人形机器人行业报告三：重视减速器环节机会

特斯拉Bot引领人形机器人时代，减速器用量有望大幅提升。特斯拉Optimus将搭载约40个电机，实现对颈部、手臂、手指、躯干、腿部等部位的控制，电机数量较传统工业机械人和服务机器人有大幅提升。类比工业机器人，“电机+减速器”的集成有望成为人形机器人大关节的主要动力组合，减速器需求空间将被打开。我们根据人形机器人关节自由度、承载要求与空间容量估算减速器数量，同时考虑部分关节可能使用直驱电机（舵机）、电缸等无减速器的技术路径。1）谐波减速器：预计肩部、肘部、腿部、腕部、腰部、颈部等几个主要关节的谐波减速器用量为9~14个。假设谐波均价为1500元，单台用量为10个，则单台机器人谐波减速器价值量约为1.5万元，100万台人形机器人销量对应谐波需求量约为1000万个，对应市场规模150亿元；2）RV减速器：人形机器人腰部、髋部空间较大，且对承载能力要求较高，预计配备RV减速器2~4个。假设均价为3000元，单台用量为2个，则单台机器人RV减速器价值量约为6000元，100万台人形机器人销量对应RV减速器需求量约为200万个，对应市场规模60亿元。整体看，人形机器人未来放量将带动RV+谐波减速器需求持续增长。 产能+成本优势兼具，国产减速器厂商有望获得更大市场份额。人形机器人带来减速器广阔需求，现有工业机器人减速器竞争格局或面临洗牌，国内减速器厂商有望迎来发展良机。我们认为国产厂商未来市场份额有望扩大：1）产能端：国内厂商扩产节奏快，有望更快满足减速器持续扩张需求。全球谐波减速器龙头（哈默纳科）和RV减速器龙头（纳博特斯克）均为日本企业，考虑到日本的人工成本较高，国内厂商在扩产成本上备具一定优势。2020年、2021年绿的谐波减速器产量增速分别为26.9%、138.3%，其50万募投项目达产后，预计2024年谐波减速器产能扩张至近60万台/年，较2019年提升6倍。2）成本端：人形机器人对硬件成本更为敏感，国内厂商具备性价比优势。特斯拉人形机器人的售价预计在17万人民币左右，若硬件供应商为国内，则可大幅降低机器人硬件成本。根据我们测算，减速器+电机国内供应链单台价值量能达到特斯拉Bot现有价格的40%左右，远低于国外60%的水平。考虑到人形机器人还需配备视觉设备、芯片等其他部件，同时还需预留一定盈利空间，因此减速器份额有望向高性价比的国产厂商倾斜。 重点公司推荐：减速器作为机器人产业链的核心部件，在人形机器人时代将迈上更高舞台，建议重点关注国内技术依先、具备产能优势的减速器龙头企业：1）绿的谐波：具备全球竞争力的国内谐波减速器龙头，持续引领国产替代；2）双环传动：特斯拉核心供应商，国内RV减速器头部厂商。 风险提示：特斯拉人形机器人延迟发布风险；销量不达预期、经济下行超预期。 一、国产减速器有望深度受益人形机器人大时代 1.1特斯拉Bot引领人形机器人时代，减速器用量有望大幅提升 谐波减速器和RV减速器是工业机器人的核心部件。减速器是连接伺服电机和执行机构的中间装置，通过齿轮啮合将伺服电机的动力传递到执行机构上，起到匹配转速和传递转矩的作用。从分类上看，减速器包括通用减速器和专用减速器，而专用减速器按照应用领域则可以分为船用齿轮箱、风力发电齿轮箱、机器人专用减速器等类型。在工业机器人领域，减速器是最基础的核心部件，有谐波减速器和RV减速器两种类型。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，一般放置在机器人机座、大臂、肩部等重负载的位置，代表性厂商为日本纳博特斯克、国内双环传动；谐波减速器具有单极传动比大、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，使其在机器人小臂、腕部、手部等部位具有较大优势，代表性厂商为日本哈默纳科、国内绿的谐波。 图表1：减速器分类 图表2：谐波减速器与RV减速器对比 谐波减速器：谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成，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。由于谐波减速器精度极高，因此其每一个环节都需要高水平的技术支持。1）柔轮：采用40Cr合金钢制造，例如40CrMoNiA、40CrA，目前柔轮材料还依赖从国外进口；2）钢轮：多采用球墨铸铁制造，能够提供良好的韧性、耐磨性；3）波发生器：由柔性轴承与椭圆形凸轮组成，目前国内谐波减速器厂商已经开始加速轴承的国产化进程，以绿的谐波为例，其谐波减速器用轴承以自产为主，外购轴承主要为特定型号的深沟球轴承。从材料成本看，谐波减速器材料用量较大，且部分零部件材料需进口，绿的谐波2019年钢材\铝材\轴承的成本占比分别为35.16/10.74/6.37%，2021年公司工业及服务机器人直接材料费用占比达32.46%。 图表3：谐波减速器零部件拆分 图表4：绿的谐波2019年主要原材料成本构成 RV减速器：RV减速器振动小，噪音低，能耗低，安装于多关节机器人的机座、大臂、肩部等位置，广泛用于拆码垛、工业、物流等重负载（20-500KG）场景。RV减速器由一个行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器的后级组成，相比于谐波减速器，其具有高疲劳强度、刚度和寿命，且回差精度稳定的优势。从成本端看，零部件和原材料占据其主要部分，2021年中大力德直接材料占成本比重达69.73%，而细分看，2016年其减速器主要构件/齿轮毛坯/齿轴毛坯合计占公司总成本超40%。从竞争格局看，国产RV减速器厂商的核心零件针齿壳和摆线轮的加工设备需从欧洲进口（单台均在1500万元以上），减速器轴承也仍受制于国外。国产减速器轴承精度和寿命不及进口产品，轴承工艺方面尤其是热处理技术与国外尚存在差距，由于欧洲轴承价格高昂，日产轴承对我国限制销售，因此我国RV减速器行业需提高热处理工艺和热处理设备制造水平。 图表5：RV减速器结构 图表6：中大力德减速器主要原材料成本构成 单台用量大幅提升，减速器迎来黄金时代。特斯拉Optimus将搭载约40个电机，实现对颈部、手臂、手指、躯干、腿部等部位的控制，电机数量较传统工业机械人和服务机器人有大幅提升。类比工业机器人与协作机器人，“电机+减速器”的集成有望成为人形机器人大关节的主要动力组合，减速器需求空间将被打开，而指关节部分因体积、重量等边界条件限制，可能采用更加轻量化的技术路径。根据特斯拉发布的参数，Optimus体重为125磅（约56.7kg），承载能力达45磅（约20 kg），满载下重量为76.7kg，推算腰部、腿部的主要受力关节采用大功率电机，并搭配RV减速器；肩部、肘部只需承载手臂自重与负重，采用较小功率的电机，搭配谐波减速器；颈部腕部等对承载能力要求不高的关节采用小功率电机并搭配小型谐波减速器。 图表7：六轴机器人通常使用2个RV+4个谐波 图表8：人形机器人预计使用9~14个谐波+2~4个RV 谐波减速器：人形机器人有望助力谐波市场打开百亿级增量空间。我们通过人形机器人关节自由度估算减速器数量，考虑到部分关节可能使用直驱电机（舵机）、电缸等无需配备减速器的技术路径，预计肩部、肘部、腿部、腕部、腰部、颈部等几个主要关节的谐波减速器用量为9~14个，目前国内谐波减速器价格从几百元到2千元左右不等，若单台机器人配置谐波减速器数量为10个，均价为1500元，则单台人形机器人谐波减速器价值量约为1.5万元，在人形机器人销售100万台的中性假设下，需求量为1000万台，对应市场规模150亿元。工业机器人方面，根据MIR数据，2021年我国工业机器人销量为25.6万台，其中多关节/SCARA/delta/协作机器人占比分别为61.9%/29.1%/6.0%/3.0%。通常每台多关机/SCARA/ delta/协作机器人配备谐波减速器4/2/1/6台，假设各类机器人销量占比保持稳定，预计2025年我国工业机器人领域谐波减速器需求量约为151万台。整体来看，单台人形机器人对谐波减速器的需求远超工业机器人，人形机器人有望打开谐波减速器百亿级增量空间。 图表9：人形机器人谐波减速器需求量的敏感性分析（万台） 图表10：我国工业机器人谐波减速器需求量分析 RV减速器：人形机器人有望成为RV减速器新增长极。RV减速器适用于负载较大的场景，工业机器人上一般用于底座、大臂等部分。由于人形机器人腰部空间较大，且对承载能力要求较高，预计采用2~4个RV减速器。若假设单台机器人配置RV波减速器数量为2个，均价为3000元，则单台人形机器人谐波减速器价值量约为6000元，在人形机器人销售100万台的中性假设下，预计RV减速器需求量为200万台，对应市场规模60亿元。在工业机器人领域，假设多关节机器人底座、大臂共用2台RV减速器，我们预计2025年我国工业机器人RV减速器需求量有望超过50万台。整体看，人形机器人有望成为RV减速器市场的新增长极。 图表11：人形机器人RV减速器需求量的敏感性分析（万台） 图表12：我国工业机器人RV减速器需求量分析 1.2产能+成本优势明显，国产减速器厂商有望获得更大市场份额 工业机器人时代由海外厂商主导，国产替代趋势正逐步显现。分产品看，谐波减速器技术较RV偏低，因此从技术上看对国产厂商而言更加易于突破，目前国产谐波减速器厂商已经开始进行国产替代，其中绿的谐波国内市占率已超过20%。从技术上看，国产品牌减速比、输出转速、传动精度等已经和国外缩小差距，仅在传导效率上还需提升。 RV减速器构型复杂，长期以来全球市场格局高度集中，纳博特斯克占据全球70%以上市场份额。近年来，伴随国产RV减速器的发展，纳博特斯克在中国的市场份额已低于全球水平，并呈下降趋势，根据高工机器人数据，2021年双环传动的国内市场份额仅次于纳博特斯克。 图表13：2020年谐波减速器国内市场竞争格局 图表14：2021年RV减速器国内市场竞争格局 我们认为人形机器人时代，国产减速器厂商有望获得更大的市场份额。特斯拉Bot的推出具有标杆意义，人形机器人带来减速器广阔需求，现有工业机器人减速器竞争格局或面临洗牌，国内减速器厂商有望迎来发展良机。基于以下两点逻辑，我们认为国产厂商未来市场份额扩大具备合理性和可行性： 1）产能端：国内厂商扩产节奏快，有望更快满足减速器持续扩张需求。人形机器人关节数量增长带来减速器需求量边际提升，具备快速扩产能力的厂商有望优先获得较大份额。全球谐波减速器龙头（哈默纳科）和RV减速器龙头（纳博特斯克）均为日本企业，考虑到日本的人工成本较高，国内厂商在扩产成本上备具一定优势。从产量来看，国内企业产量增速明显较快，2020年、2021年绿的谐波减速器产量增速分别为26.9%、138.3%，日本哈默纳科减速器产量增速分别为8.7%、63.5%（产值口径）；从产能规划来看，国内企业积极扩张产能，绿的谐波2020年通过上市募投“年产50万台精密谐波减速器项目”，预计2024年谐波减速器产能扩张至近60万台/年，较2019年的9万台提升近6倍。人形机器人时代将使减速器产业链迎来重大发展机遇，大量减速器需求无法由某一家企业单独消化，国内厂商有望发挥本土扩产的成本优势，并逐步扩大份额。 图表15：绿的谐波减速器产量扩张速度明显高于哈默纳科 2）成本端：人形机器人对硬件成本更为敏感，国内厂商具备性价比优势。根据特斯拉公布的信息显示，特斯拉人形机器人的售价预计在2.5万美元（约17万人民币）左右，目前减速器、电机等核心零部件产品，国外价格远高于国内价格，若主要硬件供应商为国内厂商，则可以大幅降低人形机器人硬件成本。我们假设：a）谐波减速器国内和国外平均单价为0.15万元和0.3万元一个，单台机器人需10个；b）RV减速器国内和国外平均单价为0.3万元和0.5万元一个，单台机器人需10个；c）伺服电机国内和国外平均单价为0.10~0.12万元和0.15~0.20万元一个，单台机器人需40个电机。故若减速器供应商均为国产厂商，单台人形机器人价值量预计能达到2万元左右，远低于国外价格，