人形机器人减速器行业研究：减速增扭，需求倍增

摘要：作用： a) 降低转速：在设备运转过程中，电机可以提供较高的转速，但不同的应用场景和功能需求需要匹配不同的转速，因此需要使用减速器对电机的输出转速进行减速。 b) 增大扭矩：转速的降低换来的是扭矩的提高，从而使得额定输出功率不变的电机能够应对更大的负载、对抗更

减速器：减速增扭的关键传动部件

定义：减速器是处于动力源和执行机构中间的装置，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。

作用： a) 降低转速：在设备运转过程中，电机可以提供较高的转速，但不同的应用场景和功能需求需要匹配不同的转速，因此需要使用减速器对电机的输出转速进行减速。 b) 增大扭矩：转速的降低换来的是扭矩的提高，从而使得额定输出功率不变的电机能够应对更大的负载、对抗更大的阻力。 c) 增加传动精度：减速器能够提高电机的传动精度，减小了传动误差和回程误差，适用于对传动精度要求较高的场合。 d) 增加负载能力：减速电机通过减速器提高了输出扭矩，增加了系统对负载的适应能力，能够承受更大的负载和冲击负荷。

分类：减速器按用途和精度可分为三类：1）通用减速器，广泛应用于多领域，满足基础动力传动需求；2）专用减速器，以大型、特大型为主，多为非标、行业专用产品，包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等；3）精密减速器，回程间隙小、传动精度高，常用于机器人、数控机床等高端领域，包括精密行星减速器、RV减速器和谐波减速器等。

精密减速器主要包括行星、RV、谐波减速器

精密减速器根据结构可分为三类：1）行星减速器，主要由行星轮、太阳轮和内齿圈构成，结构紧凑且传动效率高，适用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节；2）RV减速器，减速比范围大且承载能力强，刚性和耐过载冲击性能好，广泛应用于机器人基座、大臂、肩部等重负载位置；3）谐波减速器，基于柔轮的弹性变形原理，体积小、重量轻且传动精度高，但承载能力相对较弱，更适合应用于3C、半导体、医疗器械等行业的工业机器人小臂、腕部、手部等部件。

三种精密减速器特点对比

精密减速器因结构差异而各具优劣：精密行星减速器以其高刚性、高传动效率、强抗冲击能力、紧凑的体积、经济的价格及长寿命著称，但传动比相对较低，多级结构会导致体积增大，输出扭矩有限，且相对精度稍逊。RV减速器则以其高效的传动、高精度的输出、大扭矩、高刚性、广泛的传动比范围及稳定的精度表现突出，然而，其质量与体积较大，寿命相对较短，加工工艺复杂，价格偏高。谐波减速器在精度、传动比方面表现优异，传动惯量小，体积/重量可大幅减小至其他减速器的三分之一/二分之一，但柔轮每转两次椭圆变形易导致材料疲劳损坏，损耗功率大，且存在回程误差，不具备自锁功能，对散热也有一定要求。

行星减速器的结构

结构与原理：行星齿轮传动机构主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成。精密行星减速器工作时，通常是伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产生自转；同时，由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合，最终行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动，形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴联接，带动输出轴输出扭矩。

行星减速器的特点

精密行星减速器优点：高承载能力、高传动效率、低成本。较高承载能力：行星减速器的结构设计合理，行星轮均匀分布在中心轮周围，共享负载，使得每个齿轮承受的负载减小，从而提高了整体承载能力。高传动效率：行星减速器的传动结构具有对比度和均匀分布的特点，行星轮作用于中心轮和臂轴承的反作用力可以相互平衡，减少了摩擦损失，提高了传动效率。成本较低：由于行星减速器本身的结构简单，相较于RV减速器、谐波减速器来说生产组装过程中所需加工组装的零件少，从而降低了生产成本。精密行星减速器缺点：较低的传动比、较低的传动精度。单级传动比较低：行星减速器单级传动比在3-10左右，不超过10。在单级行星减速器中，由于齿轮数量有限，齿数比例的选择范围也相对较小，从而限制了传动比的提高。若通过叠加级数提高传动比则会增大体积和质量。传动精度较低：由于行星齿轮与太阳齿轮之间的啮合间隙，以及行星齿轮之间的相对运动，可能导致一定的传动误差积累，这在多级结构中更为明显。

行星减速器的核心竞争要素

工艺技术能力：加工精度：精密行星减速器的齿轮和轴等关键部件需要采用高精度加工技术，如磨齿、插齿、滚齿等，以确保产品的精度和性能。这些加工技术需要高精度的设备和专业的操作技能，增加了工艺技术的难度。行星减速器的高承载力通过行星齿轮组平分负载来实现，但当存在制造误差时，可能会影响到行星齿轮组的共享负载机制，从而导致减速器整体的负载能力下降。检测技术：为了确保精密行星减速器的质量，需要采用先进的检测技术对产品的各项性能指标进行检测。这些检测技术需要高精度的测量设备和专业的操作技能，以确保检测结果的准确性和可靠性。

行星减速器的市场竞争格局

精密行星减速器市场主要由日系、德系品牌主导，行业集中度相对分散：全球市场方面，全球CR3约35%，头部企业竞争格局较为均衡。其中，日本新宝的市场份额为13%，纽卡特和威腾斯坦紧随其后，均有11%的市场份额。国内市场方面，国内CR3约41%，相比全球市场来说集中度更高。其中，日本新宝的市场份额为20%，占比最高，威腾斯坦占比约12%，纽卡特9%， CR3在国内市场地位与全球市场的地位类似。我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器，在三大精密减速器中开发时间最早，并且相对来说行星减速器的结构较为简单，技术设计壁垒较低，国内自主品牌的市占率正在稳步提升。

RV减速器的核心竞争要素

设计能力。修形设计：摆线齿轮的齿形较复杂,加工工艺要求严格,其修形质量以及齿廓几何精度直接决定着摆线针轮行星传动的运动精度和使用性能。通过摆线轮修形,可以产生摆线传动所需的啮合间隙,补偿制造和安装侧隙或误差,保证合理的径向侧隙,以利于润滑和保证装拆方便。为了补偿装配误差，保持合理的齿隙，便于润滑和装配，行星齿轮传动中的圆柱齿行星传动的理论齿廓一般通过修改设计加工而成，齿廓修改质量是保证机器人精密减速器运动精度的关键。公差分配设计：RV减速器对回差有较高要求，一般要求不超过1 arcmin，以确保运动的精确性和稳定性。因此在若干减速器部件中分配误差需要在制造前提前考虑，不同部件对回差有不同程度的影响，设计者需要对每个部件的误差进行合理分配。

工艺技术能力：高精度摆线轮的制造能力：RV减速器需要高精度摆线轮来确保传动的稳定性和精度。摆线齿轮的修形精度以及制造误差是影响摆线针轮传动精度的一个重要方面。过大的修形量将产生较大的啮合间隙,会降低其传动精度; 而过小的修形量将产生不了足够的啮合间隙,会导致传动时发生干涉以至于卡死等现象。质量管理体系：由于RV减速器的制造过程中涉及到大量精密部件的制造与组装，例如滚针，摆线轮，曲柄轴等等。因此需要在每一个制造环节控制产物质量。否则RV减速器独特的两级减速结构会将每一级减速中的误差成倍的放大，可能会对整体的传动精度与传动效率产生极大的影响。

资金储备：设备方面投资较大，据智同科技介绍，针齿壳和摆线轮的加工设备从欧洲进口，单台均价超1500万，国产机床在精度和工艺方面还无法满足要求。前期设备投入至少1个亿以上，而能做到批量生产需要3个亿左右投入。设备采购周期在一年以上，对资金储备有较高要求。

RV减速器的市场格局

日系品牌纳博特斯克占据RV减速器市场主导地位。1926年德国的Lorenz Blanc提出针摆行星传动，后经住友引进、摆线磨床的研制成功，1980 年日本帝人精机提出RV传动理论，1986年RV减速器正式大规模生产。先发优势使得纳博特斯克一直主导该领域。但随着本土企业开始进入RV减速器领域，在中低端和中低负载产品上正逐步替代纳博特斯克。国内自主品牌RV减速器企业市占率快速提升。随着本土厂商的技术不断积累，与国内机器人厂商合作持续加强，国内自主RV减速器企业市占率近年来持续提升。其中，环动科技（双环传动的控股子公司）国内市占率提升明显，从2020年的5.25%上升到2023年的18.89%，已稳居第二。纳博特斯克市占率则持续降低，已从2020年54.8%下降到2023年的40.17%。

特斯拉人形机器人Optimus Gen-2全身共使用了14个谐波减速器和12个行星减速器。根据在特斯拉AI DAY中所披露的信息，特斯拉Optimus机器人全身共有40个关节，其中，28个关节分布在肩部、肘部、腰部等部位，全身28处关节采用了3种旋转执行器， 3种线性执行器。另外12个关节则集中分布在灵巧手上，单只手6个关节。旋转执行器：三种型号分别为 1）扭矩20Nm，重量0.55kg；2）扭矩11Nm，重量1.62kg；3）扭矩180Nm，重量2.26kg。旋转执行器采用无框电机+谐波减速器+位置传感器+离合器+力矩传感器的结构。灵巧手关节：多级行星减速器连接电机和手指关节，安装在灵巧手的内部。

国内人形机器人厂商减速器方案较为多样化，谐波和行星减速器等均有应用：智元远征A1：全身共有49个自由度，手部具有17个自由度，其关节采用自研的PowerFlow关节，采用行星减速器。宇树G1：全身拥有至多43个关节电机，最高支持43个自由度，采用三指力控灵巧手，关节处主要采用行星减速器方案。优必选WalkerX：全身共41个自由度，关键关节采用谐波减速器。同时申请多个关于谐波、行星减速器的专利。傅利叶GR-1：采用高度一体化设计的FSA执行器作为关节驱动，拥有谐波、行星减速器关节专利。

多家汽零企业入局机器人精密减速器赛道

智能汽车与AI机器人技术同源，国内汽车零部件企业争先布局人形机器人，二者产业链或将高度重合。特斯拉直接将FSD和Autopilot技术复用到 Optimus人形机器人，显示出智能汽车和机器人软件算法上具有同源性。小鹏、小米、比亚迪、广汽等汽车主机厂已经开始投入人形机器人研发，而且汽车零部件企业（如拓普、三花、北特、贝斯特、豪能等）也纷纷拓展人形机器人相关零部件业务。我们认为，未来汽车主机厂或将成为人形机器人重要生产商和终端用户（如生产制造场景），汽车产业链和人形机器人产业链有望高度重合。

汽零企业纷纷布局机器人精密减速器赛道，制造能力和商务资源优势明显。据公开信息，已正式宣布入局机器人减速器的汽零企业包括豪能股份、福达股份、中鼎股份、富临精工、斯菱股份等。我们认为，汽零企业具有优秀的大批量生产制造、质量管控及成本管控能力，从汽车零部件业务拓展到人形机器人零部件业务逻辑较顺。而且，汽零企业与汽车主机厂有着较强合作绑定关系，随着各大汽车主机厂入局人形机器人赛道，布局机器人精密减速器领域的汽零企业有望脱颖而出。

哈默纳科：全球谐波减速器龙头企业

哈默纳科是世界上最早成功商业化谐波减速器的公司之一，专注于谐波减速器技术的研发与创新。自20世纪50年代初，哈默纳科（Harmonic Drive）以其HD产品首次亮相日本市场为起点，踏上了稳步成长与全球拓展的征程。历经HDG在日本市场的成功进军、HD在美国的上市等重要里程碑，公司不仅稳固了本土市场，更开启了国际化的大门。在此过程中，哈默纳科推出了包括AccuDrive、Mecantronics及Harmonic Drive Planetary在内的多项革新性产品，展现了强大的技术实力与市场洞察力。同时，通过与SAMICK ADM、Ome lron Casting Co. Ltd.等企业的深度合作，以及HDL、HIP、HDSys等多个分支机构的建立，公司进一步拓宽了业务领域与市场份额。

哈默纳科下游主要应用场景和客户：哈默纳科的产品广泛应用于机器人、半导体设备、面板制造设备、机床、光学仪器、检测设备、车载等领域。其中，工业机器人是最大的下游应用领域，占比超过50%。其谐波减速器在全球谐波减速器市场中占据了超过70%的市场份额。

谐波减速器产能方面：基于公司公开信息，据不完全统计，公司现有工业谐波减速器产能约17万/月；车载谐波减速器产能约9万/月，其中一条线预计将被改造用于人形机器人相关产品生产制造。