深度报告-20220907-国金证券-机器人行业研究_从人形机器人关节设计看待减速器投资机会_45页_4mb

报告摘要

新能源与汽车研究中心 - 机器人行业研究总结

核心内容概览

本报告聚焦于机器人行业中的减速器市场，特别是人形机器人应用下的精密减速器。通过对减速器类型、结构、性能及市场前景的深入分析，指出在人形机器人关节设计中，行星减速器、谐波减速器和RV减速器具备应用潜力，预计在人形机器人市场扩张背景下，国产减速器厂商将逐步实现替代。

主要观点

减速器分类：减速器按传动原理可分为一般齿比减速和少齿差减速，后者包括行星、谐波、RV等，具备更高的输出扭矩、更小的体积和更高的传动精度。
人形机器人关节需求：人形机器人关节对轻量化、高扭矩密度、高传动精度有较高要求，因此行星减速器、谐波减速器和RV减速器是当前最优选择。
国产替代趋势：国内厂商在技术突破和产能扩张方面持续发力，绿的谐波、双环传动、中大力德、国茂股份、大族激光等企业具备显著潜力，有望在高端减速器市场中取得突破。
市场前景：以Tesla Bot为例，预计100万台人形机器人可带动精密减速器市场达到275亿元，其中行星减速器市场空间最大，谐波和RV次之。
技术挑战与机遇：国产厂商面临材料、加工工艺、设备等方面的高壁垒，但随着技术积累和产能提升，将逐步缩小与国外龙头的差距。

关键信息

1. 减速器分类与特点

类型	减速比	重量（Kg）	额定输出扭矩 (Nm)	回程间隙（arc min）	传动效率 (%)	市场成熟度
圆柱齿轮减速器	8~50	100~2230	200~20900	-	97~98	成熟
单级行星减速器	3~10	0.4~18	4.5~400	<12	96	成熟
双级行星减速器	9~64	0.5~22	18~800	<15	≥90	成熟
摆线针轮减速器	29~179	8.5~134	149~3900	<1	≥90	成熟
RV减速器	57~161	2.5~66.4	58~4410	<1	85~95	成熟
谐波减速器	50~160	0.2~7.04	4.4~1236	<3	≥85	成熟
滤波减速器	57~161	1	190.0	-	≥65	研究阶段

2. 人形机器人关节对减速器的要求

关键要素	具体要求
重量	3kg以内
尺寸	总体长度≤100mm，直径≤100mm
输出扭矩	至少30Nm
传动精度	传动误差≤10°

3. 国产替代进展

绿的谐波：谐波减速器龙头，产品技术优势明显，2021年产能达30万台，计划提升至50万台。
双环传动：RV减速器技术厚积薄发，2021年产能达24万台，技术成果显著。
中大力德：多产品布局，精密减速器领头企业，具备行星、RV、谐波减速器生产能力。
国茂股份：通用减速器龙头，进军精密领域，具备2500台月产能，计划扩产至10万台。
大族激光：子公司大族精密传动主营谐波减速器，已实现多个系列产品的自主生产。

4. 市场规模预测（以Tesla Bot为例）

产量（万台）	行星减速器市场规模（亿元）	RV减速器市场规模（亿元）	谐波减速器市场规模（亿元）	总市场（亿元）
乐观（100）	50	75	150	275
中性（50）	31	52	129	212
悲观（20）	15	27	81	123

投资建议

关注重点企业：绿的谐波（谐波减速器）、双环传动（RV减速器）、中大力德（多产品布局）、国茂股份（通用向精密转型）、大族激光（谐波减速器）。
市场潜力大：随着人形机器人产业的发展，减速器市场将进入快速增长期，国产替代进程加快。
技术与产能是关键：企业需在材料、齿形设计、加工工艺、设备投入等方面持续突破，以实现高质量产品供应。

风险提示

制造业投资不及预期；
产品推行不及预期；
市场竞争加剧；
人形机器人发展进程不及预期。

结构总结

1. 减速器基本介绍：介绍了减速器分类、结构及性能特点。
2. 关节设计角度看人形机器人减速器需求：分析了不同驱动单元对减速器的要求，结合实际案例（如Tesla Bot）提出适用减速器类型。
3. 人形机器人趋势下，国产减速器厂商有望受益：分析了国产替代趋势，指出市场潜力及主要受益企业。
4. 国内相关标的梳理：详细梳理了国内主要减速器厂商的业务、技术及产能情况。
5. 投资建议：推荐具有技术优势和市场潜力的国内企业。
6. 风险提示：指出行业面临的主要风险因素。

图表目录（部分）

图表1：减速器配合电机起到降低转速增大扭矩的目的
图表2：各类减速器基本介绍与优缺点
图表3：各类减速器具体性能指标范围
图表4：少齿差减速器特点对比
图表5：行星减速器结构示意图
图表6：行星减速器传动原理
图表7：二级行星减速器结构示意图
图表8：摆线针轮减速器结构示意图
图表9：摆线针轮减速器传动原理
图表10：部分型号摆线针轮减速器性能和结构参数
图表11：RV减速器结构示意图
图表12：RV减速器传动原理
图表13：RV减速器相较于摆线针轮减速器的特点
图表14：部分型号的RV减速器性能和结构参数
图表15：谐波减速器主要结构示意图
图表16：谐波减速器传动原理示意图
图表17：谐波减速器相较于一般齿比减速器的特点
图表18：部分型号的谐波减速器性能和结构参数
图表19：滤波减速器结构示意图
图表20：当下滤波减速器的主要问题
图表21：三种驱动单元特性对比
图表22：刚性驱动单元主要结构
图表23：弹性驱动单元主要结构
图表24：准直驱驱动单元主要结构
图表25：小体积驱动单元的额定扭矩较低
图表26：Tesla Bot参数展示
图表27：某仿人机械臂示意图
图表28：机械臂关节输出扭矩
图表29：Tesla Bot硬件配置要求
图表30：某仿人机器人腿部自由度配置图
图表31：某仿人机器人下半身整体结构与尺寸
图表32：机器人各关节活动范围与峰值扭矩
图表33：机器人关节设计对减速器的要求
图表34：人形机器人减速器市场空间测算
图表35：精密行星减速器特点及主要壁垒
图表36：全球行星减速器销量及市场规模情况
图表37：谐波减速器生产流程及所需设备
图表38：谐波减速器柔轮失效主要形式
图表39：柔轮失效易发生在应力分布较大的区域
图表40：柔轮材料晶粒不均匀会造成局部微裂纹以及失效
图表41：三家厂商设计齿形对比
图表42：机加工与线切割工艺对比
图表43：2020年国内谐波减速器市场竞争格局
图表44：2021年国内谐波减速器市场竞争格局
图表45：内资谐波减速器产能建设情况
图表46：国内外同型号谐波减速器性能对比

总结

本报告系统分析了机器人行业中的减速器市场，特别是人形机器人应用下的精密减速器需求及国产替代趋势。报告指出，行星减速器、谐波减速器和RV减速器是当前人形机器人关节设计中的主流选择，具备轻量化、高输出扭矩、高精度等优势。随着人形机器人产业的发展，国产减速器厂商正逐步突破技术壁垒，扩大产能，有望在市场中占据更大份额。报告还给出了投资建议，推荐关注绿的谐波、双环传动、中大力德、国茂股份、大族激光等企业。

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