床、自动化、工业机器人等行业的快速发展，各国开 始布局谐波减速器的技术研发，以哈默纳科为代表的日本企业和相关研究机构成为研究主力。得益于长期制造领域

51、的积累，当时的美国和德国在谐波传动领域也进行了大量研究，这个阶 段的专利数量呈现逐年递增的态势。高速发展期（2010-至今）：得益于数字化、信息化领域的技术进步，加上亚洲地区机器换人、工业自动化的发展大趋势，谐波传动技术的研究突飞猛进，专利申请数量爆发式增长。中国以绿的谐波、来福谐波、中技克美为代表的众多企业及其他研究院所纷纷加大了对谐波减速器的研发投入，2015 年达到了申请高峰。图 27：谐波减速器各国专利申请情况图 28：谐波减速器各技术分支专利申请情况谐波减速器技术专利分析研究， 谐波减速器技术专利分析研究，整理谐波减速器的寿命是衡量其质量好坏的最直接指标，直接决定了机器人的正常工作时

52、长。作为谐波减速器龙头厂商哈默纳科，其最新产品理论寿命超过 20000 小时，且能做到在10000 小时内精度不会下降。在实际应用中，谐波减速器的损坏主要包括以下几种情况：柔轮筒体的疲劳断裂：一种源于柔轮齿圈与光滑筒体连接处的齿根区域，主要是由于其在波发生器的作用下产生的弯曲效应，另一种在筒体底部法兰的过渡处，主要是由于外部载荷作用使柔轮产生的扭转应力引起的。柔轮输出端扭转刚度不足：由于柔轮是柔性构件，刚性差，很容易导致减速器输出轴扭转刚度不足，从而影响控制精度，限制其在高精密机械传动中的应用。齿面磨损：在外部负载较大时，齿面可能会形成磨损，研究表明啮合参数选择不当是其强烈磨损的主要原因，因而

53、对柔轮材料、啮合齿形有较高要求。柔性轴承失效：通常发生破坏的地方在于椭圆凸轮的长轴处，内外座圈沟道的疲劳点蚀，主要该位臵受变形力和啮合力的双重作用。图 29：柔轮疲劳损伤断裂示意图谐波减速器柔轮力学特性分析，解恒鹏，国产谐波减速器的精度和工作寿命之所以很难做到全球龙头哈默纳科的水平，背后是谐波减速器行业很高的技术壁垒，主要表现在以下四个方面：材料方面：目前，国内厂商虽然能供应相应的原材料，但由于材料的颗粒度、刚度和硬度等指标不足，相较于国外日本、德国等国家的高端材料有较大差距。日本哈默纳科的专用材料涵盖二十余种金属粉末，具备特定的粒度和配比，未申请专利的情况下，就形成了产品高性能的护城河。尤其

54、是柔轮，受力环境复杂，基础材料决定了其性能的好坏。柔轮属于杯型薄壁直尺圆柱形齿轮，相较于普通齿轮，工作过程中受到的应力十分复杂，这些应力需要通过大量的建模和试验去探索。图 30：柔轮应力疲劳损伤和寿命三维仿真云图谐波减速器柔轮抗疲劳特性与参数优化研究，陈仕杰，柔轮在工作状态下受力复杂，因此对材料的要求也十分苛刻，是目前谐波减速器最大的技术壁垒。目前，国内外谐波减速器柔轮材料基本为 40Cr 合金钢，包括 40CrMoNiA，40CrA， 30CrMoNiA，38Cr2Mo2VA，其中前两种较为常用。同样的原材料，但是由于国内提纯技术不达标，因而含有的杂质比国外的杂质多，使得减速器的寿命大幅度降

55、低，国产谐波减速器的柔轮材料几乎都要依赖进口。齿形和结构设计方面：新进入厂商很难绕开专利，设计出性能接近或者更好的齿形和传动结构。例如哈默纳科，在产品齿形设计和传动结构方面申请了专利，获得了先发优势，其他厂商不得使用类似的齿型设计和传动机理，只能自行研发齿形和传动结构，否则涉及专利侵权。后进入的厂商避开专利限制，设计出同样优良性能的齿形难度很高。目前齿形设计优化带来的减速器性能提升已进入瓶颈期，同时国内也涌现出一批齿轮设计独具特色的供应商。绿的谐波、来福谐波等国内减速器厂商的齿型设计各有特色，基本满足谐波减速器的性能需求。但对于其他后来进入的，或即将进入的谐波减速器小厂商，齿形设计方面仍然存在

56、壁垒。哈默纳科：在齿形设计方面起步很早，目前已研发出具有自主知识产权的“S”齿形。相较于双圆弧齿形，其共轭区齿隙更小，实现了在空载条件下的连续接触，更有利于分配齿间载荷，降低空程，提升精度。相较于渐开线齿形，柔轮齿轮的抗疲劳强度能力提升 1 倍，扭转刚度提高 70%-100%。图 31：哈默纳科 S 齿形大幅度降低齿隙，提升精度、抗疲劳和扭转刚度哈默纳科投资者指南，绿的谐波和来福谐波在齿型设计等领域均有自己的知识产权。绿的谐波率先打破了哈默纳科的垄断，开发出具有自主知识产权的 P 齿形，尺高较低、齿宽较大，能承受更大转矩。谐波减速器研究现状及问题研究中指出绿的谐波的 Y 系列谐波减速器，采用了

57、最新结构和齿形设计，柔轮和轴承材料及热处理工艺均为特质，使得减速器的扭转刚度提升 1 倍，单向传动精度提升两倍；来福谐波在新产品上全面使用齿形，寿命提高超过 30%，转矩容量提升 30%。图 32：绿的谐波 P 齿形降低齿高，提升转矩容量和寿命图 33：来福谐波齿形全面提升寿命和转矩容量绿的谐波公司年报， 谐波减速器研究现状及问题研究，加工工艺方面：减速器对加工工艺的要求极高，误差需要控制在 1 微米以内。高精度的加工设备需要从日、德等国家进口，对于厂商而言，设备价格高，初期投入大，还可能面临其他国家的出口管控。并且，由于市场几乎被国外品牌垄断，国内减速器厂商能获得的订单量小，导致设备的采购量

58、小，这提高了采购单价。在设备成本上，领先厂商也与新进入的厂商拉开了差距。即便买回了最新加工设备，但是加工工艺仍未必能保证。头部减速器厂商哈默纳科，在谐波减速器领域已经深耕了多年，在加工方面的经验非常丰富，例如如何控制机床的运行温度、湿度、加工流程，这些在实际操作上都需要长期探索。装配方面：高精度的装配技术也是决定减速器性能的核心方面。谐波减速器的装配过程，不是将零件进行简单拼接组装，而需要根据总装的技术要求，不断调整、校正、平衡、试验，才能最终组装出合格的产品。目前，减速器装配仍以手工流水线作业为主，装配效果依赖人的经验。龙头厂商哈默纳科拥有大批从业 10 年以上的拥有丰富经验的高级技工，能够

59、将减速器的装配环节做到极致。而新进入的谐波减速器厂商组装环节经验不足，很难短时间内拥有如此多经验丰富的技工，组装出的谐波减速器质量很难与国外厂商匹敌。技术壁垒总结：基础材料、设计、加工工艺、装配经验投入短期内难以追赶和超越。并且，很多齿形和结构设计涉及很多专利，新进入厂商很难绕开。从专利壁垒的角度看，全球龙头哈默纳科的优势明显。2020 年，哈默纳科无论是专利申请累计总数，还是近 5 年的专利申请量，都远远领先其余谐波减速器厂商。这更进一步说明，谐波减速器是技术密集型行业，短期内竞争格局很难发生较大变化，国产替代是一个长期的过程。图 34：截止 2020 年全球谐波减速器累计专利申请排名图 3

60、5：近 5 年专利申请数量排名谐波减速器技术专利分析研究， 谐波减速器技术专利分析研究，固定资产投资壁垒：设备投资大，回报周期长厂房、设备等固定资产占比高，产能扩建投入较大。对于谐波减速器新厂商，需要有较强的产品供应能力，而相关厂房扩建需要较高的初期资金投入。设备前期投入很大，之后如果销量上不去，产品积压，会因设备闲臵、固定资产折旧带来更大的损失。谐波减速器下游行业基本都是大客户，如果设备投入少，产能不足，可能会无法接到订单。假设引入瑞士的一台中高端谐波减速器生产设备，精度能达到 1 微米以上，但是要售价要上千万元，如果增设一条中等以上精度的终端产线，投入至少要上千万，并且进口设备的交期很长，