机器人的关节精密执行器

目录产业链梳 执行器——机器人的关 执行器决定机器人的负荷和工作精 TeslaOptimus关节执行器：结构紧凑、高负载、低能 人形机器人旋转执行器：需求弹性及供给能力分 人形机器人产业化对谐波减速器需求的敏感性分 谐波减速器供给格局：国产化提 机器人用轴承供给格局：主要依靠进 线性执行器：需求弹性及供给能力分 人形机器人产业化对线性执行器的需求敏感性分 滚珠丝杠供给格局：高端外资主导，中低端完成国产替 滚柱丝杆供给格局：国内处于起步阶 技术壁垒：设计、材料、工艺、加 设计：齿形设计和传动结构设计是关 材料及零部件：长期依赖进 工艺：需要经验积 关键设备依赖进口：热处理、磨齿机、三坐标等检测设 风险提 图1：

表1：国产厂 作 解臂部是连接腰部和腕部的部件，用来支撑腕臂 部和手部，实现较大的运动范围，一般由臂、大臂（或多臂）腰部是连接臂部和基座的部件，通常是回转腰

器的一个典型例子是电动机，它是一种将电信号转换成其轴的旋转运动的执行器，当电流施加到基本电机时，电机旋转。将电机直接连接到负载上，创建了一个直接驱动的旋转执行器，许多旋转执行器与用作机械杠杆的机构相结合(优点)以降低旋转速度并增加扭矩，如果最终结果是旋转，该组件的输出仍然是旋转执行器。器。线性执行器本质上是沿着直线移动物体，RVRV。RV高于谐波。由于RV的零部件更为复杂，承载强度更高且制造难度比谐波大，因此的，它需要反复的高速变形，所以它比较脆弱，承载力和寿命弱于RV。图2：谐波减速器由刚轮/柔轮/波发生器构 图3：RV由行星轮/齿轮/曲柄轴/销/针轮/输出轴组 2：RV国产厂 RV减速 谐波减速

额定输出转矩:101-扭转刚性:20-1,176N.m/arc

6.6-1.34-54.09N.m/arc

RV

的30kg以下负载机器人价格区 5000～8000 1000～5000梯形丝杠螺母和丝杠轴之间的运动完全靠机械接触产生滑动，是滑动摩擦，所以梯形丝杠也叫滑动丝杠。滚珠丝杠是滚动摩擦，梯形丝杠是滑动摩擦，滚动摩擦的摩擦系数远0图4：滑动丝 图5：滚珠丝数据来源：机械设计 数据来源：机械设计图6：3：类 原 优 缺

（

25%-50%，发热量较大90%以上、成本机器人的自由度反映机器人动作的灵活性，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越好，可用直线移动、摆动或者旋转动作的数目来表示。自由度越多，结构越复杂，对机器图7：SCARA机器人的自由 图8：六轴机器人的自由数据来源 ～20g机器人不利于确保其精确可靠的运行。精密减速器使伺服电机在合适的速度下运转，10系统精 解定位精 又称绝对精度，是指机器人的末端执行器实际到达位置与目标位置之间的差距

应n次后实到位姿的不一致程度。nn图11：机器人的定位精 图12：机器人的重复定位精数据来源 数据来源13综上，执行器是机器人的关键零部件，对机器人的负荷和精度有重大影响。14

TeslOptimuOptimus28个个15：Optimus旋转执行器（谐波减速器线性执行器（丝杠-2-数据来源：TeslaAIDay202216Optimus311222112数据来源：TeslaAIDay2022Optimus17：Optimus数据来源：TeslaAIDayOptimus18：OptimusOROR数据来源：TeslaAIDay图19：机器人本体成本构成：减速器35%，伺服系统 其他其他服务机器人1%其他,非标自动化机床控制器减速器本体人伺服系统 伺服系统2017～2021（谐波+RV）49101速19.8%，工业机器人用精密减速器销量从41万台增长至84万台，复合增速19.5%202182%。2018～202157.759.5元，复合增速1%，这与自主研发速度加快，均价下行有关。1）10~100万台之间；21全球工业机器人销量（万台，2022年 单台谐波减速器数量（台 全球协作机器人销量（万台，2022年 单台谐波减速器数量（台6全球谐波减速器销量（万台全球人形机器人销量假设（万台单台人形机器人谐波减速器数量（台全球人形谐波减速器年新增需求（万台数据来源：MIR从目前已知的信息来看，人形机器人采用RV减速器的概率相对比较小。不对RV减速器进行敏感性分析。预计RV减速器未来的主要应用场景还将是在工22RV（万台80%。谐波传动最初用于美国航天运动控制，谷川齿轮将其引入日本并量产，于1970年成立哈默减速器）和机电一体化产品（执行器、控制器。2021570日元，2000~20228.3%，与全球工业机器人行业增速基本一致。毛利率稳定在40%左右，净利率维持在20%以上。图23：哈默纳科产品包括减速器和机电一体化产品 图24：哈默纳科产品下游应用丰富执行器,器%控制器,面向电机制造商的齿轮装备,备,数据来源：公司官网 数据来源：公司官网图25：哈默纳科营收逐年增 图26：哈默纳科毛利与净利变数据来源：公司官网 数据来源：公司官网动化对工业机器人的旺盛需求，国产谐波得以快速发展，近年来自主研发脚步加快。2021年，哈默纳科占中国谐波减速器38%的市场份额，相较2018年52%均价2000元左右，哈默那科谐波进口单价多在8000元及以上，国内企业以一定为17.8万、9.5万台，远超过哈莫纳科的3.5万台。27：产能建设提速，四家主要谐波减速器品牌中国产能合计将超过100国产厂 产能建设情根据公司公告，2023320绿的谐 能建设，计划公司将新增新一代谐波减速器100万台、机电一体化产品来福谐 根据公司官网，2022年产能达到20万同川科 根据汉宇集团披露，同川科技目前年产能为10万哈默纳 根据公司官网，哈默纳科目前年产能22万大族川福图28：2018大族川福其他其他其他来福同哈默科新宝哈默纳科新宝来绿的谐波绿的波数据来源：高工机器人 数据来源：高工机器人RVRV60%。博特斯克的前身是日本帝人制机和纳博克株式会社，于2003年合并成为控股公司纳博特斯克的全资子公司。1980年，日本帝人精机将RV减速器应用于机器人行业，解决了工业机器人存在容易受冲击损坏、手臂振动等问题；1986年开始被大规模化应纳博特斯克营收逐年稳健增长，2003~20224.9%。20031250亿日元增长至20223080亿日元，2022年毛利率为5.9%，净利率为图30图30图31营业收入（十亿日元 --0-制出第一台RV减速器，双环传动、中大力德分别于2013年前后开始研发工业机32：四家主要RV150国产厂 产能建设情2022RV102023

202220，202150秦川机 目前具备年产6～9万套RV减速器能力，设计产能18万台20221062024148纳博特斯 年206万台，2030年234万台图33：2018年4家国产RV减速器的份额为 图34：2021年国产RV减速器的份额超过其他其他秦川,SPINEA,,其他秦川智同南通振康中大力德珠海飞马克住友,南通振康,双环传动,双环传动数据来源：高工机器人 数据来源：高工机器人工业机器人专用轴承主要有等截面薄壁轴承、薄壁交叉圆柱滚子轴承、RV35：机器人用轴承：等截面薄壁轴承、薄壁交叉圆柱滚子轴承、RV精等截面薄壁轴承 等截面薄壁球轴承包括薄壁四点接触球轴承系列薄壁角接触球轴承系列和薄壁深沟球轴承系列三种被应用于工业机器人的腰部肘部腕部与普通轴承不同该种轴承毎个系列中横截面大多为正方形且尺寸被设计为固定值在同一个系列中横截面尺寸是不变的它不随内径尺寸增大而增大在内径尺寸相同的情况下，薄壁等截面球轴承比标准滚动轴承装的钢球数多因此改善了轴承内部受力分布减小了钢球与沟道弹性变形，提高轴承的承能力。薄壁交叉圆柱滚子轴承采用滚子呈V减速机轴承 又称精密轴承减速器它以其体积小抗冲击力强扭矩大定位精度髙等诸多优点被广泛应用于工业机器人。对干RV减速器轴承的外形结构精密定位是其结构紧凑刚性优良传动精密关键因素V减速器轴承包括多种薄壁轴承系列及圆滚子持架件系。谐波减速器用柔性轴是一种靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，利用柔性轴承可控的弹性变形来传递运动和动力的，其特点是结构紧凑、承受交变应力载荷。数据来源：中研网、；36公 产品简 焊接喷涂装配机器人用薄壁四点接触球轴承和薄壁交叉圆柱滚子轴承与德国INA及日本THK同类轴承对 洛阳LYC轴承公司 北京谐波技术研究 柔性轴 承、圆柱滚子轴承数据来源：中研网、；202220.4年复合增速为6.1%。亚太地区具有最大的消费市场，占有58%的市场份额，其次方案一：4个滑动+8个行星滚柱丝杠；方案二：14个滚珠丝杠；37全球滚柱丝杠需求量（万台 单价（美元 全球滚柱丝杆总需求（亿美元 全球人形机器人销量假设（万台单台人形机器人滚柱丝杠数量（台8888888888全球人形机器人滚柱丝杠年新增需求（万台7单台人形机器人滑动丝杠数量（台4444444444全球人形机器人滑动丝杠年新增需求（万台38中国滚珠丝杠需求量（万台 单价（人民币，元 中国滚珠丝杠总需求（亿人民币 全球滚珠丝杠总需求（亿美元 全球人形机器人销量假设（万台单台人形机器人滚珠丝杠数量（台全球人形机器人滚珠丝杠年新增需求（万台全球市场被日本NSK、日本THK等企业垄断，CR5约46%，日本和欧洲企业合市场占有率约15%，国内企业占有率约25%。力的品牌，主要厂商：南京工艺、博特精工、合肥赛里斯（江苏雷利）（江苏雷利）、华欧精密等。国产滚珠丝杠在中低端应用已经基本实现了自主研发，产品丰富度和技术指标和外商差距不大。在高端产品上，滚珠丝杠的精度、最高速度、噪音、温升等控制方面以及精度保持性还有待提升，在细分高端市场，国产滚珠丝杠副开始在机床企业批量使用，如秦川机床，海迈克精密。贝斯特和恒力液压也在布局相关产品。39C0~φ4-0.5–100C0~2–50-8-Φ6.2-JIS等级精度，包括C0，C1，C3，C5，C7，C10，其中C070长寿命的需求提升，行星滚柱丝杠开始被大规模使用。1970年起，瑞士ROLLVIS公司（后被GSA）致力于行星滚柱丝杆产品的制造与研究。美国的EXLAR司将行星滚柱丝杠作为六自由度并联机构的传动装置，研制出了一种新型的电推杆，行星丝杠商用开始加速，目前主要应用于航空航天、武器装备等军事领域和数控机GSA、SKF、EWELLIX、MOOGGSA40企 国家/地 产品类 简

19822016RollvisSKFSKF201812TritonPartnersSKFMOOG19513041基本动载荷基本静载荷极限速度--d=30mm据，纳博特斯克销量最高的RV-C和RV-E系列都具有更高的额定输出转矩和减速比，寿命可以达到6000小时以上。与国外产品相比，国产减速器长时间使用后仍42≤1≤1arc≤1≤1≤1≤1≤1≤1≥≥≥≥<<<<<75<75<75<75≤≤5’≤X≤5’≤X≤2.53.153.153.243：RV纳博客斯克（Nab≤1≤1≤1≤1≤1≤1.5≥85%≤X≤85%≤X≤<<<<75<75<75≤≤≤≤≤≤图44：谐波减速器结 图45：谐波减速器轴承结 数据来源：洛阳鸿元轴形、波发生器、加工制造和试验方法等10个分支。从专利申请数量来看，总体结46HD，只有极个别厂家有能力设计新的齿型。轴承、RV减速器轴承、交叉滚子轴承、等截面薄壁轴承等。HDHD可以做高速谐波。除了HD外，其他厂家普遍采用脂润滑。47：绿的谐波发明了全新的谐波啮合齿形“P谐波减速器：柔轮材料长期依赖进口。国内外的谐波减速器柔轮材料基本为0Cr0CrMNiA与0CA微裂纹和尺寸精度的变化，对材料的纯度要求高。相同的原材料，由于国外提纯技术较高、杂质少，因此国产谐波减速器的材料长期依赖进口。48RV。RV外购零部件：部分厂商在轴承、密封圈、滚针、挡圈等零部件会选择外购，轴承是4950：RV51主流制造方 轧 磨 铸 滚滑动丝 滚珠丝 滚柱丝 生产效 精 最 谐波减速器加工过程需要用到齿轮加工机床、三坐标测量机、加工中心、磨床、车RVRV到51404台，同比增长83.36%。图52：热处理设备相关产品主要依靠进口（金额 图53：热处理设备主要依靠进口（数量 0- - -

- 热处理设备进口金额（万美元热处理设备进口总量（

-数据来源：前瞻产业研究院 数据来源：前瞻产业研究院国产热处理设备在设备稳定性、信息化程度、产线集成能力等方面还存在差距，部分厂家部分设备技术水平已经接近国外中高端产品水平。海外领先的热处理设备及D等。国内感应热处理装备制造商综合实力较强的公司为：上海恒精机电设备有限公司，天津天高精度磨床长期依赖进口，秦川机床、重庆机床、南二齿是磨齿机自主研发龙头。最高只能达到6级精度，而磨齿机加工过的齿轮最高可达