人形机器人核心零部件有哪些

（报告出品方/作者：国泰君安证券，徐乔威、张越）

传统机器人逐渐发展成型，痛点在于不智能、通用性差

在人形机器人之前，传统机器人逐渐发展成型。中国电子工业学会根据 用途将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。其中， 1）工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器 装置，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能； 2）服务机器人是除工业机器人以外的、用于非制造业并服务于人类的各 种先进机器人的统称，根据细分应用场景又可分为家用服务机器人和专 业服务机器人；3）特种机器人在军事、极限作业、应急救援等领域可以 发挥巨大的作用。

传统机器人与工业、服务业行业增速相关度较高，未来增速可观。从整 体趋势上看，传统机器人受制于 2019 年全球贸易摩擦升级、2022 年新 冠疫情反复的影响，增速有所放缓，其余年份增速较好，后续增速未来 可期。分类型来看：预计 2021 年全球机器人市场规模达到 335.8 亿美元 （约合 2247 亿元人民币）。其中，工业机器人、服务机器人、特种机器 人市场规模分别约为 144.9 亿美元、125.2 亿美元、65.7 亿美元，占比分 别为 43%、37%、20%。预计到 2023 年全球机器人市场规模将突破 477 亿美元，服务机器人将成为增速最快的机器人细分类别。 传统机器人行业发展的痛点在于不智能、不通用。不智能主要体现在传 统机器人不能像人一样感知和思考，痛点在于关键算法尚未突破；不通 用体现在需求场景应用受限，“清洁机器人”、“物流机器人”、“军事机器 人”等概念具有明确的功能属性。

人形机器人为新型赛道，AI 赋能下迎来重大边际变化

人形机器人通常指模仿人类物理形态以及具体行为的智能机器人。人们 可以对人形机器人进行指令控制，使其与人互动并执行需要像人一样灵 巧而智能的任务。相比于传统机器人，人形机器人的核心突破在于人机 交互，即能够听懂人的语言指令并进行分析推断以及决策执行。 “具身智能”的机器人是人工智能的终极形态。英伟达CEO指出，人工 智能的下一个浪潮是具身智能（Embodied AI）。具身智能指的就是能够 感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。我们预计目前 快速发展的自然语言大模型将会对“具身 AI”的研发有极大的推动作用， 进而催化人形机器人应用落地。

人形机器人的核心突破需具备三个因素。人形机器人具备以下三个因素， 使其和传统机器人有本质区别：1）像人一样有大脑；2）像人一样有完 整的躯干；3）大脑能对身上各部位各器官进行控制。三者分别对应：AI 大模型（交互模块）、视觉传感及感应器等（感知模块）、电机执行器（运 动控制模块）。

AI 赋能集中在交互模块。2023 年以来，ChatGPT 的问世被誉为人 工智能的奇点时刻。在 AI 浪潮下，机器人人机交互的能力得到大幅 提升。通过引入多模态输入，可以增强模型对于现实对象的理解， 从而帮助其更好地处理具身推理任务。其中，微软团队于 2023年 2月发布《Chat GPT for Robotics:Design Principles and Model Abilities》， 研究人员展示了多个 ChatGPT 解决机器人难题的案例。持续迭代的 大模型将进一步提升人机交互能力，从而加速人形机器人的落地。

感知模块复用汽车 FSD系统，视觉感知方案强大。特斯拉人形机器 人主要通过视觉传感的方式，不涉及激光雷达。其背后的系统算法 与新能源车形成协同，具有技术一致性。具体而言，特斯拉车端打 造 FSD 和 Dojo，人形机器人的视觉识别、场景构建等均采用 FSD 相同的神经网络学习技术，利用深度学习、大数据分析、Dojo 训练、 自动标记等算法，Dojo 的巨大算力可提供云端训练支持。其中，特 斯拉改进的 Occupancy Network 模型，从运算效率到成本控制方面 均优于激光雷达方案。

运控模块采用电机驱动模式。特斯拉人形机器人主要采用电机驱动 的传统方式，并结合利用微齿轮谐波减速器与丝杠。相比于液压驱 动，电机驱动的优势在于精度高、精密控制与成本低。此外，特斯 拉尤为重视灵巧手环节。为了实现更为精密、复杂的动作，配置灵 巧手是人形机器人的未来趋势。其核心在于大力矩以及对于力和位 移的感知能力。而要实现这一点，则需借助深度强化学习，使得机 器人从反复试验中学习迭代。这一过程可能需要上亿次的训练。

产品迭代由来已久，看好特斯拉实现人形机器人梦想

回顾历史：人形机器人技术不断迭代，产品推陈出新，大致可以划分为 以下三个阶段：

第一阶段：基本功能实现阶段（2000 年以前）。人形机器人旨在模仿人 类动作、融入人类生活。从 1973 年第一台人形机器人面世至今，人形机 器人在模仿人类特征方面硕果累累。2000 年以前，人形机器人已实现行 走、抓握等基本动作。

第二阶段：基本功能完善阶段（2000 年-2015 年）。在此期间人形机的基 本功能得到完善，实现了跑步、人机交互、简单的与人沟通、协助人类 完成体力劳动及科研工作。

第三阶段：下游应用探索阶段（2015 年至今）。根据 2015 年至今人形机 器人的应用市场，目前人形机器人主要应用于协助科学研究、个人护理、 教育、社交等领域，部分机型已实现商业化。我们认为当前国内外人形 机器人的发展已经取得一定突破，然而成本高昂、缺乏实用性和商业化 应用似乎成为了人形机器人发展的重要阻碍。

未来趋势 1：从目前开发的人形机器人进展及对比中我们不难发现，在 未来发展趋势上，人形机器人一致以外形向人类细部特征靠拢，功能具 备真实人类运动、灵活、环境判断能力为主。

未来趋势 2：人形机器人成本及售价呈下降趋势。伴随人形机器人技术 的发展，为迎合市场应用及商业化的需求，售价也从数百美元降至数万 欧元，主要原因在于核心零部件成本降低。

重磅玩家入局，看好特斯拉人形机器人梦想。特斯拉于 2023 年 5 月 17 日视频展示的机器人进展超预期，以及 100 亿台的远期目标超预期（此 前为 100 万台）。我们看好特斯拉做成人形机器人的原因有三： 1）技术和供应链可复用和迁移。其中，未来人形机器人的视觉识别、场 景构建等都采用了和汽车 FSD 相同的神经网络学习技术；人形机器人零 部件价值量占比高，可共用其成熟的汽车供应链； 2）降本效应可期。特斯拉规模化降本能力已在车端得到验证，据测算特 斯拉汽车销量达 37 万辆时开始盈利，同时从 2017-2021 年，单车固定成 本、可变成本等持续下降，规模效应显著。从决心上看，ASIMO 单台成 本为 250 万美元，而特斯拉人形机器人直接将目标价格控制在 2 万美元。 3）迭代速度与进展可期。2021 年特斯拉首次公布人形机器人项目计划 Tesla Bot（也称为 Optimus）；时隔一年，特斯拉便在 2022 AI DAY 上展 示了最新一代原型机，此次展示的机器人已经具备行走、搬运、识别物 品、浇花等基本能力；而在 2023 年 5 月，Optimus 人形机器人已经可以 到处走动、进行拧螺丝、单腿原地跳跃、灵活抓取等精细化工作。 我们认为，特斯拉等重磅玩家的入局，使得人形机器人赛道从昙花一现 逐渐变成产业趋势。在特斯拉的稳步推进下，其他科技企业也将快速跟 进，人形机器人产业有望加速发展。

产业趋势明确可期，长期市场空间广阔

行业渗透率提升的关键在于技术迭代与降本驱动

乘技术迭代之风，拥抱 AI 新时代

人形机器人的迭代顺应了人口老龄化与劳动力成本激增的需要。我们认 为：人口老龄化给社会生产带来的弊端之一在于劳动力成本的上升以及 全要素生产率的下降。从生产资料角度出发的解决方案便在于，以 AI 人 工智能为抓手，通过新科技革命带动生产效率提升。在此背景下，人形 机器人发展的内在逻辑在于对劳动力的适量替代。 人形机器人有助于解决制造业劳动力短缺与老龄人口护理等问题。根据 高盛测算数据，如果人形机器人每天工作量达到 8 小时，那么到 2030 年 将填补美国制造业劳动力短缺的缺口；如果人形机器人每天工作量达到 8 小时，那么到 2035 年将填补全球老年人护理短缺的缺口。因此，我们 推断：人形机器人或将在欧美等高人力成本国家率先渗透。

人形机器人为搭载 AI 的绝佳载体。在硬件端，人形机器人搭载 AI 能够 丰富 AI 的表达方式。根据恐怖谷假说，中等偏上程度的仿真是最受欢 迎的（即 70%-90%的相似度）。因此，具有适度仿真的人形机器人拥有 丰富的表情和实体动作，将更受人们欢迎。

技术方案的迭代有助于人形机器人智能化水平的提升。在软件端，谷歌 发布 5620 亿参数的多模态视觉语言模型 PaLM-E，其将 PaLM-540B 语 言模型与 ViT-22B 视觉模型的结合，可以将听觉、视觉等多模态信息糅 合到一起对机器人进行训练；微软基于 NLP 大模型快速迭代，能够大幅 提高机器人训练准确度和速度；Meta 发布 SAM 模型（Segment Anything Model）和 DINOv2 视觉大模型，前者可对照片或视频一键分割，后者可 胜任图像特征提取工作，从而助力机器人在环境感知方面的能力提升。 我们认为，AI 技术的迭代使得机器人智能化水平有望持续提升，并构成 人形机器人在 C 端应用的基础。

降本后经济性提升，驱动渗透率加速

对比现有机器人价格，阻碍渗透率提升的因素在于成本过高。历史上人 形机的成本居高不下：ASIMO 机器人一台造价在 300-400 万美金之间， 且只租不卖，而租用 ASIMO 一天需花费约 200 万日元(约合 12 万人民 币)；波士顿动力的 Atlas 则算不上商业化产品，仅有 MIT 和港中文等高 校有公布拿到了 Atlas 产品；波士顿动力旗下四足机器人在美国售价为 7.45 万美元，而一般仿人机器人比四足机器人的复杂度要高得多。因此， 要想让人形机器人负担得起并实现商业化落地，单位成本必须大幅下降。 距离 2万美金售价目标仍有大幅降价空间。马斯克表示，未来目标是将 人形机器人的成本降至 2-3 万美元（约合 14-21 万元）。据优必选，根据 量产规模不同，人形机器人降本进程大致分为 3 个阶段：1）千台小批量 生产，降本 20%-30%至约 10 万美元；2）万台量产级别，降本 50%至 5 万美元；3）百万台大规模量产，降本 70%-80%至 2-3 万美元。

类比电车行业，规模化生产后可实现明显降本。我们认为：降本工作主 要通过技术方案改进、复用电车平台减少投入以及量产带来的规模效应 等途径实现。依托优秀的供应链能力，特斯拉在电车降本方面便已表现 出强劲的实力。2018 年当特斯拉电动车小幅放量，销量达到 24.5 万辆 时，Model3 实现整车降本 30%；2022 年当特斯拉电动车渗透率进一步 加速，销量达到 131.4 万辆时，规模效应更加凸显，下一代汽车平台实 现降本 50%。我们认为，人形机器人的发展历程可参考特斯拉电动车， 两者可能具有相似之处，在规模化生产后可实现明显降本。

从环节上看，执行系统（线性关节与灵巧手）降本空间最大。相较于工 业机器人，特斯拉机器人结构更为复杂，活动关节更多，自由度更高， 核心零部件占比份额更多。根据我们测算，人形机器人约 35%成本来自 执行机构、10%来自感知机构、30%来自控制系统，剩余来自动力系统、 热管理、结构件等。参考汽车，在量产成熟后特斯拉机器人业务毛利率 保持在 30%左右。在单台特斯拉机器人售价 17-20 万元情况下，量产制 造成本在 12-14 万元左右。根据成本拆分，执行机构成本在 4.20~4.9 万 元。对标目前市场价，执行系统降本幅度和空间较大。

利好政策密集频发，助力产业趋势演绎

利好政策赋能，提供大幅增长空间。2023 年以来，国家先后出台多项政 策，聚焦技术创新、具体应用，鼓励帮扶机器人产业发展，助力中国机 器人产业从“做大”到“做强”。在国家层面，工信部等十七部门提出《“机器人+”应用行动实施方案》，计划制造业机器人密度较 2020 年实现翻 番；在地方层面，北京和深圳市政府相继出台政策，加速人形机器人产 品研制和推广，开展通用型具身智能机器人的研发和应用，推动整机产 品在不同典型场景的推广应用。

远期规划宏大，市场蓝海一片

人形机器人市场空间巨大。马斯克在 23 年股东大会上花费大量篇幅阐 述机器人，不仅展望和遐想了远期空间：未来人形机器人市场需求将达 到 100 亿台，对应每人 1-2 台的比例；甚至认为特斯拉长期价值是人形机器人给的，由此可见未来人形机器人市场空间广阔。 人形机器人产业链分为上游零部件、中游本体制造和下游应用。人形机 器人产业链主要包括核心零部件、系统集成、整机制造等部分，其中上 游核心零部件包括控制系统、伺服驱动系统、机器视觉传感器、关节减 速器、芯片等。中游主要为整机本体制造环节，下游应用有家庭服务、 公共服务、医疗护理等。从模块来看，产业链主要包含软件端（环境感 知模块、智能 AI 芯片模块、操作系统模块）和硬件端（运动控制模块）。

已有部分玩家在人形机器人产品方面取得重大进展。行业内代表性人形 机器人产品包括特斯拉的 Optimus、波士顿动力的 Altas。后者采用液压 驱动的方案，从而促成了优异的运动性能、更好的承压能力；前者采用 电机驱动的方案，从而促成了更低的生产和运维成本，更利于商业化的 落地。国内代表性产品还有小米的 CyberOne、优必选的 WalkerX。其中， 精准的运动控制技术能力是产品的核心竞争力之一。2023 年 6 月 14日， 腾讯通过将前沿的预训练 AI 模型和强化学习技术应用至机器人控制 领域，从而让机器狗 Max 的灵活性和自主决策能力得到大幅提升。

Tesla Bot 风起，国产零部件起航

关节采用仿生学关节设计，6 类执行器复用实现身体 28 个自由度（28 个执行器）+手部 22 个自由度（12 个执行器）。执行器分为身体上及手 上的关键模组。以特斯拉 Optimus 为例，在身体上有 3 类旋转和 3 类直 线执行器，旋转和线性（直线）执行器各 14 个；灵巧手单手 11 个自由 度和 6 个执行器，包括 6 个主动自由度（大拇指 2 个，其余均 1 个） 和 5 个被动自由度。

关节执行器（又称关节模组）可分为三类： 1）旋转执行器：主要分布于关节连接处，例如肩膀、手肘、手腕、腰 部、胯部、膝盖等。执行器一般称为旋转执行器或者环形执行器，由 无框力矩电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器、交叉滚子轴承和 向心止推滚珠轴承构成。 2）线性执行器：又叫直线执行器，用在手臂、大腿等地方。线性执行 器是由无框力矩电机、滚珠/行星滚珠丝杠、力矩传感器、编码器等构 成。核心是把旋转执行器中的谐波减速器换成了丝杠（包括滑动和行 星滚珠丝杠）。 3）手部结构：每个手有 6 个驱动器，由空心杯电机、微型齿轮、驱动 电路、信号电路、传感器以及编码器构成（2 个绝对值编码器、2 个温 度传感器、1 个力传感器）。 在机电一体化关节设计中：电机为驱动装置，减速器作为增加电机功 率的装置与电机一同使用（提升转矩），编码器指示电机旋转轴的位置/ 角度，传动装置传递执行器和减速器产生的动力（不同部位的传动方 案有差异）。

电机：需求量与价值量较大的环节

电机是将电能转换为机械能的机电装置，分类方式众多。电机有控制电 机与非控制电机之分，作为系统执行部件，控制电机更侧重扭矩、转速、 位置输出特性。在控制电机中，根据控制方法与用途的不同，可分为步 进电机、伺服电机、力矩电机（也叫直驱电机）等。伺服电机和步进电 机是控制电机分类下的主流产品。

伺服电机：精度较高，常使用于闭环伺服系统

伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确。内部的转子是永磁铁，驱 动器形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器 反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转 动的角度，伺服电机的精度决定于编码器的精度。 伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面均优于步进电机，更 适用于通用自动化和机器人领域。在数字控制的发展趋势下，运动控制 系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。

伺服电机市场规模持续增长。近年来，中国伺服电机产业市场规模呈现 持续增长态势，受益于下游产业工业机器人、电子制造设备等新兴产业 市场增容的需求，将继续保持较快的增长速度。我国伺服电机市场规模 从 2017 年的 116 亿元增长到 2021 年约 169 亿元。经 MIR 估算，2023 年我国伺服电机市场规模将增长至 197 亿元。 伺服系统是能精确控制执行机构的自动控制系统。主要由伺服驱动器、 伺服电机和编码器组成。使伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输 出量，随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统，是工业自动化的 关键零部件，是实现精准定位、精准运动的必要途径。

无框力矩电机：紧凑的无框架式永磁电机

无框力矩电机，是一种以输出扭矩为衡量指标的无框架式永磁电机。无 框电机不同于传统的永磁电机，它只有转子和定子 2 个部件，因而不再 受制于电机壳体外框的束缚，利用机器的自身轴承支撑转子，将电机无 缝内置于机器设计中。特点是效率高、安装便捷，同等扭矩尺寸更小、 更轻量，能满足协作机器人、人形机器人小型化、轻量化的要求。由于 人形机要求紧凑的尺寸，同时要求实现高功率和高转矩，因此无框电机 应用于机器人驱动器是必然。

无框力矩电机的核心优势是输出力矩大、结构紧凑，散热性好。1949年 由美国 Inland 电机公司（1960 年和科尔摩根光学公司合并为科尔摩根 公司）发明，用于早期导弹和空间飞行器的惯性制导系统上的传动万向 节。现在，无框电机的典型应用包括机器人和机器人关节、武器站、传 感器的万向节、瞄准系统、无人机推进与导航、工厂自动化设备等。 无框力矩电机主要玩家有科尔摩根、步科股份等。海外厂商科尔摩根、 Maxon、日本电产、Moog 电机位列全球无框电机市场第一梯队，国内供 应商包括步科股份、昊志机电。其中，步科股份在磁路设计等方面壁垒 很高，已经形成了完备的产品线，且通过集成商配套了国内人形机厂商。

空心杯电机：直流永磁的伺服控制电机

空心杯电机本质是直流永磁的伺服控制电机。其特点在于节能、体积小、 灵敏度高、便于控制。在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用 的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了 由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，具有非常高的传动效率。 目前空心杯电机主要用于医疗、机器人、光学、工程、自动化等行业。 相比于传统电机，空心杯电机能在更短时间内响应驱动器指令，并能得到更高加速度，但对生产工艺要求更高，因而在高精度、高速响应等场 景得到了广泛应用。

空心杯电机为蓝海市场，全球空间广阔。根据 NTCysd 数据，全球空心 杯市场规模从 2020 年的 44 亿增长至 2022 年的 52 亿元，到 2028 年将 达 84 亿元，人形机器人的快速发展可能会大幅提升空心杯电机的市场 规模。此外，受益于较高的工艺壁垒，空心杯电机为蓝海市场。无刷空 心杯电机生产的关键技术在线型设计和线圈绕制，在动态过程中的排线 以及张力控制是核心难点。国外知名厂商 Faulhaber 和 maxon 均采用斜 绕组电枢杯，采用自动化设备一次性绕制成型，具有较高的工艺要求（海 外绕线工艺处于保密状态）。 大部分份额被外资厂商垄断，壁垒较高。Maxon（瑞士）、Faulhaber （德 国）等国际知名厂商均已大量申请相关的专利技术。国内主要电机厂商 如鸣志电器、鼎智科技（江苏雷利）等主要占据中低端市场，产量规模 较大，但高端市场份额仍然较低。跟海外公司相比，国内公司产品差距 主要在材料选用、本体设计、机电控制等；鸣志电器的优势在于价格低、 服务好、交货周期更短。

减速器：高精度的关节传动，顺应柔性化趋势

减速器的主要原理为通过机械传动装置实现对原动机的减速和增矩。从 分类来看，减速器可分为谐波减速器、RV 减速器与行星减速器。在人形机器人的演化历程中：1）第一代产品采用 RV 和谐波减速器，且有用量 的演绎之争；2）2022 年 10 月特斯拉公布旋转关节方案后，两者不再演 绎，考虑精度和体积重量因素，使用 RV 减速器的可能性比较低；3）谐 波减速器扭矩小、刚性有限，在髋关节等不一定满足需求；以及行星减 速器具有成本低、耐久性好、制造难度小等优势，因而被纳入备选方案。 为了实现量产及批量出货，后续方案仍有变更调整的可能。

海内外厂商各有所长，交付和产能问题系市场因素。对于国外厂商而言， 优势在于品牌和性能；对于国内厂商而言，性能对应国外厂商的 80%左 右，但在价格、交期方面明显更优。目前，行业发展的痛点在于大规模 交付能力。随着应用情境的增加以及人形机器人订单的激增，产能建设 也将得到相应地提升。

谐波减速器：国产厂商市占率提升明显

谐波减速器：通过柔轮的弹性变形传递运动，主要由柔轮、刚轮、波发 生器三个核心零部件组成。与其他精密减速器相比，谐波减速器使用的 材料、体积及重量大幅度下降。工作原理是：当输入转速大于输出转速 时，圆盘会因惯性而继续运转。此时曲柄通过齿轮将动能传递给圆盘并 改变其运动方向。由于齿轮的齿形不同，从而实现减速的目的。 规模化生产的实现与下游工业机器人的发展驱动市场规模持续扩大。谐 波减速器行业受益于政策与下游行业驱动，预计全球市场规模从 2017 年 的 23 亿元增长至 2022 年的 29 亿元，2025 年将达到 48.9 亿元，22E-25E 的 CAGR 将达到 19.02%。分市场看，中国市场随着工业机器人的放量 与国产替代趋势加速，行业增速高于全球市场，22E-25E 的 CAGR 将达 到 23.57%。

日本厂商占据市场主导地位，国产替代正在进行。根据GGII 数据，2018 年国产减速器出货量市场份额不足 30%，剩余市场份额则由外资品牌占 据。根据华经产业研究院数据，2021 年日本著名精密减速机厂商哈默纳 科市占率为 35.50%，紧随其后的是国内龙头绿的谐波，市占率达到了 24.70%，相比 2020 年提升了 3.67pct。

RV 减速器：国产替代仍存在空间

RV 减速器：由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成； 其刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高，适合中、重载荷的应用， 但 RV 减速器需要传递很大的扭矩，承受很大的过载冲击，保证预期的 工作寿命，因而在设计上使用了相对复杂的过定位结构。 RV 减速器市场规模增长态势较好。从行业需求来看，RV减速器的需求 可分为新增工业机器人需求与存量减速器更换需求。根据 GGII 数据， 2022 年中国工业机器人 RV 减速器与谐波减速器使用量分别为 45.94 万 台与 63.96 万台，RV 减速器使用数量整体小于谐波减速器。根据 IFR 预 测，2025 年 RV 减速器中国市场规模有望达到 60.2 亿元，全球市场规模 将达到 99.3 亿元。

竞争格局上看，日本厂商纳博特斯克具有绝对领先地位。全球超过 60% 的减速器市场份额被日本厂商占据，根据 2021 年数据，日本龙头企业纳博特斯克一家独大，市占率 52%。国内厂商市占率较低，主要参与者有 双环传动、中大力德和秦川机床，2021 年市占率分别为 15%、4%、3%。

行星减速器：出口产品仍价值量较低

行星减速器：由行星轮、太阳轮、内齿圈三部分组成，结构简单且传动 效率高，利用行星齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到 所要的回转数，并得到较大转矩。 行星减速器已实现大量出口但单台价值量较低。根据智研咨询数据， 2021 年中国进口和出口行星齿轮减速器金额分别达到 3.7、3.8 亿美元， 但从单台均价上看，进出口均价分别为 503.52、16.24 美元/台，出口产 品价值量较低。根据 QYResearch 预测，2022 年全球行星减速器市场规 模为 9.55 亿美元，2029 年市场规模有望达到 13.48 亿美元，2023-2029 期间年复合增长率（CAGR）为 5.02%。 行星减速器市场较为集中，头部企业市占率差距不大。根据QYResearch 数据，2022 年全球前五大行星减速器厂商分别为赛威传动、纽卡特、威 腾斯坦、精锐科技和纽氏达特，CR5 为 52.74%。国内本土企业有纽氏达 特、中大力德、新时达、国贸股份等。行业国产化进度较好，产品性价 比较高。

传统谐波减速器方案 VS新近行星减速器方案。Zhu, Taoyuanmin发布重 磅论文 Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot,其导师 Dennis Hong 为 UCLA 机器人实验室 RoMela 的创办者。根据论文内容：传统方案为 谐波减速器+力矩传感器，劣势在于只能实现相对缓慢和静止的运动。作 者希望从准静态且缓慢移动的设计转向更接近人类行走和跑步的方式， 并提出了气隙电机+行星减速器+连杆结构的方案。其优点在于不容易因 冲击负载而损坏，更适合下半身关节。不同于将执行器定位在关节上， 新近方案采用连杆来移动执行器的近端并将运动向下传递至实际关节。 在此情况下，行星减速器或构成替代备选方案，且有低成本优势。以行 星减速器 300 元/个、谐波减速器 1000 元/个进行测算，两者价差为 2800 元/个机器人，对降本大有裨益。

丝杠：技术壁垒高的核心传动部件

丝杠，可分为滑动丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。 1）滑动丝杠：结构简单但精度较差、属于滑动摩擦，造成容量损耗。传 动效率在 25%~40%。主要用于电梯、汽车等领域。 2）滚珠丝杠：属于滚动摩擦，效率较高、精度较高、高速、价格高，传 动效率 90%-99%。 3）行星滚柱丝杠：由主丝杠、滚柱、螺母、齿圈、法兰盘等组成，可实 现直线运动与旋转运动相互转换，具有高负载、高精度、高可靠性等特 点，传动效率 75%~80%。主要壁垒在于设计专利与工艺 know-how，广 泛应用于机床、工业机器人和航天航空等领域。

滚珠丝杠在自动化系统中的主要作用是控制各种部件的运动状态。例如， 在制造业中，自动化系统可以将原材料和成品在生产线上进行输送和转 移。滚珠丝杠可以使这些部件的运动快速、精确，从而提高生产效率和 质量。 滚珠丝杠在机器人应用方面的主要功能是控制机器人的运动状态。机器 人关节需要进行精确的角度调节和定位，高精度滚珠丝杠能够提供高精 度和高重复性的运动控制，保证机器人的动作精度和稳定性。例如，直 径仅为 3.5 毫米的滚珠丝杠，可以推动高达 500 磅的负载并执行微米和亚微米范围内的运动，以更好地模拟人体关节和手指。

目前在人形机中，我们认为线性关节=力矩电机+滚珠丝杠较为主流，后 续关注滚珠丝杠在价格与性能上的突破催化。 行星滚柱丝杠性能极强但加工难度超预期，运用于机器人下肢（大小腿）。 行星滚柱丝杠在工作时，丝杠作为动力输入端，只绕自身轴线转动，螺 母通常与负载连接，只沿自身轴线移动，滚柱在螺母和丝杠之间做行星 运动，并且与螺母相对轴向位移为零，与螺母一起沿轴向移动。在周围 行星布置了 6-12 个螺纹滚柱，有利于达到较高的导程精度，具有高承载、 高速旋转、高效、高精度等特点。与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠在承 载能力、传动效率、寿命方面具有显著优势。但由于行星滚柱丝杠加工 难度大、加工成本较高等因素，导致其市场应用规模远小于滚珠。

全球滚珠丝杠市场规模稳步增长。根据 Extrapolate 统计数据，全球滚珠 丝杠市场预计将从 2021 年的 16.49 亿美元增长到 2028 年的 24.69 亿美 元，预测期内 CAGR 为 5.20%。其中，工业自动化的日益普及是推动全 球滚珠丝杠市场稳步发展的主要驱动力，随着工业机器人的使用日益增 加，滚珠丝杠市场有望进一步扩张。 海外厂商占据全球主要份额，国产替代大有可为。根据华经产业研究院 统计，全球滚珠丝杠 CR5 市占率达到约 46%。而行星滚柱丝杠技术壁垒更高，难度更大，国内企业尚不具备大规模量产能力，和海外厂商存在 较大差距。

传感器：感知外界环境的关键部件

力矩传感器：高壁垒六维力矩传感器，力控的最优解

传感器可感知外界信息并进行转化, 使之以可利用的信号形式存在。根 据检测对象的不同，机器人传感器可分为内部传感器和外部传感器。前 者用来感知机器人自身的状态（如位置、速度等），后者用以感知机器人 周边的环境（包括通过视觉、嗅觉、听觉、力觉、温度等进行感知）。

力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。六维力和力矩传感器 是指一种能够在笛卡尔坐标系中同时测量力和力矩并且可以各三个分 量的转换成为电信号的器件，其广泛应用于电子行业、汽车工业、机器 人、飞行器以及仿生等领域。其优势在于具有 XYZ 三轴，装在手腕处并 通过牵线的方式感知手指产生的径向力和法向力。其缺点在于体积大、 价格高。 六维力矩传感器壁垒高。衡量六维力传感器性能的主要指标有，量程、 精度、抗过载能力、数据输出频率、非线性度、蠕变、迟滞、零漂、温 漂、轴间串扰等。由于涉及的生产工艺复杂，加上非线性力学特征明显，对于产品的研发设计提出了较高的要求，壁垒较高，在国内处于卡脖子 环节。主要玩家有：1）国内：宇立仪器（做得最好）、昊志机电（上市 稀缺标的）、柯力传感（布局高端力矩传感）；2）国外：ADI、ST。

电子皮肤：或为触觉终极方案

电子皮肤是目前最具潜力的触觉传感器，有望成为机器人触觉终极方案。 触觉皮肤使得机器人能够感知自己的身体何时、何地以及如何交互地接 触其他事物。机器人若要模拟人体的触觉，以及实现人体皮肤对温度、 湿度等外界物理量的感知，则电子皮肤可能是最佳路径之一。想要复刻 天然皮肤的功能，电子皮肤需要集成各类传感器和集成电路，并使用柔 性的材料制作，壁垒极高。

机器视觉：赋予机器人“看”的眼睛

激光雷达与纯视觉方案的演绎。自动驾驶具有视觉主导和激光雷达主导 两种主流技术路径。特斯拉推出的擎天柱沿用了纯视觉方案，其测距算 法的关键在于用摄像头的数据生成类激光雷达的点云数据。特斯拉人形 机器人的芯片基于自身 FSD 基础，唯一需要采购的是 3D 结构光相机； 其中，国外机器人多采用英特尔，而国内多采用奥比中光的双目结构光。

Optimus 已与 FSD算法打通，机器人在行走时可实现环境感知与记忆。 特斯拉已经打通了 FSD 和机器人的底层模块，实现了一定程度的算法复 用。FSD 算法利用传感器数据进行环境感知，这些传感器也可以帮助机 器人感知周围环境，识别物体、人和障碍物等。 国内优秀企业已具备全球竞争力，具备整套视觉传感方案提供商。我国 的传感器起步相对较晚，在高端传感器方面的发展落后于欧美日韩等发 达国家，但目前已出现海康威视、凌云光、大恒图像、奥比中光等龙头。 从业务上看，国内视觉传感领域的优秀企业多能提供从硬件到算法的整 套视觉传感解决方案。

其他零部件：性能优异

液压弹簧是人形机器人的韧带。液压弹簧主要装在平衡缸上，用于重负 载关节实现物理储能，减少对电机和减速器的扭矩压力。用量：膝关节、 大臂、胸腹等力量较大的部位，单个人形机器人用量 6-10 个弹簧；目前 价值量约 1000 元左右/个。考虑后续量产降价，我们判断整体价值量可 能在 3000 左右。当下特斯拉机器人在试验阶段，弹簧仍为欧美供应商。 华纬科技已切入 ABB 机器人上海工厂，目前正在洽谈，在量产阶段依 旧具有国产导入机会。

编辑：黄飞