机械设备：RV减速器——重负载关节的潜力零部件

证券研究报告：机械设备|深度报告 2024年3月18日 行业投资评级 强于大市|维持 RV减速器——重负载关节的潜力零部件 5% 2% -1% -4% -7% -10% -13% -16% -19% -22% -25% -28% 机械设备沪深300 投资要点 行业相对指数表现（相对值） 行业基本情况收盘点位 1407.71 52周最高 1594.48 52周最低 1090.08 人形机器人迎来发展浪潮，有望打开RV减速器潜在增量市场。RV减速器有望应用于人形机器人重负载关节。我们大致估计，单台人形机器人主要在腰部和腿部等下半身负载较重，RV减速器在高端产品的重负载关节存在规模应用的可能。人形机器人的量产有望为RV减速器带来潜在增量空间，2026E/2028E人形机器人产量突破10/100万台时，RV减速器的潜在增量市场规模为6.98/130.49亿元。 RV减速器是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置的基础上发展起来的传动机构。近年来，随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域的快速发展，RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。RV减速器的原理采用了摆线针轮和行星传动的多级减速结构。由于传动原理和结构等技术特点差异，RV与谐波、精密行星减速器在下游产品及应用领域方面各有所侧重、相辅相成，应用 2023-032023-052023-082023-102024-012024-03 研究所 资料来源：聚源，中邮证券研究所 分析师:刘卓 SAC登记编号:S1340522110001 Email:liuzhuo@cnpsec.com 研究助理:傅昌鑫 SAC登记编号:S1340123050006 近期研究报告 Email:fuchangxin@cnpsec.com 《大规模设备更新正式文件有哪些新细节？》-2024.03.15 于不同场景和终端行业。人形机器人应用领域中，RV与谐波减速器适用领域及优势区间不同，均有应用发展的适宜空间。RV减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括设计、原材料、加工工艺、零件对称性、热处理、装配测试等诸多方面。 市场长期由国外垄断，国产替代初发力。RV减速器下游主要应用于工业机器人领域，市场规模正在不断扩大。全球市场被龙头厂商垄断，国产厂商不少但规模较小，下游企业主要依赖进口。伴随国产RV减速器的发展，海外垄断在不断被打破，国产替代正初步显现。RV减速器主要应用下游为工业机器人领域，平均一台多关节机器人需要4台RV减速器。工业机器人需求稳步增长，助力产品快速降本，促进其在人形机器人领域的应用。 产业链相关标的：环动科技（双环传动）、中大力德、昊志机电秦川机床、巨轮智能、恒工精密 风险提示： 人形机器人规模化不及预期风险；RV减速器降本不达预期风险；人形机器人产业竞争加剧风险；产品技术突破受阻风险。 目录 1RV减速器——重负载关节的潜力零部件4 1.1RV减速器有望应用于人形机器人重负载关节4 1.2RV减速器结构及原理5 1.3RV与其他减速器对比7 1.4RV减速器制造工艺难点8 2下游行业格局&发展机遇9 2.1市场长期由国外垄断，国产替代初发力9 2.2下游需求稳步增长，促进产品降本以导入人形产业链10 3产业链相关标的11 4风险提示14 图表目录 图表1：TeslaOptimus有RV减速器应用可能的旋转关节（红框内）4 图表2：2024E-2030E人形机器人市场对RV减速器需求空间5 图表3：RV减速器实物图5 图表4：RV减速器构造图示5 图表5：RV减速器运动的原理图解6 图表6：RV减速器与其他减速器对比7 图表7：RV与谐波减速器主流指标对比8 图表8：2021-2025E全球RV减速器需求及市场规模9 图表9：2014-2021中国RV减速器市场规模及增速9 图表10：全球RV减速器市场格局10 图表11：中国RV减速器市场格局10 图表12：2019-2024E中国工业机器人市场规模（亿元）11 图表13：2018-2024E中国工业机器人产量（万套）11 图表14：2020-2023Q3环动科技资产结构12 图表15：2020至2023Q1-Q3环动科技业绩情况12 1RV减速器——重负载关节的潜力零部件 1.1RV减速器有望应用于人形机器人重负载关节 RV（RotaryVector）减速器是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置的基础上发展起来的传动机构。它由摆线针轮和行星支架两级减速机构组成，具备体积小、抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等诸多优点，现阶段被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域。相较于目前人形机器人中常用的谐波减速器方案，RV减速器具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，且回差精度稳定，运动精度不会随着使用时间增长显著降低。因此，RV减速器在先进机器人传动中/重负载区间有较大的发展趋势。 人形机器人迎来发展浪潮，有望打开RV减速器潜在增量市场。原本RV减速器主要应用在工业机器人领域，尤其是中/重负载关节。人形机器人作为目前最为先进的机器人领域，其机体上需求大量的精密减速器。现阶段人形机器人厂商主要采用谐波+精密行星减速器的方案来达到机器人传动的目的。不过，人形机器人行业还处于蓬勃发展阶段，产品形态尚未完全固化，RV减速器有望凭借其特性优势在高端设备产品或特定应用场景中有所发挥。以特斯拉Optimus为例，其单台机体共使用14个旋转执行器，对应14个精密减速器需求，其中负责腰部及腿部相关运动控制的大负载旋转关节，若采用RV减速器方案，有望实现更为优秀的性能表现。 图表1：TeslaOptimus有RV减速器应用可能的旋转关节（红框内） 资料来源：TeslaAIDay，中邮证券研究所 我们大致估计，单台人形机器人主要在腰部和腿部等下半身负载较重，RV减速器在高端产品的重负载关节存在规模应用的可能。目前人形机器人产业落地的关键点在于降本从而达到规模化量产，而RV减速器单价较高，故而鲜有应用。 但一方面谐波减速器的负载轻，容许力矩负载在1500Nm以内，限制了其向重负载部位拓展的可能；另一方面国产厂商在RV减速器领域正快步追赶，达到良好的成本控制后，RV减速器将有望应用于人形机器人空间局限较小、负载较重的下半身关节。在未来RV减速器降本程度达到产品需求的空间之后，人形机器人腰部、髋部等大负载关节有望得以陆续应用。结合此前系列报告中对于人形机器人总需求的预测数据可得，人形机器人的量产有望为RV减速器带来潜在增量空间，2026E/2028E人形机器人产量突破10/100万台时，RV减速器的潜在增量市场规模为6.98/130.49亿元。 图表2：2024E-2030E人形机器人市场对RV减速器需求空间 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 全球人形机器人总需求（万台） 1.00 2.30 10.90 58.86 106.19 188.55 362.16 RV减速器单价（元/支） 5000 4000 3200 2560 2048 1638 1311 单台机器人用量（支） 0 0 2 2 6 6 6 单台机器人价值量（元/台） 0 0 6400 5120 12288 9830 7864 人形机器人领域全球增量市场规模（亿元） 0.00 0.00 6.98 30.13 130.49 185.35 284.81 资料来源：中邮证券研究所预测 1.2RV减速器结构及原理 近年来，随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域的快速发展，RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。RV减速器是由第一级渐开线行星传动和第二级摆线行星传动组成的减速装置。行星齿轮传动机构中包括行星齿轮、偏心轴和中心轮，摆线针轮行星传动机构中包括摆线轮、偏心轴、针齿和行星架。 图表3：RV减速器实物图图表4：RV减速器构造图示 资料来源：Nabtesco，中邮证券研究所资料来源：德州启力传动机械，中邮证券研究所 RV减速器的原理采用了摆线针轮和行星传动的多级减速结构。由于同时啮合齿轮数较多，所以不光是小型、轻量，也具有高刚性、耐超载的特点。另外，由于齿隙、旋转振动、惯性小，所以具有良好的加速性能，可实现平稳运转并获取正确位置的精度。 图表5：RV减速器运动的原理图解 资料来源：Nabtesco，中邮证券研究所 具体减速原理如图所示： 第一级减速： 伺服电动机的旋转是从输入齿轮向直齿轮传动，输入齿轮和直齿轮的齿数比为减速比。曲柄轴直接连接在直齿轮上，与直齿轮的旋转数一样； 曲柄轴部： 曲柄轴的偏心部中，通过滚针轴承安装了2个RV齿轮以取得力的平衡。随着曲柄轴的旋转，偏心部中安装的2个RV齿轮也跟着做偏心运动（曲柄运动）； 第二级减速： 在壳体内测的针齿槽里，比RV齿轮的齿数多一个的针齿槽等距排列。曲柄轴旋转一次，RV齿轮与针齿槽接触的同时作一次偏心运动（曲柄轴运动）。在此结果上，RV齿轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向旋转一个齿轮距离。借助曲柄轴在输出轴上取得旋转，曲柄轴的旋转速是根据针齿槽的数量来区分的。总减速比是第1级减速的减速比和第2级减速的减速比的乘积。 1.3RV与其他减速器对比 由于传动原理和结构等技术特点差异，RV与谐波、精密行星减速器在下游产品及应用领域方面各有所侧重、相辅相成，应用于不同场景和终端行业。 图表6：RV减速器与其他减速器对比 精密行星减速器 谐波减速器 RV减速器 技术特点 由多级行星轮构成，齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮从而达到减 速的目的 通过柔轮的弹性变形传递运动，与其他精密减速器相比，材料、体积、重量均大幅下降 通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，组成的零部件较 多 产品性能 高刚性、耐磨性强、减速比低、精度较差 体积小、传动比高、精密度高 大体积、高负载能力和高刚度 应用场景 直角坐标机器人 主要应用于机器人小臂、腕部或手部 一般应用于多关节机器人中基座、大臂、肩部等重负载的位置 终端场景 - 3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg负载 以下的机器人 汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV减速器的重负载机器人 价格区间 （元/台） 380-1600 1000-5000 5000-8000 资料来源：绿的谐波公司公告，中大力德网上商城，中邮证券研究所 人形机器人应用领域中，RV与谐波减速器适用领域及优势区间不同，均有应用发展的适宜空间。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，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。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，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。不过，谐波减速器的负载轻，容许力矩负载在1500Nm以内，因此限制了其向重负载部位拓展的可能。RV减速器容许力矩负载可达8000Nm，而其重量重、外形尺寸相对较大、零部件数量多、制造和装配难度大等特点，也使得在人形机器人注重重量及成本的现阶段，RV减速器尚未得到规模应用。 图表7：RV与谐波减速器主流指标对比 主流技术指标 谐波减速器 RV减速器 背向间隙 ≤20arcsec ≤60arcsec 传动效率 ＞75% ＞80% 温升 ≤40℃ ≤45℃ 噪声 ≤60db ≤70db 减速比 30-160 30-192.4 额定转矩下使用寿命 ＞8000h ＞6000h 额定输出转矩 6.6-921Nm 101-6135Nm 扭转刚性 1.34-54.09Nm/arcmin 20-1176Nm/arcmin 资料来源：绿的谐波公司公告，中邮证券研究所 1.4RV减速器制