人形机器人行业跟踪报告（五）之减速器行业深度报告：工业机器人核心零部件，人形机器人打开精密减速器增量空间

精密减速器是机器人转动关节的核心零部件。减速器是连接电机和负载的中间装置，用于降低电机的输出转速、提高输出扭矩。机器人领域所使用的减速器属于精密减速器，主要包括谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高的优点，因此主要应用于机器人小臂、腕部、手部等部件；RV减速器的优点是其传动比范围大，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，因此主要应用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等位置；精密行星减速器具有高刚性、高精度、高传动效率，因此主要与伺服电机、控制器共同组成移动机器人的驱动单元。 精密减速器市场空间广阔，国产替代空间巨大。精密减速器主要下游包括工业机器人、高端数控机床等高端装备制造业。根据我们测算，2023年我国工业机器人行业精密减速器需求量为144.6万台，市场规模约为72.3亿元。随着下游通用自动化行业需求逐渐扩大，精密减速器市场规模有望快速增长。目前精密减速器行业龙头主要为日本厂商，其中谐波减速器龙头为日本厂商哈默纳科，其2021年全球与中国谐波减速器销售额市占率分别为82%/36%；RV减速器龙头为日本厂商纳博特斯克，其2020年全球与2021年中国RV减速器销售额市占率分别为61%/53%；精密行星减速器市场相对较为分散，日本厂商新宝2022年全球与中国精密行星减速器销售额市占率分别为13%/20%。国内厂商绿的谐波、双环传动、科峰智能等分别在各自优势领域占据一定市场份额，但整体而言国产厂商市占率提升空间仍十分广阔。随着国内外产品技术差距逐渐缩小，国内产品有望凭借自身价格优势抢占更多市场空间。 人形机器人产业化加速为精密减速器打开增量空间，国产精密减速器龙头有望深度受益。2023年12月13日，特斯拉发布第二代Optimus机器人，我们推测单台机器人需要谐波减速器16台，对应价值量约为1.6万元。马斯克曾在特斯拉AI DAY上预估Optimus机器人产量将达百万台量级，在100万台Optimus机器人销量的假设下，谐波减速器对应的市场空间约为160亿元。特斯拉Optimus机器人引领行业变革，优必选、小米、傅利叶智能、宇树、小鹏等科技公司纷纷入局，人形机器人商业化有望实现“0-1”的突破。目前人形机器人主流减速器方案为谐波减速器，部分机器人在下肢采用了精密行星减速器。未来随着人形机器人逐步放量，精密减速器作为价值量占比较高的核心零部件，市场规模有望大幅增长，国内精密减速器龙头厂商有望深度受益。 投资建议：推荐具备精密减速器制造能力的国内减速器龙头绿的谐波、中大力德、国茂股份。 风险提示：下游行业需求增长不及预期；人形机器人产业化进展不及预期；行业竞争加剧。 投资聚焦 特斯拉Optimus人形机器人引领行业变革，科技公司纷纷入局，当前人形机器人行业迅速迭代，产业处于“0-1”的突破阶段。未来随着人形机器人的逐步放量，精密减速器作为人形机器人的核心零部件有望深度受益。 我们区别于市场的观点 市场普遍认为当前目前国产精密减速器仍与海外龙头企业产品有较大的差距，因此即便人形机器人实现产业化，国内精密减速器制造商的竞争力仍然不足，所能获得的市场增量空间仍十分有限。但我们认为： 1）国内精密减速器在产品性能方面与海外龙头产品差距正在快速缩小，部分国内产品性能已达到国际一流水平。 2）人形机器人产业化面临着较大的降本压力，国产精密减速器具备较大的价格优势。 3）人形机器人未来对精密减速器需求量较大，国产精密减速器制造商可填补相应的产能缺口。 因此，我们认为国内精密减速器厂商在人形机器人领域具备一定的竞争力，未来随着人形机器人产业化加速，国产精密减速器龙头有望深度受益。 股价上涨的催化因素 1）国产精密减速器厂商进入特斯拉等人形机器人企业供应链，份额不断提升； 2）人形机器人产业化持续推进，标杆产品研发成功推向市场； 3）更多龙头公司入局人形机器人，打开新增需求市场。 投资观点 未来随着人形机器人需求逐步放量，精密减速器作为价值量占比较高的核心零部件，市场容量有望高速增长，国内精密减速器龙头厂商有望深度受益。 重点推荐 绿的谐波：国内谐波减速器龙头企业，公司当前具备约59万台谐波减速器产能，自研“P齿形”谐波减速器性能达到国际先进水平，随着人形机器人行业对谐波减速器需求量增加，公司有望深度受益，首次覆盖给予“增持”评级。 中大力德：公司具备精密行星减速器、RV减速器、谐波减速器三种品类精密减速器的量产能力，可应对不同方案的人形机器人对减速器的需求，随着人形机器人产业化不断加速，公司有望深度受益，首次覆盖给予“买入”评级。 国茂股份：公司是国内通用减速器龙头公司，近年来切入精密减速器赛道，子公司国茂精密具备谐波减速器生产能力、摩多利具备精密行星减速器生产能力，随着人形机器人产业化不断加速，公司有望深度受益，首次覆盖给予“买入”评级。 1、减速器：机器人转动关节的核心零部件 1.1、减速器的核心功能：降低转速、提高扭矩 减速器是连接电机和负载的中间装置，用于降低电机的输出转速。通常一个电机的转速可达数千转每分钟，而输出扭矩较小，无法满足大部分负载端低转速大负载的工作需求，因此无法直接与输出端相连。根据公式P=T*ω，在电机输出功率恒定的情况下，降低电机的输出转速可以提高电机的输出扭矩。因此通常需要减速器作为中间机构，来降低输出转速、提高输出扭矩。 图1：减速器是连接电机和负载的中间机构 图2：减速器的核心功能是降低转速、增加扭矩 1.2、减速器种类多样，机器人领域主要使用精密减速器 按照使用场景划分，减速器分为伺服（精密控制）用减速器和一般传动减速器。 精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点，能够对机械传动实现精准控制，主要用于机器人、新能源设备、高端机床、电子设备、印刷机械等高端制造领域。其中机器人领域主要应用的精密减速器包括谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器。根据中商产业研究院数据，2022年全球机器人领域谐波减速器 、RV减速器 、 精密行星及其他减速器市场销量占比分别为40%/40%/20%。 图3：2022年全球机器人领域精密减速器销量占比 1.2.1、谐波减速器具有较高传动精度，一般应用于机器人手、臂、腕部 谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成。其工作原理通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式，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；而其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。 谐波减速器具有单级传动比大、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。且与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少2/3，重量可减轻1/2。因此谐波减速器被广泛运用于3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等需要较高传动精度的场景。在机器人领域，谐波减速器主要应用于小臂、腕部、手部等部件。 图4：谐波减速器结构示意图 图5：谐波减速器传动示意图 1.2.2、RV减速器具有较大负载能力，一般应用于机器人基座、大臂、肩部 RV减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。RV减速器第一级减速是对输入和输出齿轮进行外啮合，第二层减速通过正侧齿轮推动偏心轴，带动安装在偏心轴的RV齿轮，RV齿轮将做偏心运动，从而实现转速的传递。 RV减速器的优点是传动比范围大、精度较为稳定、抗疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，但是由于其重量重、外形尺寸较大的特性，也使其无法向轻便、灵活的轻负载领域发展。因此RV减速机主要用于汽车、运输、港口码头等需要重负载的场景。在机器人领域一般应用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等位置。 图6：RV减速器结构示意图 图7：RV减速器传动示意图 1.2.3、精密行星减速器传动效率高，一般应用于移动机器人的驱动单元 精密行星减速器主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成。每台精密行星减速器都会有多个行星轮，它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动下，同时围绕太阳轮旋转，共同输出动力，带动负载运动。太阳轮和齿圈存在齿数差，从而达到减速目的。 精密行星减速器的传动比通常都在10以内，且减速级数通常不会超过三级。 行星减速器具有高刚性、高精度(单级可做到1'以内)、高传动效率(单级在97%～98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速器多数安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。在机器人领域精密行星减速器是移动机器人核心零部件，主要与伺服电机、控制器共同组成移动机器人的驱动单元。 图8：精密行星减速器结构示意图 总结而言，三种精密行星减速器按照不同性能指标排序如下： （1）按照传动比（减速性能）排序，三种减速器由大到小分别为RV减速器>谐波减速器>精密行星减速器（单级）； （2）按照传动精度，三种减速器由高到低排序为精密行星减速器>谐波减速器>RV减速器； （3）按传动效率，三种减速器由高到低排序为精密行星减速器>RV减速器>谐波减速器。 因此谐波减速器通常用于机器人小臂、腕部、手部等部件；RV减速器通常用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等位置；精密行星减速器通常用于移动机器人。 表1：三种精密减速器特点对比 表2：三种精密减速器性能指标对比 2、精密减速器国产化率亟需提升，人形机器人有望带动市场增长 2.1、精密减速器的主要下游包括工业机器人、机床 精密减速器的主要下游包括高端数控机床、工业机器人等相关的高端装备制造业。以主要产品为精密谐波减速器的绿的谐波为例，公司2017-2019年谐波减速器的前三大下游应用领域为多关节机器人、协作机器人、高端数控机床，销售额占比分别为36.22%/32.41%/7.50%。其余下游还包括医疗器械、半导体设备、光伏制造设备等，占比分别为3.97%/1.99%/1.02%。 图9：绿的谐波2017-2019年谐波减速器下游应用领域 精密减速器作为工业机器人、自动化设备等高端装备的核心零部件，与制造业固定资产投资规模和国民经济增长密切相关。自2021年以来我国制造业固定资产投资规模稳定增长，2023年1-12月我国制造业固定资产投资完成额累计同比增长6.5%。随着固定资产投资均逐年提高，精密减速器下游多个领域呈现出快速增长态势。其中2015-2023年我国工业机器人年产量由3.3万台增长至43.0万台，CAGR为37.8%。 图10：我国制造业固定资产投资额累计同比（%） 图11：我国工业机器人产量 精密减速器是工业机器人成本构成占比最高的核心零部件。工业机器人中减速器、伺服系统、控制系统、机器人本体与其他这五部分的价值占比分别为35%/25%/10%/15%/15%。作为工业机器人零部件价值量占比最高的环节，工业机器人产量的高速增长有望带动精密减速器的市场规模的增加。 图12：2021年工业机器人成本构成 工业机器人可主要分为多关节机器人（六轴机器人）、协作机器人、SCARA机器人、并联机器人（Delta机器人）四个大类： （1）多关节机器人：能够实现上下料、质检、装配、喷涂、点胶、包装、打磨、焊接等复杂功能，是自动化生产线、数字化车间、智能工厂的重要设备载体。每台六轴多关节机器人需要搭配6台精密减速器。 （2）协作机器人：功能场景与多关节机器人相同，且可以在没有防护栏的情况下与人近距离协同工作。每台协作机器人一般使用6-7台精密减速器。 （3）SCARA机器人：能实现装配、装卸、固定、涂层、粘结等功能，一般使用3台精密减速器。 （4）并联机器人：可实现分拣等功能，一般需使用3台精密减速器。 我们估计23年全年我国多关节机器人、协作机器人、SCARA机器人、并联机器人出货量分别为18.1/2.1/6.7/0.6万台，假设每台机器人精