摘要：全球人形机器人产业正处于“原型验证”向“量产筹备”跨越的关键节点。我们认为人形机器人小脑运控能力显著提升，但硬件可行性仍受瓶颈制约。本篇报告聚焦2025年以来人形机器人围绕“轻量化、抗冲击”等多矩阵创新。
中金研究
全球人形机器人产业正处于“原型验证”向“量产筹备”跨越的关键节点。我们认为人形机器人小脑运控能力显著提升，但硬件可行性仍受瓶颈制约。本篇报告聚焦2025年以来人形机器人围绕“轻量化、抗冲击”等多矩阵创新。
摆线针轮减速器或打开重载场景。 现有人形机器人旋转减速器方案（如谐波、行星减速器）尚未收敛，现有设计难以满足制造业重载场景需求。通过小型化设计，摆线针轮减速器可适配人形机器人腰髋、下肢等高负载关节。摆线针轮与RV减速器具有技术同源性，国产RV减速器龙头具备工程迁移经验。
轻量化材料:降本与性能平衡推进。 1）镁合金：密度仅为铝合金的2/3、钢的1/4。国产半固态压铸技术进步，降低镁合金加工端燃爆风险。2）PEEK材料：位于工程塑料金字塔的顶端，商业化程度受制于材料成本和制造壁垒。
加工工艺：MIM存在于小型复杂件加工。 金属注射成型（MIM）技术结合了粉末冶金与注射成形两大技术优点。MIM适合大规模量产形状复杂件，与人形机器人存在适配度。我们认为MIM在人形机器人连杆、身体连接件等成本敏感中小件有加工优势。
多传感器车规级技术迁移。 机器人位置传感器分为磁编、光编、旋变等。旋转变压器具有环境适应性强、高可靠性、长寿命等特征，成为新能源汽车驱动电机位置传感器的主流选择。考虑到旋转变压器成本相对较高，我们认为有望率先在对可靠性和抗干扰能力要求较高的，如盆骨、下肢等位置实现部分替换。
风险
人形机器人量产不及预期、技术路线的不确定性。
前言：小批量试产到来，硬件迭代创新
2026年为全球人形机器人量产转折期。 当前，全球人形机器人行业处于从“原型验证”向“量产筹备”跨越的关键节点。以特斯拉为例，Optimus Gen3预计2025Q4推出，至2026年迈向量产。2025年我国人形机器人基础运动能力提升，8月份世界人形机器人运动大会（北京）体现产业成果。然而，人形机器人量产硬件可行性仍受三大瓶颈制约：
► 传动系统： 人形机器人工业级应用需平衡“高负载、抗冲击与轻量化”。人形机器人旋转减速器现有方案难以满足重载场景，我们认为摆线针轮减速器存在下半身应用机会。
► 续航难题 ： 全球人形机器人（主流机型50-70kg）直接续航偏低，轻量化需在“材料特性、成本、加工端”寻找局部平衡。轻量化核心逻辑为“以轻代重”，通过低密度、高性能材料替代传统铝合金设计。
材料层面，我们认为镁合金、PEEK（聚醚醚酮）等凭借各自优势，在关节模组、结构件、外壳多点创新。
加工层面：短期全球人形机器人硬件设计差异性大，生产存在“多批量、小批次”特征。MIM源于大规模量产复杂件，与人形机器人零部件存在适配度。
► 精度检测： 在人形机器人动态运动中，位置传感系统需适应动态步态中的震动。当前旋变传感器在新能源驱动电机批量使用，有望部分应用在人形机器人。
新型减速器：摆线针轮打开重载场景
摆线针轮减速器优势在哪？未来增量如何？
摆线针轮减速器是一种采用摆线针齿啮合原理的行星传动减速器，1926年由德国工程师Lorenz Baraen提出。摆线针轮减速器由输入机构、摆线轮、针轮及输出机构组成。
摆线针轮减速器依靠少差齿原理传动： 电机带动输入轴转动，输入轴旋转带动偏心轴使摆线轮偏心旋转，摆线轮与针齿啮合，由于两者齿数差一，针齿产生反作用力使摆线轮反向自转一齿，从而实现减速。单级减速比等于针轮齿数，因此减速比较大，单极传动减速比可达6-119,无需多级叠加即可实现大减速比。
图表1：摆线针轮减速器示意图
资料来源：《有侧隙啮合摆线针轮行星传动接触特性分析及实验研究》（李轩，2018年），中金公司研究部
图表2：摆线针轮减速器传统原理图
资料来源：《有侧隙啮合摆线针轮行星传动接触特性分析及实验研究》（李轩，2018年），中金公司研究部
谐波+行星方案难以覆盖人形机器人承重需求。 现有人形机器人方案中，谐波减速器、行星减速器为主流应用。如Optimus Gen2旋转关节均采用谐波减速器，国内智元、宇树、优必选等设计，上肢采用谐波减速器+下肢采用行星减速器的组合模式。此类组合方式，在人形机器人迈向搬运等场景下，暴露如下短板。
► 谐波精度高但抗冲击力弱： 柔轮的反复变形会导致抗冲击性差、寿命缩短。在下肢等高负载场景下，寿命可能缩短至数千小时，远低于家用场景标准。UCLA机器人实验室创办者Dennis Hong学生的论文（2023年年中）表示采用谐波减速器+力矩传感器的模式极易受到冲击，齿轮的高反射惯性和低效率使得冲击载荷吸收效率低，只能实现非常缓慢且相对静止的运动。
► 行星扭矩优秀但精度缺陷大： 行星减速器采用三级啮合结构，传动间隙较大导致精度不足，冲击工况下精度衰减严重从而增加控制难度。行星方案背隙大，冲击后精度进一步衰减。
图表3：人形机器人执行器减速器方案对比
资料来源：智研咨询，机器人大讲堂，绿的谐波官网，双环传动官网，精锐机械传动官网，中金公司研究部
相比RV，人形机器人或更偏好摆线针轮减速，出于如下原因：
► 尺寸限制： RV减速器外径普遍超过120毫米，RV大尺寸会导致装配难度增加，影响整体轻量化和灵活性。相比之下，摆线针轮减速器可通过小型化设计，实现外径降至40毫米以下，体积轻盈（仅约传统RV的1/3），适用于机器人的髋部、腰部和膝盖等高负载部位，确保紧凑集成。
► 人形机器人需兼顾抗冲击性： RV减速器虽提供大扭矩承载（如RV减速器通常用于20kg工业机器人重型关节），而人形机器人需兼顾抗冲击性（动态步态中的瞬时负载）。摆线针轮减速器采用摆线轮与针齿啮合设计，低噪音，抗冲击性强（可承受5倍瞬时过载）。
► 传动效率与响应速度： 摆线针轮减速器传动效率达85%-92%，减速比大（单级可达6-119），响应快于多级行星方案，而RV因两级减速结构较复杂，动态响应较慢，不适合人形机器人的敏捷运动。
图表4：机器人减速器性能对比
资料来源：智研咨询，科峰智能招股书，齿轮传动手记，中金公司研究部
相关企业如何实现摆线针轮轻量化？
传统RV减速器面向机床和重载机器人，设计余量较大，被排除在人形机器人主流方案之外。摆线针轮搭载人形机器人关节的难点在于1）壳体和支撑结构厚重导致质量过高2）约有20个零部件，结构复杂导致体积较大。目前产业链上多家公司摆线针轮轻量化方案进展突出，推动其在人机重负载关节的应用。
图表5：摆线针轮轻量化结构设计相关文献、专利和方案
资料来源：《大负载RV减速器摆线轮拓扑优化的研究》（张景钰，2025年），《基于拓扑优化的RV减速器轻量化优化设计》（王明楠，2022年），中国专利公布公告网，动易科技公众号，禾川科技公众号，中金公司研究部
图表6：2025年重点企业摆线针轮减速器布局
资料来源：各公司公众号，投资者互动易，广州国资，车研有声，中国机器人网，新能源前沿战队，智享汽车与机器人，中金公司研究部部
轻量化材料：材料突破与场景验证并进
轻量化是提升人形机器人续航能力和响应速度的关键路径之一，材料体系升级为重要突破口。 单一材料难以兼顾强度、刚性、成本与加工工艺，我们认为未来或有望按功能分区优化设计，多材料协同应用。
► 镁合金：在汽车领域中应用相对成熟。 镁合金是优质的轻质合金，具备比强度高、延展性好、抗电磁干扰能力强等优点，并已在汽车领域取得应用验证。在人形机器人的应用中，镁合金有望凭借更低密度，应用于外壳、关节等部位。
► PEEK材料：加工性能优异。 PEEK材料具有良好的机械性能、抗腐蚀性能，有利于实现“以塑代钢”；但价格较为昂贵，主要原材料氟酮价格12万元/吨。目前PEEK材料正在特斯拉等厂商中逐步尝试，以降低减速器、丝杠的重量。
► 改性工程塑料：柔韧性强，应用广泛。 目前PA在汽车发动机、燃油供给系统、电气系统、底盘系统中已大量成熟应用，以PA66为代表的改性工程塑料在包覆层、连接件等非结构承重部位中亦具备替代潜力，碳纤维增强后可用于机器人谐波减速器刚轮及驱动系统中的丝杠。
图表7：各材料间对比表
资料来源：DesignerData，压铸周刊，中金公司研究部
镁合金：半固态压铸有望成为主流技术
以“超轻+比强度高”成为机器人结构件优选， 密度约为铝合金的2/3、钢的1/4，降重潜力显著。经测算，单台人形机器人镁合金用量可达10–12kg，未来随产业化推进具备数十亿元级市场空间。政策端，《“十四五”材料产业发展规划》将镁合金列为先进轻量化材料重点方向。龙头企业宝武镁业率先通过半固态成型技术切入机器人场景，其与埃斯顿合作的镁合金机器人整机减重11%、节拍提升约5%、能耗降低10%，验证材料在机器人振动抑制与散热方面的应用价值。
工艺层面，压铸为主流，注射成型或为未来趋势。 镁合金成型工艺分为液态、半固态和塑性三大类，头部压铸机企业开始布局半固态镁合金压铸设备，目前处于产业化初期，我们预计相关设备有望随镁合金市场规模扩大放量。
► 缓解易燃风险： 半固态加工温度低于镁的熔融温度，远低于其燃点（550℃），且物料呈黏稠状态，减少了镁液飞溅和镁粉产生，降低了因高温或粉尘引发燃烧、爆炸的可能性。
► 减少高温聚集： 半固态物料流动性好，压铸过程中摩擦生热少，加上技术对成型温度和压力的精准控制，避免了局部高温导致的自燃隐患，对熔点低带来的“易达燃点”问题有针对性优化。
► 简化冷却与操作： 半固态状态下镁的化学活性相对降低，配合技术适配的专用冷却系统，可减少与冷却液的剧烈反应风险，操作中对参数的容错率更高，降低了因熔点低导致的控温难度。
图表8：半固态镁合金压铸设备布局情况
资料来源：公司官网，中金公司研究部
PEEK：成本与生产壁垒较高
工程塑料强度与传统金属材料相近，同时具备低密度优势。 目前工程塑料应用种类丰富，包括PEEK、PPS、PA（尼龙）、LCP、TPE、UHMW-PE 等。其中，PEEK在强度、刚性、抗腐蚀性与热稳定性等方面全面优于传统金属材料和其它工程塑料，具备较高的比强度，在满足结构承载要求的前提下，降低部件自重上具备较明显效果。
图表9：多种工程塑料抗腐蚀性能
资料来源：Ensinger 技术手册与化学耐受性手册，中金公司研究部
PEEK材料商业化程度受制于制造壁垒。 PEEK具有近50年的发展历史，衍生品种较多，但真正实现商业化生产的尚不足十个，主要系PEEK材料合成难度高、纯度控制难、加工工艺复杂等原因。1）PEEK材料需在330℃极端条件下精准控制分子量及分布，对大型反应釜温度均匀性要求严苛；2）反应过程中易产生杂质和凝胶，影响成品稳定性与加工性能；3）同时，颜色受温度、时长、单体氧化等多因素影响，稳定控制难度大。
图表10：PEEK产业链
资料来源：中研股份招股书，中商产业研究院，中金公司研究部
氟酮成本约占PEEK整体制造成本的50%左右。 根据中商产业研究院，除威格斯有部分自有产能外，全球氟酮产能主要集中在中国，国内PEEK需求占氟酮总市场比例超90%，同时行业集中度较高。
MIM：轻量化降本尝试，适用小型复杂零件加工
我们认为人形机器人全身上下结构件可以分为几类：1）精度要求较高的连接件，例如减速器、丝杠相关内部的结构件；2）强度要求较高的壳体件，例如头部骨骼、身体支架；3）轻量化要求较高且对成本要求较高的结构件，例如身体连杆、轴承连接件等。
图表11：各类零部件加工方案对比
资料来源：粉末冶金硬质合金陶瓷行业最新资讯公众号，中金公司研究部
MIM适合大规模量产形状复杂件，与人形机器人存在适配度。 金属注射成型（MIM）技术结合了粉末冶金与注射成形两大技术优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，同时利用了塑料注射成形技术能大批量、高效率成形具有复杂形状的零件特点。此外，重要的一点是，机加工、压铸、粉末冶金成本均会随着零部件复杂程度上升而上升，但MIM可以通过提升模具的复杂程度保证成本不变。我们认为其在人形机器人连杆、身体连接件等成本要求高、精度要求适中的小型零部件方面具有应用基础与充足优势。
中国是全球最大的MIM市场，市场规模近百亿元。 据粉末冶金硬质合金陶瓷行业数据，2022年全球金属粉末注射成型零件市场规模约192.2亿元，预计2029年全球金属粉末注射成型零件市场规模将达359.64亿元，2023-2029年期间复合增长率CAGR为11.64%。我国作为制造业大国，是全球金属粉末注射成型主要市场，据粉末冶金资讯数据，2022年我国金属注射成型市场规模约91.2亿元，占全球金属注射成型总市场规模的30.2%。
图表12：我国金属注射成型市场规模全球占比
资料来源：粉末冶金硬质合金陶瓷行业最新资讯公众号，中金公司研究部
图表13：中国金属注射成形市场下游分布（2022年）
旋变传感器：有望替代编码器的应用环节
旋转变压器是电机位置传感器的一种，用来测量旋转物体的转轴角位移和角速度。 相较于其他位置传感器，旋变传感器适用于高温、高压、强震动的工作环境。相比于其他角度传感器，旋变具有高精度、绝对位置检测、高动态响应、无接触式传感及长寿命等优势。
图表14：3种位置传感器的对比
资料来源：晶川电子官网，中金公司研究部
咨询机构MarketWatch预计，全球旋转变压器市场规模预计将从2021年的37.17亿美元增长至2028年的104.40亿美元，年复合增长率达15.90%。在汽车的刹车和电门踏板、制动防抱死系统（ABS）、悬架高度模组等部位，工况环境相对较好，出于成本等方面考虑，主要采用霍尔传感器或光学编码器；而驱动电机处于高频高振、油污、潮湿等环境中，旋转变压器具有环境适应性强、高可靠性、长寿命等特征，成为新能源汽车驱动电机位置传感器的主流选择。
图表15：旋变传感器产业链
资料来源：各公司官网，赢双科技招股说明书（申报稿），全球环保研究网，中金公司研究部
人形机器人有望成为编码器增量需求市场。 以特斯拉Optimus Gen2为例，全身包括14个旋转关节、14个线性关节以及2个灵巧手，每处关节都需要伺服电机实现关节活动，自然每处关节都需要编码器实现电机的精准控制。特斯拉的关节方案中，每个旋转关节搭载输入、输出2个编码器（分别检测电机、减速器的旋转信息），每个线性关节搭载1个编码器，每个灵巧手的6个空心杯电机也需要各自匹配1个编码器进行控制，据此计算，编码器的单机搭载量达54个。考虑到成本相对较高，我们认为旋转变压器或有望率先在对可靠性和抗干扰能力要求较高的，如盆骨、下肢等位置实现替换。
拥抱人形机器人制造端“微变革”
当前人形机器人核心制造环节的技术探索，已从“初期概念探讨”进入“量产导向的筛选期”—— 并非所有新技术均处于早期阶段，具备跨行业迁移基础、成本可控的技术已完成实验室验证，进入小批量试产阶段。我们总结来看：
一、 摆线针轮减速器，在重载抗冲击领域存在应用价值。 摆线针轮与RV减速器同源，加工knowhow一脉相承。
二、 镁合金加工设备优化，助推成本曲线下移。 PEEK综合性能优异，短期成本较高，有望被人形机器人高端品类采纳。MIM加工适用于规模量产形状复杂件，与人形机器人存在适配度，在连杆、身体连接件等成本敏感、精度要求适中的小型零部件有优势。我们认为后续待行业硬件设计标准化后，冲压工艺同样有望迁移。
三、 多传感器车规级技术迁移， 我们认为旋变有望渗透下肢、盆骨等高频活动关节。
风险提示
人形机器人下游需求低于预期： 若工业应用端下游需求增速较慢或消费级人形机器人、四足机器人需求减弱或商业化落地低于预期，则会导致相关企业盈利能力低于预期。
技术路线的不确定性： 机器人传动系统、传感器、结构件技术路线尚未收敛，未来若市场出现技术路线偏好、完成技术路线收敛，或将导致部分企业投入存在风险。
来源：阿田说事
