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>>机器人产业链框架

人形机器人产业链涉及的四大环节：感知、交互、运控、导航。自动化装置包括：1）传感器：本体感受传感器、触觉+视觉+声音传感器、机器视觉等（数量较多）；2）执行器：减速器、伺服系统、微电机等（数量较多）；3）计划控制：控制器、工控系统、AI系统等。主要技术路线及产业链相关公司如下图所示。

图表：机器人技术体系

图表：机器人产业链

>>运动控制硬件领域有望成为人形机器人主要外部供应链

根据特斯拉产品发布会信息，人形机器人Optimus（擎天柱）主要配置为：身高1.72m，体重57kg，可负载20kg，最快运动速度8km/h；采用Autopilot的摄像头作为视觉感知传感器，共八个摄像头；采用FSD Computer作为计算核心；脖子、胳膊、手、腿、躯干累计搭载了40个机电传动器；搭载多相机神经网络、基于神经网络的规化、自动标记、算法训练等。Optimus单价位于17~30万元之间，有望进入消费级、商级等各类场景。

人形机器人对运动控制能力及感知计算能力要求较高，人形和工业机器人的核心零部件基本相同，数量和质量上有升级需求。在特斯拉的产品介绍中，软件装置，如全自动驾驶计算机 FSD进行行为决策与运动控制，Dojo超级计算机进行神经网络自动训练，主要是特斯拉自己完成。硬件方面，机电传动器领域预计会采取和外部供应链合作的方式。与工业机器人2-6的自由度相比，人形机器人通常有30-40自由度，对应的伺服电机、减速器数量有较大增长空间。伺服系统和减速器（谐波）环节国内产业化能力相对较强；控制系统与工业机器人差别较大，开发和供应模式尚不明确；传感器环节，与外部环境感知和导航相关的自动驾驶类传感器有望受益。

图表： 工业机器人与人形机器人运动控制方案比较

图表：几款人形机器人的执行机构解决方案

成本构成上，人形机器人中运动控制占比接近50%，其中减速器占比22%，伺服系统占比16%，控制器占比11%。

图表：工业机器人生产成本构成

图表：人形机器人生产成本构成

 减速器：机器人运动的关节

减速器可以通过降低转速而提高扭矩，以传递较大的负荷，克服伺服电机功率有限导致输出的扭矩较小的缺陷。根据构架和传动原理的不同，减速器可分为RV减速器、谐波减速器、齿轮减速器和摆线针轮减速器等。

图表：减速器分类及应用情况

图表：2021年减速器下游销量占比

谐波、RV减速器的构造及工作原理：谐波减速器构造主要包括刚轮（带有内齿圈的刚性齿轮）、柔轮（带有外齿圈的柔性齿轮）、以及波发生器，通常采用波发生器主动-刚轮固定-柔轮输出形式，当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，此时长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，为完全啮合状态；而短轴处则为脱开状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。RV减速器由正齿轮（行星轮）、RV齿轮、曲柄轴、销（针齿销）、外壳（针轮）、输出轴等组成，其中RV齿轮位于正中是减速器的核心，其工作原理是通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速。

图表：谐波减速器结构图

图表：RV减速器结构图

图表：RV减速器与谐波减速器对比

我们测算：人形机器人减速器使用数量或在40~50个，将大幅抬升减速器的需求天花板。主要逻辑：减速器数量主要取决于手指数量、手腕弯曲度、腿部弯曲度等。若是人形机器人想达到人类相似的活动自由度，共需要78个减速器，使用谐波减速器约60个（在人形机器人小臂、腕部、手部等部件），RV减速器约18个（在人形机器人的腰、上臂、下臂等大惯量、高转矩输出部件）。若是基本满足人形机器人需求的情况下，共需要减速器40~50个。

图表：人性机器人减速器数量预计

注：理想情况指人形机器人和人类具备相同灵活度所需的减速器数量

>>预计25年中国工业机器人RV/谐波需求为45.7/41.2亿元

我们预测2025年中国工业机器人RV减速器市场需求45.7亿元，谐波减速器市场需求为41.2亿元。工业机器人的工作寿命一般为8-10年，减速器的使用寿命通常在两年左右，当前保有的工业机器人维修保养亦需要大量的减速器替换。新增的工业机器人需求是减速器产业发展的主要驱动力，机器人存量市场的更换亦是需求方向之一。

核心假设：

1）据MIR预测，2021~2025年中国工业机器人销量将从25.64万台增长至45.72万台；

2）单台工业机器人所需RV减速器、谐波减速器分别为2个和3个；

3）RV减速器和谐波减速器单价分别为5000元/台和3000元/台。

图表：2019-2025E中国RV、谐波减速器市场规模

图表：中国工业机器人减速器国内需求量

图表：中国工业机器人减速器国内需求规模

>>竞争格局：谐波实现进口替代，RV持续进步

谐波的龙头是哈默纳科（HD），RV的霸主是纳博特斯克（帝人），2021年这两家全球市场份额合计75%左右，其中纳博特斯克占60%。

谐波减速器国产替代趋势明显，本土企业快速追赶哈默纳科。2021年，哈默纳科占中国谐波减速器38%的市场份额，相较2018年过半的市场份额显著下降。以绿的谐波为代表的国产谐波减速器份额提升明显，但在全球市场跟国际巨头的市场份额依然存在差距。同时，国内入局新玩家增多，除日本新宝、来福等原有厂商，同川、大族等企业也占据了一定的市场份额。据GGII统计数据显示，中国市场超100家本土企业涉足精密减速器的生产，其中谐波减速器企业超50家，国内企业增多叠加技术迭代升级，继续推动国产份额提升。