精密减速器应用领域广泛，国产减速器蓄势待发。um ]精密减速器是传动领域核心部件之一，可以改变原动机与执行机构之间的转速和转矩，增加输出的扭矩。减速器下游应用广泛，在起重设施、建材、机器人等领域有所应用，主要产品可以分为谐波减速器、RV减速器、行星减速器、滤波齿轮减速器等。减速器壁垒主要在原材料、加工工业和热处理技术等，2021年国内减速器市场规模千亿，日系企业占据较大市场份额，经过我国减速器近年的发展，与海外头部减速器企业产品差距逐渐收敛，未来份额有望提升。
　　人形机器人催化，机器人减速器市场风起云涌。减速器作为工业机器人、协作机器人和人形机器人的核心部件，应用领域广阔、发展潜力大。谐波减速器、RV减速器在机器人应用中占比较多，在机器人中成本占比较高，2022年全球机器人减速器市场规模约为14.92亿美元，前景广阔。人形机器人方面，考虑一体化关节构成和承载因素，特斯拉人形机器人可能使用谐波减速器、类RV减速器和行星减速器，而国产机器人方案可能采用行星减速器方案。我们认为随着人形机器人的加速落地，机器人减速器市场规模空间有望打开，相关减速器市场增速有望提升。
　　轴承为机器人减速器、电机、丝杠组成部件之一，国产化在即。轴承种类繁多，下游应用包括汽车、家电、电机等多个场景，2021年全球轴承行业的市场规模为1213亿美元，市场份额主要由国际厂商所占据。在机器人上，轴承在机器人电机、减速器和丝杠上均有应用，若人形机器人减速器均由谐波减速器构成，我们判断单个机器人轴承价值量较大，有望随着人形机器人落地，快速提升整体市场空间。我们认为，随着机器人打开新应用空间，叠加轴承国产化政策+国内企业发力，国产轴承相关企业有望迎来新机遇。
　　投资建议：我们认为近期人形机器人尤其是国内机器人厂商+海外大厂的跟进，落地有望加速，相关减速器+轴承企业有望进一步催化。建议关注长盛轴承、五洲新春、双环传动（信达证券研发中心汽车组覆盖）、绿的谐波。
　　风险因素：核心技术发展不及预期；人形机器人量产不及预期；地缘政治风险&宏观经济下行风险等。
　　

研究报告全文：来机器人系列报告四精密减速器轴承国产突围在即TableIndustryTableReportDate2023年9月14日TableTitle证券研究报告精密减速器轴承国产突围在即行业深度研究TableReportDate2023年9月14日本期核心观点TableReportTypeTableSTableSummary精密减速器应用领域广泛国产减速器蓄势待发um精密减速器是传动TableStockAndRank电力设备与新能源领域核心部件之一可以改变原动机与执行机构之间的转速和转矩增加输出的扭矩减速器下游应用广泛在起重设施建材机器人投资评级看好等领域有所应用主要产品可以分为谐波减速器RV减速器行星减速器滤波齿轮减速器等减速器壁垒主要在原材料加工工业和上次评级看好热处理技术等2021年国内减速器市场规模千亿日系企业占据较武浩TableAuthor电力设备与新能源行业首席分析大市场份额经过我国减速器近年的发展与海外头部减速器企业产师品差距逐渐收敛未来份额有望提升执业编号S1500520090001人形机器人催化机器人减速器市场风起云涌减速器作为工业机器联系电话010-83326711人协作机器人和人形机器人的核心部件应用领域广阔发展潜力邮箱wuhaocindasccom大谐波减速器RV减速器在机器人应用中占比较多在机器人中成本占比较高2022年全球机器人减速器市场规模约为1492亿美元前景广阔人形机器人方面考虑一体化关节构成和承载因素特斯拉人形机器人可能使用谐波减速器类RV减速器和行星减速器而国产机器人方案可能采用行星减速器方案我们认为随着人形孙然电力设备与新能源行业研究助理机器人的加速落地机器人减速器市场规模空间有望打开相关减速联系电话18721956681器市场增速有望提升邮箱sunrancindasccom轴承为机器人减速器电机丝杠组成部件之一国产化在即轴承种类繁多下游应用包括汽车家电电机等多个场景2021年全球轴承行业的市场规模为1213亿美元市场份额主要由国际厂商所占据在机器人上轴承在机器人电机减速器和丝杠上均有应用若人形机器人减速器均由谐波减速器构成我们判断单个机器人轴承价值量较大有望随着人形机器人落地快速提升整体市场空间我们认为随着机器人打开新应用空间叠加轴承国产化政策国内企业发力国产轴承相关企业有望迎来新机遇投资建议我们认为近期人形机器人尤其是国内机器人厂商海外大厂的跟进落地有望加速相关减速器轴承企业有望进一步催化建议关注长盛轴承五洲新春双环传动信达证券研发中心汽车组覆盖绿的谐波风险因素核心技术发展不及预期人形机器人量产不及预期地缘政治风险宏观经济下行风险等信达证券股份有限公司CINDASECURITIESCOLTD北京市西城区闹市口大街9号院1号楼邮编100031请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom2目录一减速器传动领域核心部件受益机器人市场增长511减速器传动领域核心之一应用领域广泛512国产减速器与海外差距收敛市场规模稳步增长1013人形机器人催化机器人减速器市场风起云涌13二轴承风起人形机器人群雄逐鹿谁主浮沉2021轴承种类繁多下游应用广泛2022机器人组成部件之一有望打开成长空间21221机器人减速器轴承情况22222电机相关轴承情况23223丝杠人形机器人有望催化轴承需求2423群雄逐鹿千亿市场谁主浮沉26三投资建议31四风险因素32图表目录图表1精密减速器机电一体化模组示意图5图表22019年中国减速器产品下游行业分布6图表3谐波减速器下游应用领域6图表4谐波减速器结构图6图表5谐波齿轮传动原理图6图表6RV减速器结构示意图7图表7行星减速器结构示意图8图表8摆线针轮行星传动示意图8图表9滤波减速器结构示意图9图表10滤波减速器外形图9图表11不同种类减速器产品对比单级9图表12全球减速器市场规模亿美元10图表13中国减速器市场规模亿元及增速10图表14我国RV减速器市场规模亿元10图表15我国行星减速器销售额情况亿元10图表16我国谐波减速器市场规模亿元11图表17全球精密减速器市场格局11图表182022年我国谐波减速器市场份额占比11图表192022年我国RV减速器市场份额占比12图表202022年我国行星减速器市场份额占比12图表21工业机器人减速产品国内外对比12图表22ac国产和df日本柔轮显微组织光学显微镜照片和SEM照片13图表23人形机器人三种驱动方式简图14图表24LOLA人形机器人CAD模型和整体关节结构图15图表25LOLA髋关节结构示意图15图表26WALK-MAN弹性驱动单元结构图15图表27ARTEMIS下体关节和执行器位置16图表28ARTEMIS髋关节驱动单元16图表29三种驱动单元及减速器对比16图表30全球机器人领域精密减速器不同产品占比17图表31全球工业机器人市场规模及增速17图表32我国50kg工业机器人成本构成17图表33全球机器人用减速机市场规模亿美元18请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom3图表34我国工业机器人减速器需求趋势预测图18图表35一体化关节可以采用谐波减速器18图表36智元远征A1机器人核心关节采用行星减速器方案18图表37国内减速器代表相关布局19图表38轴承分类情况20图表392021年轴承下游占比情况21图表40轴承在汽车上的应用情况21图表41工业机器人减速器对应轴承需求情况21图表42人形机器人部件轴承情况22图表43谐波减速器柔性轴承22图表44RV减速器滚针轴承22图表45工业机器人减速器对应轴承需求情况23图表46电机对应轴承情况23图表47卧式电机选择轴承情况24图表48滚珠丝杠两端单向固定支承系统图25图表49数控机床对应滚动轴承情况25图表50特斯拉人形机器人线性执行器25图表51角接触轴承26图表52四点接触球轴承26图表53深沟球轴承26图表54全球轴承市场规模亿美元27图表552020年全球轴承市场份额情况27图表56中国轴承企业主营收入亿元27图表572021年全球轴承市场份额情况27图表58国家轴承相关国产化政策28图表59各类轴承攻关单位情况28图表60国产轴承布局情况30图表61主要标的情况31请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom4一减速器传动领域核心部件受益机器人市场增长11减速器传动领域核心之一应用领域广泛减速器的主要作用是改变原动机与执行机构之间的转速和转矩根据徐彪行星齿轮减速器传动装置分析与研究减速器是一种通过联轴器将原动机与工作机连接起来闭式变速传动装置大部分情况是降低输出端的旋转速度同时增大输出端的转矩在某些特定的情况下亦可用它来提升转速降低转矩此时则称之为增速器减速比也称减速装置的传动比是指减速机构中瞬时输入速度与输出速度的比值是减速器选型过程中参考的重要指标电机可以通过减速器来降低输出轴的转速增加扭矩输出减少噪音和振动1在需要精确控制转速的设备中如工厂生产线机器人等一些电机如步进电机在低转速下效率不高因此需要减速器降低电机输出轴的转速2在需要输出较大扭矩的设备中如起重机输送带石材加工机械等电机直接驱动难以实现所需的扭矩输出需要减速器来增加扭矩输出3在一些对噪音和振动要求较高的设备中如飞机高速列车等电机直接驱动会产生较大的噪音和振动影响设备的正常运行和使用寿命因此需要减速机通过减少电机的转速来降低噪音和振动图表1精密减速器机电一体化模组示意图资料来源绿的谐波公告信达证券研发中心减速器在下游行业应用中具有难以替代的配套地位是机器人的重要组成部分由于减速器能够改变原动机与执行机构之间的转速和转矩因此广泛分布于起重运输水泥建材数控机床光伏设备医疗器械等多个行业和领域同时减速器是工业机器人协作机器人和人形机器人的核心零部件在工业机器人的生产成本中占35左右应用领域广阔发展潜力大请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom5图表22019年中国减速器产品下游行业分布图表3谐波减速器下游应用领域电力冶金59其他重型矿山2510机器人11起重运输水泥建材2515资料来源中国机械工业联合会前瞻产业研究院瞻研究公众资料来源绿的谐波招股说明书信达证券研发中心号信达证券研发中心按照控制精度划分减速器产品可分为一般传动减速器和精密减速器一般传动减速器控制精度低可满足机械设备基本的动力传动需求精密减速器回程间隙小精度较高使用寿命长更加可靠稳定应用于机器人数控机床等高端领域精密减速器种类较多包括谐波减速器RV减速器摆线针轮行星减速器精密行星减速器滤波减速器等谐波减速器精密度高体积小但承载能力弱易疲劳适用于追求精度和轻量化的场合谐波减速器是一种利用柔性构件的弹性变形波来进行动力传动变换的新型齿轮减速器其组成部分主要包括谐波发生器柔性轮和钢轮当波发生器装入柔轮后迫使柔轮在长轴处产生径向变形成椭圆状当长轴不断旋转时柔轮相继由啮合转向啮出由啮出转向脱出由脱开转向啮入由入转向啮合从而迫使柔轮进行连续旋转谐波减速器基于错齿运动将高速的输入变为低速的输出从而达到减速的目的图表4谐波减速器结构图图表5谐波齿轮传动原理图资料来源张余德龙谐波减速器柔轮空间齿廓设计与啮合特性研究信达证资料来源韦乐余谐波减速器柔轮疲劳特性分析及啮合券研发中心刚度研究信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom6谐波减速器由于其体积小重量轻结构简单紧凑传动精度高更适合应用于3C半导体医疗器械等行业的工业机器人之中以及其他对精度要求高的场合如今机器人行业对新一代轻量级协作机器人的需求不断扩大尤其是在移动和可穿戴机器人领域其柔性关节的主要来源是关节存在的柔性减速元件如谐波减速器等传动装置此外以谐波减速器和伺服电机为主要组件的谐波转台能够适应大多数机床的生产需求近年逐渐受到关注RV减速器承载能力强高刚度但体积较大结构复杂适用于重负载的场合RVRotary-Vector减速器在摆线针轮传动基础上发展起来的RV传动由两部分串联而成分别是第一级渐开线行星齿轮传动和第二级摆线针轮传动中心齿轮由电机带动行星齿轮由中心齿轮驱动此时中心齿轮以第二级减速的输入速度反向旋转行星齿轮的转速通过曲轴传递给摆线齿轮摆线齿轮是偏心的同时摆线销是啮合的使其绕中心轴旋转转速从轴承两端的曲轴传递到轴承座上从而达到减速的目的图表6RV减速器结构示意图资料来源宋松工业机器人RV减速器关键部件制造及对我国精密机床发展思考信达证券研发中心RV减速器多应用于汽车制造交通运输港口码头等的重载荷机器人以及其他重载场合中根据林江海等工业机器人用精密减速器研究现状RV减速器具有高传动精度高传动效率高刚性和高承载能力等特点既适用于通用传动又适用于专业机器人传动并通常放置于机座大臂肩部等重负载的位置行星减速器传动效率高成本低但精密度低减速比小通常配合步进电机或伺服电机应用于工业机器人关节中在行星减速器中行星齿轮减速器中心由太阳轮组成三个行星以太阳轮为中心进行旋转运动其运动方式类似于地球围绕太阳旋转行星齿轮减速器的动力来源是电机电机带动输入轴旋转其通过浮动齿套使中心轮转动中心轮与行星轮啮合带动行星轮转动行星轮通过周转驱动行星架旋转行星架与输出轴通过螺栓联接在一起带动输出轴输出扭矩由于行星轮齿数多于中心轮齿数从而能够达到减速的目的行星齿轮减速器在服务机器人和足式机器人市场中应用空间广阔相比谐波减速器和RV减速器行星减速器具有成本低承载能力强使用寿命长和性能稳定等优点因此行星减速器是工业机器人大型空间机械臂关节以及服务机器人减速器主要的应用对象并且仿人机器人可采用高扭矩密度电机搭配低减速比行星齿轮减速器从而达到其对于体积重量输出能力和动态性能等属性指标的要求请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom7图表7行星减速器结构示意图资料来源洪健蔡华祥王晟一种高性能移动机器人一体化关节模组设计信达证券研发中心摆线针轮行星减速器运转平稳噪声低但结构复杂应用范围广摆线针轮行星传动是行星轮采用变幅外摆线的一种少齿差行星齿轮传动主要由摆线轮针轮行星架和输出结构组成当输入轴旋转时摆线针轮行星减速器通过偏心轴带动摆线轮旋转由于偏心轴上的摆线轮与针齿啮合限制摆线轮旋转时既自身轴线自转又绕输入轴轴线公转然后借助输出机构将摆线轮的低速自转动通过销轴传递给输出轴从而获得较低的输出转速图表8摆线针轮行星传动示意图资料来源吴素珍陈丹机器人关节传动用精密减速器研究进展信达证券研发中心滤波齿轮减速器传动精度高使用寿命长多应用于航空航天领域滤波齿轮减速器属于NN型少齿差减速器由偏心减速机构滤波花键机构三向止推轴承组成偏心轴的旋转中心与固定内齿轮输出内齿轮的旋转中心同轴当通过偏心轴输入转矩时由于双联齿轮的偏心及输入齿轮是固定的双联齿轮一方面绕自身轴线自转同时还绕偏心轴旋转中心公转双联齿轮所受两方面的力同时作用于与其啮合的输出内齿轮获得输出运动滤波减速器从结构上解决了谐波减速器中柔轮易变性材料容易疲劳等缺点它在运动过程中的传动精度高传动扭矩大具有更长的使用寿命现已广泛应用于航空航天等领域请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom8图表9滤波减速器结构示意图图表10滤波减速器外形图资料来源吴素珍陈丹机器人关节传动用精密减速器研究进资料来源吴素珍陈丹机器人关节传动用精密减速器研究进展信达证券研发中心展信达证券研发中心图表11不同种类减速器产品对比单级类别名称谐波减速器RV减速器摆线针轮行星减速器精密行星减速器减速比70320311716119310传动效率7090859290959798可通过密封壁传递运动承载能力强刚度高结构紧凑体积相对小负载能力强使用寿命长优点结构简单质量和体积小工作寿命长刚性高重量轻通用于中小功率性能稳定输出扭矩大传动比高精密度高耐冲击性强运转平稳噪声低成本较低柔轮每转均要经历两次椭圆摆线针轮减速器的结构复单级精密行星减速器减速比变形容易引起材料的疲劳结构复杂体积较大制造杂制造安装精度要求较小有时需增加传动级数缺点破坏启动力矩较大装置难度大价格较高高转臂轴承受力大影响和齿轮数量以满足特定减速发热较严重承载能力较差轴承寿命和承载能力需求导致体积和质量增加适用于质量和尺寸受限位适用于在机座大臂肩部多应用于步进电机和伺服电置精度要求高的场合包括等重负载的位置以及汽广泛应用于矿山化工起机的减速传动工业机器应用场景机器人的小臂腕部或手车运输港口码头等行业重机械工程机械等领域人大型空间机械臂关节以部以及精密测试设备的微中通常使用配有RV减速器及服务机器人小位移机构等的重负载机器人价格区间1000-5000元台5000-8000元台500-2000元台左右200-2000元台左右资料来源绿的谐波招股说明书吴素珍陈丹机器人关节传动用精密减速器研究进展林江海黄鹏程王燕霜等工业机器人用精密减速器研究现状黄兴何文杰符远翔工业机器人精密减速器综述淘宝网信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom912国产减速器与海外差距收敛市场规模稳步增长国内外减速器市场规模持续扩张态势向好据ReportLinker数据2020年全球减速机市场规模约为1331亿美元近些年来随着全球范围内劳动力成本的提高各国工业自动化渗透率不断提升制造业机械设备密度不断加大传动基础部件减速机的需求也水涨船高因此ReportLinker预计2026年全球减速机市场规模可达1766亿美元对应2020-2026年的年复合增速约为482015年以来中国制造2025要求突破机器人减速器等高端产品的技术国内精密减速器行业进入国产替代阶段我国2022年减速器市场规模为1321亿元约合190亿美元图表12全球减速器市场规模亿美元图表13中国减速器市场规模亿元及增速20001766市场规模YOY1800CAGR48160061600133114001400512001200510001000480080046006003400400200200300220202026E201820192020202120222023E资料来源ReportLinker观研天下信达证券研发中心资料来源ReportLinker观研天下信达证券研发中心分产品市场规模方面1根据中商产业研究院数据我国谐波减速器市场规模预计从2022年的21亿元增长至2025年的332亿元年复合增长率达1652RV减速器方面2021年市场规模为429亿元预计2025年达到60亿元3行星减速器方面根据GYResearch数据2019至2021年我国行星减速器市场的年复合增长率为2312021至2023年复合增长率降至51图表14我国RV减速器市场规模亿元图表15我国行星减速器销售额情况亿元704036260328603530504292521740276203015201010500201820212025E201920212023E资料来源中商情报网微信公众号中商产业研究院信达证券研资料来源QYResearch中商情报网微信公众号中商产业研究院信发中心达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom10图表16我国谐波减速器市场规模亿元3533230252120151351050201920222025E资料来源中商情报网微信公众号中商产业研究院信达证券研发中心日系企业占据全球精密减速器市场主导地位我国减速器有望向头部集中机器人精密减速器制作的工艺流程和工程规范要求较高因此制造精密减速器所需成本高加工精度要求高有很大的技术壁垒在全球工业机器人减速器的市场中日本的纳博特斯克和哈默纳科占据了全球75的市场而另一家住友重工也占据10的市场反观我国的减速器起步较晚并且受到国内加工水平的限制我国精密减速器的缺点包括受制精度不能长时间保持容易疲劳等随着下游制造业升级和国家相关政策的出台国内厂商不断研发核心技术减速器生产水平逐渐向高端迈进国内市场看本土精密减速器厂商逐渐扩大市场份额分产品来看2022年我国谐波减速器市场中哈默纳科市场占有率为38我国本土厂商绿的谐波市占率达26较2020年提升5pct国内企业产能不断提升市场份额相应增加我国RV减速器市场中纳博特斯克占市场主导地位市占率达52我国双环传动市占率为15行星减速器领域日本新宝市占率达到204我国科峰智能排名第二市占率达117图表17全球精密减速器市场格局图表182022年我国谐波减速器市场份额占比其他其他10大族精密11SPINEA45同川住友重工6哈默纳科10SHIMPO38纳博特斯克7哈默纳科60来福谐波15绿的谐波826资料来源熊嘉豪张广宇孙启凡工业机器人精密减速器的应资料来源MIRDATABANK中商情报网微信公众号中商产业研究院用及现状信达证券研发中心信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom11图表192022年我国RV减速器市场份额占比图表202022年我国行星减速器市场份额占比SHIMPO南通振康其他204417其他中大力徳4614纳博特斯克科峰智能珠海飞马521174双环传动住友重机15纽氏达特494利茗精锐科技5371资料来源MIRDATABANK中商情报网微信公众号中商产业研究资料来源MIRDATABANK中商情报网微信公众号中商产业研究院院信达证券研发中心信达证券研发中心国内外减速器厂商差距收敛我国在工业机器人用精密减速器领域起步较晚技术积累较为薄弱自20世纪60年代谐波减速器技术引入我国之后历经多年追赶现阶段国产精密齿轮减速器在减速比传动效率等方面与国外优秀产品差距不大但是由于材料加工工艺和装备等方面存在一定技术壁垒国内减速器产业在精度保持性使用寿命和大批量产品性能一致性方面与国外企业存在一定差距图表21工业机器人减速产品国内外对比资料来源中国电子协会工业机器人发展现状及分析信达证券研发中心1谐波减速器制造壁垒柔轮是谐波减速器中加工制造难度较大的结构是我国自主研发生产谐波减速器的壁垒柔轮在谐波减速器使用过程中发生往复形变的同时也要承受作用力这对柔轮的薄壁结构和厚度尺寸设计提出了更高要求但由于我国起步较晚基础研究不足柔轮在疲劳寿命市场和稳定性等指标上与国外存在差距请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom12在原材料选择方面根据张朝磊等谐波减速器特殊钢材质柔轮的组织和力学性能分析以日本哈默纳科谐波减速器CSF-32柔轮与同型国产柔轮为例国内外均采用中碳合金特殊钢作为柔轮原材料而成分上的显著差异在于微合金国产柔轮采用V-Ti复合微合金化并且V的含量较高而日本柔轮采用V-Ti-Nb复合微合金化与日本柔轮相比国产柔轮组织较为粗大原奥氏体晶粒度小1040级而且稳定性较差原奥氏体晶粒度级差达30级图表22ac国产和df日本柔轮显微组织光学显微镜照片和SEM照片资料来源张朝磊魏旸方文等谐波减速器特殊钢材质柔轮的组织和力学性能分析信达证券研发中心在加工工艺和热处理技术方面柔轮失效的主要原因是局部微裂纹和尺寸精度的变化这涉及到我国的工艺水平和齿面热处理技术粗加工精度下的应力残留热处理表面外硬内软及加工余量不同造成露出部分不一致从而导致国内外减速器性能相差较大我国应提高加工工艺和热处理技术根据穆晓彪等谐波减速器柔轮与柔性轴承断裂失效分析通过多次正火和回火可以细化晶粒提高晶粒尺寸的均匀性还能降低晶界出PS元素偏聚减少脆性断裂提高材料的力学性能2RV减速器制造壁垒为了达到精度高可靠性高使用寿命长的目的必须严格控制RV减速器的精度问题RV减速器结构复杂零件较多生产加工难度较高对于我国存在一定的技术壁垒在关键零件的加工装备方面由于RV减速器中第一级渐开线行星齿轮传动和第二级少齿差摆线针轮行星传动安装在同一个针齿壳内且为超静定结构多个零件的相关尺寸互相关联加上工业机器人对传动误差的高要求因此对关键零件的加工精度要求通常达到微米级这对我国的加工装备和检测仪器提出了极大的挑战在磨损与润滑问题方面润滑摩擦磨损是影响减速器寿命和精度保持性的关键因素减速器寿命和精度保持是衡量减速器可靠性的尺度也是现阶段国产减速器与国外产品差距所在究其原因一方面是现有加工方式的加工精度特别是表面质量达不到要求另一方面是对RV减速器的磨损机理针齿摆线轮齿曲拐轴承滚针等部位认识不到位因而缺少有效的提高耐磨性的应对方式润滑脂的选用相关零件的材料及其热处理工艺等与国外有差距13人形机器人催化机器人减速器市场风起云涌机器人被誉为位于制造业顶端的明珠机器人技术是推动国家工业化和智能化的重要引擎当前中国处于产业升级的关键时期也是重大的发展机遇期机器人技术已经成为推动中国产业转型的重要力量减速器作为工业机器人协作机器人和人形机器人的核心部件应用领域广阔发展潜力大请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom13在传统工业机器人和协作机器人领域谐波减速器和RV减速器应用较为广泛在轻负载精密减速器领域内谐波减速器凭借其体积小传动比高精密度高等优势占据该领域的主导地位RV减速器的传动原理及结构特点使其具有大体积高负载能力和高刚度特性的特点其在重负载精密减速器领域内也具有一定主导地位在人形机器人领域谐波减速器应用更为广泛行星减速器有望受益随着人形机器人市场的加速扩大减速器需求面临攀升双足人形机器人的驱动单元主要有三种类型传统驱动单元串联弹性驱动单元和准直驱驱动单元需要根据人形机器人的具体关节位置和特性选择不同的驱动单元从而满足各个关节的不同需要其中谐波减速器是传统驱动单元串联弹性驱动单元的主要组成部分而行星减速器则是准直驱驱动单元的核心部件目前谐波减速器凭借高精度小体积的特点在众多人形机器人产品中得到应用参考李慧莱等的高扭矩密度仿人机器人驱动单元研究的观点准直驱驱动单元高扭矩密度电机行星减速器更加适合人形机器人对于体积重量输出能力和动态性能等的要求图表23人形机器人三种驱动方式简图资料来源eScholarshipZhuTaoyuanminHongDennisWDesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot信达证券研发中心1传统驱动单元刚性驱动单元TSA一般采用高转速低扭矩电机搭配高减速比谐波减速器输出扭矩大运动精度高但是减速器较高的体积和重量导致驱动单元体积重量大无法满足仿人机器人的小型化轻量化需求同时由于谐波减速器和FT传感器较为脆弱无法承受冲击载荷导致高减速比的齿轮仅能完成缓慢相对静态的运动LOLA人形机器人将电机谐波减速器和传感器融合成一个高度集成的机电联合模块LOLA身高18m全身共有22个自由度运动速度可达5kmh谐波减速器的减速比为50髋部俯仰角100手腕肘部等电机采用无框无刷电机这使得集成设计优化为小空间和低重量膝关节和踝关节采用基于滚珠丝杠的直线传动其他关节如髋关节采用谐波传动齿轮作为减速器每个驱动单元包含增量旋转编码器和绝对角度编码器以及光屏障作为限位开关请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom14图表24LOLA人形机器人CAD模型和整体关节结构图图表25LOLA髋关节结构示意图资料来源IEEESLohmeieretalModularJointDesignfor资料来源IEEESLohmeieretalModularJointDesignforPerformanceEnhancedHumanoidRobotLOLA信达证券研发中心PerformanceEnhancedHumanoidRobotLOLA信达证券研发中心2串联弹性驱动单元SEA也大多采用高转速低扭矩电机搭配高减速比谐波减速器与传统驱动单元的区别为输出端和负载之间采用弹性部件连接其优势在于弹性部件提高了驱动单元的柔度使机器人关节柔顺性得到改善然而弹性部件对高频运动的响应性差导致驱动单元系统带宽低动态性能差无法应对实际工况的复杂快速变化WALK-MAN人形机器人身高1915m质量132kg每条腿有6个自由度采用弹性驱动单元方案具有高功率密度和良好的稳健性WALK-MAN的驱动单元由无框无刷直流电机谐波减速器减速比为80120和弹性元件组成并采用空心轴设计方法以减小尺寸和重量图表26WALK-MAN弹性驱动单元结构图资料来源WILEYONLINELIBRARYNGTsagarakisetalWALK-MANAHigh-PerformanceHumanoidPlatformforRealisticEnvironments信达证券研发中心3根据李慧莱等高扭矩密度仿人机器人驱动单元研究准直驱驱动单元PA大多采用高扭矩密度电机搭配低减速比行星齿轮减速器驱动单元在输出较高扭矩的同时还具有重量请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom15轻动态性能好等优势但运动精度不可避免地受到齿轮啮合回差的影响图表27ARTEMIS下体关节和执行器位置图表28ARTEMIS髋关节驱动单元资料来源eScholarshipZhuTaoyuanminHongDennisW资料来源eScholarshipZhuTaoyuanminHongDennisWDesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot信达证券研发中DesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot信达证券研发中心心4少数仿人机器人和可穿戴机器人采用电静液作动器作为驱动单元虽然输出能力较电驱动单元强但体积重量大且系统带宽低仍无法满足仿人机器人对小型化和高动态性能的需求图表29三种驱动单元及减速器对比传统驱动串联弹性驱动准直驱驱动驱动形式TSASEAPA高速低扭矩电机高速低扭矩电机高扭矩密度电机基本组成高减速比谐波减速器高减速比谐波减速器低减速比行星减速器弹性部件输出扭矩大扭矩密度大优点柔顺性好运动精度高动态性能好结构笨重结构复杂缺点精度稍低运动惯量大系统带宽低精密系统精密机床仪器仪表安全性系统四足机器人应用场景传统双足机器人协作机器人小型双足机器人小臂腕部或手部等精度要求高的腰部髋部等体积较大精度要求机器人应用部位大臂肩部等重负载的部位部位较低的部位资料来源绿的谐波招股说明书李慧莱凌振飞王泽正等高扭矩密度仿人机器人驱动单元研究丁宏钰石照耀岳会军等国内外双足人形机器人驱动器研究综述信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom16谐波减速器RV减速器在机器人应用中占比较多根据GGII纳博特斯克数据RV减速器谐波减速器和精密行星减速器等分别占全球机器人领域精密减速器的404020我们认为机器人的相关应用有望带动相关减速器市场规模快速提升图表30全球机器人领域精密减速器不同产品占比RV减速器2040谐波减速器精密行星减速器摆40线针轮减速器滤波减速器等资料来源GGII纳博特斯克中商情报网微信公众号中商产业研究院信达证券研发中心作为机器人核心零部件机器人用减速器市场规模扩大根据IFR中国电子学会数据全球工业机器人市场规模预计从2022年的195亿美元增长至2024年的230亿美元期间CAGR为86同时减速器占工业机器人生产成本的35左右是工业机器人的核心零部件之一根据GIR数据全球机器人用减速器市场规模将由2022年的1492亿美元增长至2029年的2266亿美元期间CAGR为62市场前景广阔根据GGII数据2021年中国工业机器人减速器总需求量为9313万台同比增长7806图表31全球工业机器人市场规模及增速图表32我国50kg工业机器人成本构成市场规模亿美元YOY250302520020其他减速机1530150103551000-550-10控制器8-15伺服电机伺服驱动--201413201720182019202020212022E2023E2024E资料来源IFR中国电子学会中国机器人产业发展报告2022资料来源王田苗陶永我国工业机器人技术现状与产业化发展战年贵州省大数据发展管理局信达证券研发中心略信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom17图表33全球机器人用减速机市场规模亿美元图表34我国工业机器人减速器需求趋势预测图252266总需求万台YOY1209020751492100156080451060304015520000-1520222029E201720182019202020212022E资料来源GIR信达证券研发中心资料来源中商情报网微信公众号中商产业研究院GGII信达证券研发中心人形机器人落地加速有望打开相关减速器成长空间1参考特斯拉AIDAY相关内容特斯拉人形机器人身边可运动部件采用一体化关节构成包括三种旋转执行器和三种线性执行器其中旋转关节采用电机传感器谐波减速器的方案若参考协作机器人方案则人形机器人对应减速器可以采用谐波减速器用量若考虑部分位置负载大和降本因素可能将髋部等位置的谐波减速器替换成行星减速器或者类RV减速器2国产机器人方面A1人形机器人使用了准直驱关节方案实现了低齿槽转矩设计搭配10速比以内的高力矩透明度行星减速器共辄同轴双编码器一体液冷循环散热系统我们认为目前而言人形机器人可以采用谐波行星和类RV减速器方案人形机器人落地的加速有望带动相关减速方案的使用图表35一体化关节可以采用谐波减速器图表36智元远征A1机器人核心关节采用行星减速器方案资料来源刘哲协作机器人一体化关节力矩感知与柔顺控制资料来源快科技信达证券研发中心研究信达证券研发中心国内企业加速布局减速器持续取得进展近年来国内厂商加速减速器国产替代的进程加大相关产品的研发投入丰富国内减速器布局在齿形设计机电耦合等领域不断攻克核心技术谐波减速器不断追求定制化模块化RV减速器向大负载方向发展逐渐缩小与哈默纳科纳博特斯克等海外顶尖厂商的差距请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom18图表37国内减速器代表相关布局公司名称相关布局公司推出N系列Y系列E系列等谐波减速器产品发展完善了新一代谐波啮合P齿形设计绿的谐波理论体系新一代三次谐波技术机电耦合技术等核心技术能够满足人形机器人等新的应用场景的需要公司是全球仅次于哈默纳科的谐波减速器厂商公司在大负载RV减速器产品方面取得较大突破2022年RV减速器年化产能在10万台左右是双环传动国产RV减速器市场的佼佼者公司原有产品基础上开发出3大衍生新型号的谐波减速器目前公司产品已基本覆盖国内主流机器人客户机器人减速器板块保持稳步向上态势目前公司谐波减速器已经形成完整的产品族谱RV减速器在打磨产品性能阶段此外公司攻克昊志机电了智能机器人用高性能谐波减速器等核心功能部件技术打破了智能机器人核心功能部件依赖进口的局面目前RV减速器以微小型为主同时正在研制大规格型号可用于大负载工业机器人计划产能中大力德布局在佛山子公司行星减速器方面公司侧重于向更高精尖的产品进行衍生设计目前公司正在研发试制消隙减速器可应用于机床四五轴谐波减速器则会朝模组化方向进行研究与发展公司齿轮箱升级及改造项目达产后预计将新增电动工具减速器产能205万件精密谐波减速器丰立智能产能35万件在立足传统小模数齿轮业务的基础上公司做大精密减速器业务规模并将谐波减速器推向市场资料来源各公司公告各公司年报各公司招股说明书信达证券研发中心请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom19二轴承风起人形机器人群雄逐鹿谁主浮沉21轴承种类繁多下游应用广泛按照轴承运转时轴与轴承座间不同的摩擦性质可划分为滑动轴承滑动摩擦轴承和滚动轴承滚动摩擦轴承两大类轴承工业的主产品为滚动轴承根据其承受的载荷方向可进一步分成向心轴承承受径向载荷和推力轴承承受轴向载荷两类而滑动轴承根据工作的摩擦状态不同可分为流体润滑摩擦轴承非完全流体润滑摩擦轴承和无润滑干摩擦轴承后两者通常属于自润滑轴承此类轴承在工作时无需添加或长期无需添加润滑剂适用于低速重载和恶劣工况的情形图表38轴承分类情况流体润滑轴滑动传统含油轴承轴承自润滑轴承金属固体润滑固体润滑轴承金属非金属固体润滑组合轴承深沟球轴承角接触球轴承向心球轴承四点接触球轴承调心球轴承向心轴承圆锥滚子轴承向心滚子轴承圆柱滚子轴承滚动滚针轴承调心滚子轴承轴承推力球轴承推力球轴承推力角接触球轴承推力轴承推力圆柱滚子轴推力圆锥滚子轴推力滚子轴承承承推力滚针轴承推力调心轴承资料来源长盛轴承公告五洲新春公告信达证券研发中心我国的轴承产业链资源较为完善具体环节而言产业链上游包括轴承钢金属材料改性塑料等非金属材料和零部件等中游轴承制造材料主要是钢材和金属材料等下游应用与汽车行业机器人行业工程机械风电等行业紧密相关整体来看所涉领域范围十分广泛汽车是轴承应用较为广泛的领域汽车中应用轴承的部位涉及传统汽车的动力传动底盘及辅助系统等以及新能源汽车电机减速器等部件制造等领域据中研产业研究院统计一辆汽车在装配及售后维修用备件所使用的各类轴承平均约80余套而在各类轴承产品中自润滑轴承中的金属塑料聚合物自润滑卷制轴承具有无铅的优势被广泛应用于乘用车制造过程中请阅读最后一页免责声明及信息披露httpwwwcindasccom20