人形机器人行业市场前景及投资研究报告：减速器产业深度

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｜减速器专题研究：人形机器人带来产业深度变局——人形机器人产业系列报告（四）2024

.3.

14核心观点

减速器行业概况：减速器是传动系统核心零部件，随着应用场景的不断扩展，减速器市场规模不断扩大。1）减速器是由多个齿轮组成的常用传动零部件，其通过不同大小的齿轮的啮合传递动力，从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。其作用包括减小转速、增大扭矩、减少运动机构惯量、锁止机构等。2）减速器按用途可分为通用减速器、专用减速器与精密减速器。通用减速器满足基本动力传动需求，专用减速器为特定场景设计，如风力发电齿轮箱等。精密减速器具高传动精度、小回差、大扭转刚度的特点，常用于机器人和高端机床等高精度要求领域。3）随着减速器应用场景不断扩展至人形机器人、新能源等新兴产业，减速器市场规模不断扩大。

精密减速器分析与比较：按结构分为行星、RV、谐波三大类，其各具优势，广泛应用于机器人关节等部位。1）精密行星减速器：①结构：采用单级传动结构，主要由中心轮、行星轮、内齿圈三部分构成。②优点：传动效率高、承载能力强、成本低。③缺点：单级行星减速器减速比小，通常只适用于对精度要求相对不高的运动机构。④应用场景：精密行星减速器常用于数控机床、自动化设备、机器人下肢驱动等场景。2）RV减速器：①结构：采用两级传动结构，包括行星齿轮结构和摆线针轮传动结构。②优点：传动比范围大、传动效率高、平稳性好和刚性强，适用于重负载场景。③缺点：RV减速器存在体积较大和成本高的劣势：由于需要传递较大的扭矩，其齿轮齿数多，附属部件多，导致体积较大。④应用场景：RV减速器常用于自动化生产线、太阳能和风能设备、机器人基座和大臂等重负载场景。2核心观点3）谐波减速器：①结构：谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成，利用柔轮的弹性变形实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合。②优点：传动精度高、减速比大、体积小、重量轻等优势。③缺点：柔轮易发生疲劳破坏，承载能力有限，成本相对较高。④应用场景：谐波减速器常用于医疗设备、航空航天设备、机器人小臂、腕部和手部等轻负载高精度场景。

竞争格局：海外品牌垄断特征显著，加速。1）全球市场：行星减速器德系品牌较强，2022年前三大德系品牌合计市占率达36%；RV、谐波减速器日系品牌垄断，2020年RV/谐波减速器市场中纳博特斯克、哈默纳科市占率分别为61%/82%。2）国内市场：国产化率稳步提升，三大类精密减速器进度不一。①行星减速器：行业格局相对分散，头部厂家以中大力德/纽氏达特等为代表；②RV减速器：海外品牌市场份额较高，头部国产品牌初具规模，2022年双环传动/中大力德市占率分别为15%/4%；③谐波减速器：近年来国产品牌市场份额明显提升,一超多强特征显著，2022年绿的谐波/来福/同川市占率分别为26%/8%/6%。

精密减速器在人形机器人的应用：选型方案各异，影响关节性能。1）人形机器人旋转关节由电机+减速器等硬件组成。减速器搭配电机起到降速增矩的作用，在大扭矩电机情况下，可以搭载低减速比减速器（行星等），此方案具备经济性优势；小扭矩电机情况下，搭载高减速比减速器（谐波等），此方案具备小体积优势。2）应用：①Optimus

主体部分使用3款共14个旋转关节，对应采用14个谐波减速器；②出于经济性考虑，国内主机厂（优必选、傅利叶、智元等）则普遍同时采用含谐波或行星减速器的方案。3核心观点

人形机器人催生精密减速器材料/结构变革，有望成为其发展的重要引擎。1）赛道变革往往打破“工艺刚性”，国产品牌有望破局。①材料变革：乘机器人发展之东风，各头部减速器厂商积极寻求成本更低、性能更优异的核心材料以获取成本优势，强化自身技术优势，抢占市场份额。连铸球墨铸铁成本低、轻量化契合减速器厂商核心诉求。据我们测算，预计2030年连铸球墨铸铁在全球机器人减速器市场总规模达109.35亿元，其中连铸球墨铸铁在人形机器人减速器市场规模有望达50.72亿元，在工业机器人减速器市场规模有望达58.62亿元。②结构改型：RV减速器耐重载、抗冲击性更强，适用于较大载荷的作业场景。人形机器人腰部、髋部等位置受力较大，未来有望使用类RV减速器匹配相应场景。2）精密减速器市场空间预计将显著扩大。2022年全球精密减速器市场规模约为197亿元。我们测算，若全球人形机器人产量达100万台，则有望给精密行星/RV/谐波减速器分别带来20.1/95.6/53.6亿元的增量空间。

受益标的：【恒工精密】连铸球墨铸铁国内龙头，减速器隐形冠军，成长性突出、防御性兼具（“买入”评级）；【中大力德】精密减速器头部企业，一体化战略构筑核心优势（“增持”评级）；【斯菱股份】汽车后市场稳扎稳打，新业务拓展可期（“买入”评级）；【苏轴股份】滚针轴承国产化龙头，多领域同步拓展夯实行业地位（“买入”评级）

；建议关注：【双环传动】、【绿的谐波】、【丰光精密】、【川机器人】。

风险提示：人工智能&大模型技术发展不及预期、下游落地场景拓展不及预期、人形机器人商业化进程不及预期、行业规模测算偏差风险、研报使用的信息存在更新不及时风险等。4123456减速器简介：定义、分类及性能指标目录精密减速器分类与比较：按结构分为行星、RV、谐波三大类精密减速器竞争格局：海外品牌垄断特征显著，加速精密减速器在人形机器人的应用：选型方案各异，影响关节性能C

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S精密减速器材料/结构创新：人形机器人成为重要引擎相关标的盈利预测与估值1减速器简介：定义、分类及性能指标｜领先｜深度｜信诚1.1

减速器定义：传动系统重要部件，是实现降速增距的关键

减速器是连接动力源和执行结构的中间结构。减速器是由多个齿轮组成的常用传动零部件，其通过不同大小齿轮的啮合传递动力，从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。

传动系统是机械设备重要环节，减速器是传动系统降速增矩关键部件。1）机械设备一般由动力、传动与执行三大系统构成，随着现代机械向机电一体化、精密化、自动化、智能化等方向发展，传动系统已成为设备实现机械功能的关键。2）减速器是传动系统降速增矩的重要部件。机械设备通常通过电机带动设备运转，但电机额定转速不能得到完全使用，通过减速器即可实现降低转速、增加扭矩的目的。此外，减速器还具有减少运动机构的惯量、锁止机构等作用，被广泛应用于化工机械、农业机械、精密机床、机器人等领域。图表：不同传动方式图表：减速器作用减

速

器

作序

号介

绍用在电机的很多使用场合中、很难完企去使用电机的额定转速，因为这牵涉很多其它的功能需求和匹配的原则，所以需要对电机的转速进行减速。1减小转速减速机在降速的同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比23增大扭矩带传动链传动液压传动齿轮传动减小运动机

减速同时降低了负载的惯量，惯量的减构的惯量

少为减速比的平方气压传动涡轮蜗杆减速机有一个非常重要的功能，那就是锁止机构，当它的减速比达锁止机构

到一定的比值后，它几乎可以完全屏蔽掉运动机构对电机的反向冲击，甚至是完全锁止整个机构的运动。4：维库仪器仪表网，中泰证券研究所：太平洋汽车，中泰证券研究所71.2

减速器常用性能指标

减速器常用的性能指标包括：减速比、输出扭矩、传动精度、背隙、传动效率等1）减速比：图表：减速器齿轮间啮合示意图①定义：瞬时输入速度与输出速度的比值，是衡量减速器减速性能的指标。减速比越大，降低的转速越多，输出的速度越慢，增加的扭矩越大。②决定因素：由相互啮合的齿轮间的不同齿数决定。③公式：a.定义公式：减速比=输入速度/输出速度b.齿轮系公式：减速比=从动轮齿数/主动轮齿数④其他说明：按照传动级数不同，减速器可分为单级减速器和多级减速器。多级减速器的传动比等于每个单级传动比相乘之积。2）输出扭矩：①定义：输出轴上产生的扭矩大小，是衡量电机动力输出大小的指标。输出扭矩越大，减速器可驱动的负载越大。同体积减速器实现的输出扭矩越大，其能量密度越大。：直观学汽车，中泰证券研究所②决定因素：减速器的设计、齿轮传动比、输入功率和输入转速等。③公式：T=9550*P/n。P是电机的额定（输出）功率，单位是千瓦（KW）；n是额定转速，单位是转每分

(r/min)。扭矩通常以牛顿·米（Nm）作为单位表示。（常数9550是为了将功率单位从瓦特和转速单位从rpm转换为扭矩单位牛顿·米而引入的。这个常数在计算中起到单位换算的作用。）81.2

减速器常用性能指标

减速器常用的性能指标包括：减速比、输出扭矩、传动精度、背隙、传动效率等3）传动精度：①定义：工作状态下，输入轴单向旋转时，输出轴的实际转角与相对理论转角的接近程度，是对减速器质量的评估。传动精度越高，减速器越能准确地控制输出转速与扭矩。②决定因素：设计（如齿轮间隙）、加工（如齿轮加工精度）、组装（啮合传动误差）、润滑和使用环境等。③其他说明：精密工作场景下（如机床加工、精密仪器）的精度要求较高。4）背隙：①定义：将输出端固定，输入端顺时针和逆时针方向旋转，使输入端产生额定扭矩+/-2%扭矩时，减速机输入端产生的微小角位移，是影响减速器精度的一个重要因素。背隙也称回差或回转间隙，其数值越小，减速器的精度越高。②决定因素：加工和装配误差、传动元件松动、弹性变形等。③单位：弧分（arcmin），1度=60弧分，1弧分=60弧秒。5）传动效率：①定义：输出功率与输入功率的比值，是对减速器功率转换效率的评估。传动效率越高，减速器在输入功率与输出功率之间的损失越小，其能源利用率越高。②决定因素：轴承、齿轮和密封件等部件的质量；传动链的摩擦和间隙；温、湿度是否合适；是否定期润滑等。91.3

减速器种类：按用途可分为通用、专用、精密减速器

减速器按用途分三大类：通用减速器、专用减速器和精密减速器1）通用减速器是一般传动减速器，其规格以中小型为主，可广泛应用于各个行业，例如工业齿轮箱、输送机械等。其控制精度较低，可满足机械设备基本的动力传动需求。主营通用减速器的代表企业包括国茂股份等。2）专用减速器是根据特定需求设计和制造的减速装置，其规格以大型、特大型为主，可根据特定应用或行业需求进行优化设计，例如风力发电齿轮箱、冶金齿轮箱。主营专用减速器的代表企业包括万里扬、双环传动等。3）精密减速器是传动链误差达到特定精度以上的减速器，多用于精密控制领域。精密减速器通常具有传动精度高、扭转刚度大、传动效率高等优点，目前常被用于工业机器人、高端机床等高精度制造领域。根据结构不同，精密减速器常被分为精密行星减速器、谐波减速器、RV减速器。主营精密减速器的代表企业包括中大力德、秦川机床、绿的谐波等。4）整体来看，通用减速器适用于广泛的应用领域，专用减速器针对特定需求进行设计，而精密减速器则提供高精度的运动控制和定位能力。图表：各类减速器示意图通用减速器专用减速器精密减速器齿轮减速器蜗轮蜗杆减速器风力发电齿轮箱冶金齿轮箱精密行星减速器谐波减速器RV减速器：国茂股份、科峰智能招股说明书，中泰证券研究所102精密减速器分类与比较：按结构分为行星、RV、谐波三大类｜领先｜深度｜信诚2.1

精密减速器：乘机器人发展东风，广泛应用于机器人关节驱动

精密减速器定义与分类1）精密减速器是一种高端设备传动装置，可以提供更高的控制精度，匹配适当的转速并传递所需的转矩，对于机器人等高精度设备尤为重要，根据不同的构造和传动方式，可分为行星、RV、谐波等类型。2）行星减速器：精密行星减速器结构简单且传动效率高，多安装在伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，精确定位,其常被用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节。3）RV减速器：RV减速器的名称于旋转矢量（RotaryVector）减速器的简称，最早由日本发明，用于实现高扭矩输出和高精度的旋转运动，通常适用于机器人基座、大臂、肩部等重负载的位置。4）谐波减速器：谐波减速器由于其体积小、重量轻，结构简单紧凑，传动精度高，更适合应用于3C、半导体、医疗器械等行业的工业机器人之中，主要适用于机器人小臂、腕部、手部等部件。图表：不同减速器外观行星减速器RV减速器谐波减速器：绿的谐波官网、今日减速机、中泰证券研究所122.1.1

精密减速器零部件加工工艺概述

原材料制备阶段：根据设计要求选择合适的原材料，并进行初步处理的过程。图表：减速器原材料1)主要原材料：Cr40（标准钢）、GCr15（高碳铬轴承钢）、42CrMo(调质钢适用于制造轴)、17CrNiMo6（渗碳钢适用于制造硬齿面齿轮和轴）以及球墨铸铁等金属材料。2)其他原材料：润滑油、密封材料等。3)一般工序：对原材料锻造、热轧、冷作、切割等预处理，调整材料的结构和性能，确保获得适当尺寸和形状作为起始材料。

粗加工阶段：去除毛坯上因铸造、锻造产生的不规则表皮，按零件要求加工到适当余量的过程，是精加工的准备工序。1)特点：加工精度较低、切削速度小、进给量和吃刀量大、表：阿里巴巴17CrNiMo6面较粗糙。2)主要工序：使用卧式车床进行齿圈外圆、孔等部位的粗加工。

精加工阶段：提高加工精度，降低表面粗糙度的过程。1)特点：去除材料少、切削速度大、进给量和吃刀量小，实现更高的精度和表面质量。2)加工设备：数控车床(车削加工)、磨床(磨削加工)、摇臂钻床(螺栓孔加工)、立式插齿机(插齿)。③主要工序：半精车孔和半精车外圆、精车端面和磨端面、精车孔和磨孔、精插齿等。球墨铸铁：恒工精密官网、中泰证券研究所132.1.1

精密减速器零部件加工工艺概述

热处理阶段：通过加热、保温和冷却，来获得预期组织和性能的过程，主要分为预备热处理、最终热处理两个阶段。1)加工设备：高、中、低温炉(综合选用)、普通氮化炉(氮化处理)。2)预备热处理阶段：对毛坯进行正火和调质热处理（退火和淬火），回火后提高齿圈刚度、硬度和耐磨性，消除粗加工应力，使工件具备综合机械性能。3)最终热处理阶段：采用齿圈整体氮化，通过氮原子扩散改变表面力学性能和理化性质，且氮化过程温度较低，渗氮后的变形很小，可满足零部件的加工要求。

装配阶段：将各个零部件按照设计要求组装在一起，并进行调试和校准，最终形成完整的减速器系统的过程。1)测试和校准：测试包括空载测试、负载测试、振动测试等，以验证减速器的性能和可靠性；如果减速器设计允许，可进行必要校准，如齿轮啮合间隙、轴向间隙等的调整，以优化性能。2)润滑和防腐处理：在装配过程中进行适当的润滑，确保齿轮、轴承等摩擦部位良好润滑。同时进行防腐处理，增强零部件的耐腐蚀性。图表：热处理的“四把火”—正火、退火、淬火、回火工序名称正火定义目的将工件加热至727℃到912℃之间保温一段时间后，从炉①去除材料的内应力；②增加材料的硬度。中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的过程。将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的过程。①降低硬度，改善切削加工性；②消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；③细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；④均匀材料组织和成分，改善材料性能退火淬火将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的过程。①提高钢件的机械性能,诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等；②改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性将过淬火过的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，

①消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；②调整工件的硬度、强度、塑性和韧保温一段时间后在空气、水、油等介质中冷却的过程。

性，达到使用性能要求；③稳定组织与尺寸，保证精度；④改善和提高加工性能。回火14：今日减速机、中泰证券研究所2.2

行星减速器：结构简单高效，运行平稳、抗冲击

精密行星减速器构造：精密行星减速器核心部件由太阳（中心）轮、行星轮、内齿圈三部分构成。

精密行星减速器运行原理：①行星齿轮减速器的动力来自电机，电机带动输入轴旋转，其通过浮动齿套使中心轮转动，中心轮与行星轮啮合带动行星轮转动。②行星轮通过周转驱动行星架旋转，行星架与输出轴通过螺栓联接在一起，带动输出轴输出扭矩。③由于行星轮齿数多于中心轮齿数，从而能够达到减速的目的。

精密行星减速器优势：1）传动效率高。行星减速器传动结构对称，均匀分布的行星轮使得作用中心轮与行星架轴承的反作用力相互平衡，能有效提高传动效率，单级传动效率可达97-98%。2）结构简单，成本相对于谐波、RV低。3）承载能力强、抗冲击和振动性能好，运动平稳。多个行星轮的使用增加啮合齿数、分担载荷，对称结构使得惯力平衡，提高了减速器的承载能力。图表：行星减速器原理图表：行星减速器结构示意图:工业机器人视频号，中泰证券研究所：《一种高性能移动机器人一体化关节模组设计》，中泰证券研究所152.2

行星减速器：结构简单高效，运行平稳、抗冲击

精密行星减速器劣势：图表：行星减速器生产流程单级精密行星减速器传动比小，多级减速的长度、重量限制其使用场景。单级行星减速器减速比一般不小于3，最大一般不超过10，级数一般不超过3级

精密行星减速器主要零部件加工：由于各部件的功能不同，加工工艺存在一定差异。其中，齿轮、行星架、内齿圈是行星减速器中的关键部件：1）齿轮加工工艺难点：需要采用专用高速数控干切滚齿机配套高速系列干切滚齿刀具联合加工，确保尺寸和形状符合设计。2）行星架加工工艺难点：相较于齿轮加工，行星架加工添加了调质和精加工行星孔环节，需要使用自动化组合加工机床及组合夹具实现工行星孔的精加工序。3）内齿圈加工工艺难点：相较于行星架和齿轮，由于内齿圈的内部结构为齿槽和齿形，而且其尺寸相对小巧，所以内齿圈对高精度的匹配性和传动效率有更严格的要求，因此采用特殊的内部齿轮车削工艺用于确保齿轮形状和精度符合设计标准。：《机器人关节精密行星齿轮减速器关键生产工艺设计》，中泰证券研究所162.3

RV减速器：扭矩输出高，设计精密、承载力强

RV减速器构造：RV减速器由第一级渐开线行星传动和第二级摆线行星传动组合而成，其常被应用于多关节机器人机座、大臂、肩部等重负载的位置。承载能力强、高刚度，但成本高、体积大，适用于重负载场景。

RV减速器运行原理：1）一级减速装置（行星齿轮结构）：①输入齿轮（太阳轮）与电机同步旋转，带动2-3个行星轮。行星轮由于齿数较多且形状较大，其转动慢于输入轴，实现第一级减速。②一级减速比=行星齿轮数/太阳齿轮数2）二级减速装置（RV齿轮传动）：

①曲柄轴上的偏心部分与滚针轴承相连接，通过滚针轴承装入第一个RV齿轮，RV齿轮（摆线轮）在凸轮的带动下随曲柄轴做圆周摆动。②滚针轴承上同时有第二个RV齿轮，前后两者的相位差须为180度，用于抵消径向跳动，进而实现RV齿轮之间的交错圆周摆动。③外壳内侧有与RV齿轮齿距相等的针齿，其齿数比RV轮齿数多一个。曲柄轴旋转一圈，RV齿轮在针齿的作用下做一圈偏心运动，实现第二级减速。④二级减速比=针齿壳齿数/（针齿壳齿数-RV齿轮齿数），总减速比=一级减速比*二级减速比图表：RV减速器原理图表：RV减速器结构示意图17:，中泰证券研究所：中大力德官方微信视频号，中泰证券研究所2.3

RV减速器：扭矩输出高，设计精密、承载力强

RV减速器优势：1)高扭矩输出。RV减速器精密的齿轮结构设计以及相对较大的体积，其能够在在高扭矩应用下表现出色。2)平稳性好，承载能力强。RV减速器低速级摆线轮结构为180°对称分布，使得摆线轮的结构受力均匀、啮合次数增加，提高了减速器传动的平稳性和减速器的承载能力。3)减速比范围较大，传动效率高。RV减速器采用两级传动结构，故其传动比的范围较其他结构的减速器更大，传动效率更高。根据测算，RV减速器的传动比可在31-171范围内浮动，同时传动效率可达85%-92%。

RV减速器劣势：1)体积较大。为了实现较大的扭矩传递能力，RV减速器齿轮的齿数相对较多且其附加的轴承、润滑系统和密封件等附属部件较多，这些导致RV减速器体积较大。2)成本较高。RV减速器的制造过程相对复杂，需要高精度的加工工艺和特殊的制造设备。这使得生产和装配过程更加复杂和耗时，增加了制造成本。图表：RV减速器第一级减速装置为行星齿轮减速器图表：RV减速器第二级减速装置为摆线针轮传动18：今日减速机，中泰证券研究所：今日减速机，中泰证券研究所2.3

RV减速器：扭矩输出高，设计精密、承载力强

RV减速器主要零部件加工：1）曲柄轴加工工艺难点：曲柄轴的核心制造环节：两曲柄轴外花键与曲柄偏心相位关系一致性的工序控制。①由于两曲柄轴的相位差设置为180°才可使工作中两曲柄轴外花键的动作协调，从而提供平稳、可靠的运动输出，所以两曲柄轴需要成组加工、依次精磨。②先定位板和偏心定位块对曲柄轴的偏心距进行定位，专用工装在曲柄固定的情况下完成一个曲柄轴的精磨，然后将偏心定位板和偏心定位块旋转180°，磨削工装按照同一工序精磨另一曲柄。2）摆线轮加工工艺难点：摆线轮的核心制造环节：曲柄轴承孔、外齿形的加工和两端面的加工。①为保证两轴承孔的位置精度及两摆线轮外齿形的一致性，加工流程常使用高精度的精磨轴承孔手动夹具、成型磨手动夹具。②由于摆线轮端面在热处理后易变形，加工过程会结合淬火工序中对热力学的仿真分析及实际生产的数据，确定合适的磨削量，用平面磨夹具对其精密磨削，从而达到高平面度、高平行度的要求。图表：曲柄轴加工流程图表：摆线轮加工流程序

号1工

序

名

称取料工

序

描

述根据尺寸选取适合的毛坯件粗车外圆及两端面序号1工序名称工序描述精密锻造

直接锻造成型并留一定的加工余量等温退火

消除残余应力、降低硬度，方便后续加工抛丸处理

清除锻造和退火加工留下的表面氧化层渗碳淬火

提高表面硬度、耐磨性和接触疲劳性能2粗车23粗磨粗磨曲柄及主轴外圆组滚渐开线外花键34粗滚45粗车根据偏心距粗车两曲柄渗碳淬火，深度为0.9-1.2mm精滚渐开线外花键5回火粗磨精磨消除内应力、减小变形、提高工件性能6淬火6粗磨摆线轮两端面、齿廓曲面、中间及轴承孔精磨摆线轮两端面、齿廓曲面、中间及轴承孔7精滚78精磨精磨主轴及两曲柄外圆检验加工精度是否满足要求入库保存8表面清理

清洗零件磨削残留的铁屑和磨削液9检验9检验入库检验加工精度入库保存10入库1019:《RV减速器关键零部件工艺设计及综合性测试》，中泰证券研究所：《RV减速器关键零部件工艺设计及综合性测试》，中泰证券研究所2.3

RV减速器：扭矩输出高，设计精密、承载力强

RV减速器主要零部件加工：图表：针齿壳加工工艺3）针齿壳加工工艺难点：针齿壳的制造核心在于铸造完成后的热处理，以及角接触球轴承支撑孔和滚针孔的精密加工。①针齿壳的热处理环节：序号工序名称铸造工序内容工序描述供需装备铸造机精密铸造的品质取决于砂型在模具中造型的质量，砂型的造型越精准，毛坯件所需的加工余量越少将球磨铸铁QT-600精密铸造成针齿壳坯件1针齿壳在铸造过程中由于壁厚不均可能产生较大内应力，为使金相结构符合要求，多采用低温退火工序，以消除毛坯内应力并增加零件硬度。②针齿壳两端角接触球轴承支撑孔的加工环节：支撑孔的制造过程要求达到高度专业化，尤其需要对尺寸精度、形位公差和表面粗糙度进行严格控制，因为任何一项不满足要求都可能引发异常的震动和噪音问题。保温的温度和时间以及冷却的速度决定了零件的硬度和铸件金相组织结构2热处理低温退火处理退火炉铸件表面除锈，抛丸时间会影响零件表面粗糙度，时间不宜过长345表面处理表面处理表面处理抛丸处理转台式抛丸机清洗机清洗时间、清洗液温度会影响零件的加工精度表面清洗处理磷化处理磷化时间、磷化温度决定了零件的硬度中轨双层磷化设备③针齿壳中滚针孔的加工环节：对针齿壳的平面、内孔、针销孔进行粗加工切削速度、进给量、背吃刀量、加工中心6粗加工加工中心RV减速器的滚针安装在半径小、长径比大的半圆形滚针孔中，滚针孔需具备较高加工精度。加工过程中首先对针齿壳内缘的半圆孔进行整圆加工，接着通过铣削去除多余部分，最后在立式齿轮磨齿机上采用成型砂轮进行滚针孔的磨削。保温时间、保温温度决定了零件的硬度78热处理淬火回火处理深冷稳定处理多用淬火炉深冷设备保温时间、保温温度决定了零件的加工精度稳定处理对针齿壳的平面、内孔、针销孔进行精加工切削速度、进给量、背吃刀量、高精度磨齿机9精加工检验磨齿机针齿壳检验，成品入库10检验规程、保管规程三坐标测量机：《RV减速器针齿壳零件加工工艺设计与分析》，中泰证券研究所202.4

谐波减速器：设计紧凑轻巧，减速比大、传动精度高

谐波减速器构造:谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成。

谐波减速器运行原理:1)谐波减速器通过柔轮变形产生的周期性波动来实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合，从而完成运动与动力的传递。2)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。图表：谐波减速器原理图表：谐波减速器结构示意图：来福谐波，中泰证券研究所：绿的谐波招股说明书，中泰证券研究所212.4

谐波减速器：设计紧凑轻巧，减速比大、传动精度极高

谐波减速器优势：1)传动精度高。多齿在两个180度对称位置同时啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，可得到极高的位置精度和旋转精度。2)减速比大。单级谐波齿轮传动的减速比可达30-500，且结构简单，3个基本零部件就可以实现高减速比。3)体积小、重量轻。谐波结构简单零件少，在输出力矩相同的情况下，体积可减少2/3，重量可减轻

1/2。4)无背隙设计。谐波减速器的柔轮和刚轮啮合间隙可通过微量改变谐波发生器的外径，而做到无侧隙啮合。

谐波减速器劣势：1)柔轮易发生疲劳破坏，刚性差，承载能力有限。柔轮不断发生变形来传递扭矩的，易引起材料疲劳损坏，随着使用时间增长，运动精度也可能会显著降低，影响扭矩和冲击载荷的能力。2)成本相对精密行星减速器高，但低于

RV

减速器。3)散热条件差。由于其传动精度高且结构紧凑，柔轮于钢轮的摩擦会产生额外热量，从而影响谐波减速器的稳定性和寿命。

谐波减速器主要零部件加工：柔轮、钢轮和波发生器是谐波减速器核心关键零部件，而且柔轮与波发生器最为复杂，主要是因为这两个元件的加工精度和处理要求相对较高。1）柔轮加工工艺难点：柔轮的加工一般包括十字镦锻、强力旋转和精密车削等步骤。①十字镦锻阶段：需要通过不同方向的毛坯镦锻，结合强力旋转，实现柔轮毛坯初步成形，采用变形强化替代传统热处理。222.4

谐波减速器：设计紧凑轻巧，减速比大、传动精度极高②热处理阶段：需要将原材料分别在不同的特定温度范围内进行锻造和淬火处理，进而调整硬度提高柔轮性能。③强力旋转阶段：需要通过旋转方式使毛坯逐渐挤出形成柔轮形状，提升机械性能和硬度，同时采用精密车削技术确保柔轮的几何精度。2）钢轮加工工艺难点：刚轮作为内齿刚性齿轮结构，其面临内部齿廓小模数、多齿数、齿形加工等难点，其齿廓偏差要求达到极高精度，所以使用高精度数控机床进行精密加工，保证几何形状和尺寸的精确度。3）波发生器加工工艺难点：波发生器的生产加工过程采用精密成形工艺，涉及高精度数控加工和模具制造，确保波发生器的几何形状和尺寸高度精准。加工过程在微米级别进行高精度加工，同时适应成批生产，进而确保波发生器的一致性和稳定性。图表：谐波减速器主要零部件23：

CAD画家，中泰证券研究所3竞争格局：海外品牌垄断特征显著，

加速｜领先｜深度｜信诚3.1

全球市场：海外品牌垄断特征显著

全球精密减速器行业格局，呈现海外品牌强垄断特征。全球RV、谐波减速器日系品牌垄断，行星减速器德系品牌较强。从品类看，2022年全球行星减速器市场赛威传动、纽卡特、威腾斯坦三大品牌合计市占率达36%，2020年纳博特斯克在全球RV减速器市占率为61%，2020年哈默纳科在谐波减速器市占率为82%。图表：行星减速器、RV减速器、谐波减速器全球行业格局行星减速器减速器RV谐波减速器其他,11%赛威传动,12%其他,17%其他,47%绿的谐波,纽卡特,斯洛伐克7%12%SPINEA,

4%威腾斯坦,日本纳博特斯克,61%12%日本住友,17%哈默纳科,精锐科技,10%82%纽氏达特,7%：QYResearch，绿的谐波招股说明书，中泰证券研究所；注：精密行星/RV/谐波减速器分别为2022/2020/2020年情况253.1

全球行业格局成因：先发优势+壁垒高筑

复盘哈默纳科成长史：工业机器人产业驱动，自身产品持续升级构筑行业高壁垒。•

1955年，美国发明家C.WMusser发明谐波齿轮传动机构（Strainwavegearing），并以此名称取得专利。1964年，哈默纳科前身长谷川齿轮株式会社与拥有谐波专利的美国USM公司进行技术合作，引进谐波齿轮传动技术。1970年，两企业共同出资在东京成立了HarmonicDriveSystemsInc.，汉译哈默纳科，将谐波传动技术正式商业化。•工业机器人产业发展是公司业务规模增长的主要驱动。谐波减速器由于独有的结构特征所具有的运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等优点，使其在工业机器人领域得到广泛应用。1980s以来，工业机器人产业发展迅速成为哈默纳科营收成长牵引力，哈默纳科历史营收增速与全球工业机器人安装量增速具有一定相关性。截至2022年，哈默纳科营业收入按用途划分，工业机器人占比达49.5%，其后为半导体制造设备、电机制造设备、工作机械及平板显示器制造设备等，占比分别为17.5%、4.9%、3.9%、2.6%。图表：1980s以来工业机器人成为重要成长级图表：工业机器人是哈默纳科主要营收图表：哈默纳科营收增速与全球工业机器人安装量增速具有一定相关性26:哈默纳科年报，中泰证券研究所：哈默纳科年报，中泰证券研究所：Bloomberg，wind，中泰证券研究所3.1

全球行业格局成因：先发优势+壁垒高筑

技术持续突破，产品体系不断升级，构筑行业高壁垒。哈默纳科自成立以来产品体系持续升级，致力于提升谐波减速器的强度、刚性、寿命、减速比、重量及体积等性能。1988年，公司开发IH新齿形；1991年公司设计缩短轴方向长度约1/2，亦同时开发易于组装的模组型产品；1999年，公司开发CSG系列提升寿命及减速比；2000-2013年，公司追求小型/轻量化开发了CSF/CSG等系列。目前主力产品CSD系列与1981年的CS系列相比，厚度降为1/5，动力传动增加1倍，并成功达到高扭矩及高旋转精度的高性能。

开发机电一体化产品，致力于提供精密运动控制系统。在哈默纳科德产品概念图里，始终保持这一基本方针：形成以减速器、传感器、驱动器、控制器、工具等其他要素组成的产品体系，打造精密运动控制系统。机电一体化产品作为公司除减速器类别外其他产品的统计归口，2000-2022年营收占比基本维持在20%左右。图表：哈默纳科技术持续突破，产品体系不断升级图表：哈默纳科致力于建立精密运动控制系统:哈默纳科产品目录，中泰证券研究所：2022年哈默纳科投资者指南，中泰证券研究所273.2

国内市场：国产化率稳步提升，三大类精密减速器进度不一图表：工业机器人是精密减速器最重要的下游，工业机器人减速器国产化率稳步提升45%2018下半年-2019年：2018年下半年，机器人行业骤然变“冷”，再加上新晋厂商41.6%40.6%40%35%30%25%20%15%10%的增加、产能扩充完成等因素影响，减速器市场供需格局由“供不应求”转向“供过于求”

。不完全统计，国产RV减速器厂家从2014年的约50家减少至2018年底约10家。2023年：各减速器企业在产品类别上横向延伸，并向机电一体模组化发展；在产品性能上亦有新的突破，向大负载、高速化及轻量化、小型化“两极”发展，同时布局人形机器人领域。36.5%30.1%28.2%2013-2015年：国内厂家积极入局，双环传动、中大力德和南通振康等刚刚进入或刚进入RV减速器开发阶段不久；绿的谐波也相继于2013年推出谐波减速器，来福谐波开始研发系列产品；但能真正导入批量化生产的企业屈指可数。2020-2021年：工业机器人产量增长明显，减速器市场进入了新一轮的供不应求。2021年，双环传动（减速器业务）、绿的谐波、中大力德（减速器业务）等上市企业营收规模均显著同比上升。智同科技、同川科技等一批非上市减速器企业在2021年亦已开始走向或已批量化落地应用。19.7%16.0%13.4%11.4%2015-2018年上半年：中大力德2015年取得RV减速器技术突破并小批量生产，并于2017年开始研发谐波减速器；南通振康于2016年实现RV减速机批量化；来福谐波2017年实现谐波减速器年产超2万台；2018年，绿的谐波也纷纷增加设备，提升谐波减速器产能。9.0%2013年：国内的工业机器5%

人减速器国产化率为9%，减速器行业基本是被纳博特斯克和哈默纳科所垄断0%2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年：GGII，各公司官网，wind，中泰证券研究所283.2.1

行星减速器：行业格局分散，国产品牌性能已达国际前沿水平

发展历史：在三大类精密减速器中开发时间最早。19世纪80年代德国出现第一个行星齿轮传导装置的专利。20世纪20年代，首次量产行星齿轮传动装置；我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器。

国内头部企业发展历程：普遍创立于20世纪初。①中大力德：2006年正式成立，2008年生产出伺服用精密行星减速器，2011年生产出国内第一款伺服用斜齿轮高精度行星减速器；②纽氏达特：成立于2006年，2022年年产销近60万套精密行星减速机；③科峰智能：实控人最早于2004年创立湖北行星进行行星减速器研发，2010年正式创立科峰智能，2016年行星减速器投产。

我国是全球行星减速器的主要市场，但中高端产品仍主要依赖进口。2022年全球行星减速器销售金额为12亿美元，其中中国境内厂家销售额为5亿美元，约占41.6%。2023年，我国行星减速器进口额为2.5亿美元，进口需求相对较大，进出口均价存在明显差距（进口均价285.1美元/个，出口均价12.8美元/个）。图表：我国是全球行星减速器的主要市场（单位：亿美元）图表：我国行星减速器出口单价显著低于进口单价进口单价（美元）出口单价（美元,右轴）全球

中国90080070060050040030020010002520151051412.011.4121089.39.39.05.064.73.53.03.140202018201920202021202229:

QYRearch，中泰证券研究所：wind，中泰证券研究所3.2.1

行星减速器：行业格局分散，国产品牌性能已达国际前沿水平

国产品牌性能已达国际前沿水平。国产精密行星摆线减速器的传动效率持续提升，且保持在一个较高的稳定水平；传动误差、空程、回差均提升显著，大幅超越国家标准的要求，并保持在一个较高的稳定水平。在空程、回差、扭转刚度等指标上优于进口产品。

行业格局相对分散。2022年中国境内厂家行星减速器合计销售金额为5亿美元（折合人民币约为33.6亿元），头部国产厂家以中大力德、科峰智能、纽氏达特为主要代表，其中2022年中大力德精密减速器营收2亿元，科峰智能营收为3亿元。图表：国产精密行星摆线减速器性能测评结果优异图表：2022年国内行星减速器行业格局检测指标传动效率精密行星减速器性能优异，远超过国家标准规定的≥80%的要求，且部分产品的传动效率超过进口表现优异，全部达到了国家标准的要求，且部分产品的传动误差优于进口传动误差空程表现优异，全部达到国家标准要求的同时，全部优于进口日本新宝,

20%其他,46%回差表现优异，基本达到国家标准的要求，且优于进口科峰智能,

12%表现优异，全部达到国家标准的要求，同时显著优于进口扭转刚度传动效率同样普遍增大，且在传动效率的保持上，整体优于进口；传动误差普遍增大，但仍满足国家纽氏达特,

9%精锐科技,

7%耐久测试

标准的要求，在传动误差的保持上，落后于进口；空程和回差普遍增大，扭转刚度普遍下降，但仍可以达到国家标准的要求，且优于进口利茗,5%:《聚焦机器人用精密减速器关键性能进步与短板》，中泰证券研究所:

MIR

DATA，中泰证券研究所；注：中大力德精密减速器收入包含精密行星/RV/谐波，故未计入统计303.2.2RV减速器：海外品牌主导市场，头部厂家初具规模

发展历史：1926年德国的LorenzBlanc提出针摆行星传动，后经住友引进、摆线磨床的研制成功，

1980年日本帝人精机提出RV传动理论，1986年RV减速器正式大规模生产；1960年代针摆传动引入我国，80年代末我国开始RV理论研究，2010年以后随着双环传动、中大力德等厂商开始介入起逐步打破海外品牌垄断。

国内龙头（双环传动）发展历史：2013年开始组建高精密减速器团队，2016年批量上市销售，2019年国产减速机市场市占率第一，2020年成立全资子公司环动科技。公司目前拥有SHPR-C、SHPR-E、高精密谐波减速机等产品系列，提供覆盖3-1000kg负载机器人的高精密减速器整体方案。2018年，公司工业机器人减速器产品实现营收0.63亿元，至2022年营收规模增长至3.82亿元，CAGR为57%。2022年在国内的RV减速器市场，公司市占率为15%，位列第一。图表：RV减速器海内外发展历史对比图表：双环传动（减速器业务）发展历史·高精密减速器核心创始团队组建·批量上市销售·参加工业博览会产品推介·国产减速机市占率第一·突破10万台减速机产能国外2013201920222016202020142018国内·面向新一代机器人减速器研发升级·环动科技成立·首台样机下线31:《创新我国机器人精密减速器发展生态》

，中泰证券研究所：环动科技官网，中泰证券研究所3.2.2RV减速器：海外品牌主导市场，头部厂家初具规模

国产龙头产品性能已达纳博特斯克同等水平，但在机型拓展、大规格等方面仍有差距。①双环传动聚焦中空(C)/中实(E)两大基本机型，纳博特斯克已实现基本机型的拓展，如N(相较E型体积和重量优化）、CA（无需中间齿轮的中空结构）、Original（无主轴承）、P（紧凑、高速、寿命长）；②双环传动中空机型最大规格为500C，中实机型最大规格为450E，对应的纳博特斯克最大规格可达1200C/1500E。

海外品牌市场份额较高，头部国产厂家初具规模。相较谐波减速器国内行业格局，RV减速器领域日企纳博特斯克的市场份额依然较高，2022年市占率为52%，国产品牌中双环传动/珠海飞马/中大力德等市场份额较高，分别为15%/4%/4%。我们认为造成RV减速器国产化相对较慢的主要原因在于RV减速器结构复杂且零部件较多，生产制造过程中约束条件较多，具有更长的研发周期和更高的投资门槛。图表：国产龙头产品性能已达纳博特斯克同等水平，但在机型拓展等方面仍有差距图表：2022年国内RV减速器行业格局启动停止容许扭

瞬间最大容许容许力矩空程扭转刚度重量型号其他,12%矩（Nm）11,02511,025扭矩（Nm）22,050（Nm）（arc.min）

（Nm/arc.min）

（kg）双环传动SHPR-450E纳博特斯克RV-450E8,8208,820111,1761,17666.466.4秦川,2%智同,3%22,050南通振康,

4%中大力德,

4%珠海飞马,

4%住友,4%纳博特斯克,52%双环,15%32:

纳博特斯克产品目录，双环传动产品目录，中泰证券研究所：MIRDATA，中泰证券研究所3.2.3

谐波减速器：一超多强特征显著，国产化进程加速

发展历史：1955年美国发明家C.W.Musser发明谐波传动，1964年日本引入谐波齿轮传动技术，1970年开始谐波传动技术正式商业化；1961年谐波传动引入我国，1962年我国第一台谐波减速器研制成功，2003年以绿的谐波为首的国产谐波减速器企业开始研发，后逐步实现产业化。

国内龙头（绿的谐波）发展历程：•

2003-2011年：当时谐波减速器市场主要被外资品牌占据，中高端市场被哈默纳科垄断。该阶段公司从零开始研发工业机器人领域谐波传动技术。•

2012-2019年：公司正式成立，相继推出系列产品并实现批量化生产，在国内市场逐步实现进口替代。•

2020年至今：上市，产能逐步释放，成长为国产谐波减速器龙头。2020-2022年，公司谐波减速器产量从11.22万台增长到27.70万台，营收CAGR为43.5%，归母净利润CAGR为37.6%。2022年公司国内市占率达到26%，位居国产品牌首位。图表：谐波减速器海内外发展历史对比图表：绿的谐波发展历史·开始研发工业机

·相继推出十四个·产品系列达19个器人领域谐波传动

系列近百种谐波减·完成10万台产销目标·上市技术速器·年产50万台的生产基地动工国外2003201820202013201920092014国内·制造出第一台谐波减

·主持编制的GB/T30819-速器的原型机，建立企

2014《机器人用谐波齿轮减业检验测试中心评价和

速器》国家标准于6月24日发·新一代三次谐波减速器“Y系列”问世测试谐波减速器布，同年12月31日起正式实施。33:《创新我国机器人精密减速器发展生态》

，中泰证券研究所：绿的谐波官网，中泰证券研究所3.2.3

谐波减速器：一超多强特征显著，国产化进程加速

国产龙头产品类型及性能接近哈默纳科。①绿的谐波产品按照柔轮形状、柔轮长度、扭矩分类，哈默纳科则按照柔轮形状/长度、扭矩分类，产品类型相似；②以哈默纳科CSG-25-100和绿的谐波LCSG-25-100两款产品为例，绿的谐波减速器在额定转矩、最高输入转速、平均输入转速等参数指标非常接近于哈默纳科，但在重量上与哈默纳科还有一定的差距。

国产龙头产品规格数量较哈默纳科仍有差距。绿的谐波产品均设置14/17/20/25/32/40这6类规格，哈默纳科规格数量普遍为10余种，以哈默纳科CSF机型来看，最小规格为8，最大规格为100。图表：绿的谐波产品性能接近哈默纳科图表：国产龙头产品规格数量较哈默纳科仍有差距齿轮外径规格(mm）哈默纳科CSG-25-100

LCSG-25-100绿的谐波811141720253240455058658090100304050607085指标输入2000r/min时的额定转矩（Nm）起动·停止时的容许最大转矩（Nm）平均负载转矩的容许最大值（Nm）瞬间容许最大转矩（Nm）容许最高输入转速（r/min）容许平均输入转速（r/min）背隙（Are/sec）8720484194140133外径3693511101351551701952152653003305,6003,50095,5003,500≤10重量（Kg）0.421.47:

哈默纳科产品目录，苏州东茂官网，中泰证券研究所：苏州东茂官网，哈默纳科产品目录，中泰证券研究所；注：以哈默纳科CSF型谐波减速器为例，表格标色部分为绿的谐波产品型号343.2.3

谐波减速器：一超多强特征显著，国产化进程加速

行业格局一超多强特征显著。2022年国产品牌绿的谐波市占率为26%，紧随其后分别为来福、同川、大族，其市占率分别为8%/6%/4%。

近年来，国产品牌的市场份额快速提升。国内龙头绿的谐波在2022年的市占率为26%，较2021年24.7%的市占率有所增长，并且市占率仅次于全球龙头哈默纳科，同时其他国产厂商如来福、同川、大族等的市场份额也在提升。图表：2021年国内谐波减速器行业格局图表：2022年国内谐波减速器行业格局其他,11.0%福德机器人,

其他,10.3%大族传动,4.2%大族传动,4.5%4.0%同川科技,哈默纳科,38.0%6.0%哈默纳科,35.5%同川科技,5.7%日本新宝,7.0%日本新宝,7.4%来福谐波,8.0%来福谐波,7.7%绿的谐波,24.7%绿的谐波,26.0%35:

华经产业研究院，中泰证券研究所：MIRDATA，中泰证券研究所4精密减速器在人形机器人的应用：选型方案各异，影响关节性能｜领先｜深度｜信诚4.1

精密减速器是人形机器人关节的核心硬件，选型方案各异

关节，类似于人类肌肉的伸缩、牵引，是用来控制电机的一种控制器，为机器人的运动系统提供着强劲动力（本文主要聚焦最常见的电驱关节）。①基本硬件构成：主要有电机、控制板、减速器、位置传感器。它们通过执行接收到的通信信号控制输出端的旋转角度，不管是什么样的产品类型和力矩大小，这四种基本组成都不可缺少，是机器人实现灵活运动的关键所在；②数量：人形机器人通常有15-70个关节。一般成年人的骨头有206块，大的关节有78个，而仿人机器人模拟人类的关节和骨骼架构，通常有15-70个关节。仿人机器人通常头部有1-3个关节，手臂有4-7个关节，腿部有6-7个关节，手部有2-13个关节。图表：一般人形机器人关节基本硬件构成图表：人体关节类型分布vs一般大型仿人机器人关节类型分布37：优必选科技公众号，中泰证券研究所：优必选科技公众号，中泰证券研究所4.1

精密减速器是人形机器人关节的核心硬件，选型方案各异

自人形机器人诞生以来，关节的研究发展主要体现在：①整体设计，经历了刚性驱动器到弹性驱动器和准直驱驱动器的发展；②减速器，经历了大传动比减速器到小传动减速器的改变等。

电驱关节可分为：刚性驱动器、弹性驱动器、准直驱驱动器。刚性驱动器最早研发，但由于使用刚性驱动器的机器人在运动能力上远没有达到人类和动物的水平，继而科研人员使用各种自适应的弹性驱动器来模拟肌肉系统能力，使关节表现出柔顺、安全等特性；而近年来新兴技术准直驱方案的设计初衷则为提高瞬间响应性和抗冲击能力，同时降低成本。图表：双足机器人伺服驱动器（关节）发展历史38：《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》，中泰证券研究所4.1

精密减速器是人形机器人关节的核心硬件，选型方案各异图表：各类伺服驱动器特性比较刚性驱动器弹性驱动器准直驱驱动器结构图电机+高传动比减速器+高刚性力矩传感器谐波减速器为主，个别使用摆线针轮减速器结构配置减速器电机+高传动比减速器+弹性体

高扭矩密度电机+低传动比减速器同刚性驱动器精密行星减速器力矩测量方式结构及控制特点能量效率应变片原理为主简单、精度高编码器或应变片原理复杂电流环间接检测简单、精度一般效率低效率一般效率高高频响应，技术成熟，输出力矩大，控制精度高高频响应，抗冲击力强，力矩反馈较精准主要优点柔性，抗外界冲击性能强高刚度，动态物理交互性能较差，大冲击下容易损坏减速器刚性小，高频响应较弱，带宽较

小减速比减速箱，能量输出密度不足主要缺点窄发展中，需要提高力控反馈精度

发展中，制约因素是力矩电机的测量技术和选择适合场景的弹性

性能仍然不能满足大型仿人机器相对成熟，应用在外界环境相对确定的特定场景技术水平刚度以提高力控响应性能人的力矩需求：优必选科技公众号，《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》，中泰证券研究所394.2

Optimus：旋转关节为电机+谐波减速器+位置/力矩传感器+离合器

Optimus共采用3款共14个旋转关节：应用于包括腕部、肩部、腰部、髋部4个位置，涉及3类型号①小型号扭矩20Nm，重量0.55kg；②中型号扭矩11Nm，重量1.62kg；③大型号扭矩180Nm，重量2.26kg。

Optimus旋转关节采用电机+谐波减速器+位置/力矩传感器+离合器设计方案。每一款旋转执行器都包含了永磁体（电机）、非接触力矩传感器、谐波减速器、交叉滚子轴承、角接触球球轴承、机械离合器、输入/输出位置传感器。预计特斯拉Optimus旋转执行器采用的是刚性驱动器方案，关节处逐步添加离合器等弹性元件，有助于提升整体关节的安全性，使人形机器人的动作更加柔顺。图表：Optimus旋转关节分布图表：Optimus旋转关节基本硬件构成角接触球轴承机械离合器肩部：3*2腕部：1*2谐波减速器非接触力矩传感器永磁体腰部：1*2髋部：2*2交叉滚子轴承输入/输出位置传感器40：Tesla

AIday

2022，中泰证券研究所：Tesla

AIday

2022，中泰证券研究所4.2

Optimus：Gen2预计延续刚性驱动器方案，自由度/结构等存在更新

继2022年10月1日Tesla在AI

Day上发布Optimus后，2023年12月14日Tesla发布了Optimus-Gen2。

减速器数量变化：①主体自由度：Optimus包括28个自由度，包括14个旋转自由度、14个线性自由度；OptimusGen2在脖颈处增加2个自由度，全身具备30个自由度。②灵巧手自由度：Optimus灵巧手具有6个主动自由度、5个被动自由度；Optimus-Gen2增加至11个主动自由度。

其他可能变化：①由于谐波减速器负载力有限，腰部/髋部等部位后续可能采用新型减速器方案。若新型减速器方案成功导入，有望替代3个及以上谐波减速器；②整体减重10KG下关节结构或更为紧凑。图表：OptimusGen2在自由度、重量、行走速度、传感等方面均有明显提升✓✓✓✓✓✓✓✓1、增加2个自由度；2、执行器集成度更高；3、行走速度提升30%；4、足部增加力矩传感器；5、减重10公斤；6、身体平衡和控制能力提升；7、灵巧手为11个自由度；8、手指增加触觉感应；41：Tesla，中泰证券研究所4.2

国内主机厂：普遍同时采用谐波减速器/行星减速器

和特斯拉不同，国内主机厂大多采用准直驱驱动方案。相比刚性驱动方案，准直驱关节采用电流环控制，关节末端不使用力矩传感器，成本更低，动态响应能力更强。

优必选：自研高性能伺服驱动器，包括了谐波减速器和行星减速器两种方案，集成了高密度无框力矩电机、双位置编码器、行星或谐波减速器和高性能处理控制器，支持最大扭矩≥200Nm，可满足高功率密度、大扭矩输出的需求。图表：优必选大型伺服驱动器基本构成（谐波减速器）

图表：优必选大型伺服驱动器基本构成（行星减速器）：优必选官网，中泰证券研究所：优必选官网，中泰证券研究所424.2

国内主机厂：普遍同时采用谐波减速器/行星减速器

智元：选用谐波减速器/行星减速器。远征A1全身共有49个自由度，载了谐波一体关节、直线推杆、无刷行星伺服、空闲杯电机等驱各类执行器。自研的PowerFlow使用了准直驱关节方案，实现了低齿槽转矩设计，搭配10速比以内的高力矩透明度行星减速器、共轭同轴双编码器、一体液冷循环散热系统，以及自研的矢量控制驱动器，峰值扭矩超过350NM，而重量仅为1.6KG。

当下人形机器人即将迎来量产，关节驱动的技术路线尚未固化。硬件降本成为人形机器人产业化的关键因素，准直驱方案具有成本优势。而针对工业场景应用，出于负载和关节体积之间的权衡，准直驱方案的应用范围有望进一步扩大。因此我们认为，未来国内主机厂在驱动方案上更可能根据关节特性不同而同时选择谐波和行星减速器方案。图表：智元PowerFlow关节电机（执行器）基本概况图表：傅利叶人形机器人概况：智元公众号，中泰证券研究所：傅利叶智能官网，中泰证券研究所435精密减速器材料/结构创新：人形机器人成为重要引擎｜领先｜深度｜信诚5.1

材料变革：连铸球铁带来低成本、轻量化的产业变革，有望大放异彩

乘机器人发展之东风，各头部减速器厂商积极寻求成本更低、性能更优异的核心材料以获取成本优势，强化自身技术优势，抢占市场份额。工信部2023年11月2日印发《人形机器人创新发展指导意见》，其中对人形机器人整机明确提出开发低成本交互型产品的要求，加速人形机器人低成本部署应用；明确提出“机器体”需突破轻量化骨骼、高强度本体结构的要求。

连铸球墨铸铁成本低、轻量化，契合机器人对新材料的核心诉求。与锻钢相比，连铸球墨铸铁优势包括：①切削性能比钢好，有利于小模数齿轮的精密加工；②球铁具有自润滑功能，减磨性优良，延长使用寿命；③球铁导热系数是钢的一倍，有利于降低温升；④球铁可以吸收震动，降低噪音；⑤球铁密度比钢小8%，减少了减速器的重量。

连铸球墨铸铁竞争格局：恒工精密产能国内第一、全球领先1）国内：恒工精密产能国内第一。国内主营连铸球铁的企业主要有恒工精密、江苏华龙、河南国泰、武安起昌等。江苏华龙、河南国泰、武安起昌年产分别为3万吨、2万吨、2.5万吨，恒工精密年产达13.5万吨。2）海外：目前海外生产连铸球墨铸铁的公司主要分布在美国及欧洲，体量较大的如UCBUnibar、ACOEurobar、Tasso-Bar等，其整体产量不超过百万吨。图表：连铸球磨铸铁示意图图表：连铸球墨铸铁加工件示例45:公司公告，中泰证券研究所：公司公告，中泰证券研究所5.1

材料变革：连铸球铁带来低成本、轻量化的产业变革，有望大放异彩

测算假设：1．全球人形机器人减速器：1.1产量：预计到2030年全球产量达100万台1.2单台需求：人形机器人12个谐波减速器、4个RV减速器；1.3单价：当前RV减速器单价预计为5000元，随着量产降本后，预计当全球机器人产量达100万台/年时单价降至2900元；1.4球墨铸铁价值量占比1.4.1RV减速器：球墨铸铁的部件价值占比20%；随着人工成本占比不断下降，预计到2030年球墨铸铁的部件价值占比上升至30%1.4.2谐波减速器：球墨铸铁的钢轮价值占比14%。随着人工成本占比不断下降，预计到2030年球墨铸铁的部件价值占比上升至20%2．全球工业机器人减速器：2.1产量：据国际机器人联合会（IFR）发布的《2023世界机器人报告》，预计到2030年全球产量超156万台；2.2单台需求：工业机器人4台RV减速器、2台谐波减速器；2.3单价：当前谐波减速器单价预计为1000元，随着量产降本后，预计当全球机器人产量达100万台/年时二者单价降至650元

根据我们测算，预计2030年球墨铸铁在全球机器人减速器市场总规模达109.35亿元，其中球墨铸铁在人形机器人减速器市场规模有望达50.72亿元，在工业机器人减速器市场规模有望达58.62亿元465.1

材料变革：连铸球铁带来低成本、轻量化的产业变革，有望大放异彩图表：连铸球墨铸铁在全球机器人减速器市场总规模的测算2023E60612024E181822025E454552026E100000120%42027E200000100%42028E37000085%2029E62900070%2030E产量（台）100640060%全球人形机器人YoY（%）200%4150%4需求/台4444全球总需求（台）单价（元）242427272747003.4218181844008.00400000410016.4024%800000380030.4025%1480000350051.8027%2516000320080.5128%402560029005000RV减速器全球规模（亿元）球墨铸铁价值量占比（%）球墨铸铁市场规模（亿元）需求/台1.21116.7430%20%0.2421%0.7222%1.803.907.6713.841222.791235.02121212121212全球总需求（台）单价（元）7272710000.73218182950545455900120000085024000008004440000750754800070012076800650谐波减速器全球规模（亿元）球墨铸铁价值量占比（%）球墨铸铁市场规模（亿元）2.074.9110.2016%19.2017%33.3018%52.8419%78.5020%14%15%0.3116%0.100.761.663.306.0110.0432.84129541319%15.7050.72156745021%球墨铸铁在全球人形机器人市场规模（亿元）0.341.032.565.5710.9693041215%19.85108858317%产量（台）5917666450259%71597711%80905413%全球工业机器人YoY（%）需求/台44444444全球总需求（台）单价（元）236706325800984700121.2621%25.70228639094400126.0122%32362174100132.6824%37216503800141.4225%43543303500152.4027%51816533200165.8128%626980029005000RV减速器全球规模（亿元）球墨铸铁价值量占比（%）球墨铸铁市场规模（亿元）需求/台118.35181.8230%20%23.6728.30231.57235.66240.72246.94254.5522全球总需求（台）单价（元）118353112900499501431954900161810985018608258002177165750259082670031349006501000谐波减速器全球规模（亿元）球墨铸铁价值量占比（%）球墨铸铁市场规模（亿元）11.8412.2615%1.8112.8916%13.7516%14.8917%16.3318%18.1419%20.3820%14%1.662.002.242.562.953.454.08球墨铸铁在全球工业机器人市场规模（亿元）球墨铸铁在全球机器人市场总规模（亿元）25.3325.6727.5028.5330.3032.8533.8239.3838.2149.1843.6763.5250.3983.2358.62109.3547：中泰证券研究所5.2

结构改型：人形机器人部分关节载荷较大，有望应用类RV减速器

RV减速器耐重载、抗冲击性更强，适用于较大载荷的作业场景。相较于谐波减速器，RV减速器一方面具备更高的减速比，另一方面由于内部为刚性结构，所以呈现出抗冲击、大体积、大重量的特点。一般来看，RV减速器在大负载工业机器人中的应用较多。

人形机器人部分关节载荷较大，有望应用类似RV减速器的产品。通常来看，人形机器人腰部、髋部等位置受力较大，在搬运等负载场景中，谐波减速器不能匹配应用需求，未来有望使用类RV减速器匹配相应场景。图表：大负载工业机器人普遍使用RV减速器图表：RV减速器扭转刚度/输出扭矩等指标优异主要指标传动效率精密行星减速器>95%RV减速器>80%谐波减速器>70%传动精度(")≤180≤60≤60传动比3-51230-192.4>6,00020-1,176101-6,135≤7030-160>8,0001.34-54.096.6-921≤60设计寿命(h)扭转刚度(N·m/arc

min)额定输出转矩(N·m)噪音(db)>20,00010-37040-1,200≤65温升(℃)≤30≤45≤40RV减速器：1688，中泰证券研究所：科峰智能招股说明书，中泰证券研究所485.3

材料/结构创新有望打破“工艺刚性”，国产品牌有望破局

材料/结构创新下，国产品牌“工艺刚性”较小。国际品牌减速器生产商产品相对成熟，“工艺刚性”较大；国产品牌生产工艺可能尚未完全成熟，生产材料、工艺和设备可能需要不断调整和优化以适应新产品的要求，此阶段企业对于新材料或者新工艺的接受程度较高。

“工艺刚性”是指装备制造过程中