精密减速器专题研究系列一：人形机器人商业化图景远大，引爆精密减速器市场空间

证券研究报告/行业研究 人形机器人商业化图景远大，引爆精密减速器市场空间 ——精密减速器专题研究系列一 投资评级：看好 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn研究助理：程治执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 减速器指数与沪深300指数走势对比 100% 50% 0% -50% 2022/122023/052023/10 000300.SH886008.TI 资料来源：同花顺iFinD，源达信息证券研究所 相关报告： 投资要点 精密减速器应用广泛，行业壁垒包括材料、工艺、结构和组装等 精密减速器包括谐波减速器、RV减速器和行星减速器等。其中谐波减速器和RV减速器分别适用于小扭矩和大扭矩应用场景，二者互为补充。而行星减速器结构简单、成本低，与上述二者存在一定应用场景重叠。精密减速器的成本主要由材料、人工和制造费用组成，系为保证减速器的性能和质量，对材料要求高，并需要高精度、高稳定性的工艺加工和人工组装。 工业机器人是第一大应用领域，行业特性推动减速器国产替代 工业机器人领域主要采用谐波减速器和RV减速器。在工业机器人销量增长下，已成为第一大应用领域。根据MIR睿工业和《中国工业机器人白皮书》数据，一套工业机器人约对应3.5台谐波减速器和2台RV减速器，而国外头部企业的产能难以覆盖全部需求。相比数控机床和半导体设备等领域，工业机器人的国产化率高，且行业竞争激烈，对成本相对敏感，也为减速器国产替代创造机遇。2022年绿的谐波和双环传动已分别在国内工业机器人用谐波减速器和RV减速器领域市占率第二，份额保持稳健增长。 人形机器人商业图景远大，单台机器人对减速器需求成倍增加 根据TESLAAIDAY，人形机器人Optimus有40个关节，参考工业机器人，假设其中要使用14台谐波减速器和4台行星减速器，则我们测算10万套销量下将增加约11.2亿元谐波减速器和1.6亿元行星减速器市场空间。自2022年首度提出Opitimus概念来，其在不足两年时间内迭代惊人，目前已能完成单腿瑜伽等复杂动作，进展超出预期。人形机器人与人工智能密切相关，定义是取代人工从事部分危险和重复劳动，在人工智能快速发展下商业化图景远大。而商业化绕不开的降本问题以及对减速器的巨量需求，都为国产精密减速器厂商切入创造机遇。 投资建议 工业机器人行业是精密减速器国产替代的开端，而人形机器人与工业机器人存在一定共性，国产减速器厂商有望迎来巨大机遇。建议关注：1）谐波减速器：绿的谐波等；2）RV减速器：双环传动等。 风险提示 下游行业景气度不及预期；行业竞争加剧；人形机器人商业化不及预期；被新型传动技术取代的风险。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、精密减速器应用广泛，行业壁垒包括材料、工艺、结构和组装等3 二、人形机器人相比工业机器人对减速器需求成倍增加4 三、人形机器人有望延续工业机器人领域的减速器国产化趋势8 四、建议关注10 1.绿的谐波10 2.双环传动11 五、投资建议12 六、风险提示13 图表目录 图1：谐波减速器通过柔轮传动，结构简洁、体积小3 图2：RV减速器结构复杂，通过多级齿轮传动3 图3：谐波减速器通过波发生器带动柔轮传动，核心是使柔轮发生弹性形变4 图4：谐波减速器成本结构（参考绿的谐波2022年年报）4 图5：中大力德通用零部件产品2022年成本构成4 图6：特斯拉Optimus系列机器人迭代历史5 图7：Optimus共有40个驱动关节装置5 图8：2023年中国工业机器人销量预计将超28万套6 图9：中国工业机器人内资销量占比持续提升6 图10：减速器在工业机器人领域应用广泛6 图11：减速器约占工业机器人成本的35%6 图12：中国工业机器人用谐波减速器市场格局8 图13：中国工业机器人用RV减速器市场格局8 图14：纳博特斯克RV减速器产能情况（万台/年）9 图15：2018-2023年前三季度绿的谐波营收情况10 图16：2018-2023年前三季度绿的谐波归母净利润情况10 图17：2018-2023年前三季度双环传动营收情况11 图18：2018-2023年前三季度双环传动归母净利润情况11 表1：RV减速器和谐波减速器是精密减速器主流类型，可匹配用于不同应用场景3 表2：谐波减速器与行星减速器对比5 表3：2023年中国工业机器人用谐波/RV减速器市场空间约为16.0/29.6亿元7 表4：人形机器人蕴含的巨大商业想象力有望大大拓宽精密减速器市场空间7 表5：哈默纳克目前月产能约25.5万台/月，从公司营收看约50%来自工业机器人领域9 表6：重点公司盈利预测12 2 一、精密减速器应用广泛，行业壁垒包括材料、工艺、结构和组装等 减速器的作用是在原动机和工作机中匹配转速和传递扭矩。通常工作机的扭矩大、转速低，而原动机则相反，因此需要通过减速器来降低转速增大扭矩。精密减速器相比普通减速器具有精度高、稳定性好等优点，其中谐波减速器和RV减速器属于运用较广泛的精密减速器类型。谐波减速器体积小、精度高；而RV减速器负载高，但体积大。二者既可用于不同应用场景也可在机器人等场景中配合使用。 表1：RV减速器和谐波减速器是精密减速器主流类型，可匹配用于不同应用场景 类别 RV减速器 谐波减速器 技术特点 多级减速实现传动，零部件较多 柔轮弹性变形传递运动，由柔轮、刚轮、波发生器组成 应用场景 多关节机器人中机座、大臂、肩部等 重负载的位置 机器人小臂、腕部或手部 产品性能大体积、高负载能力和高刚度体积小、传动比高、精密度高 终端领域汽车、运输、港口码头等（重负载）3C、半导体、食品、注塑、模具、医 价格区间5000-8000元/台1000-5000元/台 疗等（负载小于30Kg） 资料来源：绿的谐波招股说明书，源达信息证券研究所 图1：谐波减速器通过柔轮传动，结构简洁、体积小图2：RV减速器结构复杂，通过多级齿轮传动 资料来源：绿的谐波招股说明书，源达信息证券研究所资料来源：环动科技官网，源达信息证券研究所 谐波减速器通过能发生弹性形变的柔轮实现传动。在谐波减速器中刚轮固定，波发生器的转动使柔轮发生弹性形变变成椭圆形形状，且椭圆柔轮的长轴随波发生器的转动而变化。柔轮在形变过程中长轴处轮齿与刚轮轮齿槽逐渐啮合，且刚轮齿数比柔轮多两齿，因此会发生错齿运动。则根据柔轮轮齿与刚轮轮齿槽的一一对应关系，波发生器每顺时针转动一周，柔轮逆时针转动两齿。 图3：谐波减速器通过波发生器带动柔轮传动，核心是使柔轮发生弹性形变 资料来源：绿的谐波招股说明书，源达信息证券研究所 精密减速器的成本主要由直接材料、人工成本和制造费用构成。而委外加工费用系一些厂商将部分材料加工工序外包产生。由于精密减速器目前仍主要依靠人工装配，因此人工费用占成本比重较高。此外材料的强度和特性决定了精密减速器的性能，而谐波减速器的柔轮需要具备弹性形变的特性，对材料和相应工艺处理要求高，并会涉及到热处理、精车等多道工序。因此精密减速器的成本主要受材料、制造流程和人工影响。 19% 工, 图4：谐波减速器成本结构（参考绿的谐波2022年年报）图5：中大力德通用零部件产品2022年成本构成 直接 35 直接人工, 委外加工费,14% 制造费用, 制造费用,27% 24% 材料, % 直接人 11% 直接材料,70% 资料来源：绿的谐波2022年年报，源达信息证券研究所资料来源：中大力德2022年年报，源达信息证券研究所 二、人形机器人相比工业机器人对减速器需求成倍增加 特斯拉推动人形机器人商业化加速，Optimus迭代速度惊人。2021年8月，马斯克在特斯拉AIDAY上首次提出Optimus的概念，并计划在未来让人形机器人取代人类从事部分危险工作和重复劳动。相比工业机器人，人形机器人的核心在于与智能化和类人化，所以智能制造、商业服务和家庭场景可能会是人形机器人的主要应用场景。2023年12月，特斯拉发布的OptimusGen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作，自2022年发布demo起仅两年，迭代速度惊人。而在人工智能大模型的发展加持下，人形机器人的“iPhone时刻”有望在不久到来。 图6：特斯拉Optimus系列机器人迭代历史 资料来源：机器之心，源达信息证券研究所 人形机器人主要采用谐波减速器和行星减速器。以Optimus为例，共有40个关节驱动装置（手臂12个、脖子2个、腰部2个、手部12个、腿部12个），其中我们假设有14个关节会采用谐波减速器，4个关节会采用行星减速器。行星减速器和谐波减速器存在一定应用场景重合，行星减速器的优点在于使用寿命长、价格低；但重量重、减速比低，因而我们认为在人形机器人应用场景中行星减速器难以大量替代谐波减速器。 表2：谐波减速器与行星减速器对比图7：Optimus共有40个驱动关节装置 谐波减速器 行星减速器 外形 噪音小、重量轻 噪音大、重量重 冲击力易产生过冲、受 温度影响大 不易产生过冲、受温度影响小 减速比高，可超单级减速比不超过减速比过1/1001/10，减速级速不 超过3级 寿命使用寿命有限寿命可达2万小 时，免保养 资料来源：科峰智能招股说明书，源达信息证券研究所资料来源：特斯拉，源达信息证券研究所 中国工业机器人销量在数十万级，国产化率持续提升。截至2023年前三季度，中国工业机器人销量达20.7万套，同比下滑0.1%。销量略微下滑主要系下游需求疲软，仅光伏、储能和汽车电子等行业有较好表现。工业机器人国产化率持续提升，2023年前三季度内资销量占比达44.8%，较去年同期+9.5pct。工业机器人国产化率的提升有望增加对国产零部件的需求，为减速器厂商打开供应链切入机会。 图8：2023年中国工业机器人销量预计将超28万套图9：中国工业机器人内资销量占比持续提升 4080% 3060% 40% 20 20% 100% 0-20% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 35.3% 64.7% 44.8% 55.2% 2022Q1-Q32023Q1-Q3 中国工业机器人销量（万套）YOY（%）内资外资 资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所资料来源：MIR睿工业，源达信息证券研究所 谐波减速器和RV减速器是工业机器人采用的主流传动装置。减速器约占工业机器人成本的35%，谐波减速器和RV减速器分别适用于小扭矩和大扭矩的场景，因而可以在工业机器人中配合使用。根据《中国工业机器人白皮书》，一般情况下，六轴多关节机器人中：负载10KG以下需要6个谐波减速器；10-20KG需要2个谐波减速器和4个RV减速器； 20KG以上需要6个RV减速器。SCARA机器人需要4个谐波减速器。DELTA机器人需要1个谐波减速器。协作机器人需要6个谐波减速器。 图10：减速器在工业机器人领域应用广泛图11：减速器约占工业机器人成本的35% 其他,30% 控制器,15% 减速器,35% 伺服电机,20% 资料来源：绿的谐波招股说明书，源达信息证券研究所资料来源：工博士，源达信息证券研究所 根据MIR睿工业数据，2023年前三季度中国工业机器人销量中：负载20kg以下的六轴机器人占比33.2%，负载20kg以上的六轴机器人占比32.5%，SCARA机器人占比24.5%，协作机器人占比7.7%，DELTA机器人占比2.1%。我们假设负载20kg以下的六轴机器人均采用6个谐波减速器。则根据上文可计算得一套工业机器人约对应3.5个谐波减速器和2个RV减速器。 假设2020-2024年谐波减速器价格由2000元降至1500元，RV减速器价格由6000元降 至5000元。则2023年中国工业机器人用谐波减速器市场空间约为16.0亿元，RV减速 器市场空间约为29.6亿元。 表3：2023年中国工业机器人用谐波/RV减速器市场空间约为16