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文档简介
证券研究报告2025年11月21日行业:机械设备增持(维持)执行器之旋转关节,关注摆线减速器的应用——人形机器人行业系列报告(四)核心观点◼
旋转关节具有较高确定性,准直驱驱动器路线渐成旋转关节主流技术方案。旋转执行器通常由电机、减速器、编码器、传感器、驱动器、轴承等组成,与线性执行器相比,旋转执行器的控制算法相对简单,成本较线性执行器低,目前国内企业例如宇树、优必选等厂商发布的机器人多采用旋转关节方案。旋转执行器的技术路线主要包含刚性驱动器、弹性驱动器以及准直驱驱动器这三种类型,准直驱驱动器融合刚性驱动器与弹性驱动器的优势,功率密度高,力控带宽大,抗冲击能力强,成为近年来人形机器人旋转关节的主流技术方案。◼
精密减速器是旋转执行器中的核心零部件,2025-2030年出货量CAGR+86.1%,摆线针轮减速器有望应用于人形机器人。精密减速器主要有谐波减速器、行星减速器、摆线针轮减速器等。1)行星方案:高传动效率,良好的扭矩传递刚性,但传动精度较低。2)谐波方案:传动精度较高,但传动效率较低。目前主流方案为“上肢主要配谐波+下肢主要配行星”。摆线减速器方案具有传动精度高、承载能力强等特点,较行星减速器精度更高、较谐波减速器负载能力更强、较RV减速器体积重量更小,有望应用于人形机器人关节。据MIR预测,伴随人形机器人的量产,2025-2030年精密减速器在人形机器人上出货量CAGR+86.1%。◼
投资建议精密减速器为人形机器人核心零部件,空间广阔,我们认为随着人形机器人逐步量产,精密减速器市场空间将快速扩大。我们维持夏厦精密“增持”评级,建议关注绿的谐波、中大力德、双环传动、福达股份、精锻科技、中鼎股份、豪能股份、蓝黛科技。◼
风险提示人形机器人量产进度不及预期的风险;国产化率不及预期的风险;竞争加剧导致价格下滑的风险;技术落地不及预期等风险;投资建议◼精密减速器为旋转关节核心零部件,空间广阔,我们认为随着人形机器人逐步量产,精密减速器市场空间将快速扩大。我们维持夏厦精密“增持”评级,建议关注绿的谐波、中大力德、双环传动、福达股份、精锻科技、中鼎股份、豪能股份、蓝黛科技。表:布局减速器代表公司估值表2025/11/21EPSPE公司代码公司简称
总市值(亿元)
2025E2026E2027E2025E2026E2027E评级001306.SZ688017.SH002896.SZ002472.SZ603166.SH300258.SZ000887.SZ603809.SH002765.SZ夏厦精密绿的谐波中大力德双环传动福达股份精锻科技中鼎股份豪能股份蓝黛科技52263170323910.990.660.441.480.490.321.270.430.341.400.880.541.800.630.401.450.550.461.591.190.672.160.790.491.640.700.62832181982659163162215212113018增持////////2922187440322626210878161412272117352619资料:除夏厦精密,均来自wind一致预期,甬兴证券研究所3一、旋转关节是关键,准直驱驱动器路线渐成主流1.1
旋转关节是人形机器人的关键关节◼
关节执行器即机器人一体化关节,是影响机器人硬件成本和运动性能的关键部分。关节执行器是驱动机器人执行机构运动1.1
行业回顾:今年以来建筑板块表现优于大盘的组件,通过将电机的旋转运动转化为驱动连杆机构运动,又被称为驱动器或关节模组。据《2024人形机器人产业链白皮书》测算,2023年三大执行器(旋转执行器、线性执行器、灵巧手)价值量占特斯拉Optimus价值量的73%。◼
线性执行器是将旋转运动转换为直线运动输出,而旋转执行器则是输出旋转运动。◼
目前国内人形机器人关节多为旋转关节,代表厂商有优必选、宇树科技、傅利叶、小米等。表:主要人形机器人厂商执行器方案公司优必选智元型号WalkerS1远征A2H1电机无框力矩电机/伺服驱动编码器2个/力矩传感器减速方案旋转/直线旋转//有有/谐波谐波+行星+行星滚柱丝杠行星/宇树科技无框力矩电机有2个旋转小米傅利叶小鹏CyberoneGR-1无框力矩电机/有有有1个有无无有行星旋转旋转/Iron无框力矩电机有谐波+行星+行星滚柱丝杠
旋转+直线谐波+行星+行星滚柱丝杠
旋转+直线谐波+行星+行星滚柱丝杠
旋转+直线开普勒特斯拉先行者K2///有有旋转关节2个+直线关节1个Optimus无框力矩电机有资料:GGII,甬兴证券研究所51.1旋转关节是人形机器人的关键关节◼
与线性执行器相比,旋转执行器的控制算法相对简单,成本较线性执行器低。旋转执行器可实现绕单轴旋转,输出旋转运动,使人形机器人可以完成各种角度的旋转动作,通常应用在需要高扭矩的关节处,例如肩关节、腰部、髋关节等。表:旋转执行器与线性执行器对比分析类别优点缺点多功能性:适用于需要大角度旋转的关节,如肩髋等。成本效益:相比线性执行器,旋转执行器在成本上更具优势,特别是在大规模生产中。空间限制:在需要紧凑设计的关节中可能不适用。运动范围限制:主要提供旋转运动,不适合需要直线运动的关节。旋转执行器成熟度高:伺服电机+减速器方案已达工业级可靠性(>90%效率)。精度保持性好、刚度好:相比较旋转执行器,线性执行器中的行星滚柱丝杠通过预压螺母的形式,易实现传动零背隙,行星滚柱丝杠由于线/面接触,刚度保持性好,更加利于上肢精巧平稳操作。耐冲击能力强:行星丝杠的耐冲击性远远好于谐波传动(谐波,每次的受力齿数较少,柔轮壁厚薄,容易断齿与简裂等),而行星丝杠受力均匀,寿命长。能量效率高:腿部由于行星滚柱丝杠的自锁特性,站立作业时腿部电机无需出力,能量效率高,续航长。空间利用率高:线性执行器可以纵向布局在手臂或腿部,最大限度利用躯干内部空间,可布置体积更大、推动力更大电机。动态特性偏弱:由于高减速比,在同样的功率密度情况下,输出速度偏低,通频带低,不利于高动态运动的实现(相比较于行星减速器关节或液压驱动)。系统集成度低,成本高:由于自锁特性,关节端无法通过电流环的方式感知外力,在做力控时必须依靠关节端额外加装的力传感器,系统集成度偏低,成本较高。目前特斯拉采用的
RVI(反向行星滚柱丝杠)构型,由于加工工艺难度大,无论是否走量,短期价格都很难下来,达到特斯拉规划的2万美元的成本还有很大距离。线性执行器资料:GGII,甬兴证券研究所61.2
准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案◼
准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案。2021年4月丁宏钰等著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,准直驱驱动器主要由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。准直驱驱动器含义是依靠驱动器电机开环力控,不依赖于附加力或力矩传感器,就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力,也被称为本体驱动器。设计的初衷是提高驱动器的扭矩密度,瞬间响应性和抗冲击能力,同时降低成本。◼
准直驱驱动器巧妙融合了刚性驱动器与弹性驱动器的优势,具有功率密度高,力控带宽大,抗冲击能力强等优点,成为近年来人形机器人旋转关节的主流技术方案,在很多产品得到应用,如宇树科技的H1、小米的Cyberone等。准直驱驱动器通过优化结构设计与控制算法,在确保关节性能的前提下,有效降低了制造成本与系统复杂度。它采用低减速比的减速器,使整体结构更为紧凑,同时利用电流环进行力控,节省了力矩传感器的使用成本。基于成本、技术性能与软硬件耦合等多方面的考量,各家人形机器人厂商在驱动器部件选用细节上存在一定的差异。◼
从代表厂商披露的执行器方案来看,主要以刚性驱动器(TSA)方案和准直驱驱动器(PA/QDD)方案为主。图:准直驱驱动器表:主要人形机器人厂商驱动器方案公司型号TSA/SEA/PA优必选智元WalkerS1远征A2H1TSATSA+PAPA宇树科技小米CyberoneGR-1PA傅利叶小鹏/IronTSA、PA/开普勒特斯拉先行者K2OptimusTSA资料
:丁宏钰等2021年4月著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,甬兴证券研究所资料:GGII,甬兴证券研究所71.2
准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案准直驱驱动器技术路线逐渐成为旋转关节主流方案◼
旋转执行器的技术路线主要包含刚性驱动器、弹性驱动器以及准直驱驱动器这三种类型。◼
2021年4月丁宏钰等著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,刚性驱动器主要由电机、高传动比减速器、编码器、力矩传感器和控制板等组成。然而由于元器件工艺和原理上的限制,传统刚性驱动器的功率密度很难达到生物肌肉的水平500W/kg,也解决不了机器人受外部冲击时零部件强度问题,弹性驱动器应运而生。◼
弹性驱动器可以模拟肌肉系统功能,使关节表现出柔顺、安全和高能量效率特性。弹性驱动器的原理主要借鉴Hill肌肉三元素力学模型。然而,弹性驱动器的控制算法相对繁杂,硬件成本亦较高,需要借助精确的力学建模以及先进的控制策略方可实现其柔顺控制功能,这在很大程度上制约了其产业化应用的推进。截至目前,弹性驱动器尚未在人形机器人领域实现大规模推广应用。图:驱动器发展历程图:刚性驱动器图:弹性驱动器资料
:丁宏钰等2021年4月著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,甬兴证券研究所资料
:丁宏钰等2021年4月著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,甬兴证券研究所资料
:丁宏钰等2021年4月著《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》,甬兴证券研究所8二、精密减速器是旋转关节核心零部件,摆线针轮有望应用于人形机器人2.1
精密减速器是旋转关节核心零部件◼
减速器是连接电机和执行机构的中间机构,主要功能是降低转速、增加输出扭矩。减速器通常由齿轮传动、蜗杆传动或齿轮-蜗杆复合传动机构封装于刚性壳体内,作为电机与执行机构之间的中间连接部件。精密减速器是一种高精度、高可靠性的传动装置,具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点,能够对机械传动实现精准控制,主要用于机器人、半导体设备、高端机床等高端制造领域。◼
精密减速器是旋转关节核心零部件。旋转执行器通常由电机、减速器、编码器、传感器、驱动器、轴承等组成。图:旋转执行器组成示意图图:减速器功能示意图资料:
GGII
,Maxon官网,甬兴证券研究所资料:MIR睿工业,甬兴证券研究所102.1精密减速器是旋转关节核心零部件◼
精密减速器主要分为谐波减速器、行星减速器、RV减速器、摆线针轮减速器等。表:精密减速器分类谐波减速器行星减速器RV减速器摆线针轮减速器产品定义通过柔轮的弹性变形传递运动,主要由柔轮、钢轮、
传动结构主要由行星轮、太阳轮、内齿圈
通过多级减速实现传动,一般由
摆线针轮减速器是以应用行三部分组成的精密减速器,其结构简单并
行星齿轮减速器的前级和摆线针
星式传动为基础、以摆线针且传动效率高,多安装在伺服电机上,用
轮减速器的后级组成,组成的零
齿啮合为载体的传动装置与波发生器三个核心零部件组成来降低转速,提升扭矩,精确定位部件较多其他减速器结构类似,构成摆线针轮行星减速器主要分为输入部分、减速部分和输出部分。示意图产品性能应用场景优点体积小、传动比高、精密度高大体积、传动效率高、承载能力强大体积、高负载能力、高刚度承载能力较高,传动精度较高,传动范围大主要应用于机器人小臂、腕部和手部目前行星减速器已应用于四足机器人和小
一般应用于多关节机器人中机座、
主要分布在工业机器人的机型仿人机器人中
座、大臂、肩部等重载位置大臂、肩部等重负载的位置与RV及其他精密减速器相比,谐波减速器使用的材料、
传动效率高,承载力强、抗冲击和振动性
负载能力强体积及重量大幅度下降承载能力较高,传动比大能好,运动平稳。结构简单,成本相对谐波、RV低缺点柔轮易疲劳、扭转刚度较低,长期重载可能影响寿命
单级精密行星减速器传动比小,多级减速
重量、体积较大的长度重量限制其使用场景。精度要求高,生产成本较高资料:觅途咨询,绿的谐波官网,中大力德官网,2022年3月林江海等著《工业机器人用精密减速器研究现状》,2023年6月盛坤著《摆线针轮减速器齿轮传动系统疲劳寿命及可靠性分析》,甬兴证券研究所112.2
谐波减速器具有精度高、体积小等优点◼
谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成。谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波,通过其与刚轮的相互作用,实现运动和动力传递的传动装置,其构造主要由带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)、波发生器三个基本构件组成。其工作原理通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式,当波发生器装入柔轮内圆时,迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状,使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内,成为完全啮合状态;而其短轴处两轮轮齿完全不接触,处于脱开状态,当波发生器连续转动时,迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动,从而实现波发生器与柔轮的运动传递。◼
谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量轻、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。且与一般减速器比较,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、手部等部件具有较强优势。图:谐波减速器结构示意图图:谐波减速器运行示意图资料:绿的谐波招股说明书,甬兴证券研究所资料:绿的谐波招股说明书,甬兴证券研究所122.2谐波减速器性能的关键在于材料和工艺◼
谐波减速器性能的关键在于材料和生产工艺从技术层面来看,谐波减速器主要通过柔轮的弹性变形来传递动力,柔轮在使用过程中容易疲劳断裂,因此对制作材料和生产工艺要求极高。据MIR《2025年中国精密减速器行业发展白皮书》,内资厂商如绿的谐波通过技术创新在产品的精度上与外资巨头哈默纳科差距小,但在柔轮的寿命上,哈默纳科凭借材料和工艺优势仍具有领先优势。◼
谐波减速器凭借高精度、小体积的优势目前在人形机器人领域具有广泛应用前景,但人形机器人对减速器的轻量化有着高要求,国产厂商爱磁科技自消隙塑料谐波通过突破材料限制使得谐波减速器的轻量化明显提升,未来在人形机器人领域或将具有优势。图:减速器生产流程资料:绿的谐波招股说明书,甬兴证券研究所132.2
谐波减速器市场迅速扩大,加速◼
2025-2030年中国谐波减速器在人形机器人上出货量CAGR或高达85.7%。根据
MIR
测算,2024
年中国减速器在人形机器人上的出货约
4.3万台,随着人形机器人产量进一步提升,预计
2025
年中国减速器在人形机器人上的出货将接近30万台。未来长期,人形机器人将在工业场景、服务型场景、户外勘探场景等有更多应用,其对高刚性、长寿命、低回程间隙的减速器的需求更加强烈,将拉动减速器出货持续高速增长。2024
年人形机器人上谐波减速器与行星减速器出货比例呈现
6:4,其中谐波减速器出货近
2.5
万台,预计到2030年中国谐波减速器在人形机器人上出货量规模370.6万台,2025-2030年的谐波出货量CAGR为85.7%。◼
国产企业技术不断突破,谐波市场加速。谐波减速机市场集中度较高,短期内外资主导。2023年哈默纳科市场占有率达40%;国内本体企业不断崛起,绿的谐波在技术上不断取得突破,2023年市场占有率已达18%,且市场份额进一步扩大。图:
2022-20230E年中国谐波减速器在人形机器人上出货量规模(单位:万台)图:2023年中国谐波减速器市场竞争格局其他,
16%大族,
3%哈默纳科,
40%同川,
6%新宝,
7%来福,
10%绿的谐波,
18%资料:MIR著《2025年中国精密减速器行业发展白皮书》,甬兴证券研究所资料:觅途咨询著《2024人形机器人产业链白皮书》,甬兴证券研究所142.3
行星减速器:行星轮通过与太阳轮和内齿圈的啮合实现传动图:行星减速器结构图◼
行星减速机主要由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架等关键部件组成。据2025年4月马群博等著《行星减速机行星轮开裂故障诊断分析》,行星轮通过与太阳轮和内齿圈的精密啮合,实现动力的高效传递和速度的灵活调整。行星轮的结构设计对其整体性能有着至关重要的影响,其材料通常选用高强度合金钢,以有效承受高扭矩和冲击载荷。在几何形状设计方面,行星轮的齿廓需要经过极其精密的计算,以确保与太阳轮和内齿圈的最佳啮合状态,从而显著提升传动效率。此外,表面处理技术如渗碳淬火等也被广泛应用,以提高其耐磨性和抗疲劳性能。图:行星减速器机械参数资料:中大力德官网,甬兴证券研究所152.3
行星减速器:头部企业集中度高,国产化程度有待提高◼
据研究院,2024年全球行星减速器市场规模约为13.67亿美元,预计2025年全球行星减速器的市场规模将达14.71亿美元。精密行星减速机行业头部企业集中度高,外资企业占据主要市场份额,国产化程度有待提高。2023年在主要的十家精密行星减速机企业中,外资企业占据70%的市场份额;其中日本新宝的市场份额最大,占比20%;湖北科峰作为中国市场排名第二、国产品牌中排名第一的精密行星减速器制造企业,其占比为12%。图:
2020-2025年全球行星减速器市场规模(单位:亿美元)图:2023年中国精密行星减速器市场竞争格局161412108日本新宝,
20%其他,
30%湖北科峰,
12%纽氏达特,
9%6摩多利,
3%4威腾斯坦,
3%精锐科技,7%斯德博,
3%纽卡特,
3%中大力德,
5%科茗,5%20202020212022202320242025E资料:QYResearch,研究院,甬兴证券研究所资料:觅途咨询著《2024人形机器人产业链白皮书》
,甬兴证券研究所162.4
RV减速器◼
RV减速器主要包括正齿轮、输入齿轮、RV齿轮、输出轴、针齿等结构。RV
减速器是由渐开线圆柱齿传输线行星减速器构和摆线针轮行星减速器构两部分组成。据《智能制造装备产业专利分析预警报告》,第一级减速的形成执行电机的旋转运动由齿轮轴传递给两个渐开线行星轮,进行第一级减速;第二级减速的形成行星轮的旋转通过曲柄轴带动相距180°的摆线轮,从而生成摆线轮的公转;同时由于摆线轮在公转过程中会受到固定于针齿壳上的针齿的作用力而形成与摆线轮公转方向相反的力矩,也造就了摆线轮的自转运动,这样完成了第二级减速;运动的输出通过两个曲柄轴使摆线轮与刚性盘构成平行四边形的等角速度输出机构,将摆线轮的转动等速传递给刚性盘及输出盘。图:RV减速器图:RV减速器减速原理图资料:《智能制造装备产业专利分析预警报告》,甬兴证券研究所资料:环动科技官网,甬兴证券研究所172.4
RV减速器国产化进程有望加速◼
2023年中国RV减速器市场规模约50.22亿元。RV减速机因刚性好、抗冲击力强、传动平稳、精度高在中、重负载的工业机器人市场得到广泛应用。但因其结构复杂、工艺难度较大,加之生产成本高,因此目前市场主要应用在多关节机器人中。未来在人形机器人领域,因RV减速机有较好的抗冲击能力,有望在人形机器人的下半身的4个旋转关节上有所应用。◼
RV减速机市场被纳博特斯克垄断,中国本土企业技术创新能力不断加强,国产化进程有望加速。RV减速机市场目前仍然被外资品牌的垄断,仅纳博特斯克一家就占据中国70%的市场份额。目前本土品牌RV减速机与外资品牌主要的差距依然还在于控制的精度与稳定性,未来的市场成长空间较大,随着国产技术的不断突破,本土品牌的比重将不断提高。图:2018-2023年中国RV减速器市场单位:亿元)图:2023年中国RV减速器市场竞争格局资料:《华经产业研究院》,甬兴证券研究所资料:觅途咨询著《2024人形机器人产业链白皮书》
,甬兴证券研究所182.5摆线针轮减速器高承载,结构复杂◼
精密摆线减速器是利用摆线针轮啮合原理,通过偏心运动将输入轴的旋转转化为摆线轮的圆周往复摆动,再通过针轮传递输出动力。据2022年3月林江海等著《工业机器人用精密减速器研究现状》,摆线针轮行星减速器承载能力大,因此被广泛应用于如矿山、化工和起重等工程机械领域。◼
摆线针轮减速器是由一级渐开线齿轮传动和二级摆线针轮传动组成。据2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分析及其对振动特性的影响》,摆线针轮减速器减速原理为:由中心轮输入带动行星轮自转同时绕着中心轮旋转,将转速传递至曲柄轴带动摆线轮做偏心运动,最终由输出盘输出转矩。图:摆线针轮减速器工作原理示意图图:摆线针轮减速器结构图资料
:2017年9月李轩著《有侧隙啮合摆线针轮行星传动接触特性分析及实验研究》,甬兴证券研究所资料
:2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分析及其对振动特性的影响》,甬兴证券研究所2.5
摆线针轮减速器难点主要在齿廓优化设计与修形◼
摆线针轮减速器难点主要体现在齿廓优化设计与修形◼
1)齿廓优化设计:需对摆线减速器摆线轮齿廓进行优化,降低放缩量,使得啮合间隙更加紧凑,降低冲击,平衡载荷从而提高摆线减速器寿命。为便于装配并防止摆线轮卡死,常常需要将摆线轮齿廓进行放缩。过大的放缩会导致间隙变大,啮合时摆线轮与针齿轮之间冲击更大,造成寿命降低;同时啮合齿数更少,运转更加不平稳,摆线轮齿受力不均,增加发生故障风险。◼
2)齿廓修形:实际运行中,为解决摆线针轮减速器的振动问题,并确保摆线针轮减速器在制造、加工、安装过程中产生误差以及使用过程中保持良好的润滑、磨损等方面的要求,需要对啮合轮齿间进行修形。摆线轮的齿廓修行方法主要包括移距修形法、等距修形法、转角修形法,以上三种齿廓修正方法除转角修正法不能单独使用外,其它两种方法既可与其它修正方法联合使用也可单独使用。在这些修形技术中,等距-移距组合修形方法因其结合了传统等距修形和移距修形的优点,受到了广泛关注。该方法通过精确控制修形量,不仅能够提高齿轮的承载能力,还能有效降低运行过程中的振动和温升,从而显著提升摆线针轮减速器整体性能。图:移距修形法图:转角修形法图:等距修形法资料
:2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分析及其对振动特性的影响》,甬兴证券研究所资料
:2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分析及其对振动特性的影响》,甬兴证券研究所资料
:2024年6月翟进著《摆线针轮减速器两级齿廓修形分析及其对振动特性的影响》,甬兴证券研究所202.6
目前主流方案为“谐波+行星”,摆线针轮有望应用于人形机器人◼
目前主流方案为“谐波减速器+行星减速器”,其中上肢主要配谐波减速器,下肢主要配行星减速器。上肢关注减速器的体积、重量、精度等。其中精度水平要求中等偏高。下肢关注减速器的扭矩、速度、传动效率、可靠性、稳定性,对精度要求较不严苛。上、下肢减速器配置数量比例接近
1:1,其中上肢主要配谐波减速器,下肢主要配行星减速器。表:人形机器人减速器各关节的具体配置情况关节部位颈部自由度减速器作用主流减速器类型及个数2~3
个
俯仰
/侧摆/转头控制头部姿态,感知方向。谐波
2~3
个。调整上半身姿态平衡,且需承受较大负载。腰部(旋转)
2~3
个
转腰/弯腰/侧摆行星
1~3
个(RV
可能会用)。肩部2~3
个
前后摆/左右展开/肩部旋转控制上肢全方向运动。提供臂展力矩支撑。灵活转腕/操作抓取。谐波
4~6
个(左右肩部各配
2~3个)。谐波
2
个(左右小臂各
1
个)。上肢(*轮式和双足式人形机器人配置情况一般相同)小臂/肘手腕1
个
上下摆动2~3
个
屈伸/旋转/偏摆谐波
4~6
个(左右手腕各
2~3
个)。不同手部驱动方案的配置不同。直驱情况下不采用减速器,间接驱动下分全驱和欠驱
2
种情况:全驱式:通常会用谐波/行星16~30
个(每手
8~15
个)欠驱式:不一定使用减速器,也可通过滑轮/连杆等增扭。谐波/行星
0~2
个(每手
0~1
个)。手部20~30
个(每指
2~3自由度)实现抓握、捏取。合计13~20
个(谐波为主,谐波
12~17
个,行星
1~3
个)*由于手部驱动方案较多,此处不考虑该部位的减速器应用情况。承受全身重量,控制大腿摆动等动作。髋关节3
个
俯仰/侧摆/扭旋转行星
6
个(每条腿配
3
个)。下肢(指双足式人形机器人上的配置情况)膝关节踝关节合计1
个
屈伸垂直支撑/跳跃发力。控制脚部稳定、动态调姿。行星
2
个(左右膝关节各
1
个)。行星
4
个(左右踝关节各
2
个)2
个
俯仰/侧摆12
个(行星为主)。整体合计约
25~35
个左右。资料:MIR睿工业,甬兴证券研究所212.6
目前主流方案为“谐波+行星”,摆线针轮有望应用于人形机器人◼
摆线针轮减速器较行星减速器精度更高,较谐波减速器负载能力更强,有望用于人形机器人关节。当前人形机器人关节模组以行星、谐波减速器方案为主;1)行星方案:高传动效率(>90%),良好的扭矩传递刚性,但传动精度较低(180~300
角秒)。2)谐波方案:传动精度较高(通常<60
角秒),但传动效率较低(一般65~80%),由于柔轮的非线性变形特性,扭矩控制的线性度与响应透明度受限,长期重载可能影响寿命。◼
摆线减速器方案具有传动精度高、承载能力强等特点,较行星减速器精度更高、较谐波减速器负载能力更强、较RV减速器体积重量更小,有望应用于人形机器人关节。科盟创新推出的新型摆线减速器采用了PEEK复合材料主体结构,使得空间压缩30%,抗冲击能力提升200%,适配紧凑型高负载任务。图:轻量化摆线减速器资料:《SZKOMO科盟创新机器人》,甬兴证券研究所222.6
人形机器人产业进一步打开精密减速器市场空间◼
2025-2030年减速器在人形机器人上出货量CAGR+86.1%。根据MIR,随着人形机器人量产能力的提升、以及更多新玩家的进入,2025
年谐波减速器和行星减速器在人形机器人上的出货量均将有大幅增加,其中谐波减速器预计可达近
17
万台,行星减速器预计超
12
万台。据《2024人形机器人产业链白皮书》,2025年全球人形机器人领域为减速器带来的增量空间预计约为8.49亿元,2030年/2035年全球人形机器人带来的精密减速器市场规模分别增至43.24/1726.75亿元。图:2022-2030
E年中国减速器在人形机器人上出货量规模(单位:万台)图:2025E-2030E年人形机器人为全球减速器市场带来的增量空间
单位:百万元谐波
行星
RV50004500400035003000250020001500100050002025E2026E2027E2028E2029E2030E资料:MIR著《
2025
年中国精密减速器行业发展白皮书》,甬兴证券研究所资料:觅途咨询著《
2024人形机器人产业链白皮书》,甬兴证券研究所23三、布局减速器的代表公司3.1
绿的谐波◼
绿的谐波为国内谐波减速器龙头。近年来,公司针对人形机器人等行业的新兴需求,聚焦谐波减速器的轻量小型化技术突破,同等出力情况下减重30%以上。同时开发出灵巧手适用微型谐波减速器,颠覆了传统谐波的加工工艺路线。◼
绿的谐波为头部具身智能机器人企业的核心供应商。2024年,公司完成了年产50万台精密减速器的扩产项目的相关智能化产线的建设调试工作和达产工作,并计划于2025年实现产能的稳步爬坡,目前,该项目已进入全面达产阶段,生产效率和产品良率均达到预期目标。近年来,公司在具身智能机器人核心关节部件领域取得重要突破,自主研发的高扭矩密度谐波减速器和一体化关节模组,已在国内具身智能机器人产业链占据领先地位,成为多家头部具身智能机器人企业的核心供应商。同时,公司的精密传动解决方案已广泛应用于服务机器人、医疗机器人等高精度场景,进一步巩固了在机器人核心零部件行业的技术优势。图:绿的谐波谐波减速器LCSG系列图:绿的谐波2020-2024年归母净利润及增速图:绿的谐波2020-2024年营业收入及增速营业收入(亿元)同比(右)归母净利润(亿元)同比(右)5.004.504.003.503.002.502.001.501.000.500.00120.00%100.00%80.00%60.00%40.00%20.00%0.00%2.001.801.601.401.201.000.800.600.400.200.00140.00%120.00%100.00%80.00%60.00%40.00%20.00%0.00%-20.00%-40.00%-60.00%-20.00%-40.00%2020202120222023202420202021202220232024资料:iFind,甬兴证券研究所资料:iFind,甬兴证券研究所资料:绿的谐波官网,甬兴证券研究所253.2
中大力德◼
中大力德以精密减速器、减速电机等核心零部件及智能执行单元组件为主要产品,形成了减速器+电机+驱动一体化的产品架构。公司相继推出精密行星减速器、RV
减速器、谐波减速器等产品,推出“精密行星减速器+伺服电机+驱动”一体机、“RV
减速器+伺服电机+驱动”一体机、“谐波减速器+伺服电机+驱动”一体机等智能执行单元模组化产品,实现产品结构升级。2024年公司开展RVE系列摆线针轮减速器的研发,该产品加强了主轴承的强度,曲轴轴承的强度,可以在原有外形及安装尺寸不变的情况下,提高承载能力及寿命。图:中大力德2020-2024年历年营业收入及增速图:中大力德2020-2024年归母净利润及增速图:中大力德行星减速器ZB系列结构图营业收入(亿元)同比(右)归母净利润(亿元)同比(右)12.0010.008.006.004.002.000.0030.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%0.900.800.700.600.500.400.300.200.100.0040.00%30.00%20.00%10.00%0.00%0.00%-10.00%-20.00%-30.00%-5.00%-10.00%-15.00%2020202120222023202420202021202220232024资料:iFind,甬兴证券研究所资料:iFind,甬兴证券研究所资料:中大力德公众号,甬兴证券研究所263.3双环传动◼
双环传动深耕机械传动齿轮制造领域四十余年。公司与众多国内外优质客户建立起了深厚的合作关系,并进入了各细分领域中头部企业的供应链体系,形成一批本行业“巨头”客户群。公司具备与国外高端客户合作开展技术攻关和工艺改进的能力,拥有齿轮硬齿面加工磨齿技术、齿轮硬齿面加工硬滚技术、齿轮硬车技术等多项核心技术。◼
子公司环动科技布局精密减速器赛道。环动科技主要从事机器人关节高精密减速器研发、设计、生产和销售,为客户提供覆盖
3-1000KG
负载机器人所需的高精密减速器整体方案。公司主要产品包括
RV
减速器、谐波减速器和精密配件,广泛应用于工业机器人等高端制造领域。其中,RV
减速器是公司核心产品,2024
年销量占比超过
95%。当前,环动科技拥有精密摆线减速器(RV)和谐波减速器两大类。图:环动科技RV减速器结构图图:双环传动2020-2024年历年营业收入及增速图:双环传动2020-2024年归母净利润及增速营业收入(亿元)同比(右)归母净利润(亿元)同比(右)100.0090.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000.0050.00%45.00%40.00%35.00%30.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%12.0010.008.006.004.002.000.00600.00%500.00%400.00%300.00%200.00%100.00%0.00%0.00%-100.00%20202021202220232024202020212022
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