2024年减速器行业深度报告：工业机器人核心零部件，人形机器人打开精密减速器增量空间

1、 减速器：机器人转动关节的核心零部件

1.1、 减速器的核心功能：降低转速、提高扭矩

减速器是连接电机和负载的中间装置，用于降低电机的输出转速。通常一个电机 的转速可达数千转每分钟，而输出扭矩较小，无法满足大部分负载端低转速大负 载的工作需求，因此无法直接与输出端相连。根据公式 P=T*ω1，在电机输出功 率恒定的情况下，降低电机的输出转速可以提高电机的输出扭矩。因此通常需要 减速器作为中间机构，来降低输出转速、提高输出扭矩。

1.2、 减速器种类多样，机器人领域主要使用精密减速器

按照使用场景划分，减速器分为伺服（精密控制）用减速器和一般传动减速器。 精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点，能够对机械传动实 现精准控制，主要用于机器人、新能源设备、高端机床、电子设备、印刷机械等 高端制造领域。其中机器人领域主要应用的精密减速器包括谐波减速器、RV 减 速器、精密行星减速器。根据中商产业研究院数据，2022 年全球机器人领域谐 波减速器、 RV 减 速 器 、 精 密 行 星 及 其 他 减 速 器 市 场 销 量 占 比 分 别 为 40%/40%/20%。

1.2.1、谐波减速器具有较高传动精度，一般应用于机器人手、臂、 腕部

谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成。其工作原理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，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。 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。因此谐波减速器被广泛运用于 3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等需要较高传动精度的场景。在机器人 领域，谐波减速器主要应用于小臂、腕部、手部等部件。

1.2.2、RV 减速器具有较大负载能力，一般应用于机器人基座、大 臂、肩部

RV 减速器由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成。RV 减速器第一级减速是对输入和输出齿轮进行外啮合，第二层减速通过正侧齿轮推 动偏心轴，带动安装在偏心轴的 RV 齿轮，RV 齿轮将做偏心运动，从而实现转 速的传递。 RV 减速器的优点是传动比范围大、精度较为稳定、抗疲劳强度较高，并具有更 高的刚性和扭矩承载能力，但是由于其重量重、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。因此 RV 减速机主要用于汽车、运输、港口 码头等需要重负载的场景。在机器人领域一般应用于多关节机器人中机座、大臂、 肩部等位置。

1.2.3、精密行星减速器传动效率高，一般应用于移动机器人的驱动 单元

精密行星减速器主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成。每台精密行星减速器都 会有多个行星轮，它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动下，同时围绕太阳轮旋转， 共同输出动力，带动负载运动。太阳轮和齿圈存在齿数差，从而达到减速目的。 精密行星减速器的传动比通常都在 10 以内，且减速级数通常不会超过三级。 行星减速器具有高刚性、高精度(单级可做到 1'以内)、高传动效率(单级在 97%～ 98%)、高的扭矩/体积比、终身免维护等特点。因为这些特点，行星减速器多数 安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。在机器人 领域精密行星减速器是移动机器人核心零部件，主要与伺服电机、控制器共同组 成移动机器人的驱动单元。

总结而言，三种精密行星减速器按照不同性能指标排序如下： （1） 按照传动比（减速性能）排序，三种减速器由大到小分别为 RV 减速器> 谐波减速器>精密行星减速器（单级）； （2） 按照传动精度，三种减速器由高到低排序为精密行星减速器>谐波减速 器>RV 减速器；（3） 按传动效率，三种减速器由高到低排序为精密行星减速器>RV 减速器>谐 波减速器。 因此谐波减速器通常用于机器人小臂、腕部、手部等部件；RV 减速器通常用于 多关节机器人中机座、大臂、肩部等位置；精密行星减速器通常用于移动机器人。

2、 精密减速器国产化率亟需提升，人形机 器人有望带动市场增长

2.1、 精密减速器的主要下游包括工业机器人、机床

精密减速器的主要下游包括高端数控机床、工业机器人等相关的高端装备制造 业。以主要产品为精密谐波减速器的绿的谐波为例，公司 2017-2019 年谐波减 速器的前三大下游应用领域为多关节机器人、协作机器人、高端数控机床，销售 额占比分别为 36.22%/32.41%/7.50%。其余下游还包括医疗器械、半导体设备、 光伏制造设备等，占比分别为 3.97%/1.99%/1.02%。

精密减速器作为工业机器人、自动化设备等高端装备的核心零部件，与制造业固 定资产投资规模和国民经济增长密切相关。自 2021 年以来我国制造业固定资产 投资规模稳定增长，2023 年 1-12 月我国制造业固定资产投资完成额累计同比增 长 6.5%。随着固定资产投资均逐年提高，精密减速器下游多个领域呈现出快速 增长态势。其中 2015-2023 年我国工业机器人年产量由 3.3 万台增长至 43.0 万 台，CAGR 为 37.8%。

精密减速器是工业机器人成本构成占比最高的核心零部件。工业机器人中减速 器、伺服系统、控制系统、机器人本体与其他这五部分的价值占比分别为35%/25%/10%/15%/15%。作为工业机器人零部件价值量占比最高的环节，工 业机器人产量的高速增长有望带动精密减速器的市场规模的增加。

工业机器人可主要分为多关节机器人（六轴机器人）、协作机器人、SCARA 机 器人、并联机器人（Delta 机器人）四个大类： （1） 多关节机器人：能够实现上下料、质检、装配、喷涂、点胶、包装、打 磨、焊接等复杂功能，是自动化生产线、数字化车间、智能工厂的重要 设备载体。每台六轴多关节机器人需要搭配 6 台精密减速器。 （2） 协作机器人：功能场景与多关节机器人相同，且可以在没有防护栏的情 况下与人近距离协同工作。每台协作机器人一般使用 6-7 台精密减速器。 （3） SCARA 机器人：能实现装配、装卸、固定、涂层、粘结等功能，一般使 用 3 台精密减速器。 （4） 并联机器人：可实现分拣等功能，一般需使用 3 台精密减速器。 我们估计 23 年全年我国多关节机器人、协作机器人、SCARA 机器人、并联机器 人出货量分别为 18.1/2.1/6.7/0.6 万台，假设每台机器人精密减速器用量分别为 6/6.5/3/3 台，那么 23 年全年我国工业机器人领域精密减速器使用量为 144.6 万台。根据绿的谐波招股说明书，工业机器人用 RV 减速器价格区间为 5000-8000 元/台，谐波减速器价格区间为 1000-5000 元/台，假设工业机器人用精密减速器 均价为 5000 元，则 23 年我国工业机器人用精密减速器市场规模可达 72.3 亿元。

2.2、 减速器市场格局：日本厂商占据大部分市场份额， 国产化率亟需提升

2.2.1、谐波减速器：市场主要被哈默纳科占据，国内龙头为绿的谐 波

我国谐波减速器市场规模增长迅速。根据头豹研究院数据，2016-2020 年我国谐 波减速器市场规模由 9.5 亿元增长至 19.3 亿元，CAGR 为 19.4%；预计 2025 年 我国谐波减速器市场规模将达 41.0 亿元，2021-2025 年 CAGR 为 17.2%。 我国机器人用谐波减速器市场规模未来将进入高速发展阶段。根据华经产业研究 院数据，2017-2021 年我国机器人用谐波减速器市场规模由 8.6 亿元增长至 12.1 亿元，CAGR 为 8.9%；预计 2025 年我国机器人用谐波减速器市场规模将达 30.0 亿元，2022-2025 年 CAGR 为 23.6%。

全球谐波减速器市场龙头为日本厂商哈默纳科。根据科峰智能招股说明书数据， 2021 年全球谐波减速器市场主要参与者包括哈默纳科、日本新宝、绿的谐波等， 其中哈默纳科全球销售额市占率达 82%，绿的谐波全球销售额市占率为 7%，其 余厂商销售额市占率约为 11%。 中国厂商在国内谐波减速器市场中具备一定竞争力。根据科峰智能招股说明书数 据，2021 年我国谐波减速器市场位于第一梯队的厂商包括哈默纳科与绿的谐波， 销售额市占率分别为 35.5%与 24.7%，第二梯队厂商包括来福谐波、日本新宝、 大族传动、德福机器人，销售额市占率分别为 7.7%/7.4%/4.5%/4.2%。目前国 内厂商如绿的谐波在减速比、额定扭矩、传动效率、精度方面已接近或达到国际 先进水平，但使用寿命方面与国际龙头产品仍有一定的差距。

2.2.2、RV 减速器：市场主要被纳博特斯克占据，国内厂商处于第 二梯队

全球与国内 RV 减速器市场规模持续扩张。根据 QY Research 数据，2016-2020 年全球 RV 减速器市场规模由 8.0 亿元增长至 8.6 亿美元，CAGR 为 1.7%；预计 2021-2027 年全球 RV 减速器市场规模将由 9.82 亿美元增长至 15.35 亿美元， CAGR 为 7.7%。国内市场规模方面，根据华经产业研究院数据，2014-2021 年 我国 RV 减速器市场规模由 10.8 亿元增长至 43.0 亿元，CAGR 为 21.8%，市场 规模增速显著高于全球整体水平。

全球 RV 减速器市场龙头为日本厂商纳博特斯克。根据 QY Research 数据，2020 年全球 RV 减速器销售额占比前三的厂商分别为纳博特斯克、住友、SPINEA， 市占率分别为 61%/17%/4%。 国内 RV 减速器市场众多国内厂商位于第二梯队。根据华经产业研究院数据， 2021 年国内 RV 减速器市场同样被纳博特斯克垄断，销售额市占率为 53%。剩 余市场被双环传动、日本住友、珠海飞马、中大力德、南通振康等所占据，销售 额市占率分别为 14%/5%/4%/4%/3%。目前国内 RV 减速器厂商如中大力德在 减速比、传动精度方面已达到或接近国际先进水平。

2.2.3、精密行星减速器：市场格局相对分散，国内厂商有望实现超 越

全球与国内精密行星减速器市场保持高速增长。根据 QY Research 数据， 2018-2022 年全球精密行星减速器市场规模由 9.0 亿美元增长至 12.0 亿美元， CAGR 为 7.4%；预计 2023-2029 年全球精密行星减速器市场规模将由 12.6 亿 美元增长至 22.3 亿美元，CAGR 为 10.1%。国内市场方面，根据 QY Research 数据，2018-2022 年我国精密行星减速器市场规模由 3.0 亿美元增长至 5.0 亿美 元，CAGR 为 14.0%；预计 2023-2029 年中国精密行星减速器市场规模将由 5.2 亿美元增长至 11.5 亿美元，CAGR 为 14.1%。

全球及国内精密行星减速器市场竞争格局较为分散。根据 QY Research 数据， 2022 年全球精密行星减速器市场份额前五的厂商分别是新宝（日本）、纽卡特 （德国）、威腾斯坦（德国）、精锐科技（中国台湾）、科峰智能（中国），销 售额市占率分别为 12.9%/10.9%/10.7%/7.5%/5.4%；2022 年中国精密行星减 速器市场份额前五的厂商分别是新宝（日本）、科峰智能（中国）、纽氏达特（中 国）、精锐科技（中国台湾）、利茗（中国台湾），销售额占比分别为 20.4%/11.7%/9.4%/7.1%/5.3%。目前国内精密行星减速器厂商科峰智能在性 能方面已达到国际领先的水平。

目前全球与国内精密减速器市场中，谐波减速器与 RV 减速器市场龙头分别为日 本龙头企业哈默纳科与纳博特斯克，精密行星减速器市场虽然相对较为分散，但 国内厂商市占率仍有较大提升空间。伴随国内下游客户需求走强，及自身技术逐 步进步后产品质量提升，部分企业的减速器产品已达到国际先进水准，国内减速 器企业逐渐打破国外企业的垄断并在市场上占据一席之地。随着国家在政策层面 对国产精密减速器的支持力度不断加强，精密减速器产品国产化已成为产业发展 的必然趋势。

3、 人形机器人打开精密减速器市场增长空 间

3.1、 特斯拉发布 Optimus 机器人，采用谐波减速器

特斯拉 Optimus 人形机器人迭代速度亮眼

1）2021 年，马斯克在 AI Day 上发布通用机器人计划，正式提出 Tesla Bot 概 念。2022 年，在特斯拉第二个 AI DAY 上人形机器人 Optimus 原型机重磅亮相， 尽管步态、动作等不太完善但已初具雏形； 2）2023 年 5 月，特斯拉股东会上视频展示二代机器人集体出街，步态更加协调， 并进入了特斯拉工厂执行简单的任务； 3）2023 年 7 月，特斯拉召开 23Q2 业绩交流会，在交流会上马斯克表示公司目 前已生产 5-10 台左右的 Tesla Bot，且公司正努力加快量产进度。Tesla Bot 将 于明年率先在工厂中投入使用，以验证其在实际场景中的工作能力； 4）2023 年 9 月特斯拉发布了 Optimus 机器人的最新视频，视频展示了 Optimus 机器人通过视觉传感器和关键编码器实现了精确的校准能力。在演示视频中， Optimus 机器人可识别不同颜色的积木块并分拣至对应的托盘中，并具有一定 的纠错能力。在视频最后，Optimus 机器人做出了高难度的瑜伽工作，展现出 优异的平衡能力； 5）2023 年 12 月特斯拉发布最新第二代 Optimus 机器人，第二代机器人行走 速度提升 30%，全身重量减少 10kg，同时平衡力与全身控制能力均得到提升。 硬件方面，该机器人颈部新增 2 个自由度；手部搭配有触觉传感器，使得机器人 可捡起鸡蛋而不使其破碎；足部由之前的一体式设计改为铰接式脚趾设计，并搭 配力&力矩传感器。

Optimus 机器人具有 42 个执行器，灵活度较高。根据 2022 特斯拉 AI Day 演示 材料，Optimus 机器人全身共有 42 个执行器，其中旋转执行器、直线执行器、 手部执行器各 16/14/12 个，分别位于机器人的肩部、腕部、膝盖、手部等关节 处，从而保证机器人能够平稳行走，并完成部分敏捷动作。

42 个执行器分为三种旋转执行器+三种直线执行器。特斯拉为了实现最经济的成 本方案，对 42 个关节通过工作力矩的点云分析寻求最大共性，最终将 42 个关 节简化为 6 种执行器，通过 6 种执行器的复用实现 30 个自由度。6 种执行器又 分为 3 种旋转执行器+3 种直线执行器。其中三种旋转执行器由大到小扭矩分别 为 20/110/180Nm，重量分别为 0.55/1.62/2.26kg。

谐波减速器价值量约占 Optimus 机器人售价 11%，量产后可带来百亿乃至千亿 元级别市场空间。单个 Optimus 机器人谐波减速器用量为 16 个，按单价 1000 元/个计算，单个 Optimus 机器人所含谐波减速器总价值量为 1.6 万元。2022 特斯拉 AI Day 上埃隆·马斯克预测 Optimus 机器人大批量生产后总产量可达百 万级别，价格可控制在 2 万美元（约合人民币 14.5 万元）以下。我们按照乐观、 中性、悲观三种情形预测 Optimus 机器人放量后无框力矩电机、空心杯电 机、谐波减速器、滚柱丝杠的市场规模。乐观情形下，Optimus 机器人销量 为 1000 万台，无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝杠对应的 市场增量空间分别约为 3000/600/1600/1400 亿元；中性情形下，Optimus 机器人销量为 100 万台，无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝 杠对应的市场增量空间分别约为 300 /60/160/140 亿元；悲观情形下 Optimus 机器人销量为 10 万台，无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、 滚柱丝杠对应的市场增量空间分别约为 30/6/16/14 亿元。考虑到特斯拉在人 形机器人领域的带动效应，未来人形机器人带来的谐波减速器市场空间会更加广 阔。

3.2、 特斯拉带动多家科技公司入局人形机器人赛道

特斯拉带动多家科技公司纷纷入局人形机器人赛道，人形机器人商业化在即。世 界上最早的人形机器人可追溯至 1967 年日本早稻田大学的 WABOT 项目，之后 数十年日本本田公司、美国波士顿动力等公司均推出了人形机器人产品，但距离 商业化落地仍有较大差距。2021 年特斯拉发布通用机器人计划引领了人形机器 人的行业变革，此后优必选、小米、傅利叶智能、宇树、小鹏等科技公司纷纷入 局。随着近年来 AI 技术发展迅猛，人形机器人技术迭代迅速，有望实现商业化 “0-1”的突破。

3.3、 人形机器人减速器选型：谐波为主、精密行星为辅

目前人形机器人领域主要有刚性驱动器（TSA）、弹性驱动器（SEA）、准直驱 驱动器（PA）三种旋转驱动器主流方案。驱动器指的是由电机、减速器、编码 器、控制板和控制软件等组成的机器人关节模组。 刚性驱动器与弹性驱动器一般采用谐波减速器，半直驱执行器一般采用单级精密 行星减速器。 （1） 刚性驱动器：刚性驱动器通常采用电机搭配高传动比的减速器，综合考 虑减速器的体积与减速性能，通常采用谐波减速器。刚性执行器的优点 是其结构简单且精度高，但由于刚性结构间缺少缓冲部件，因此安全性 能较差。目前有 ASIMO、HRP、HUBO、JAXON、SCHAFT 等机器人采 用这种方案。 （2） 弹性驱动器：弹性驱动器同样通常采用电机搭配高传动比的减速器（谐 波减速器）的方案，为减少对减速器的直接冲击，弹性驱动器在减速器 与荷载之间增加了一个弹性部件。因此弹性驱动器的安全性较好，但是 结构较为复杂，精度较低。目前主要有 ATRIAS、THOR、WALK-MAN 等人形机器人采取这种方案。 （3） 准直驱驱动器：准直驱驱动器采取高扭矩密度电机搭配低传动比减速器 （单级精密行星减速器）的方案，它可以依靠电机开环力控，因此可以 不依赖于传感器而实现对外部交互力的感知。准直驱驱动器的优点是结 构简单且效率高、安全性好，缺点是传动精度一般。目前有麻省理工的 Cheetah、宇树科技的 Laikago、云深处科技的绝影采用这种方案。

人形机器人关节减速器以谐波减速器为主、精密行星减速器为辅。目前人形机器 人领域刚性驱动器发展最为成熟、弹性驱动器次之，这两种驱动器均采用谐波减 速器。此外谐波减速器由于具有体积小、精度高、传动比大的特点，因此是目前 人形机器人领域的主流方案。但人形机器人由于在行走时往往腿部关节将承受巨 大的冲击荷载，因此采用抗冲击性能较差的谐波减速器存在损坏风险。随着半直 驱驱动器的不断发展，未来精密行星减速器可能会被用在部分易受冲击的关节 （如膝盖、腿部）中。 在目前已公开的人形机器人减速器方案中，特斯拉的 Optimus 采用的是谐波减 速器方案、优必选的 Walker 机器人采用的是谐波减速器方案、智元的远征 A1 机器人采用的是谐波一体关节+无刷行星伺服的方案。

3.4、 人形机器人市场驱动因素众多，减速器市场迎来增 量空间

劳动力缺口增大、劳工成本增加驱动服务机器人需求增长。根据优必选招股说明 书，2020-2030 年，中国劳动人口预计将从 9.89 亿人下降至 9.63 亿人，劳动参 与率预计将从 68.4%降至 65.2%，我国未来或将面临一定劳动力缺口。同时我 国劳工成本增长迅速，2018-2022 年我国城镇职工平均工资由 8.24 万元增长至 11.40 万元，CAGR 为 8.5%。根据弗若斯特沙利文统计，2018-2022 年全球智 能服务机器人及智能服务机器人解决方案市场规模由 114 亿美元增长至 235 亿 美元，CAGR 为 19.8%；预计 2028 年全球智能服务机器人及智能服务机器人解 决方案市场规模将增长至 628 亿美元，2022-2028 年 CAGR 为 17.8%。其中 2018-2022 年中国智能服务机器人及智能服务机器人解决方案市场规模由 193 亿元增长至 516 亿元，CAGR 为 27.9%；预计 2028 年中国智能服务机器人及智 能服务机器人解决方案市场规模将增长至 1832 亿元，2022-2028 年 CAGR 为 23.5%。

人形机器人属于通用机器人，更适合应用于人类日常工作、生活场景中。与专门 为特定任务设计的传统机器人不同，例如专用于搬运、手术或物流的机器人，人 形机器人不局限于单一领域。它们依托于先进的通用型算法和生成式 AI，拥有 语义理解、人机交互和自主决策等能力，因此能够灵活适应多种不同的应用场景。 此外，人形机器人的拟人化设计和操作方式，使得其更加用户友好且更容易被人 们心理所接受。未来，人形机器人将在人类社会中扮演更加重要的角色。 人工智能技术推动人形机器人智能化发展，消费者接受度提升。随着基于 GPT 的多模式人工智能（如计算机视觉、NLP 及运动控制的整合）的进一步发展， 由多模式 AI 赋能的人形机器人将能够自动完成复杂的任务，如步行、抓取、使 用螺丝刀、组装座椅等，而无需复杂的编程。随着人形机器人智能化发展，消费 者对人形机器人的接受度也将不断提升，从而驱动人形机器人需求不断增长。 人形机器人产业利好政策频出，助力人形机器人产业加速落地。2023 年 10 月 工业和信息化部发布《人形机器人创新发展指导意见》，提出到 2025 年，我国 要初步建立人形机器人创新体系，并取得“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术 突破，确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平，并实现批量 生产。培育 2—3 家有全球影响力的生态型企业和一批专精特新中小企业，打造 2—3 个产业发展集聚区。到 2027 年，人形机器人技术创新能力显著提升，形成 安全可靠的产业链供应链体系，构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力达到 世界先进水平。产业加速实现规模化发展，应用场景更加丰富，相关产品深度融 入实体经济，成为重要的经济增长新引擎。

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