2022年机器人产业链及核心部件分析 减速机是工业机器人构成中的核心部件

1、机器人产业链拆解：核心零部件占整机成本 70%

机器人核心零部件为伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等。机器人产业链的上游主 要为零部件供应商，核心零部件为伺服系统、减速器、控制系统等；产业链的中游为机 器人本体提供商与集成供应商，主要负责机器人本体的生产，并根据不同的应有场景和 用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发。

下游包括工业应用与服务应用，工业应 用主要为汽车、电子、金属加工等产业，服务应用范围较广，主要从事维护保养、修理、 运输、清洁、保安、救援、监护等工作。从目前特斯拉公布的应用范围来看，人形机器 人为服务机器人的技术升级，涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多种技术融合， 机械产业链方面主要涉及到机器人的核心零部件（伺服电机、减速机、控制系统、驱动 器等）与机器视觉等方面。

核心零部件占整机成本的 70%，机器代人趋势下核心零部件有望直接受益。从工业机 器人的成本拆分来看，伺服系统/控制器/减速器/本体制造分别占机器人整机成本的 25%/10%/35%/15%，其中核心零部件成本合计约占整机成本的 70%。而对服务机器 人来说，除上游核心零部件外，算法（导航定位算法、识别类算法等）、智能交互等核心 技术模块也将是主要成本，本体制造的价值量占比较低。特斯拉人形机器人将搭载公司 的人工智能设备，包括自动驾驶相机（提供机器人视觉）、自动驾驶计算机（充当大脑和 心脏），以及其他人工智能算法和工具。我们认为，特斯拉人形机器人 Optimus 的推出 具备极强的标杆带头作用，上游核心零部件、机器视觉等环节有望直接受益。

2. 机器人用减速机需求巨大，行业成长动力充足

减速机是工业机器人构成中最为核心的部件，成长潜力巨大。精密减速器是连接伺服电 机和执行机构的中间装置，通过齿轮啮合将伺服电机的动力传递到执行机构上，起到匹 配转速和传递转矩的作用。根据 GGII 数据显示，2021 年中国工业机器人减速器总需求量为 93.11 万台，同比增长 78.06%。其中增量需求 82.41 万台，同比增长 95.05%；存 量替换量为 10.70 万台，同比增长 6.57%。

目前应用于机器人领域的减速器主要有两种： RV 减速器和谐波减速器，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，一般放置在机器人机座、大臂、肩部等重负载的位置， 代表性厂商为日本纳博特斯克、国内双环传动；谐波减速机具有单极传动比大、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，使其在机器 人小臂、腕部、手部等部位具有较大优势，代表性厂商为日本哈默纳科、国内绿的谐波。 根据高工机器人的统计，RV 和谐波减速器的使用量约为 65%：35%。

2.1 谐波减速器：国产化趋势加速，柔性化趋势下协作机器人带来更大市场潜力

谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成。它通过柔轮变形产生的周期性波 动来实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合，从而完成运动与动力的传递。具体 来说，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，使其长轴处柔 轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处 于脱开状态，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。

多关节和协作机器人占据主要应用市场，预计 2025 年国内规模超 30 亿元。谐波减速 机主要适用于轻负载的小臂、腕部等机器人手臂上，此种机器人多应用在 3C、消费等下 游领域，因此需求量较大，此外，考虑到前期市场主要以工业机器人为主导，未来几年 数控机床等也将加快谐波减速的用量，以此作为精密减速的功效，长期看谐波减速市场 规模有望持续增长，预计 2025 年市场过有望超过 30 亿。

协作机器人优点显著，更加适用于中小企业，渗透率提升背景下谐波减速机有望充分受 益。据埃夫特招股书，以工业机器人四大家族为代表的欧、日系工业机器人，目前仍然 主要以汽车工业机器人为主，除 3C 行业外的通用工业，自动化率普遍不高。原因在于 汽车和电子制造行业标准化程度较高，属于单件大批量制造，都属于大型制造企业，具 有良好的设备运维团队。而除此之外的其他通用工业，通常是量大面广的中小企业，它 们的产品一般以小批量，定制化，短周期为特征，没有太多的资金对生产线进行大规模 改造，并且对产线的投资回报率更为敏感，传统的工业机器人在中小企业中的渗透率很 低，协作机器人的优势有望解决这些痛点。

人形机器人关节增多，谐波减速器用量将数量级增长。从目前工业机器人市场来看，一 台六轴机器人总共使用 6 个减速器，其中底座、肩部一般使用 RV 减速器，其余部分一 般使用谐波减速器（约 4 个）。人形机器人关节数量远超普通工业机器人，人体共有 78 个已命名关节，其中适用谐波减速器的肘关节、腕关节、指关节、趾关节共有 60 个， 因此人形机器人若要实现接近人体的活动自由度，则减速器用量将数量级增长。

国产替代趋势逐步显现，技术性能逐步收敛。谐波减速机技术较 RV 偏低，因此从技术 上看对国产厂商而言更加易于突破，目前国产谐波减速机厂商已经开始进行国产替代， 从技术上看，减速比、输出转速、传动精度已经和国外差距收敛明显，仅在传导效率还 需提升，2020 年绿的谐波国内市占率超过 20%。（报告来源：未来智库）

2.2 RV 减速器：国内市场规模超 60 亿

RV 减速器是工业机器人中应用范围最广泛的精密减速器。RV 减速器安装于多关节机 器人的机座、大臂、肩部等位置，广泛用于拆码垛、工业、物流等重负载（20-500KG） 场景。单台工业机器人所需精密减速器中，RV 减速器占比约为 60%-80%。RV 减速器 结构复杂，兼具行星减速器和摆线针轮减速器优势，是在传统摆线针轮、行星齿轮传动 装置基础上发展起来的传动机构，由一个行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器 的后级组成，分为两级减速。

预计 2025 年国内市场规模超 60 亿，日系主导下国内品牌逐步崛起。工业机器人中， 多关节机器人负载较大，驱动精确性要求高，通常在对应关节处需要配套 1 个伺服电机 +1 个的减速器实现驱动，单个机器人 RV 减速器需求量为 4-5 个。考虑 RV 减速器 使用期间作为传动、承重部件，磨损不可避免，其使用寿命通常在 4-5 年左右，伴随工 业机器人市场增长，存量替换需求同步提升，RV 减速机市场规模有望持续增长，根据 MIR 数据，2021 年国内 RV 减速机市场规模 42.95 亿元，预计 2025 年中国 RV 减速器 市场规模达 65.53 亿元。从市场份额看，由于 RV 减速器构型复杂，长期以来全球市场 格局高度集中，纳博特斯克占据全球 70%以上市场份额。近年来，伴随国产 RV 减速器 的发展，纳博特斯克在中国的市场份额已低于全球水平，并呈降低趋势，根据高工机器 人数据，2021 年双环传动为国内市场份额仅次于纳博特斯克的 RV 减速器供应商。

3.伺服系统是机器人的动力系统

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。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常嵌入于伺服电 机。 伺服系统由伺服驱动器发出信号给伺服电机驱动其转动，同时编码器将伺服电机的运动 参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通 过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。

稀土磁材为重要原材料，下游应用覆盖广泛。伺服电机产业链涉及稀土磁材、电子原器 件、伺服系统制造、机器人等。上游来看，伺服电机行业的上游主要是稀土磁材和电子 零部件等其他材料，稀土磁材是伺服电机制造过程中必需的重要原材料。中游来看，除 伺服电机制造以外，伺服系统还包括伺服驱动器制造以及数控系统研发等环节。下游来 看，伺服电机可以广泛应用于医疗器械、机器人制造、汽车制造和工业装备制造等领域， 具备广阔的应用前景。

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。虽然两者在控制方式上相似（脉冲和方向信号），但 在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。伺服电机原有的控制系统上增加了一个闭 环，通过实时的闭环信号反馈来调整，实现更精密的控制。综合来讲，伺服电机在许多 性能方面都优于步进电机，更适用于工业自动化、机器人等领域，但在一些要求不高的 场合也经常用步进电机来做执行电动机。

伺服系统市场规模近 300 亿元，由工业自动化驱动保持高速增长。根据中商产业研究院 统计，2017-2021 年中国伺服系统由 97 亿元上升至 224 亿元，CAGR 为 23.3%，增速 较快。从长期来看，中国人口红利消退，人力成本逐渐上升，传统工业尤其是制造业对 自动化产线设备的需求将始终保持增长态势。

国内市场由外资主导，国产品牌约占 30%份额。我国伺服系统主要分为日韩品牌、欧 美品牌和国产品牌三大阵营，由于壁垒较高，伺服系统市场一直为外资品牌主导。近年 来，国内厂商通过引进、消化吸收国际先进技术，不断加强伺服系统相关的技术研发和 生产能力，国产伺服系统的产品质量和技术水平不断提升，并逐渐在国内市场中取得一 定的份额，但与国际知名企业相比，其在整体性能、可靠性上仍存在一定差距。根据 MIR 睿工业的数据，2020 年我国伺服市场中，日韩品牌占据约 51%的市场份额，国产品牌 占据约 30%份额，欧美品牌占据约 19%份额；其中，安川、三菱和松下分别以 11.3%、 10.5%、9.9%的市场份额位列前三，汇川技术以 9.8%的份额占据国内龙头地位。

2.4 控制系统：机器人的“大脑”

控制系统相当于机器人的大脑，负责向机器发布和传递指令动作，控制机器人在工作中 的运动位置、姿态和轨迹。典型的运动控制系统主要包括控制器、伺服系统和传感器三 个部分，运动控制器向伺服系统发送指令，进而带动工作机械（负载）实现特定运动。 同时，电机和机械系统的多种传感器经过信号处理将实时信息反馈给控制器，控制器进 行实时调整，保证整个系统的稳定运转。

工业机器人控制器市场规模近 20 亿元。受益于过去中国工业机器人行业的快速发展， 工业机器人产业链日益成熟，中国在机器人控制器软硬件方面的开发实力不断增强，市 场快速增长。根据中商产业研究院数据，中国工业机器人用控制器市场规模由 2017 年 的 10.5 亿元上升至 2021 年的 14.7 亿元，CAGR 为 8.8%。预计到 2022 年，中国工业 机器人用控制器市场规模有望达到 16.2 亿元。

外资占主导，工业机器人控制器国产率不足 20%。美日韩厂商凭借着在机器人核心技 术领域的深厚积淀，占据了工业机器人控制器的大部分份额，全球控制器龙头发那科在 国内的市场份额为 18%。国内企业控制器尚未形成市场竞争力，工业机器人控制器国产 率不足 20%。

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