2023精密减速器行业发展现状及相关公司分析报告

2023年深度行业分析研究报告 目录 1.精密减速器——机器人成本占比最高的核心零部件5 1.1.减速器分类及精密减速器简介5 1.2.各类精密减速器传动原理及结构特点6 1.2.1.精密行星减速器：成本低、传动效率高、承载能力强，但重量体积大、单级减速比小6 1.2.2.RV减速器：体积质量较小、减速比范围大、承载能力强，但工艺复杂、成本高7 1.2.3.谐波减速器：体积质量小、减速比范围较大，但承载能力较弱、容易疲劳损坏9 2.特斯拉人形机器人持续进化，精密减速器不可或缺11 2.1.机器人减速器选型关注多项核心指标，RV和谐波减速器是当前主流11 2.2.人形机器人对减速器小型化、轻量化要求高，谐波和RV减速器最适配13 3.谐波减速器：国产替代如火如荼，国内企业优势在于性价比和服务15 3.1.国内企业快速追赶，谐波减速器国产替代如火如荼15 3.2.国内企业优势在于性价比和服务，后续降本核心在于高效规模化20 4.RV减速器：国产替代初显成效，技术工艺仍需进一步积累25 4.1.纳博特斯克引领全球RV减速器市场，政策引导下国产替代初显成效25 4.2.技术工艺仍需积累，产品体系有待完善28 5.多元需求推动行业持续成长，人形机器人带来巨大想象空间30 5.1.精密减速器下游应用广泛，2021年全国谐波和RV减速器市场规模达58亿元30 5.2.多元需求推动行业持续成长，人形机器人带来巨大想象空间34 6.相关公司38 6.1.哈默纳科：全球谐波减速器龙头，致力于推动谐波减速器精巧化38 6.2.纳博特斯克：RV减速器缔造者，独特资产塑造难以复刻的竞争优势42 6.3.绿的谐波：深耕谐波传动领域20年，国产谐波减速器行业领军企业47 6.4.双环传动：深耕高精度齿轮行业，同步布局RV和谐波减速器51 6.5.其他相关公司53 图表目录 图1：工业机器人成本构成5 图2：全球机器人领域主要使用的精密减速器6 图3：行星减速器主要零件及结构图6 图4：二级行星减速器结构图7 图5：纳博特斯克RV-20E型减速器模型爆炸图8 图6：第一级减速装置为行星齿轮减速器8 图7：第二级减速装置为摆线针轮传动9 图8：谐波减速器结构示意图10 图9：谐波减速器传动原理10 图10：齿轮背隙示意图11 图11：串联弹性驱动器结构示意图14 图12：特斯拉人形机器人Optimus电池方案14 图13：2020年全球谐波减速器行业市占率情况15 图14：2018-2027E绿的谐波与哈默纳科产能变化情况（万台）17 图15：2018-2022年绿的谐波与哈默纳科研发人员数量情况17 图16：2018-2022年绿的谐波与哈默纳科研发投入情况18 图17：1955年至今谐波减速器技术主要产出国专利申请数量对比图18 图18：谐波减速器专利技术产出国分布19 图19：全球谐波减速器技术专利申请量排名19 图20：2020-2021年我国谐波减速器市场格局19 图21：哈默纳科开发的超小型一体化执行器已广泛应用于半导体及机器人等各个领域20 图22：谐波减速器生产流程20 图23：绿的谐波2017-2019年谐波减速器单位售价及成本变化21 图24：绿的谐波2017-2019年不同规格谐波减速器销量占比变化21 图25：2022年绿的谐波减速器及金属部件成本构成21 图26：绿的谐波2017-2019年谐波减速器单位成本构成变化情况（元/台）22 图27：绿的谐波与哈默纳科员工总人数及人均创收对比25 图28：全球精密减速器行业市场竞争情况26 图29：2020-2021年我国RV减速器市场竞争情况27 图30：各公司RV减速器产能情况（万台）27 图31：RV减速器工艺流程28 图32：RV减速器加工难点29 图33：精密减速器下游应用广泛31 图34：2014-2021年中国工业机器人销量构成（万台）31 图35：2014-2021年中国工业机器人领域精密减速器需求量32 图36：2014-2021年国内工业机器人领域减速器市场规模（亿元）33 图37：2014-2021年全国谐波和RV减速器需求情况（万台）34 图38：2014-2021年全国谐波和RV减速器市场规模（亿元）34 图39：2021年世界制造业机器人密度情况（台/万人）35 图40：2015-2021年中国制造业工业机器人密度持续增长（台/万人）35 图41：精密减速器下游需求多元，推动哈默纳科销售规模持续增长36 图42：特斯拉人形机器人旋转执行器和线性执行器36 图43：单腿运动关节自由度的方向分配37 图44：哈默纳科发展历程39 图45：哈默纳科产品的定位及进化40 图46：2017-2022财年哈默纳科收入、净利润情况40 图47：2022财年哈默纳科收入结构40 图48：2017-2022财年哈默纳科销售毛利率、净利率41 图49：2022年哈默纳科下游应用领域41 图50：2018-2022财年哈默纳科分区域销售（亿日元）42 图51：2018-2022财年哈默纳科分区域销售占比42 图52：纳博特斯克发展历程43 图53：纳博特斯克RV减速器持续创新升级45 图54：纳博特斯克技术和制造资源45 图55：2017-2023E纳博特斯克收入构成（十亿日元）46 图56：纳博特斯克销售区域划分47 图57：公司产能分布及规划（万台/年）47 图58：绿的谐波发展历程48 图59：2022年绿的谐波收入结构48 图60：2022年绿的谐波毛利结构48 图61：绿的谐波业务布局与延伸49 图62：2018-2022年绿的谐波销售区域（百万元）49 图63：2018-2022年绿的谐波销售区域占比（%）49 图64：2022年绿的谐波下游行业情况50 图65：2017-2019年绿的谐波下游行业情况50 图66：2017-2023E绿的谐波减速器产能、产量、销量情况50 图67：2018-2022年绿的谐波收入利润51 图68：2018-2022年绿的谐波利润率51 图69：双环传动减速器业务发展历程51 图70：2022年双环传动收入结构52 图71：环动科技生产制造实力强大52 表1：减速器分类5 表2：几种常见精密减速器性能指标对比12 表3：三种驱动单元优缺点对比15 表4：国内外典型谐波减速器关键技术指标对比16 表5：谐波减速器不同齿形设计比较23 表6：不同齿轮加工工艺对比24 表7：绿的谐波与国外领先企业在规模制造方面的差距24 表8：国内工业机器人用RV减速器主要生产厂家26 表9：全球主要生产厂家从事RV减速器开发时间对比29 表10：2021年国内工业机器人使用的谐波减速器和RV减速器数量情况32 表11：2014-2021年国内工业机器人领域谐波、RV减速器市场规模测算33 表12：特斯拉人形机器人28个执行器情况37 表13：特斯拉人形机器人产业化对谐波减速器需求弹性测算38 表14：哈默纳科减速器产能情况42 表15：纳博特斯克产品矩阵及市场地位44 表16：纳博特斯克精密减速器营业利润占比46 1.精密减速器——机器人成本占比最高的核心零部件 1.1.减速器分类及精密减速器简介 减速器可分为通用减速器、精密减速器和专用减速器。减速器作用是把高速运转的动力，通过输入轴上齿数少的齿轮啮合输出轴上齿数多的大齿轮，从而达到改变输出转速、扭矩和承载能力的目的。减速器按用途可分为三大类：①通用减速器（一般传动减速器）控制精度较低，可满足机械设备基本的动力传动需求；②专用减速器主要应用于汽车、工程机械、航空航天等特定行业；③精密减速器背向间隙小、精度高、更加可靠稳定，更加适用于机器人、数控机床等高端领域。 表1：减速器分类 分类特点主要产品类型主要代表公司规格以中小型为主，模块化、系列 通用减速器 专用减速器 精密减速器 化，通常控制精度较低，可满足机 械设备基本的动力传动需求，广泛应用于各个行业中 规格以大型、特大型为主，多为非标、行业专用产品 规格以微、小型为主，精度较高、回程间隙小、使用寿命长，更加可靠稳定，主要应用于机器人、数控机床等高端领域 齿轮减速器、蜗杆蜗轮减速器、行 星减速器等 汽车变速箱、风电增速箱、建材、冶金机械、船舶、工程机械等领域专用传动装置 RV减速器、谐波减速器、精密行星减速器、摆线针轮减速器等 SEW、西门子、国茂股份、宁波 东力、泰隆等 中国高速传动、杭齿前进、重齿、中技克美等 纳博特斯克、哈默纳科、绿的谐波、中大力德、南通振康等 数据来源：国茂股份招股说明书，绿的谐波招股说明书，东北证券 精密减速器是工业机器人的三大核心零部件之一，成本占比超30%。工业机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。而精密减速器又是工业机器人的三大核心零部件之一，通常精密减速器占工业机器人成本的30%以上，成本占比最高、研发难度最大。 图1：工业机器人成本构成 集成应用与其他, 15% 本体加工, 15% 减速器,35% 控制系统, 15% 伺服电机, 20% 数据来源：GGII，东北证券 精密减速器种类较多、型号各异。全球机器人领域使用的精密减速器包括RV减速器、谐波减速器、精密行星减速器、摆线针轮减速器、滤波减速器等。其中RV、谐波减速器的市场销售数量占比大约分别为40%、40%。 图2：全球机器人领域主要使用的精密减速器 数据来源：GGII，纳博特斯克年报，东北证券 1.2.各类精密减速器传动原理及结构特点 1.2.1.精密行星减速器：成本低、传动效率高、承载能力强，但重量体积大、单级减速比小 精密行星减速器主要由太阳轮、行星轮、内齿圈构成，其减速传动原理就是齿轮减速原理。通过太阳轮输入转速与行星轮啮合，行星轮啮合自转的同时围绕中心轮公转，最后由行星架将转速和扭矩传到输出轴上。精密行星减速器通过对重量结构精密化，以及严格的零部件制造和装配工艺控制，获得相对普通行星减速器具备更为优异的性能，通常配合步进电机或伺服电机应用于工业机器人关节中。 图3：行星减速器主要零件及结构图 太阳轮 行星轮 内齿卷 数据来源：包世阳《机器人用精密行星减速器传动系统静动态特征分析与试验研究》，东北证券 精密行星减速器优势： （1）相对普通行星减速器体积重量小，精度高。通过对重量结构精密化，以及严格的零部件制造和装配工艺控制，获得相对普通行星减速器更优异的性能指标。 （2）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%。 （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。 （4）结构简单、成本相对谐波、RV低。通常行星减速器价格低于500元。 精密行星减速器劣势： （1）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。精密行星减速器单级传动减速比最小为3，最大一般不超过10。当一级行星齿轮传动系统无法满足较大减速比需要时，则需2-3级减速来满足较大的减速比需求。但由于增加了传动级数和齿轮数量，多级精密行星减速器的长度重量也会有所增加，这限制了其使用场景。 （2）需要定期维护，同时高精度、高效率等特殊要求会带来更高的制造成本。精密行星减速器需要定期维护和保养（包括定期更换润滑油和维修传动部件等），以确保其长期可靠性。同时对于精度、效率等的额外要求会相应增加制造成本，例如人形机器人若要使用行星减速器则需要对电机进行扁平化设计，同时行星减速器也需要定制成微型多级传动的形式（但不排除部分特定场合使用定制化行星减速器仍具备经济效益）。 图4：二级行星减速器结构图 数据来源：王亚芹等《行星减速器机械效率影响因素分析》，东北证券 1.2.2.RV减速器：体积质量较小、减速比范围大、承载能力强，但工艺复杂、成本高 RV减速器由摆线针