机器人专题报告系列一：谐波减速器专题：机器人核心零部件，国产替代加速进行时

通用设备 2022年08月11日 谐波减速器专题：机器人核心零部件，国产替代加速进行时 ——机器人专题报告系列一 ■研究背景：2022年6月21日，马斯克宣布将于今年9月30日推出 TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型机，马斯克也公开宣称：2022年，“擎天柱”的产品开发优先于特斯拉一些即将推出的车型，第一版机器人有望在2023年投入生产。我们认为该产品的发布可能引爆人形机器人产业链，一旦该产品成为现象级的新品，将带来整个产业链的投资机会。而能否成为现象级新品，我们认为核心还是看技术降本。从我们测算的特斯拉人形机器人成本构成来看：肢体活动关节执行器/运动控制+处理器/肢体骨骼/手部关节执行器/其他的成本占比分别为 行业深度分析 证券研究报告 投资评级领先大市-A 调高评级 行业表现 2% -42%021-08 10% 16% 22% 28% 34% 40% 2021-12 2022-04 通用设备(中信)沪深300 - - - - - - 资料来源：Wind资讯 %1M3M12M 48.7%/33.9%/10.5%/3.4%/3.5%，而在肢体活动关节执行器中，无框力 相对收益 16.11 30.37 10.19 矩电机/谐波减速器/RV减速器/编码器的成本占比分别为 绝对收益 10.49 33.72 -7.87 14.8%/19.3%/12.0%/2.6%，减速器占比共计31.3%，是TeslaBot成本占比较高的部分。本文主要聚焦谐波减速器环节，分析未来的竞争格局和投资机会。从长期维度看，我们认为投资机器人的底层逻辑为：国内人口红利衰退，用工成本上行的大环境下，机器换人加速演进。这是未来十年投资机器人产业链最重要、最核心的时代背景。 ■谐波减速器为机器人核心零部件，成本占比高。根据OFWeek的数据，工业机器人三大核心零部件：减速器/伺服系统/控制系统的价值量占比分别为35%/25%/10%，其中减速器位于首位。机器人减速器一般指RV减速器或谐波减速器，其中后者相较于前者，结构简单、体积小、重量轻，价格低廉，被广泛用于机器人末端关节。我们测算，到2025年，全球工业用机器人谐波减速器市场规模接近50亿元，CAGR为19.1%；中国工业用机器人谐波减速器市场规模将超过30亿元，CAGR为23.7%。此外，我们使用逆推法测算2021年除机器人以外，其他下游市场（机床、半导体设备、医疗设备、光伏设备等）谐波减速器市场规模为12.1亿元左右。 郭倩倩分析师 SAC执业证书编号：S1450521120004 guoqq@essence.com.cn 李疆分析师 SAC执业证书编号：S1450521120002 lijiang3@essence.com.cn 相关报告通用自动化2021年报&2022Q1季报总结2022-05-10 ■预计未来TeslaBot一旦量产，有望打开谐波减速器市场空间。TeslaBot有40个自由度，我们保守估计单台设备使用20台谐波减速器。TeslaBot放量的具体信息尚不明确，在悲观/中性/乐观三种预期下，假设未来3年内，TeslaBot出货量分别为20万台/50万台/100万台；根据绿的谐波招股书披露，2017-2019年谐波减速器平均售价分别为1922.79元/1885.13元/1631.95元，我们预测未来仍有降价空间，假定降价趋势维持，2022-2025年，谐波减速器平均单价分别为1300元/1200元/1000 元。据此我们测算未来谐波减速器市场空间在52-200亿元之间，年均新增市场空间17-67亿元之间。 ■市场格局集中，全球龙头领先，国产头部企业实现突破，替代进程加 速。哈默纳科是全球龙头，成立于1970年，虽经历多次大环境冲击， 但始终深耕谐波领域，不断开拓下游市场。目前，哈默纳科技术和专利领先，产品寿命高、故障率低、品类丰富，覆盖全球市场。国内谐波减速器厂商有30多家，排在头部的有绿的谐波、来福谐波、双环传动、大族传动等，近年来国内厂商逐渐进入下游客户供应链，市占率逐年提升。根据华经产业研究院的数据，2021年，哈默纳科/绿的谐波 /日本新宝/来福谐波/福德机器人/大族传动在国内谐波减速器市场的占有率分别为35.5%/24.7%/7.4%/7.7%/4.2%/4.5%。这6家厂商中，相较于2020年，哈默纳科和日本新宝的市占率从46%降低至42.9%，而其余4家国内厂商市占率从35.9%提升至41.1%，国产替代逐步推进。 ■技术成熟、成本下降、产能提升、售后服务，为机器人产业链全面实 现国产替代的核心要素。①技术成熟：国内减速器厂商在基础材料、 加工工艺等方面研发起步较晚，产品质量与哈默纳科有一定差距，但差距在逐渐缩小。②降本：以工业机器人为例，减速器价值占比达35%，是降本的核心要素，国内减速器更便宜，价格上具有较大优势。③产能提升：2020年以来，受新冠疫情影响，机器换人节奏加快，谐波减速器需求大幅提升，哈默纳科产能不足，交期延长至6个月左右，日企扩产速度普遍较慢；国内厂商受益政策支持，能快速扩建产能，保证交期，填补中低端客户的需求缺口。④售后服务：哈默纳科的售后服务响应较慢，国内厂商售后响应速度较快。预计未来谐波减速器国产替代进程将提速。 ■投资建议：谐波减速器行业壁垒很高，目前哈默纳科占据全球80%左右的市场，国内35%左右的市场，国产替代有较大空间。建议关注：绿的谐波（国内谐波减速器龙头，深耕数10年，管理团队背景强大，近年来产品可靠性大幅度提升）、双环传动（齿轮传动头部企业，2013年开始布局RV减速器领域，目前产品质量全国领先，营收增速较高），中大力德（国内机械传动与控制零部件头部企业，致力打造核心零部件集成化供应商，产品覆盖各类减速器、减速电机和智能执行单元），中技克美（国内第一个从事谐波传动技术的高新技术实业公司，产品广泛应用于航空航天、机器人等对空间要求较高的领域），国茂股份（国内通用减速机龙头，2021年成立子公司国茂精密传动（常州）有限公司，收购安徽聚隆与减速器有关的部分业务和业务资产，布局RV、谐波减速器领域）。 ■风险提示：制造业投资低迷、机器人推广不及预期、市场竞争加剧、 产品迭代不及预期、测算具有主观性。 内容目录 1.减速器：机器人产业链不可或缺的核心零部件6 2.TESLA人形机器人：有望成为谐波减速器的蓝海市场9 3.谐波减速器行业分析12 3.1.工作原理：巧借“错齿运动”，结构简单，精度高，减速比高12 3.2.下游应用：应用领域广泛，市场空间广阔13 3.2.1.工业+协作机器人下游减速器应用及市场空间14 3.2.2.TeslaBot谐波减速器市场空间18 3.2.3.其他下游应用及市场空间18 3.3.竞争格局：HD为全球谐波减速器龙头，国产替代为长期趋势19 3.4.行业壁垒：技术门槛高，品牌效应强，设备投资大20 3.4.1.技术壁垒：材料、设计、工艺、装配研发投入大，积累周期长20 3.4.2.固定资产投资壁垒：设备投资大，回报周期长25 3.4.3.品牌壁垒：试机验证周期长25 3.5.谐波减速机未来的产品趋势——集成化26 4.他山之石：复盘哈默纳科的成长路径27 4.1.主营业务：推陈出新，深耕谐波领域27 4.2.历史沿革：从以日本市场主导，逐步转向海外扩张的发展道路28 4.3.市场需求：下游应用广泛，业绩快速增长30 4.4.财务分析：市场环境波动大，下游应用领域拓宽拉动业绩提升33 4.5.复盘结论：技术为王，质量核心，产能保障，紧跟下游市场37 5.国内谐波减速机公司投资机会分析38 5.1.绿的谐波：深耕谐波减速器领域，打破国外垄断，业绩高速增长39 5.2.中技克美：国内第一个专业从事谐波传动技术的高新技术实业公司42 5.3.双环传动：齿轮传动产品头部企业，RV减速器产品获广泛认可44 5.4.中大力德：产品种类多样，致力于打造核心零部件集成供应商46 5.5.国茂股份：国内通用减速机龙头，布局精密领域48 6.投资建议50 7.风险提示50 图表目录 图1：工业机器人产业链概况6 图2：协作机器人产业链概况6 图3：服务机器人产业链概况7 图4：减速器在工业机器人零部件中价值占比最大7 图5：优傲UR5协作机器人关节内部结构8 图6：各类减速器示意图8 图7：人形机器人产业链概况9 图8：人形机器人TeslaBot时间线梳理10 图9：TeslaBot基本参数10 图10：特斯拉人形机器人机械结构图11 图11：谐波减速器内部结构示意图13 图12：谐波减速器的“错齿”原理13 图13：谐波减速器下游应用领域14 图14：哈默纳科2021年机器人下游占比50%以上14 图15：六轴多关节机器人按负载选用RV或谐波减速器14 图16：协作机器人6-7个关节全都使用谐波减速器14 图17：预计2021-2024年全球工业机器人销量CAGR=6.0%16 图18：预计2021-2025年中国工业机器人销量CAGR=13.9%16 图19：预计2021-2025年全球协作机器人市场规模CAGR=23.6%16 图20：预计2021-2025年中国协作机器人销量CAGR=44.4%16 图21：五轴加工中心及内部结构示意图，标红处为谐波减速器安装位臵18 图22：谐波减速器运用于医疗设备19 图23：谐波减速器运用于光伏设备19 图24：2021年哈默纳科全球谐波减速器市占率格局20 图25：中国谐波减速器行业国产替代逐渐推进20 图26：谐波减速器专利申请构成，其中总体结构、波发生器、柔轮、加工制造为研究重点21 图27：谐波减速器各国专利申请情况21 图28：谐波减速器各技术分支专利申请情况21 图29：柔轮疲劳损伤断裂示意图22 图30：柔轮应力疲劳损伤和寿命三维仿真云图22 图31：哈默纳科S齿形大幅度降低齿隙，提升精度、抗疲劳和扭转刚度23 图32：绿的谐波P齿形降低齿高，提升转矩容量和寿命24 图33：来福谐波δ齿形全面提升寿命和转矩容量24 图34：截止2020年全球谐波减速器累计专利申请排名24 图35：近5年专利申请数量排名24 图36：哈默纳科“物业、厂房及设备”大幅增加，固定资产周转率最低降低至0.9125 图37：绿的谐波“固定资产+在建工程”逐年提升，固定资产周转率最低降至1.1825 图38：技术门槛+验证周期+高设备投资，构筑行业壁垒26 图39：绿的谐波与哈默纳科部分机电一体化产品概览26 图40：绿的谐波近四年机电一体化产品销量高速增长26 图41：哈默纳科产品概览27 图42：2021年哈默纳科各类产品收入占比27 图43：哈默纳科发展史上部分具有标志性的产品代表27 图44：“谐波传动”国产一号样机与70年代的松本工厂28 图45：哈默纳科发展历史概览28 图46：哈默纳科全球“四极”体系基本可实现全球减速机供应全覆盖29 图47：2021年哈默纳科各下游行业占比30 图48：哈默纳科营收与日本机床订单量（内需+外需）变化趋势吻合31 图49：哈默纳科机器人下游营收与日本机器人产量（国内+出口）高度吻合32 图50：全球半导体和制造设备的市场趋势32 图51：哈默纳科半导体设备下游营收与市场吻合32 图52：哈默纳科FPD设备下游营收与市场吻合33 图53：哈默纳科2001-2021年营业收入CAGR为10%左右34 图54：哈默纳科2004-2021年净利润增速CAGR为8.4%34 图55：哈默纳科业务结构保持稳定35 图56：哈默纳科海外业务逐渐扩展35 图57：哈默纳科各下游订单占比，其中工业机器人下游持续提升36 图58：哈默纳科毛利率与净利率36 图59：哈默纳科人均创收变化37 图60：哈默纳科人均创利变化37 图61：哈默纳科研发费用及占比变化37 图62：哈默纳科研发人员数量及占比变化37 图63：2014-2021年哈默纳科中国子公司营业收入CAGR=14.4%39 图64：201