投资要点
回顾2025:机械设备整体表现位于前列。机械行业表现位于所有31个申万一级子行业中排名第6,涨幅为34.09%,较沪深300指数高17.58pp,全年表现较为优异。子板块中,通用设备表现最好,轨交设备表现最差。专用设备表现在5个子行业中第二,涨幅为41.93%,与第一名的通用设备相差较小。我们选取自动化设备下的机器人以及工控设备作为核心子板块,整体而言,我们选取的两个机器人相关子板块表现较为平稳,整体处于稳中有增的态势。
展望2026年,我们认为人形机器人行业目前处于行业早期,量产初期受益明显的均为零部件供应商,且海外机器人巨头的部分零部件仍需要向国内厂商采购,因此,我们认为明年人形机器人领域应当重点关注零部件厂商。
丝杠:丝杠是核心机械传动元件。滚珠丝杠是当下应用最为广泛的丝杠,而行星滚柱丝杠性能优异,长期而言是最佳传动解决方案。行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的主要区别是行星滚柱丝杠负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠,能够承受更高的静态负载和动态负载,静载为滚珠丝杠的3倍,寿命为滚珠丝杠的15倍。但目前由于量产难度大,因此用量并不大。丝杠在人形机器人零部件成本中占比最高,为19%。特斯拉optimus的设计需求高精度丝杠,根据觅途咨询发布的《2024人形机器人产业链白皮书》,特斯拉optimus的暂定方案中,预计使用14根丝杠,其中至少有8根为高标准高精度的行星滚柱丝杠。我们预计2030年仅人形机器人带来的行星滚柱丝杠规模到达6.75亿元,而手部丝杠则贡献了最多的需求,2030年微型丝杠市场规模为7.72亿元。
减速器:减速器在机械传动中是连接动力源与执行结构的中间结构。减速器作为工业传动的“关节”,其性能直接影响机械系统的效率与精度。谐波减速器、RV减速器和行星减速器作为核心精密传动部件,各自具有独特的结构特点、性能优势及适用场景。谐波减速器以结构简单紧凑著称。RV减速器则在传统针摆行星传动基础上发展而来。行星减速器通常由行星轮、太阳轮和内齿圈构成,结构相对简单。三类减速器各有优劣,目前并无明显替代关系。在人形机器人领域,精密减速器作为核心零部件之一,使用量较多,且当下以谐波减速器为主,根据MIT睿工业的数据,双足式机器人的减速器预计用量为25-35个,而轮式机器人减速器预计用量为13-20个。
轻量化:人形机器人轻量化重要性显著,是提升其实际性能的核心因素。轻量化是人形机器人重要发展方向。国内厂商方面,宇树科技,优必选,智元机器人等企业均在新一代产品中逐步降低重量,而在续航或移动速度等方面均有所提升。而海外厂商方面,特斯拉在2023年12月发布的第二代Optimus原型机成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克,降幅达13.7%。Figure在其最新发布的Figure 03机器人中采用了多层软质材料和防夹结构,重量较上一代下降10kg。轻量化的核心逻辑是使用采用密度更低的轻质材料。当前主流方案包括铝合金、镁合金、高性能工程塑料和碳纤维复合材料。PEEK材料由于其物理性能优越,有望成为轻量化最终选择。
灵巧手:人形机器人的拟人化核心,作为对功能单一成本较低的夹爪的优质替代,能够使人形机器人完成类似人类的手部运动。同时其在人形机器人中的价值占比较为可观,特斯拉、Figure等人形机器人龙头厂商均在新一代产品中对手部环节作出较多革新,重视程度高于其余环节,变化带来的机遇较大,量产前夜的手部环节定型值得期待。
投资建议:关注人形机器人优质零部件供应商,特别是与海外头部企业合作较多的厂商。考虑到新兴产业带动板块,我们维持专用设备行业“领先大市”评级。考虑到价格和业绩等因素,建议重点关注较早布局机器人,拥有强大实力的人形机器人国内总成龙头之一的三花智控;依托冷锻技术拓展人形机器人零部件,丝杠领域持续布局发力的新坐标;在谐波减速器领域拥有深厚技术储备,并持续布局机器人零部件的绿的谐波。建议关注浙江荣泰、奥比中光、美湖股份等优质零部件供应商。
风险提示:人形机器人产业化进程不及预期;人形机器人核心部件降本进程不及预期;人形机器人新产品落地进度不及预期;新产能建设不及预期;行业竞争加剧;地缘政治风险。
1.1 市场回顾:机械行业整体表现位于靠前水平,估值中等偏上
机械行业在2025年全年表现处于靠前水平。2025年表现最好的三个板块为有色金属、通信和电子,分别上涨了80.45%、70.95%和42.15%。而表现最差的三个板块为交通运输、煤炭和食品饮料,其中交通运输上涨了0.02%,其余分别下跌0.61%和6.53%。而机械行业表现位于所有31个申万一级子行业中排名第6,涨幅为34.09%,较沪深300指数高17.58pp,全年表现较为优异。

子板块中,通用设备表现最好,轨交设备表现最差。机械行业二级子板块中,2025年涨跌幅排名为通用设备、专用设备、工程机械、自动化设备、轨交设备Ⅱ,涨跌幅分别为43.93%、41.93%、34.97%、27.12%、-3.31%。

估值方面,以2025年12月5日的数据,机械设备(申万)的PE(TTM)为37.27倍,在31个一级行业中排行第13,处于中等偏上位置。与此同时,沪深300的PE(TTM)为14.02倍,万得全A的PE(TTM)为21.79倍。

1.2 业绩表现及展望
鉴于目前人形机器人行业处于早期阶段,并无明确分类,我们选取了与人形机器人领域关联度较高的子板块机器人和工控设备作为核心子板块。
机器人板块营业收入表现较为稳定,但净利润表现稍逊,我们认为主要系机器人企业前期投入较多所致,反映行业尚处成长期,供需不平衡与高端产品短板导致盈利稳定性较弱。未来需关注人形机器人商业化进展及核心零部件国产替代。工控设备营收稳步增长,归母净利润仅有2024年微降,尽管受竞争与成本压力影响行业毛利率逐年略微下滑,但2025年前三季度降幅趋缓,在制造业自动化升级的长期需求支撑下,行业具备较强的盈利韧性。整体而言,我们选取的两个机器人相关子板块表现较为平稳,虽然利润率表现不稳定,但营收和利润整体处于稳中有增的态势。

展望2026年,我们认为人形机器人行业目前处于行业早期,量产初期受益明显的均为零部件供应商,且海外机器人巨头的部分零部件仍需要向国内厂商采购,因此,我们认为明年在人形机器人领域应当重点关注零部件厂商。
我们认为人形机器人是继电脑、智能手机和新能源汽车后的另一个颠覆性产品的赛道。根据行业生命周期理论(Industry Life Cycle),行业的生命发展周期主要包括四个发展阶段:幼稚期,成长期,成熟期,衰退期。我们认为人形机器人目前尚处于发展的导入期即幼稚期,行业格局尚不明朗,在社会发展背景的需求下以及产品、产业和政策等条件的促进下商业化落地将加速。

人形机器人产业链主要由上游零部件、中游人形机器人本体及下游终端应用等环节组成。上游零部件环节涵盖诸多领域,其质量直接决定了人形机器人的性能,拥有较高技术壁垒。

零部件方面占比较高的为丝杠、电机和减速器环节。行星滚柱丝杠在理论上是传动领域的最优选择,根据前瞻产业研究院数据,行星滚柱丝杠在未来成本占比重有望达到19%,位居第一。电机作为任何机械产品的核心零部件,在未来成本占比中有望达到16%,位居第二,减速器作为人形机器人手臂、腕部等轻负载关节的关键部件,在未来成本占比有望达到13%。

2.1 丝杠
丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的核心机械传动元件,由螺杆(即丝杠轴)和螺母组成。
工作原理:当螺杆作为主动旋转体时,螺母就会随螺杆的转动角度按照对应规格的导程将螺杆的旋转运动转化成直线运动,参与做功的工件可以通过与螺母连接,从而实现对应的直线运动。螺杆的旋转角度与螺母的直线移动量成正比,比例关系由螺杆的导程,即螺纹的螺距决定。反之,如果螺母作为主动件移动,也可以使螺杆旋转,这样直线运动就被转换成了旋转运动。

滚珠丝杠是当下应用最为广泛的丝杠。在三种丝杠中行星滚柱丝杠的精度最高,但成本也相对较高。滚珠丝杠则以其高速度和高精度闻名,成本适中,因此性价比较高且价格适中,应用最为广泛。而梯形丝杠虽然结构简单、成本较低,但在精度上较低。滚珠丝杠相比梯形丝杠传动效率和精度更高,相比行星滚柱丝杠有更高的效率、更低的后驱力和价格,所以广泛适用于有精密度和价格都有要求的传动场景。

行星滚柱丝杠性能优异,长期而言是最佳传动解决方案。行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的主要区别是行星滚柱丝杠负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠,能够承受更高的静态负载和动态负载,静载为滚珠丝杠的3倍,寿命为滚珠丝杠的15倍。同时,具有更强的刚度和抗冲击能力,可以提供更高的转速及更大的加速度。此外,行星滚柱丝杠为螺纹传动,螺距设计范围更广,行星滚柱丝杠的导程可以比滚珠丝杠更小。

相较于传统滚珠丝杠,行星滚柱丝杠应用领域更偏向于高端制造。在传统机床和医疗器械及光学仪器领域,行星滚柱丝杠由于导程小、精度高、高负载高寿命等特点,在高端领域相比传统滚珠丝杠有更好表现。在汽车领域,行星滚柱丝杠的性能优势有助于更好电控化,并且能够优化EMB系统。在石油天然气领域,除了传统的优势,更有清洁环保的功效。而在人形机器人和无人机等新兴领域,由于其产品对精度的高要求,传统滚珠丝杠不一定能完全满足要求,因此行星滚柱丝杠则是其最终选择。

高精度丝杠所需的磨削工艺,工序繁多导致周期冗长,设备要求高。工艺包含22道工序,其中磨削相关步骤(粗磨、半精磨、精磨、研磨)达7道,加上多次热处理和检验,总周期长达30-45天。每道工序的装夹、对刀、检测时间占比高,且一旦某环节出现废品,如砂轮崩裂导致工件报废,返工成本极高。设备与工装要求的精密磨削需依赖高精度磨床,如数控外圆磨床、螺纹磨床。两顶尖装夹方式对机床刚性要求苛刻,振动或热变形会直接影响加工精度。


特斯拉optimus的设计需求高精度丝杠。根据觅途咨询发布的《2024人形机器人产业链白皮书》,特斯拉optimus的暂定方案中,预计使用14根丝杠,其中至少有8根为高标准高精度的行星滚柱丝杠。
特斯拉的第三代灵巧手是混合传动方案的代表,在微型丝杠方面有显著增量。特斯拉第三代灵巧手创新性采用了“行星齿轮箱+丝杠+腱绳”结构,将蜗轮蜗杆方案替换为行星滚柱丝杠,丝杠能提供精准的线性驱动,具备最高的承载力,适用于工厂等场景。减速器方面,Optimus Gen3采取行星减速器(齿轮箱)提高传动精度、增强扭矩输出能力。未来,随着集成度需求提升,微型丝杠与微型减速器的用量将大幅增加。
根据韩运峥《空间五指灵巧手控制系统设计》中阐述,使用丝杠进行混合传动的方式是将电机和滚珠丝杠外置于手臂中,电机通过减速器带动滚珠丝杠,电机轴的旋转运动被转化为丝杠螺母的平移运动,丝杠螺母拉动腱绳,腱绳另一端连接到手指指骨上,拉动手指关节绕关节轴旋转,形成手指弯曲运动。

人形机器人带动丝杠市场需求扩容。传统滚珠丝杠作为核心传动部件,在人形机器人初期考虑到性价比,会有较多使用场景,身体丝杠和手部丝杠方案我们均以特斯拉Optimus为例,因此身体丝杠用量为6(滚珠)+8(行星),手部自由度为17个主动自由度+5个被动自由度,对应执行器数量为17+5个,我们只考虑每个主动自由度的执行器配备一根微型滚珠丝杠,因此双手共34根。我们预计2030年人形机器人带来的传统滚珠丝杠市场规模将达到1.71亿元。但长期来看,考虑到性能瓶颈,人形机器人未来如果追求性能,将会更多使用行星滚柱丝杠,预计2030年仅人形机器人带来的行星滚柱丝杠规模到达6.75亿元,而手部丝杠则贡献了最多的需求,2030年微型丝杠市场规模为7.72亿元。

2.2 减速器
减速器在机械传动中是连接动力源与执行结构的中间结构。通常由多个齿轮组成,作为常用传动零部件通过不同大小齿轮的啮合传递动力,其核心作用是降低转速与增加扭矩。由于绝大多数工作机具有高负载、低转速的特性,不适宜由原动机直接驱动,减速器便通过这一功能实现动力参数与负载需求的最佳匹配,将高速运转的原动机输出转化为低速高扭的动力传递给工作机或执行机构。作为现代机械传动的核心枢纽,它的性能直接影响整个动力系统的传动效率、运行精度及设备可靠性,在自动化装备、工程机械、运输系统等关键领域发挥着不可替代的作用,是机械设备动力传递中不可或缺的环节。
减速器的工作原理基于齿轮传动精密、高效、安全、可靠且性价比优越的特点,通过精准的齿数配比设计实现动力转换。具体而言,它将电动机、内燃机等原动机的高速动力输入至减速器,利用输入轴上小齿轮与输出轴上大齿轮的啮合传递动力——小齿轮齿数少、转速快,带动齿数多的大齿轮以较慢速度转动,使输入转速按齿数比等比衰减;同时,根据力的传递规律,大齿轮的半径更大,输出扭矩同步倍增,从而将高速低扭的原动件输出转化为低速高扭的动力,完成“高速低扭→低速高扭”的可控传递,满足工作机对动力的实际需求。

减速器作为工业传动的“关节”,其性能直接影响机械系统的效率与精度。谐波减速器、RV减速器和行星减速器作为核心精密传动部件,各自具有独特的结构特点、性能优势及适用场景。
谐波减速器以结构简单紧凑著称。由柔轮、波发生器、刚轮和轴承四个基本部件构成。其原理是通过波发生器的椭圆型变形驱动柔轮与刚轮啮合,实现大传动比和高转矩传送,优点包括体积小、重量轻、传动精度高,但缺点是传递扭矩较小、运动精度可能随时间降低,因此主要应用于20公斤以下机器人的小臂、腕部或手部等轻负载场景,如3C、半导体、医疗设备等领域。

过去几年全球范围内谐波减速器产能的扩充主要发生在中国。2024年10月,日本电产(尼得科)在中国浙江省平湖市的工厂正式启动谐波减速机的量产,主要应用于机器人关节。预计到2025年夏季,该工厂的月产能将达到2万台。这一产能扩张旨在满足中国机器人市场快速增长的需求,同时通过本地化生产降低成本。2023年,绿的谐波募投项目顺利达产,年产能达到了59万台。2025年,绿的谐波计划启动新一代精密传动装置智能制造项目,预计将新增谐波减速器100万台、机电一体化产品20万台的年产能。2025年,来福谐波新厂房开始投用,投产后年产能预计将提升至50万台。

RV减速器则在传统针摆行星传动基础上发展而来。由摆线针轮和行星支架组成,采用两级传动结构,具有高刚度、抗冲击能力强、传动平稳、精度高等优点。传动比范围广,能承受大扭矩,但缺点是重量重、外形尺寸较大、制造工艺复杂。例如RV-E是两级减速齿轮,第一级减速是输入齿轮和正齿轮的外啮合,三个正齿轮(spur gear)以120°的间隔对称于输出轴。第二级减速透过正齿轮驱动偏心轴,带动安装在偏心轴上的RV齿轮,引起两个RV齿轮的偏心运动。两个RV齿轮以180°的相位差带动输出轴,以提供平衡载荷。RV减速器多适用于20公斤以上机器人的机座、大臂、肩部等重负载位置,如汽车制造、港口码头等重工业场景。
行星减速器通常由行星轮、太阳轮和内齿圈构成,结构相对简单。动力由太阳轮输入,带动周围行星轮绕太阳轮公转(同时自转),行星架将运动整合后输出。这种功率分流的设计使其具备结构紧凑、承载分布均匀的特点,尤其适合中小型设备空间受限的场景。行星减速器有高传动效率和较长寿命,但单级传动比范围较小,与谐波减速器和RV减速器相比,行星减速器在中负载、高转速、宽速比范围的场景中具有显著优势。适用于移动机器人、新能源设备、高端机床等对精密直线传动要求较高的领域。

三类减速器各有优劣,目前并无明显替代关系。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1,500N·m以内,因此限制了其向重负载部位拓展的可能。而RV减速器容许力矩负载可达8,000N·m,其重量重、外形尺寸较大的特性,也使其无法向轻便、灵活的轻负载领域发展。此外,RV减速器零部件数量多、制造和装配难度大,不利于大规模生产。而行星减速器凭借行星轮系结构实现高传动效率(97%以上)和紧凑设计,虽单级传动比范围有限,但通过多级组合可满足直角坐标机器人、新能源设备等中负载场景的精密传动需求。


减速器作为工业传动的“关节”,其性能直接影响机械系统的效率与精度,市场空间持续增长。近年来随着国家产业政策的支持和下游市场需求的不断增长,我国减速器市场规模呈现持续增长态势。中商产业研究院的数据显示,2024年中国减速器行业市场规模约1448亿元,较上年增长4.4%。中商产业研究院分析师预测,2025年中国减速器市场规模将增长至1510亿元。而在行星减速器领域,由于其技术含量高,生产工艺复杂,存在较高的进入壁垒,目前市场主要参与者为外资厂商、合资厂商,高端精密行星减速器国产化率很低。中商产业研究院的数据显示,2023年全球行星减速器销售额约12.55亿美元,2024年销售额约13.67亿美元。而2025年全球行星减速器销售额有望增至14.71亿美元。

在人形机器人领域,精密减速器作为核心零部件之一,使用量较多,且当下以谐波减速器为主。为实现各类动作(如行走、搬运、平衡等),人形机器人通常采用“电机+减速器”组合的驱动关节,减速器可解决电机扭矩不足问题,满足动作精确、稳定、结构紧凑等需求。其中由于机械机构不同,轮式机器人使用的减速器数量少于双足式机器人,根据MIT睿工业的数据,双足式机器人的减速器预计用量为25-35个,而轮式机器人减速器预计用量为13-20个。

2.3 轻量化
人形机器人轻量化重要性显著,是提升其实际性能的核心因素。
从实际应用来看,轻量化至少能在四个维度解决人形机器人行业核心痛点:其一,显著提升续航能力。通过减少重力势能消耗和转动惯性,机器人静态与动态功耗均可降低,特斯拉Optimus第二代续航从2-4小时延长至8小时,轻量化是重要推手。其二,缓解散热压力。重量降低意味着电机、减速器等核心部件的负载减少,运行过程中的发热量随之下降,无需过度依赖复杂的散热系统。其三,降低对零部件性能的依赖。减重后,轴承、连接件的承重与摩擦需求降低,电机功率要求也相应下调,有助于降低供应链压力。其四,提升灵活度与实用性。当前人形机器人多需两位成年男性搬运,轻量化后可实现单人操作,而灵活度的提升也能拓展其在精密作业中的应用。
轻量化能够有效拓宽人形机器人应用场景。在工业领域,传统机械臂因自重过大导致能耗高、响应慢,难以适应柔性制造的快速切换需求;在家庭、服务场景中,过重的人形机器人若发生碰撞或倾倒,可能对人员造成安全威胁;从技术原理看,轻量化与小型化能够系统性解决机器人的核心痛点。重量降低直接减少电机负载,使相同电池容量下的续航能力提升。同时,结构小型化则提升了空间利用率,为机器人实现类人化动作提供了物理基础。更重要的是,轻量化材料的应用降低了对能源系统的依赖,这种“减重不减能” 的特性,让机器人在精密装配、服务等场景中具备了实用价值,有望有效拓宽应用场景。


轻量化是人形机器人重要发展方向,国内外厂商新一代产品均在轻量化领域发力。
宇树科技在其人形机器人产品中,自初始设计阶段便将轻量化作为核心考量。H1整机重量为47千克, G1整机重量为35千克,这主要得益于其系统性地采用了航空铝合金与碳纤维等高强度、低密度的先进材料。在具体应用中,两款机器人不仅主体结构大量使用这些轻质材料,其所有连接结构也均采用高强度铝合金,在实现减重目标的同时确保了结构强度与抗冲击性能。此外,G1所采用的全关节中空内走线等设计,也体现了其在结构层面对轻量化与集成化的追求。
优必选在其Walker系列迭代中成功实现了整机减重。其中Walker C在身高增加33厘米的基础上,整体重量较前代降低了20千克。后续推出的Walker S2进一步延续轻量化路径,在身高增加4厘米的同时成功减重6千克,该成效主要得益于多种创新材料的系统化应用,具体包括采用全身刚柔异构材料的复合应用、航空级铝合金3D打印主骨架以及三维立体针织高弹纤维材料。
智元机器人在其产品迭代中也通过系统性的轻量化设计实现了整机重量的大幅降低。其初代远征A1人形机器人整机重量为55千克,而在最新的灵犀X2型号上,重量已显著降低至35-37千克水平。
海外巨头方面:特斯拉通过系统性轻量化设计显著提升了其第二代Optimus机器人的运动性能与能效。在2023年12月发布的第二代Optimus原型机中,其在颈部增加了两个运动自由度,同时通过应用轻量化材料、进行结构拓扑优化及减少冗余设计,成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克。这一系列轻量化措施,结合第二代关节更高的集成度与能效优化,共同支撑了机器人行走速度30%的性能提升。Figure在其最新发布的Figure 03机器人中采用了多层软质材料和防夹结构,重量较上一代下降10kg。


机器人和汽车逻辑相似,减重能够降低负载,继而提高续航能力。参考星源卓镁招股说明书,奇瑞汽车实车测试数据显示,新能源汽车减重10%,平均续航能力增加5%-8%。在市区的运行工况下,平均车重1600千克的新能源汽车如果减重20%,能量消耗可以减少15%。

人形机器人材料轻量化主要通过原材料替换实现,核心逻辑是采用密度更低但整体性能能满足机器人使用的轻质材料。当前主流方案包括铝合金、镁合金、高性能工程塑料和碳纤维复合材料。其中,镁合金和高性能工程塑料在屈服强度和比强度方面与铝合金相当,对结构强度影响可忽略不计,且成本相对可控,成为最具应用潜力的主流方案。其中,工程塑料中又以PEEK材料为佳。碳纤维材料虽在屈服强度和比强度方面表现最优,但受限于高昂成本,短期内难以大规模应用。材料轻量化正从传统金属材料向多元化材料体系演进,镁合金和工程塑料的产业化应用将为人形机器人轻量化提供重要支持。

PEEK(聚醚醚酮)作为特种工程塑料金字塔顶端的材料,是“以塑代钢”的优选材料。PEEK属于特种工程塑料的一种。特种工程塑料是20世纪60年代后期发展起来的一类高分子新材料。从1960年聚酰亚胺的最初问世到1978年PEEK问世的近20年间,欧美各大公司先后投入了大量人力、财力对特种工程塑料进行研发,虽然论文发表的品种不下几十个,但最终真正有应用价值并实现产业化的不足10个。这些特种工程塑料在性能、商业价值上都处于工程塑料的顶端。PEEK密度仅为1.3g/cm³,约为铝合金的一半,但比强度却达到铝合金的8倍,在满足结构强度要求的前提下可实现显著减重。

在材料性能方面,PEEK相较于其他工程塑料具备显著优势。从PEEK与主要工程塑料、特种工程塑料的对比情况可以看出,PEEK性能全面,在刚性方面优于绝大多数特种工程塑料的同时,也兼具韧性,展现了全面的机械性能,此外在耐热、耐磨、耐腐蚀等方面均表现优异。因此,PEEK是公认的全球性能最好的热塑性材料之一。


2.4 灵巧手
夹爪在功能性和精细化作业中不如灵巧手,但具备低成本和高稳定性优势。夹爪以两指或三指结构为主,凭借低成本、高稳定性成为工业主流(如医疗检测、3C装配),通过多触点抓持提升可靠性,满足批量生产对高良率的要求,但泛化能力有限,仅适用于标准化流程。灵巧手则模仿人手设计,具备高自由度(如特斯拉新一代灵巧手达22个自由度)与传感器集成能力,可实现复杂抓握和精细操作,适配医疗、家庭服务、复杂工业制造等非标场景,但目前高自由度灵巧手价格高昂、维护复杂,且依赖高阶算法支撑,短期产业化难度较大,但实际。

灵巧手在人形机器人中的价值占比较为可观。灵巧手的硬件和软件研发门槛极高,是机器人领域的技术制高点之一。人类手部有27个自由度(5指×3关节+腕部),仿生灵巧手通常需实现12-20个自由度,需在极小空间内集成微型电机、齿轮、腱绳等部件。根据前瞻产业研究院数据,灵巧手在人形机器人成本占比达到17.98%,仅次于旋转执行器和线性执行器。另外,考虑到减重等问题,轻量化(碳纤维、钛合金)与高强度(抗冲击、耐磨)材料的结合将会更进一步提升价值占比。

在特斯拉机器人方案中,灵巧手有望成为最大变量。2024年12月,特斯拉在社媒平台X上发布人形机器人Optimus最新一代灵巧手的视频,基于实验室遥控操作,使用第三代仿人灵巧手稳定接住迎面抛来的网球然后抛下,低延时和灵巧度表现亮眼。视频中,特斯拉的这一新手可以快速追踪并拦截快速移动着的网球,实现快速响应,稳定接球,体现出强大的空间感知能力。对于网球这类小体积物体的稳定抓取,背后需要精准的手指协调与压力控制,以及关节与执行器的协作能力。我们认为,为了使人形机器人更为“拟人”,在产业化初期灵巧手将成为人形机器人中最革新空间的存在。
三代特斯拉Optimus在灵巧手方面有显著提升。根据人形机器人世界公众号报道,2022年9月特斯拉推出人形机器人原型机Bumblebee(大黄蜂),半年后发布Optimus(擎天柱)第一代产品。特斯拉第三代灵巧手的单手自由度(DOF)由第二代的11个提升至22个(其中手腕/前臂具备3个自由度),主动自由度(DOA)由第二代的6个提升至13-17个,成为最接近人手自由度的灵巧手之一。经过两年时间的迭代,特斯拉灵巧手的自由度不断提升,第三代产品的主要更新包括将执行器外置在前臂,采取空心杯电机、行星减速器、丝杠及腱绳驱动系统,并加强触觉传感器方案,整体能力实现大幅增强。OptimusGen3的灵巧手由5根手指构成,每根手指拥有4个自由度,再加上腕部的2个自由度,共计22个自由度。如此设计高度模拟人类手指结构,让Optimus在原有屈曲、伸展动作基础上,还能做出外展、内收等精细动作。

Figure 03发布,在手部环节作出较多革新。2025年10月Figure发布其新一代产品Figure 03,主要包含以下革新。①Helix:Figure 03配备了一套全新设计的传感器套件和手部系统,专为驱动Figure专有的视觉-语言-动作人工智能Helix而打造。②家庭:Figure 03增添了多项新功能,包括软性部件、无线充电、用于语音推理的音频系统,以及提升电池安全性,使其在家庭环境中更安全、更易用。③大规模制造:为了扩大规模,公司在BotQ工厂建立了一条全新的供应链和一套全新的人形机器人制造流程。④手部系统与传感:Figure 03 的每只手都集成了一个嵌入式掌心摄像头,具有宽视场角和低延迟传感特性,可在抓取过程中提供冗余的近距离视觉反馈。公司自主研发了第一代触觉传感器,根据技术规格,每个指尖传感器能检测到最小3克的压力变化,其灵敏度相当于能够感知一枚回形针放置于其上的重量。这种传感精度旨在让Helix系统能在物体发生滑落前,通过数据分析区分出抓握状态的稳定性,从而对易碎或不规则物体进行精细化的力度控制。在演示视频中,Figure 03可以用不同的手势分别拿起一个番茄、一颗鸡蛋和一张扑克牌,并轻轻放下。需要指出的是,机器人拿出了一沓扑克牌最上面的一张,凸显了其手部动作的精细。

在人形机器人从实验室走向量产的关键跃迁期,其上游零部件环节的重要性尤为凸显,因为它直接决定了整机的性能上限、成本结构与量产可行性。人形机器人是高度复杂的系统,需要上百个核心部件精密协同工作,任何单一部件的性能不足或供应瓶颈都可能导致整机“笨拙卡顿”甚至生产停摆。目前,诸如六维力传感器、行星滚柱丝杠、灵巧手等关键零部件仍面临国产化率低、技术标准不统一的问题,这不仅推高了成本,更使供应链存在“卡脖子”风险。因此,在量产前期,攻克核心零部件的技术壁垒、提升其良率与可靠性,并推动零部件标准化以实现规模效应,就成为降低整机成本、保障供应链安全、最终突破量产瓶颈的核心前提。中国供应链在成本控制和快速响应方面的优势,正使其成为推动全球人形机器人规模化放量的“关键变量”。
丝杠:丝杠是核心机械传动元件。滚珠丝杠是当下应用最为广泛的丝杠,而行星滚柱丝杠性能优异,长期而言是最佳传动解决方案。行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的主要区别是行星滚柱丝杠负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠,能够承受更高的静态负载和动态负载,静载为滚珠丝杠的3倍,寿命为滚珠丝杠的15倍。但目前由于量产难度大,因此用量并不大。丝杠在人形机器人零部件成本中占比最高,为19%。特斯拉optimus的设计需求高精度丝杠,根据觅途咨询发布的《2024人形机器人产业链白皮书》,特斯拉optimus的暂定方案中,预计使用14根丝杠,其中至少有8根为高标准高精度的行星滚柱丝杠。我们预计2030年仅人形机器人带来的行星滚柱丝杠规模到达6.75亿元,而手部丝杠则贡献了最多的需求,2030年微型丝杠市场规模为7.72亿元。
减速器:减速器在机械传动中是连接动力源与执行结构的中间结构。减速器作为工业传动的“关节”,其性能直接影响机械系统的效率与精度。谐波减速器、RV减速器和行星减速器作为核心精密传动部件,各自具有独特的结构特点、性能优势及适用场景。谐波减速器以结构简单紧凑著称。RV减速器则在传统针摆行星传动基础上发展而来。行星减速器通常由行星轮、太阳轮和内齿圈构成,结构相对简单。三类减速器各有优劣,目前并无明显替代关系。在人形机器人领域,精密减速器作为核心零部件之一,使用量较多,且当下以谐波减速器为主,根据MIT睿工业的数据,双足式机器人的减速器预计用量为25-35个,而轮式机器人减速器预计用量为13-20个。
轻量化:人形机器人轻量化重要性显著,是提升其实际性能的核心因素。轻量化是人形机器人重要发展方向。国内厂商方面,宇树科技,优必选,智元机器人等企业均在新一代产品中逐步降低重量,而在续航或移动速度等方面均有所提升。而海外厂商方面,特斯拉在2023年12月发布的第二代Optimus原型机成功将整机质量由首代Optimus的73千克降至63千克,降幅达13.7%。Figure在其最新发布的Figure 03机器人中采用了多层软质材料和防夹结构,重量较上一代下降10kg。轻量化的核心逻辑是使用采用密度更低的轻质材料。当前主流方案包括铝合金、镁合金、高性能工程塑料和碳纤维复合材料。PEEK材料由于其物理性能优越,有望成为轻量化最终选择。
灵巧手:人形机器人的拟人化核心,作为对功能单一成本较低的夹爪的优质替代,能够使人形机器人完成类似人类的手部运动。同时其在人形机器人中的价值占比较为可观,特斯拉、Figure等人形机器人龙头厂商均在新一代产品中对手部环节作出较多革新,重视程度高于其余环节,变化带来的机遇较大,量产前夜的手部环节定型值得期待。
投资建议:关注人形机器人优质零部件供应商,特别是与海外头部企业合作较多的厂商。考虑到行业整体位置,我们给予专用设备行业“同步大市”评级。考虑到价格和业绩等因素,建议重点关注较早布局机器人,拥有强大实力的人形机器人国内总成龙头之一的三花智控;依托冷锻技术拓展人形机器人零部件,丝杠领域持续布局发力的新坐标;在谐波减速器领域拥有深厚技术储备,并持续布局机器人零部件的绿的谐波。建议关注浙江荣泰、奥比中光、美湖股份等优质零部件供应商。
人形机器人产业化进程不及预期;
人形机器人核心部件降本进程不及预期;
人形机器人新产品落地进度不及预期;
新产能建设不及预期;
行业竞争加剧;
地缘政治风险。

特别声明:
R3级报告
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