人形機器人核心零部件有哪些

（報告出品方/作者：國泰君安證券，徐喬威、張越）

傳統機器人逐漸發(fā)展成型，痛點在于不智能、通用性差

在人形機器人之前，傳統機器人逐漸發(fā)展成型。中國電子工業(yè)學會根據 用途將機器人劃分為工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人三類。其中， 1）工業(yè)機器人是廣泛用于工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器 裝置，可依靠自身的動力能源和控制能力實現各種工業(yè)加工制造功能； 2）服務機器人是除工業(yè)機器人以外的、用于非制造業(yè)并服務于人類的各 種先進機器人的統稱，根據細分應用場景又可分為家用服務機器人和專 業(yè)服務機器人；3）特種機器人在軍事、極限作業(yè)、應急救援等領域可以 發(fā)揮巨大的作用。

傳統機器人與工業(yè)、服務業(yè)行業(yè)增速相關度較高，未來增速可觀。從整 體趨勢上看，傳統機器人受制于 2019 年全球貿易摩擦升級、2022 年新 冠疫情反復的影響，增速有所放緩，其余年份增速較好，后續(xù)增速未來 可期。分類型來看：預計 2021 年全球機器人市場規(guī)模達到 335.8 億美元 （約合 2247 億元人民幣）。其中，工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器 人市場規(guī)模分別約為 144.9 億美元、125.2 億美元、65.7 億美元，占比分 別為 43%、37%、20%。預計到 2023 年全球機器人市場規(guī)模將突破 477 億美元，服務機器人將成為增速最快的機器人細分類別。 傳統機器人行業(yè)發(fā)展的痛點在于不智能、不通用。不智能主要體現在傳 統機器人不能像人一樣感知和思考，痛點在于關鍵算法尚未突破；不通 用體現在需求場景應用受限，“清潔機器人”、“物流機器人”、“軍事機器 人”等概念具有明確的功能屬性。

人形機器人為新型賽道，AI 賦能下迎來重大邊際變化

人形機器人通常指模仿人類物理形態(tài)以及具體行為的智能機器人。人們 可以對人形機器人進行指令控制，使其與人互動并執(zhí)行需要像人一樣靈 巧而智能的任務。相比于傳統機器人，人形機器人的核心突破在于人機 交互，即能夠聽懂人的語言指令并進行分析推斷以及決策執(zhí)行。 “具身智能”的機器人是人工智能的終極形態(tài)。英偉達CEO指出，人工 智能的下一個浪潮是具身智能（Embodied AI）。具身智能指的就是能夠 感知并理解周邊環(huán)境，通過自主學習完成任務的智能體。我們預計目前 快速發(fā)展的自然語言大模型將會對“具身 AI”的研發(fā)有極大的推動作用， 進而催化人形機器人應用落地。

人形機器人的核心突破需具備三個因素。人形機器人具備以下三個因素， 使其和傳統機器人有本質區(qū)別：1）像人一樣有大腦；2）像人一樣有完 整的軀干；3）大腦能對身上各部位各器官進行控制。三者分別對應：AI 大模型（交互模塊）、視覺傳感及感應器等（感知模塊）、電機執(zhí)行器（運 動控制模塊）。

AI 賦能集中在交互模塊。2023 年以來，ChatGPT 的問世被譽為人 工智能的奇點時刻。在 AI 浪潮下，機器人人機交互的能力得到大幅 提升。通過引入多模態(tài)輸入，可以增強模型對于現實對象的理解， 從而幫助其更好地處理具身推理任務。其中，微軟團隊于 2023年 2月發(fā)布《Chat GPT for Robotics:Design Principles and Model Abilities》， 研究人員展示了多個 ChatGPT 解決機器人難題的案例。持續(xù)迭代的 大模型將進一步提升人機交互能力，從而加速人形機器人的落地。

感知模塊復用汽車 FSD系統，視覺感知方案強大。特斯拉人形機器 人主要通過視覺傳感的方式，不涉及激光雷達。其背后的系統算法 與新能源車形成協同，具有技術一致性。具體而言，特斯拉車端打 造 FSD 和 Dojo，人形機器人的視覺識別、場景構建等均采用 FSD 相同的神經網絡學習技術，利用深度學習、大數據分析、Dojo 訓練、 自動標記等算法，Dojo 的巨大算力可提供云端訓練支持。其中，特 斯拉改進的 Occupancy Network 模型，從運算效率到成本控制方面 均優(yōu)于激光雷達方案。

運控模塊采用電機驅動模式。特斯拉人形機器人主要采用電機驅動 的傳統方式，并結合利用微齒輪諧波減速器與絲杠。相比于液壓驅 動，電機驅動的優(yōu)勢在于精度高、精密控制與成本低。此外，特斯 拉尤為重視靈巧手環(huán)節(jié)。為了實現更為精密、復雜的動作，配置靈 巧手是人形機器人的未來趨勢。其核心在于大力矩以及對于力和位 移的感知能力。而要實現這一點，則需借助深度強化學習，使得機 器人從反復試驗中學習迭代。這一過程可能需要上億次的訓練。

產品迭代由來已久，看好特斯拉實現人形機器人夢想

回顧歷史：人形機器人技術不斷迭代，產品推陳出新，大致可以劃分為 以下三個階段：

第一階段：基本功能實現階段（2000 年以前）。人形機器人旨在模仿人 類動作、融入人類生活。從 1973 年第一臺人形機器人面世至今，人形機 器人在模仿人類特征方面碩果累累。2000 年以前，人形機器人已實現行 走、抓握等基本動作。

第二階段：基本功能完善階段（2000 年-2015 年）。在此期間人形機的基 本功能得到完善，實現了跑步、人機交互、簡單的與人溝通、協助人類 完成體力勞動及科研工作。

第三階段：下游應用探索階段（2015 年至今）。根據 2015 年至今人形機 器人的應用市場，目前人形機器人主要應用于協助科學研究、個人護理、 教育、社交等領域，部分機型已實現商業(yè)化。我們認為當前國內外人形 機器人的發(fā)展已經取得一定突破，然而成本高昂、缺乏實用性和商業(yè)化 應用似乎成為了人形機器人發(fā)展的重要阻礙。

未來趨勢 1：從目前開發(fā)的人形機器人進展及對比中我們不難發(fā)現，在 未來發(fā)展趨勢上，人形機器人一致以外形向人類細部特征靠攏，功能具 備真實人類運動、靈活、環(huán)境判斷能力為主。

未來趨勢 2：人形機器人成本及售價呈下降趨勢。伴隨人形機器人技術 的發(fā)展，為迎合市場應用及商業(yè)化的需求，售價也從數百美元降至數萬 歐元，主要原因在于核心零部件成本降低。

重磅玩家入局，看好特斯拉人形機器人夢想。特斯拉于 2023 年 5 月 17 日視頻展示的機器人進展超預期，以及 100 億臺的遠期目標超預期（此 前為 100 萬臺）。我們看好特斯拉做成人形機器人的原因有三： 1）技術和供應鏈可復用和遷移。其中，未來人形機器人的視覺識別、場 景構建等都采用了和汽車 FSD 相同的神經網絡學習技術；人形機器人零 部件價值量占比高，可共用其成熟的汽車供應鏈； 2）降本效應可期。特斯拉規(guī)?；当灸芰σ言谲嚩说玫津炞C，據測算特 斯拉汽車銷量達 37 萬輛時開始盈利，同時從 2017-2021 年，單車固定成 本、可變成本等持續(xù)下降，規(guī)模效應顯著。從決心上看，ASIMO 單臺成 本為 250 萬美元，而特斯拉人形機器人直接將目標價格控制在 2 萬美元。 3）迭代速度與進展可期。2021 年特斯拉首次公布人形機器人項目計劃 Tesla Bot（也稱為 Optimus）；時隔一年，特斯拉便在 2022 AI DAY 上展 示了最新一代原型機，此次展示的機器人已經具備行走、搬運、識別物 品、澆花等基本能力；而在 2023 年 5 月，Optimus 人形機器人已經可以 到處走動、進行擰螺絲、單腿原地跳躍、靈活抓取等精細化工作。 我們認為，特斯拉等重磅玩家的入局，使得人形機器人賽道從曇花一現 逐漸變成產業(yè)趨勢。在特斯拉的穩(wěn)步推進下，其他科技企業(yè)也將快速跟 進，人形機器人產業(yè)有望加速發(fā)展。

產業(yè)趨勢明確可期，長期市場空間廣闊

行業(yè)滲透率提升的關鍵在于技術迭代與降本驅動

乘技術迭代之風，擁抱 AI 新時代

人形機器人的迭代順應了人口老齡化與勞動力成本激增的需要。我們認 為：人口老齡化給社會生產帶來的弊端之一在于勞動力成本的上升以及 全要素生產率的下降。從生產資料角度出發(fā)的解決方案便在于，以 AI 人 工智能為抓手，通過新科技革命帶動生產效率提升。在此背景下，人形 機器人發(fā)展的內在邏輯在于對勞動力的適量替代。 人形機器人有助于解決制造業(yè)勞動力短缺與老齡人口護理等問題。根據 高盛測算數據，如果人形機器人每天工作量達到 8 小時，那么到 2030 年 將填補美國制造業(yè)勞動力短缺的缺口；如果人形機器人每天工作量達到 8 小時，那么到 2035 年將填補全球老年人護理短缺的缺口。因此，我們 推斷：人形機器人或將在歐美等高人力成本國家率先滲透。

人形機器人為搭載 AI 的絕佳載體。在硬件端，人形機器人搭載 AI 能夠 豐富 AI 的表達方式。根據恐怖谷假說，中等偏上程度的仿真是最受歡 迎的（即 70%-90%的相似度）。因此，具有適度仿真的人形機器人擁有 豐富的表情和實體動作，將更受人們歡迎。

技術方案的迭代有助于人形機器人智能化水平的提升。在軟件端，谷歌 發(fā)布 5620 億參數的多模態(tài)視覺語言模型 PaLM-E，其將 PaLM-540B 語 言模型與 ViT-22B 視覺模型的結合，可以將聽覺、視覺等多模態(tài)信息糅 合到一起對機器人進行訓練；微軟基于 NLP 大模型快速迭代，能夠大幅 提高機器人訓練準確度和速度；Meta 發(fā)布 SAM 模型（Segment Anything Model）和 DINOv2 視覺大模型，前者可對照片或視頻一鍵分割，后者可 勝任圖像特征提取工作，從而助力機器人在環(huán)境感知方面的能力提升。 我們認為，AI 技術的迭代使得機器人智能化水平有望持續(xù)提升，并構成 人形機器人在 C 端應用的基礎。

降本后經濟性提升，驅動滲透率加速

對比現有機器人價格，阻礙滲透率提升的因素在于成本過高。歷史上人 形機的成本居高不下：ASIMO 機器人一臺造價在 300-400 萬美金之間， 且只租不賣，而租用 ASIMO 一天需花費約 200 萬日元(約合 12 萬人民 幣)；波士頓動力的 Atlas 則算不上商業(yè)化產品，僅有 MIT 和港中文等高 校有公布拿到了 Atlas 產品；波士頓動力旗下四足機器人在美國售價為 7.45 萬美元，而一般仿人機器人比四足機器人的復雜度要高得多。因此， 要想讓人形機器人負擔得起并實現商業(yè)化落地，單位成本必須大幅下降。 距離 2萬美金售價目標仍有大幅降價空間。馬斯克表示，未來目標是將 人形機器人的成本降至 2-3 萬美元（約合 14-21 萬元）。據優(yōu)必選，根據 量產規(guī)模不同，人形機器人降本進程大致分為 3 個階段：1）千臺小批量 生產，降本 20%-30%至約 10 萬美元；2）萬臺量產級別，降本 50%至 5 萬美元；3）百萬臺大規(guī)模量產，降本 70%-80%至 2-3 萬美元。

類比電車行業(yè)，規(guī)?；a后可實現明顯降本。我們認為：降本工作主 要通過技術方案改進、復用電車平臺減少投入以及量產帶來的規(guī)模效應 等途徑實現。依托優(yōu)秀的供應鏈能力，特斯拉在電車降本方面便已表現 出強勁的實力。2018 年當特斯拉電動車小幅放量，銷量達到 24.5 萬輛 時，Model3 實現整車降本 30%；2022 年當特斯拉電動車滲透率進一步 加速，銷量達到 131.4 萬輛時，規(guī)模效應更加凸顯，下一代汽車平臺實 現降本 50%。我們認為，人形機器人的發(fā)展歷程可參考特斯拉電動車， 兩者可能具有相似之處，在規(guī)?；a后可實現明顯降本。

從環(huán)節(jié)上看，執(zhí)行系統（線性關節(jié)與靈巧手）降本空間最大。相較于工 業(yè)機器人，特斯拉機器人結構更為復雜，活動關節(jié)更多，自由度更高， 核心零部件占比份額更多。根據我們測算，人形機器人約 35%成本來自 執(zhí)行機構、10%來自感知機構、30%來自控制系統，剩余來自動力系統、 熱管理、結構件等。參考汽車，在量產成熟后特斯拉機器人業(yè)務毛利率 保持在 30%左右。在單臺特斯拉機器人售價 17-20 萬元情況下，量產制 造成本在 12-14 萬元左右。根據成本拆分，執(zhí)行機構成本在 4.20~4.9 萬 元。對標目前市場價，執(zhí)行系統降本幅度和空間較大。

利好政策密集頻發(fā)，助力產業(yè)趨勢演繹

利好政策賦能，提供大幅增長空間。2023 年以來，國家先后出臺多項政 策，聚焦技術創(chuàng)新、具體應用，鼓勵幫扶機器人產業(yè)發(fā)展，助力中國機 器人產業(yè)從“做大”到“做強”。在國家層面，工信部等十七部門提出《“機器人+”應用行動實施方案》，計劃制造業(yè)機器人密度較 2020 年實現翻 番；在地方層面，北京和深圳市政府相繼出臺政策，加速人形機器人產 品研制和推廣，開展通用型具身智能機器人的研發(fā)和應用，推動整機產 品在不同典型場景的推廣應用。

遠期規(guī)劃宏大，市場藍海一片

人形機器人市場空間巨大。馬斯克在 23 年股東大會上花費大量篇幅闡 述機器人，不僅展望和遐想了遠期空間：未來人形機器人市場需求將達 到 100 億臺，對應每人 1-2 臺的比例；甚至認為特斯拉長期價值是人形機器人給的，由此可見未來人形機器人市場空間廣闊。 人形機器人產業(yè)鏈分為上游零部件、中游本體制造和下游應用。人形機 器人產業(yè)鏈主要包括核心零部件、系統集成、整機制造等部分，其中上 游核心零部件包括控制系統、伺服驅動系統、機器視覺傳感器、關節(jié)減 速器、芯片等。中游主要為整機本體制造環(huán)節(jié)，下游應用有家庭服務、 公共服務、醫(yī)療護理等。從模塊來看，產業(yè)鏈主要包含軟件端（環(huán)境感 知模塊、智能 AI 芯片模塊、操作系統模塊）和硬件端（運動控制模塊）。

已有部分玩家在人形機器人產品方面取得重大進展。行業(yè)內代表性人形 機器人產品包括特斯拉的 Optimus、波士頓動力的 Altas。后者采用液壓 驅動的方案，從而促成了優(yōu)異的運動性能、更好的承壓能力；前者采用 電機驅動的方案，從而促成了更低的生產和運維成本，更利于商業(yè)化的 落地。國內代表性產品還有小米的 CyberOne、優(yōu)必選的 WalkerX。其中， 精準的運動控制技術能力是產品的核心競爭力之一。2023 年 6 月 14日， 騰訊通過將前沿的預訓練 AI 模型和強化學習技術應用至機器人控制 領域，從而讓機器狗 Max 的靈活性和自主決策能力得到大幅提升。

Tesla Bot 風起，國產零部件起航

關節(jié)采用仿生學關節(jié)設計，6 類執(zhí)行器復用實現身體 28 個自由度（28 個執(zhí)行器）+手部 22 個自由度（12 個執(zhí)行器）。執(zhí)行器分為身體上及手 上的關鍵模組。以特斯拉 Optimus 為例，在身體上有 3 類旋轉和 3 類直 線執(zhí)行器，旋轉和線性（直線）執(zhí)行器各 14 個；靈巧手單手 11 個自由 度和 6 個執(zhí)行器，包括 6 個主動自由度（大拇指 2 個，其余均 1 個） 和 5 個被動自由度。

關節(jié)執(zhí)行器（又稱關節(jié)模組）可分為三類： 1）旋轉執(zhí)行器：主要分布于關節(jié)連接處，例如肩膀、手肘、手腕、腰 部、胯部、膝蓋等。執(zhí)行器一般稱為旋轉執(zhí)行器或者環(huán)形執(zhí)行器，由 無框力矩電機、諧波減速器、力矩傳感器、編碼器、交叉滾子軸承和 向心止推滾珠軸承構成。 2）線性執(zhí)行器：又叫直線執(zhí)行器，用在手臂、大腿等地方。線性執(zhí)行 器是由無框力矩電機、滾珠/行星滾珠絲杠、力矩傳感器、編碼器等構 成。核心是把旋轉執(zhí)行器中的諧波減速器換成了絲杠（包括滑動和行 星滾珠絲杠）。 3）手部結構：每個手有 6 個驅動器，由空心杯電機、微型齒輪、驅動 電路、信號電路、傳感器以及編碼器構成（2 個絕對值編碼器、2 個溫 度傳感器、1 個力傳感器）。 在機電一體化關節(jié)設計中：電機為驅動裝置，減速器作為增加電機功 率的裝置與電機一同使用（提升轉矩），編碼器指示電機旋轉軸的位置/ 角度，傳動裝置傳遞執(zhí)行器和減速器產生的動力（不同部位的傳動方 案有差異）。

電機：需求量與價值量較大的環(huán)節(jié)

電機是將電能轉換為機械能的機電裝置，分類方式眾多。電機有控制電 機與非控制電機之分，作為系統執(zhí)行部件，控制電機更側重扭矩、轉速、 位置輸出特性。在控制電機中，根據控制方法與用途的不同，可分為步 進電機、伺服電機、力矩電機（也叫直驅電機）等。伺服電機和步進電 機是控制電機分類下的主流產品。

伺服電機：精度較高，常使用于閉環(huán)伺服系統

伺服電機可以控制速度，位置精度非常準確。內部的轉子是永磁鐵，驅 動器形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器 反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉 動的角度，伺服電機的精度決定于編碼器的精度。 伺服電機在控制精度、過載能力、速度響應等方面均優(yōu)于步進電機，更 適用于通用自動化和機器人領域。在數字控制的發(fā)展趨勢下，運動控制 系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。

伺服電機市場規(guī)模持續(xù)增長。近年來，中國伺服電機產業(yè)市場規(guī)模呈現 持續(xù)增長態(tài)勢，受益于下游產業(yè)工業(yè)機器人、電子制造設備等新興產業(yè) 市場增容的需求，將繼續(xù)保持較快的增長速度。我國伺服電機市場規(guī)模 從 2017 年的 116 億元增長到 2021 年約 169 億元。經 MIR 估算，2023 年我國伺服電機市場規(guī)模將增長至 197 億元。 伺服系統是能精確控制執(zhí)行機構的自動控制系統。主要由伺服驅動器、 伺服電機和編碼器組成。使伺服系統是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸 出量，隨著輸入量的任意變化而變化的自動控制系統，是工業(yè)自動化的 關鍵零部件，是實現精準定位、精準運動的必要途徑。

無框力矩電機：緊湊的無框架式永磁電機

無框力矩電機，是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機。無 框電機不同于傳統的永磁電機，它只有轉子和定子 2 個部件，因而不再 受制于電機殼體外框的束縛，利用機器的自身軸承支撐轉子，將電機無 縫內置于機器設計中。特點是效率高、安裝便捷，同等扭矩尺寸更小、 更輕量，能滿足協作機器人、人形機器人小型化、輕量化的要求。由于 人形機要求緊湊的尺寸，同時要求實現高功率和高轉矩，因此無框電機 應用于機器人驅動器是必然。

無框力矩電機的核心優(yōu)勢是輸出力矩大、結構緊湊，散熱性好。1949年 由美國 Inland 電機公司（1960 年和科爾摩根光學公司合并為科爾摩根 公司）發(fā)明，用于早期導彈和空間飛行器的慣性制導系統上的傳動萬向 節(jié)?，F在，無框電機的典型應用包括機器人和機器人關節(jié)、武器站、傳 感器的萬向節(jié)、瞄準系統、無人機推進與導航、工廠自動化設備等。 無框力矩電機主要玩家有科爾摩根、步科股份等。海外廠商科爾摩根、 Maxon、日本電產、Moog 電機位列全球無框電機市場第一梯隊，國內供 應商包括步科股份、昊志機電。其中，步科股份在磁路設計等方面壁壘 很高，已經形成了完備的產品線，且通過集成商配套了國內人形機廠商。

空心杯電機：直流永磁的伺服控制電機

空心杯電機本質是直流永磁的伺服控制電機。其特點在于節(jié)能、體積小、 靈敏度高、便于控制。在結構上突破了傳統電機的轉子結構形式，采用 的是無鐵芯轉子，也叫空心杯型轉子。這種新穎的轉子結構徹底消除了 由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，具有非常高的傳動效率。 目前空心杯電機主要用于醫(yī)療、機器人、光學、工程、自動化等行業(yè)。 相比于傳統電機，空心杯電機能在更短時間內響應驅動器指令，并能得到更高加速度，但對生產工藝要求更高，因而在高精度、高速響應等場 景得到了廣泛應用。

空心杯電機為藍海市場，全球空間廣闊。根據 NTCysd 數據，全球空心 杯市場規(guī)模從 2020 年的 44 億增長至 2022 年的 52 億元，到 2028 年將 達 84 億元，人形機器人的快速發(fā)展可能會大幅提升空心杯電機的市場 規(guī)模。此外，受益于較高的工藝壁壘，空心杯電機為藍海市場。無刷空 心杯電機生產的關鍵技術在線型設計和線圈繞制，在動態(tài)過程中的排線 以及張力控制是核心難點。國外知名廠商 Faulhaber 和 maxon 均采用斜 繞組電樞杯，采用自動化設備一次性繞制成型，具有較高的工藝要求（海 外繞線工藝處于保密狀態(tài)）。 大部分份額被外資廠商壟斷，壁壘較高。Maxon（瑞士）、Faulhaber （德 國）等國際知名廠商均已大量申請相關的專利技術。國內主要電機廠商 如鳴志電器、鼎智科技（江蘇雷利）等主要占據中低端市場，產量規(guī)模 較大，但高端市場份額仍然較低。跟海外公司相比，國內公司產品差距 主要在材料選用、本體設計、機電控制等；鳴志電器的優(yōu)勢在于價格低、 服務好、交貨周期更短。

減速器：高精度的關節(jié)傳動，順應柔性化趨勢

減速器的主要原理為通過機械傳動裝置實現對原動機的減速和增矩。從 分類來看，減速器可分為諧波減速器、RV 減速器與行星減速器。在人形機器人的演化歷程中：1）第一代產品采用 RV 和諧波減速器，且有用量 的演繹之爭；2）2022 年 10 月特斯拉公布旋轉關節(jié)方案后，兩者不再演 繹，考慮精度和體積重量因素，使用 RV 減速器的可能性比較低；3）諧 波減速器扭矩小、剛性有限，在髖關節(jié)等不一定滿足需求；以及行星減 速器具有成本低、耐久性好、制造難度小等優(yōu)勢，因而被納入備選方案。 為了實現量產及批量出貨，后續(xù)方案仍有變更調整的可能。

海內外廠商各有所長，交付和產能問題系市場因素。對于國外廠商而言， 優(yōu)勢在于品牌和性能；對于國內廠商而言，性能對應國外廠商的 80%左 右，但在價格、交期方面明顯更優(yōu)。目前，行業(yè)發(fā)展的痛點在于大規(guī)模 交付能力。隨著應用情境的增加以及人形機器人訂單的激增，產能建設 也將得到相應地提升。

諧波減速器：國產廠商市占率提升明顯

諧波減速器：通過柔輪的彈性變形傳遞運動，主要由柔輪、剛輪、波發(fā) 生器三個核心零部件組成。與其他精密減速器相比，諧波減速器使用的 材料、體積及重量大幅度下降。工作原理是：當輸入轉速大于輸出轉速 時，圓盤會因慣性而繼續(xù)運轉。此時曲柄通過齒輪將動能傳遞給圓盤并 改變其運動方向。由于齒輪的齒形不同，從而實現減速的目的。 規(guī)?；a的實現與下游工業(yè)機器人的發(fā)展驅動市場規(guī)模持續(xù)擴大。諧 波減速器行業(yè)受益于政策與下游行業(yè)驅動，預計全球市場規(guī)模從 2017 年 的 23 億元增長至 2022 年的 29 億元，2025 年將達到 48.9 億元，22E-25E 的 CAGR 將達到 19.02%。分市場看，中國市場隨著工業(yè)機器人的放量 與國產替代趨勢加速，行業(yè)增速高于全球市場，22E-25E 的 CAGR 將達 到 23.57%。

日本廠商占據市場主導地位，國產替代正在進行。根據GGII 數據，2018 年國產減速器出貨量市場份額不足 30%，剩余市場份額則由外資品牌占 據。根據華經產業(yè)研究院數據，2021 年日本著名精密減速機廠商哈默納 科市占率為 35.50%，緊隨其后的是國內龍頭綠的諧波，市占率達到了 24.70%，相比 2020 年提升了 3.67pct。

RV 減速器：國產替代仍存在空間

RV 減速器：由行星齒輪減速器的前級和擺線針輪減速器的后級組成； 其剛性好、抗沖擊能力強、傳動平穩(wěn)、精度高，適合中、重載荷的應用， 但 RV 減速器需要傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，保證預期的 工作壽命，因而在設計上使用了相對復雜的過定位結構。 RV 減速器市場規(guī)模增長態(tài)勢較好。從行業(yè)需求來看，RV減速器的需求 可分為新增工業(yè)機器人需求與存量減速器更換需求。根據 GGII 數據， 2022 年中國工業(yè)機器人 RV 減速器與諧波減速器使用量分別為 45.94 萬 臺與 63.96 萬臺，RV 減速器使用數量整體小于諧波減速器。根據 IFR 預 測，2025 年 RV 減速器中國市場規(guī)模有望達到 60.2 億元，全球市場規(guī)模 將達到 99.3 億元。

競爭格局上看，日本廠商納博特斯克具有絕對領先地位。全球超過 60% 的減速器市場份額被日本廠商占據，根據 2021 年數據，日本龍頭企業(yè)納博特斯克一家獨大，市占率 52%。國內廠商市占率較低，主要參與者有 雙環(huán)傳動、中大力德和秦川機床，2021 年市占率分別為 15%、4%、3%。

行星減速器：出口產品仍價值量較低

行星減速器：由行星輪、太陽輪、內齒圈三部分組成，結構簡單且傳動 效率高，利用行星齒輪的速度轉換器，將電機（馬達）的回轉數減速到 所要的回轉數，并得到較大轉矩。 行星減速器已實現大量出口但單臺價值量較低。根據智研咨詢數據， 2021 年中國進口和出口行星齒輪減速器金額分別達到 3.7、3.8 億美元， 但從單臺均價上看，進出口均價分別為 503.52、16.24 美元/臺，出口產 品價值量較低。根據 QYResearch 預測，2022 年全球行星減速器市場規(guī) 模為 9.55 億美元，2029 年市場規(guī)模有望達到 13.48 億美元，2023-2029 期間年復合增長率（CAGR）為 5.02%。 行星減速器市場較為集中，頭部企業(yè)市占率差距不大。根據QYResearch 數據，2022 年全球前五大行星減速器廠商分別為賽威傳動、紐卡特、威 騰斯坦、精銳科技和紐氏達特，CR5 為 52.74%。國內本土企業(yè)有紐氏達 特、中大力德、新時達、國貿股份等。行業(yè)國產化進度較好，產品性價 比較高。

傳統諧波減速器方案 VS新近行星減速器方案。Zhu, Taoyuanmin發(fā)布重 磅論文 Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot,其導師 Dennis Hong 為 UCLA 機器人實驗室 RoMela 的創(chuàng)辦者。根據論文內容：傳統方案為 諧波減速器+力矩傳感器，劣勢在于只能實現相對緩慢和靜止的運動。作 者希望從準靜態(tài)且緩慢移動的設計轉向更接近人類行走和跑步的方式， 并提出了氣隙電機+行星減速器+連桿結構的方案。其優(yōu)點在于不容易因 沖擊負載而損壞，更適合下半身關節(jié)。不同于將執(zhí)行器定位在關節(jié)上， 新近方案采用連桿來移動執(zhí)行器的近端并將運動向下傳遞至實際關節(jié)。 在此情況下，行星減速器或構成替代備選方案，且有低成本優(yōu)勢。以行 星減速器 300 元/個、諧波減速器 1000 元/個進行測算，兩者價差為 2800 元/個機器人，對降本大有裨益。

絲杠：技術壁壘高的核心傳動部件

絲杠，可分為滑動絲杠、滾珠絲杠和行星滾柱絲杠。 1）滑動絲杠：結構簡單但精度較差、屬于滑動摩擦，造成容量損耗。傳 動效率在 25%~40%。主要用于電梯、汽車等領域。 2）滾珠絲杠：屬于滾動摩擦，效率較高、精度較高、高速、價格高，傳 動效率 90%-99%。 3）行星滾柱絲杠：由主絲杠、滾柱、螺母、齒圈、法蘭盤等組成，可實 現直線運動與旋轉運動相互轉換，具有高負載、高精度、高可靠性等特 點，傳動效率 75%~80%。主要壁壘在于設計專利與工藝 know-how，廣 泛應用于機床、工業(yè)機器人和航天航空等領域。

滾珠絲杠在自動化系統中的主要作用是控制各種部件的運動狀態(tài)。例如， 在制造業(yè)中，自動化系統可以將原材料和成品在生產線上進行輸送和轉 移。滾珠絲杠可以使這些部件的運動快速、精確，從而提高生產效率和 質量。 滾珠絲杠在機器人應用方面的主要功能是控制機器人的運動狀態(tài)。機器 人關節(jié)需要進行精確的角度調節(jié)和定位，高精度滾珠絲杠能夠提供高精 度和高重復性的運動控制，保證機器人的動作精度和穩(wěn)定性。例如，直 徑僅為 3.5 毫米的滾珠絲杠，可以推動高達 500 磅的負載并執(zhí)行微米和亞微米范圍內的運動，以更好地模擬人體關節(jié)和手指。

目前在人形機中，我們認為線性關節(jié)=力矩電機+滾珠絲杠較為主流，后 續(xù)關注滾珠絲杠在價格與性能上的突破催化。 行星滾柱絲杠性能極強但加工難度超預期，運用于機器人下肢（大小腿）。 行星滾柱絲杠在工作時，絲杠作為動力輸入端，只繞自身軸線轉動，螺 母通常與負載連接，只沿自身軸線移動，滾柱在螺母和絲杠之間做行星 運動，并且與螺母相對軸向位移為零，與螺母一起沿軸向移動。在周圍 行星布置了 6-12 個螺紋滾柱，有利于達到較高的導程精度，具有高承載、 高速旋轉、高效、高精度等特點。與滾珠絲杠相比，行星滾柱絲杠在承 載能力、傳動效率、壽命方面具有顯著優(yōu)勢。但由于行星滾柱絲杠加工 難度大、加工成本較高等因素，導致其市場應用規(guī)模遠小于滾珠。

全球滾珠絲杠市場規(guī)模穩(wěn)步增長。根據 Extrapolate 統計數據，全球滾珠 絲杠市場預計將從 2021 年的 16.49 億美元增長到 2028 年的 24.69 億美 元，預測期內 CAGR 為 5.20%。其中，工業(yè)自動化的日益普及是推動全 球滾珠絲杠市場穩(wěn)步發(fā)展的主要驅動力，隨著工業(yè)機器人的使用日益增 加，滾珠絲杠市場有望進一步擴張。 海外廠商占據全球主要份額，國產替代大有可為。根據華經產業(yè)研究院 統計，全球滾珠絲杠 CR5 市占率達到約 46%。而行星滾柱絲杠技術壁壘更高，難度更大，國內企業(yè)尚不具備大規(guī)模量產能力，和海外廠商存在 較大差距。

傳感器：感知外界環(huán)境的關鍵部件

力矩傳感器：高壁壘六維力矩傳感器，力控的最優(yōu)解

傳感器可感知外界信息并進行轉化, 使之以可利用的信號形式存在。根 據檢測對象的不同，機器人傳感器可分為內部傳感器和外部傳感器。前 者用來感知機器人自身的狀態(tài)（如位置、速度等），后者用以感知機器人 周邊的環(huán)境（包括通過視覺、嗅覺、聽覺、力覺、溫度等進行感知）。

力傳感器是將力的量值轉換為相關電信號的器件。六維力和力矩傳感器 是指一種能夠在笛卡爾坐標系中同時測量力和力矩并且可以各三個分 量的轉換成為電信號的器件，其廣泛應用于電子行業(yè)、汽車工業(yè)、機器 人、飛行器以及仿生等領域。其優(yōu)勢在于具有 XYZ 三軸，裝在手腕處并 通過牽線的方式感知手指產生的徑向力和法向力。其缺點在于體積大、 價格高。 六維力矩傳感器壁壘高。衡量六維力傳感器性能的主要指標有，量程、 精度、抗過載能力、數據輸出頻率、非線性度、蠕變、遲滯、零漂、溫 漂、軸間串擾等。由于涉及的生產工藝復雜，加上非線性力學特征明顯，對于產品的研發(fā)設計提出了較高的要求，壁壘較高，在國內處于卡脖子 環(huán)節(jié)。主要玩家有：1）國內：宇立儀器（做得最好）、昊志機電（上市 稀缺標的）、柯力傳感（布局高端力矩傳感）；2）國外：ADI、ST。

電子皮膚：或為觸覺終極方案

電子皮膚是目前最具潛力的觸覺傳感器，有望成為機器人觸覺終極方案。 觸覺皮膚使得機器人能夠感知自己的身體何時、何地以及如何交互地接 觸其他事物。機器人若要模擬人體的觸覺，以及實現人體皮膚對溫度、 濕度等外界物理量的感知，則電子皮膚可能是最佳路徑之一。想要復刻 天然皮膚的功能，電子皮膚需要集成各類傳感器和集成電路，并使用柔 性的材料制作，壁壘極高。

機器視覺：賦予機器人“看”的眼睛

激光雷達與純視覺方案的演繹。自動駕駛具有視覺主導和激光雷達主導 兩種主流技術路徑。特斯拉推出的擎天柱沿用了純視覺方案，其測距算 法的關鍵在于用攝像頭的數據生成類激光雷達的點云數據。特斯拉人形 機器人的芯片基于自身 FSD 基礎，唯一需要采購的是 3D 結構光相機； 其中，國外機器人多采用英特爾，而國內多采用奧比中光的雙目結構光。

Optimus 已與 FSD算法打通，機器人在行走時可實現環(huán)境感知與記憶。 特斯拉已經打通了 FSD 和機器人的底層模塊，實現了一定程度的算法復 用。FSD 算法利用傳感器數據進行環(huán)境感知，這些傳感器也可以幫助機 器人感知周圍環(huán)境，識別物體、人和障礙物等。 國內優(yōu)秀企業(yè)已具備全球競爭力，具備整套視覺傳感方案提供商。我國 的傳感器起步相對較晚，在高端傳感器方面的發(fā)展落后于歐美日韓等發(fā) 達國家，但目前已出現?？低?/u>、凌云光、大恒圖像、奧比中光等龍頭。 從業(yè)務上看，國內視覺傳感領域的優(yōu)秀企業(yè)多能提供從硬件到算法的整 套視覺傳感解決方案。