耐腐蝕性好 1734-OB8 以太網模塊

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利好政策密集頻發，助力產業趨勢演繹

利好政策賦能，提供大幅增長空間。2023 年以來，國家先后出臺多項政 策，聚焦技術創新、具體應用，鼓勵幫扶機器人產業發展，助力中國機 器人產業從“做大”到“做強”。在國家層面，工信部等十七部門提出《“機器人+”應用行動實施方案》，計劃制造業機器人密度較 2020 年實現翻 番；在地方層面，北京和深圳市政府相繼出臺政策，加速人形機器人產 品研制和推廣，開展通用型具身智能機器人的研發和應用，推動整機產 品在不同典型場景的推廣應用。

遠期規劃宏大，市場藍海一片

人形機器人市場空間巨大。馬斯克在 23 年股東大會上花費大量篇幅闡 述機器人，不僅展望和遐想了遠期空間：未來人形機器人市場需求將達 到 100 億臺，對應每人 1-2 臺的比例；甚至認為特斯拉長期價值是人形機器人給的，由此可見未來人形機器人市場空間廣闊。 人形機器人產業鏈分為上游零部件、中游本體制造和下游應用。人形機 器人產業鏈主要包括核心零部件、系統集成、整機制造等部分，其中上 游核心零部件包括控制系統、伺服驅動系統、機器視覺傳感器、關節減 速器、芯片等。中游主要為整機本體制造環節，下游應用有家庭服務、 公共服務、醫療護理等。從模塊來看，產業鏈主要包含軟件端（環境感 知模塊、智能 AI 芯片模塊、操作系統模塊）和硬件端（運動控制模塊）。

已有部分玩家在人形機器人產品方面取得重大進展。行業內代表性人形 機器人產品包括特斯拉的 Optimus、波士頓動力的 Altas。后者采用液壓 驅動的方案，從而促成了優異的運動性能、更好的承壓能力；前者采用 電機驅動的方案，從而促成了更低的生產和運維成本，更利于商業化的 落地。國內代表性產品還有小米的 CyberOne、優必選的 WalkerX。其中， 的運動控制技術能力是產品的核心競爭力之一。2023 年 6 月 14日， 騰訊通過將前沿的預訓練 AI 模型和強化學習技術應用至機器人控制 領域，從而讓機器狗 Max 的靈活性和自主決策能力得到大幅提升。

Tesla Bot 風起，國產零部件起航

關節采用仿生學關節設計，6 類執行器復用實現身體 28 個自由度（28 個執行器）+手部 22 個自由度（12 個執行器）。執行器分為身體上及手 上的關鍵模組。以特斯拉 Optimus 為例，在身體上有 3 類旋轉和 3 類直 線執行器，旋轉和線性（直線）執行器各 14 個；靈巧手單手 11 個自由 度和 6 個執行器，包括 6 個主動自由度（大拇指 2 個，其余均 1 個） 和 5 個被動自由度。

關節執行器（又稱關節模組）可分為三類： 1）旋轉執行器：主要分布于關節連接處，例如肩膀、手肘、手腕、腰 部、胯部、膝蓋等。執行器一般稱為旋轉執行器或者環形執行器，由 無框力矩電機、諧波減速器、力矩傳感器、編碼器、交叉滾子軸承和 向心止推滾珠軸承構成。 2）線性執行器：又叫直線執行器，用在手臂、大腿等地方。線性執行 器是由無框力矩電機、滾珠/行星滾珠絲杠、力矩傳感器、編碼器等構 成。核心是把旋轉執行器中的諧波減速器換成了絲杠（包括滑動和行 星滾珠絲杠）。 3）手部結構：每個手有 6 個驅動器，由空心杯電機、微型齒輪、驅動 電路、信號電路、傳感器以及編碼器構成（2 個值編碼器、2 個溫 度傳感器、1 個力傳感器）。 在機電一體化關節設計中：電機為驅動裝置，減速器作為增加電機功 率的裝置與電機一同使用（提升轉矩），編碼器指示電機旋轉軸的位置/ 角度，傳動裝置傳遞執行器和減速器產生的動力（不同部位的傳動方 案有差異）。

電機：需求量與價值量較大的環節

電機是將電能轉換為機械能的機電裝置，分類方式眾多。電機有控制電 機與非控制電機之分，作為系統執行部件，控制電機更側重扭矩、轉速、 位置輸出特性。在控制電機中，根據控制方法與用途的不同，可分為步 進電機、伺服電機、力矩電機（也叫直驅電機）等。伺服電機和步進電 機是控制電機分類下的主流產品。

伺服電機：精度較高，常使用于閉環伺服系統

伺服電機可以控制速度，位置精度非常準確。內部的轉子是永磁鐵，驅 動器形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器 反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉 動的角度，伺服電機的精度決定于編碼器的精度。 伺服電機在控制精度、過載能力、速度響應等方面均優于步進電機，更 適用于通用自動化和機器人領域。在數字控制的發展趨勢下，運動控制 系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。

伺服電機市場規模持續增長。近年來，中國伺服電機產業市場規模呈現 持續增長態勢，受益于下游產業工業機器人、電子制造設備等新興產業 市場增容的需求，將繼續保持較快的增長速度。我國伺服電機市場規模 從 2017 年的 116 億元增長到 2021 年約 169 億元。經 MIR 估算，2023 年我國伺服電機市場規模將增長至 197 億元。 伺服系統是能jingque控制執行機構的自動控制系統。主要由伺服驅動器、 伺服電機和編碼器組成。使伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸 出量，隨著輸入量的任意變化而變化的自動控制系統，是工業自動化的 關鍵零部件，是實現定位、運動的必要途徑。

無框力矩電機：緊湊的無框架式永磁電機

無框力矩電機，是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機。無 框電機不同于傳統的永磁電機，它只有轉子和定子 2 個部件，因而不再 受制于電機殼體外框的束縛，利用機器的自身軸承支撐轉子，將電機無 縫內置于機器設計中。特點是效率高、安裝便捷，同等扭矩尺寸更小、 更輕量，能滿足協作機器人、人形機器人小型化、輕量化的要求。由于 人形機要求緊湊的尺寸，同時要求實現高功率和高轉矩，因此無框電機 應用于機器人驅動器是必然。

無框力矩電機的核心優勢是輸出力矩大、結構緊湊，散熱性好。1949年 由美國 Inland 電機公司（1960 年和科爾摩根光學公司合并為科爾摩根 公司）發明，用于早期導彈和空間飛行器的慣性制導系統上的傳動萬向 節。現在，無框電機的典型應用包括機器人和機器人關節、武器站、傳 感器的萬向節、瞄準系統、無人機推進與導航、工廠自動化設備等。 無框力矩電機主要玩家有科爾摩根、步科股份等。海外廠商科爾摩根、 Maxon、日本電產、Moog 電機位列全球無框電機市場梯隊，國內供 應商包括步科股份、昊志機電。其中，步科股份在磁路設計等方面壁壘 很高，已經形成了完備的產品線，且通過集成商配套了國內人形機廠商。

空心杯電機：直流永磁的伺服控制電機

空心杯電機本質是直流永磁的伺服控制電機。其特點在于節能、體積小、 靈敏度高、便于控制。在結構上突破了傳統電機的轉子結構形式，采用 的是無鐵芯轉子，也叫空心杯型轉子。這種新穎的轉子結構徹底消除了 由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，具有非常高的傳動效率。 目前空心杯電機主要用于醫療、機器人、光學、工程、自動化等行業。 相比于傳統電機，空心杯電機能在更短時間內響應驅動器指令，并能得到更高加速度，但對生產工藝要求更高，因而在高精度、高速響應等場 景得到了廣泛應用。

空心杯電機為藍海市場，全球空間廣闊。根據 NTCysd 數據，全球空心 杯市場規模從 2020 年的 44 億增長至 2022 年的 52 億元，到 2028 年將 達 84 億元，人形機器人的快速發展可能會大幅提升空心杯電機的市場 規模。此外，受益于較高的工藝壁壘，空心杯電機為藍海市場。無刷空 心杯電機生產的關鍵技術在線型設計和線圈繞制，在動態過程中的排線 以及張力控制是核心難點。國外廠商 Faulhaber 和 maxon 均采用斜 繞組電樞杯，采用自動化設備一次性繞制成型，具有較高的工藝要求（海 外繞線工藝處于保密狀態）。 大部分份額被外資廠商壟斷，壁壘較高。Maxon（瑞士）、Faulhaber （德 國）等國際廠商均已大量申請相關的專利技術。國內主要電機廠商 如鳴志電器、鼎智科技（江蘇雷利）等主要占據中低端市場，產量規模 較大，但高端市場份額仍然較低。跟海外公司相比，國內公司產品差距 主要在材料選用、本體設計、機電控制等；鳴志電器的優勢在于價格低、 服務好、交貨周期更短。

減速器：高精度的關節傳動，順應柔性化趨勢

減速器的主要原理為通過機械傳動裝置實現對原動機的減速和增矩。從 分類來看，減速器可分為諧波減速器、RV 減速器與行星減速器。在人形機器人的演化歷程中：1）代產品采用 RV 和諧波減速器，且有用量 的演繹之爭；2）2022 年 10 月特斯拉公布旋轉關節方案后，兩者不再演 繹，考慮精度和體積重量因素，使用 RV 減速器的可能性比較低；3）諧 波減速器扭矩小、剛性有限，在髖關節等不一定滿足需求；以及行星減 速器具有成本低、耐久性好、制造難度小等優勢，因而被納入備選方案。 為了實現量產及批量出貨，后續方案仍有變更調整的可能。

海內外廠商各有所長，交付和產能問題系市場因素。對于國外廠商而言， 優勢在于品牌和性能；對于國內廠商而言，性能對應國外廠商的 80%左 右，但在價格、交期方面明顯更優。目前，行業發展的痛點在于大規模 交付能力。隨著應用情境的增加以及人形機器人訂單的激增，產能建設 也將得到相應地提升。

諧波減速器：國產廠商市占率提升明顯

諧波減速器：通過柔輪的彈性變形傳遞運動，主要由柔輪、剛輪、波發 生器三個核心零部件組成。與其他精密減速器相比，諧波減速器使用的 材料、體積及重量大幅度下降。工作原理是：當輸入轉速大于輸出轉速 時，圓盤會因慣性而繼續運轉。此時曲柄通過齒輪將動能傳遞給圓盤并 改變其運動方向。由于齒輪的齒形不同，從而實現減速的目的。 規模化生產的實現與下游工業機器人的發展驅動市場規模持續擴大。諧 波減速器行業受益于政策與下游行業驅動，預計全球市場規模從 2017 年 的 23 億元增長至 2022 年的 29 億元，2025 年將達到 48.9 億元，22E-25E 的 CAGR 將達到 19.02%。分市場看，中國市場隨著工業機器人的放量 與國產替代趨勢加速，行業增速高于全球市場，22E-25E 的 CAGR 將達 到 23.57%。

日本廠商占據市場主導地位，國產替代正在進行。根據GGII 數據，2018 年國產減速器出貨量市場份額不足 30%，剩余市場份額則由外資品牌占 據。根據華經產業研究院數據，2021 年日本精密減速機廠商哈默納 科市占率為 35.50%，緊隨其后的是國內綠的諧波，市占率達到了 24.70%，相比 2020 年提升了 3.67pct。

RV 減速器：國產替代仍存在空間

RV 減速器：由行星齒輪減速器的前級和擺線針輪減速器的后級組成； 其剛性好、抗沖擊能力強、傳動平穩、精度高，適合中、重載荷的應用， 但 RV 減速器需要傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，保證預期的 工作壽命，因而在設計上使用了相對復雜的過定位結構。 RV 減速器市場規模增長態勢較好。從行業需求來看，RV減速器的需求 可分為新增工業機器人需求與存量減速器更換需求。根據 GGII 數據， 2022 年中國工業機器人 RV 減速器與諧波減速器使用量分別為 45.94 萬 臺與 63.96 萬臺，RV 減速器使用數量整體小于諧波減速器。根據 IFR 預 測，2025 年 RV 減速器中國市場規模有望達到 60.2 億元，全球市場規模 將達到 99.3 億元。

競爭格局上看，日本廠商納博特斯克具有地位。全球超過 60% 的減速器市場份額被日本廠商占據，根據 2021 年數據，日本企業納博特斯克一家獨大，市占率 52%。國內廠商市占率較低，主要參與者有 雙環傳動、中大力德和秦川機床，2021 年市占率分別為 15%、4%、3%。

行星減速器：出口產品仍價值量較低

行星減速器：由行星輪、太陽輪、內齒圈三部分組成，結構簡單且傳動 效率高，利用行星齒輪的速度轉換器，將電機（馬達）的回轉數減速到 所要的回轉數，并得到較大轉矩。 行星減速器已實現大量出口但單臺價值量較低。根據智研咨詢數據， 2021 年中國進口和出口行星齒輪減速器金額分別達到 3.7、3.8 億美元， 但從單臺均價上看，進出口均價分別為 503.52、16.24 美元/臺，出口產 品價值量較低。根據 QYResearch 預測，2022 年全球行星減速器市場規 模為 9.55 億美元，2029 年市場規模有望達到 13.48 億美元，2023-2029 期間年復合增長率（CAGR）為 5.02%。 行星減速器市場較為集中，頭部企業市占率差距不大。根據QYResearch 數據，2022 年全球前五大行星減速器廠商分別為賽威傳動、紐卡特、威 騰斯坦、精銳科技和紐氏達特，CR5 為 52.74%。國內本土企業有紐氏達 特、中大力德、新時達、國貿股份等。行業國產化進度較好，產品性價 比較高。

傳統諧波減速器方案 VS新近行星減速器方案。Zhu, Taoyuanmin發布重 磅論文 Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot,其導師 Dennis Hong 為 UCLA 機器人實驗室 RoMela 的創辦者。根據論文內容：傳統方案為 諧波減速器+力矩傳感器，劣勢在于只能實現相對緩慢和靜止的運動。作 者希望從準靜態且緩慢移動的設計轉向更接近人類行走和跑步的方式， 并提出了氣隙電機+行星減速器+連桿結構的方案。其優點在于不容易因 沖擊負載而損壞，更適合xiabanshen關節。不同于將執行器定位在關節上， 新近方案采用連桿來移動執行器的近端并將運動向下傳遞至實際關節。 在此情況下，行星減速器或構成替代備選方案，且有低成本優勢。以行 星減速器 300 元/個、諧波減速器 1000 元/個進行測算，兩者價差為 2800 元/個機器人，對降本大有裨益。

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