（報告出品方/作者：華泰證券，肖群稀，關東奇來，時彧，黃菁倫）

機器人産業鍊框架

人形機器人産業鍊涉及的四大環節：感知、交互、運控、導航。自動化裝置包括：1）傳感 器：本體感受傳感器、觸覺 視覺 聲音傳感器、機器視覺等（數量較多）；2）執行器：減 速器、伺服系統、微電機等（數量較多）；3）計劃控制：控制器、工控系統、AI 系統等。

運動控制硬件領域有望成為人形機器人主要外部供應鍊

根據特斯拉産品發布會信息，人形機器人 Optimus（擎天柱）主要配置為：身高 1.72m， 體重 57kg，可負載 20kg，最快運動速度 8km/h；采用 Autopilot 的攝像頭作為視覺感知傳 感器，共八個攝像頭；采用 FSD Computer 作為計算核心；脖子、胳膊、手、腿、軀幹累 計搭載了 40 個機電傳動器；搭載多相機神經網絡、基于神經網絡的規化、自動标記、算法 訓練等。Optimus 單價位于 17~30 萬元之間，有望進入消費級、商級等各類場景。

人形機器人對運動控制能力及感知計算能力要求較高，人形和工業機器人的核心零部件基 本相同，數量和質量上有升級需求。在特斯拉的産品介紹中，軟件裝置，如全自動駕駛計 算機 FSD 進行行為決策與運動控制，Dojo 超級計算機進行神經網絡自動訓練，主要是特 斯拉自己完成。硬件方面，機電傳動器領域預計會采取和外部供應鍊合作的方式。與工業 機器人 2-6 的自由度相比，人形機器人通常有 30-40 自由度，對應的伺服電機、減速器數 量有較大增長空間。伺服系統和減速器（諧波）環節國内産業化能力相對較強；控制系統 與工業機器人差别較大，開發和供應模式尚不明确；傳感器環節，與外部環境感知和導航 相關的自動駕駛類傳感器有望受益。

成本構成上，人形機器人中運動控制占比接近 50%，其中減速器占比 22%，伺服系統占比 16%，控制器占比 11%。

減速器可以通過降低轉速而提高扭矩，以傳遞較大的負荷，克服伺服電機功率有限導緻輸 出的扭矩較小的缺陷。根據構架和傳動原理的不同，減速器可分為 RV 減速器、諧波減速器、 齒輪減速器和擺線針輪減速器等。

諧波、RV 減速器的構造及工作原理：諧波減速器構造主要包括剛輪（帶有内齒圈的剛性齒 輪）、柔輪（帶有外齒圈的柔性齒輪）、以及波發生器，通常采用波發生器主動-剛輪固定柔輪輸出形式，當波發生器裝入柔輪内圓時，迫使柔輪産生彈性變形而呈橢圓狀，此時長 軸處柔輪齒輪插入剛輪的輪齒槽内，為完全齧合狀态；而短軸處則為脫開狀态，當波發生 器連續轉動時，迫使柔輪不斷産生變形并産生了錯齒運動，從而實現波發生器與柔輪的運 動傳遞。RV 減速器由正齒輪（行星輪）、RV 齒輪、曲柄軸、銷（針齒銷）、外殼（針輪）、 輸出軸等組成，其中 RV 齒輪位于正中是減速器的核心，其工作原理是通過正齒輪變速、差 動齒輪變速進行變速。

機器人使用的減速機主要有三種：RV 減速機、諧波減速機、行星減速機，最常用的是 RV 和諧波。諧波減速器在多關節機器人、SCARA、協作機器人、DELTA 機器人中平均應用 3.5 台、3 台、7 台與 1 台，下遊主要是多關節機器人（占比 36.22%）、協作機器人（占比 32.41%），RV 減速器在中大負載的多關節機器人中應用數量較多，RV 在小型的 SCARA、 協作機器人中應用較少。行星減速機因精度較低，在機器人行業應用較少，常用在 DELTA 上，少量使用在 SCARA 上。

我們測算：人形機器人減速器使用數量或在 40~50 個，将大幅擡升減速器的需求天花闆。 主要邏輯：減速器數量主要取決于手指數量、手腕彎曲度、腿部彎曲度等。若是人形機器 人想達到人類相似的活動自由度，共需要 78 個減速器，使用諧波減速器約 60 個（在人形 機器人小臂、腕部、手部等部件），RV 減速器約 18 個（在人形機器人的腰、上臂、下臂等 大慣量、高轉矩輸出部件）。若是基本滿足人形機器人需求的情況下，共需要減速器 40~50 個。

預計25年中國工業機器人RV/諧波需求為45.7/41.2億元

我們預測 2025 年中國工業機器人 RV 減速器市場需求 45.7 億元，諧波減速器市場需求為 41.2 億元。工業機器人的工作壽命一般為 8-10 年，減速器的使用壽命通常在兩年左右，當 前保有的工業機器人維修保養亦需要大量的減速器替換。新增的工業機器人需求是減速器 産業發展的主要驅動力，機器人存量市場的更換亦是需求方向之一。核心假設： 1）據 MIR 預測，2021~2025 年中國工業機器人銷量将從 25.64 萬台增長至 45.72 萬台； 2）單台工業機器人所需 RV 減速器、諧波減速器分别為 2 個和 3 個； 3）RV 減速器和諧波減速器單價分别為 5000 元/台和 3000 元/台。

競争格局：諧波實現進口替代，RV持續進步

諧波的龍頭是哈默納科（HD），RV 的霸主是納博特斯克（帝人），2021 年這兩家全球市場 份額合計 75%左右，其中納博特斯克占 60%。 諧波減速器國産替代趨勢明顯，本土企業快速追趕哈默納科。2021 年，哈默納科占中國諧 波減速器 38%的市場份額，相較 2018 年過半的市場份額顯著下降。以綠的諧波為代表的 國産諧波減速器份額提升明顯，但在全球市場跟國際巨頭的市場份額依然存在差距。同時， 國内入局新玩家增多，除日本新寶、來福等原有廠商，同川、大族等企業也占據了一定的 市場份額。據 GGII 統計數據顯示，中國市場超 100 家本土企業涉足精密減速器的生産，其 中諧波減速器企業超 50 家，國内企業增多疊加技術叠代升級，繼續推動國産份額提升。

日企掌握全球 80%以上的 RV 減速器市場份額。據前瞻産業研究院數據，截至 2020 年，日 本機器人減速器企業占據了全球 80%以上的市場份額，RV 三巨頭是納博特斯克、住友、 SPINEA，其中博特斯克市場份額達到 60%。采埃孚減速機的性能跟精度也處于前列，主要 應用在高端機床上，工業機器人行業應用較少。 國産 RV 減速器在技術領域有所突破，但高端市場、重負載市場的市占率、産品系列完善 度方面有待進一步提高。國産 RV 以模仿起步，目前國内規模靠前的企業有雙環傳動、中大 力德、南高齒、南通振康、力克精密等。

國内廠商加快擴産節奏，滿足減速器增長需求。近年來主流減速器日企産能擴張計劃受疫 情影響進度減緩，加之日本的人工成本較高，國内廠商在擴産成本上備具一定優勢。綠的 諧波減速器産能已突破 30 萬台/年。RV 減速器方面，雙環傳動 21 年均實現 6 萬台套以上 産能，并計劃進一步産能擴充。

技術壁壘：加工設備、材料、工藝

國産減速器精度、壽命與外資仍有一定差距。在效率、減速比、傳動精度、扭矩剛度等關 鍵指标參數上，國産減速器已經基本達到了國際領先的産品水平，但是在使用壽命、故障 率等方面仍有差距。根據官網數據，納博特斯克銷量最高的 RV-C 和 RV-E 系列都具有更高 的額定輸出轉矩和減速比，同時壽命可以達到 6000 小時以上。與國外産品相比，一部分國 産減速器長時間使用後仍有出現的磨損、漏油、精度下降的情況，在産品穩定性和使用壽 命上仍需提升。減速器對技術積累要求非常高，細小的工藝差距會影響減速器的精度、損 耗速度和壽命。

打破海外技術壁壘的關鍵：設備、制造工藝。1）國内廠商仍以購買進口制造設備為主，部 分國家對我國有所限制，導緻國内企業對于新增需求無法做出快速反應，加之我國機床整 體制造水平偏低，對減速器零件加工工藝缺乏經驗，自主制造能力仍然受限。除了綠的諧 波等企業通過工藝、材料的改進解決設備卡脖子問題外，加速提高國産精密設備制造水平 仍為關鍵。2）減速器屬于薄壁零件，如果熱處理技術不過關，會導緻零件變形較大，RV 減速器 C 系列中的雙聯齒輪對于熱處理變形的控制等，均屬于技術難題。

2021年中國工業機器人伺服系統市場規模20.7億元

電機按用途可劃分為驅動用電動機和控制用電動機。1）驅動用電動機包括：電動工具用電 動機、家電用電動機及其他通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、 電子儀器等）用電動機。2）控制用電動機包括：步進電動機、伺服電動機、空杯電機等。

伺服系統直接影響工業機器人的運動精度、控制速度以及穩定性，主要包括伺服驅動器、 伺服電機、編碼器三部分。伺服系統是使物體的位置、方位、狀态等輸出被控量能夠随着 輸入量的任意變化而變化的自動控制系統。伺服系統由伺服驅動器發出信号給伺服電機驅 動其轉動，同時編碼器将伺服電機的運動參數反饋給伺服驅動器，伺服驅動器再對信号進 行彙總、分析、修正。整個工作過程通過閉環方式精确控制執行機構的位置、速度、轉矩 等輸出變量。

工業機器人行業占伺服系統下遊 9.4%，主要應用交流伺服電機，其中協作機器人主要用直 流無刷電機；服務機器人和醫療器械是對無刷直流伺服增長帶動比較明顯的領域。由于交 流伺服電機具有最大轉速高、速度控制平滑、振蕩小不易發熱以及适用于無塵、易爆環境 的諸多優點更加适應工業自動化對于運動控制的要求，目前大多數工業機器人與數控機床 都采用交流伺服電機。無刷直流伺服市場的增長與下遊行業應用以及細分行業中電機技術 替代趨勢密不可分，服務機器人和醫療器械是對無刷直流伺服增長帶動比較明顯的領域。

2017~2021 年，中國伺服系統市場從 97 億元增長至 224 億元，CAGR=23.27%。2021 年 中國伺服電機市場規模為 169 億元，2017-2021 年 CAGR=9.86%。其中，交流伺服電機市 場占比 65%，直流伺服電機占比 35%。2019 年交流伺服電機市場 90 億，2010 年至 2019 年 CAGR=9.67%，占比從 69%增長至 78%；直流伺服電機 25 億（2020 年無刷直流伺服 市場約 12 億），2010 年至 2019 年 CAGR=4.25%。

2021 年工業機器人伺服系統市場規模 20.68 億元，占比 9.4%。人形機器人采用直流伺服 電機和微型電缸系統，單台設備所需機電傳動器數量約 30~40 個，單台用量是多關節機器 人的 6~7 倍。由于人形機器人體積更大，以及對精度要求更高，人形機器人通常使用直流 無框力矩電機，可以在較小體積下輸出較大的力。其中對于頸關節、肩關節、肘關節、腕 關節、腰關節、膝關節、踝關節等大關節來說，一般采用标準的電機組合形式，電機功率 約 100~200 瓦。對于手部關節，空間狹小、要求較高，可選用微型電機系統和微型電缸系 統相組合的形式，電機功率大約 30 瓦左右。

短期來看，2020 Q2 以來中國交流伺服電機景氣持續上行，2022H1 增速開始放緩。2022 年上半年中國交流伺服電機銷售額為 123.32 億元，同比持平。2022Q2 同比略有下滑，主 要是由于疫情加劇上遊缺芯 機床下遊行業（傳統汽車、工程機械、3C）市場低迷導緻需求 持續減弱。表現得相對比較穩定的是大中型 PLC，在 2022Q2 仍保持同比正增長，主要得 益于新能源、半導體及部分項目型行業如化工、市政等仍保持增長。我們将持續關注下半 年行業需求的變化。

競争格局：外資占據高端市場，彙川打破壟斷

國内工業機器人伺服電機（主要是交流伺服）外資品牌占比約 65%，彙川技術打破外資壟 斷。外資品牌中以日系和歐美品牌為主導，國産品牌發展起步較晚，在伺服電機領域一直 處于追趕位置，2021H1 年國内企業市場份額整體市場份額較小，為 35%。國内企業中， 彙川技術在伺服電機的産量和業務布局及銷售占上處于領先地位，據 MIR 數據，2021 年 H1彙川技術以 15.9%的市場份額超越日系供應商安川、松下和三菱及中國台灣台達，排名第一。

中國無刷直流伺服市場集中度不高，CR10 市場份額不到 50%，銷售額在 1 億以上的隻有 1 家，5 千萬以上的隻有 5 家。這些供應商可分為三類：第一類采取電機 驅動器的成套供 應方式，主要企業有步科、雷賽智能、科爾摩根等；第二類廠商自己沒有驅動器産品，僅 供應電機給客戶，如國内的常州富興；第三類公司僅供應驅動器，如 ELMO、Copley、高 創等。在下遊高端應用市場中，科爾摩根、納諾達克、日系的多摩川等份額靠前。中端市 場國産廠商占比較多，步科、雷賽智能、江蘇雷利名列前茅。低端市場集中度不高，頭部 廠商的份額也沒有與後面的廠商拉開距離，步科、卧龍電機、和利時等領先。

伺服電缸：将伺服電機與絲杠一體化設計的模塊化産品，速度為 0.1~2m/s，因為閉環 伺服控制，所以控制精度較高，具有成本低，配置靈活等特點，是液壓缸和氣缸的最佳 替代品。國内生産伺服電缸的企業較多，包括：蘇州通錦、華歐精密、AIM 傳動天下、 上海冀望、惠州科特、東莞銳聯、台達集團、上海貝錫、上海霸田等。

技術壁壘：編碼器分辨率/響應速度達到國際水準，穩定性/耐用性存在差距

頭部國内企業中小功率産品的核心技術指标已經達到國際領先水平。根據我們的調研，編 碼器占電機成本的 30%，編碼器分辨率決定了伺服電機旋轉的角位移，編碼器分辨率越高， 控制精度也越高。目前安川Σ-7 系列與台達 ASDA 系列所配備的編碼器的分辨率最高，為 24bit，彙川已經達到 23bit 的分辨率，與國際領先水平差距較小。在過載能力方面松下、安 川、禾川、彙川與西門子的主流産品均已經擁有 3.5 倍的過載能力，國内企業以達到國際領 先水平。國内企業在産品使用穩定性及耐用性方面依然與國外領先企業存在差距。例如安川電機的 Σ-7 系列耐環境性能表現出衆，能夠在更嚴苛的環境下運行。其産品使用海拔高度為 2000 米，适用最高環境溫度為 60 攝氏度，而國内伺服産品一般适用溫度為 55 攝氏度，且需要 在大幅降低負載功率的條件下運行。

控制器是實現對工業機器人的位置、速度、加速度等進行控制的核心零部件，工業機器人 與人類的人機交互也依賴于控制器。控制系統主要由控制器（硬件）和控制算法（軟件） 組成。控制器通過分析伺服電機編碼器以及機器人傳感器所反饋的信号，通過給伺服驅動 器發送位置、速度指令的方式來完成對工業機器人的控制。工業機器人控制器的主流控制 方式為 PC-Based 控制，具有系統通用性強、可拓展性強的優勢，能夠滿足工業機器人複 雜運動的算法要求。

下遊應用場景分散，控制器供應鍊方式尚不明确。由于人形機器人的伺服驅動器數量高達 數十個，需要處理龐雜的數據，工業機器人的驅控一體很難實現，還需額外添加一個獨立 控制器。人形機器人控制器，對于客戶應用場景的了解及工藝要求是主要因素，單獨一家 廠商還很難将人形機器人做到各個場景的通用，廠商負責本體制造 控制部分做成開源系統 可能成為解決方案之一。目前人形機器人生産規模較小，未來進入量産階段後，供應鍊方 式尚不明朗。

2021年中國工業機器人控制器市場14.7億元，4年CAGR=8.78%

中國工業機器人控制器市場規模從 2017 年的 10.5 億元增長至 2021 年的 14.7 億元， CAGR=8.78%。根據中商産業研究院預測，2022 年我國機器人控制器市場規模 16.2 億元， 同比增長 10.2%。根據華經産業研究院，2020 年全球運動控制市場規模約為 196 億美元， 同比增長 4.81%，預計 2021 至 2025 年，全球運動控制市場規模将保持 5%的複合增長率。

競争格局：外資主導，國産品牌深耕研發

控制系統參與者分種類看： 一類是主流的大型機器人廠商，自主研發控制器和控制算法，包括 ABB、KUKA、發那科、 國内的埃斯頓等。工業機器人行業巨頭一般都采用控制器自産自用的模式，且各機器人廠 商的控制器無法兼容，因此控制器市場競争格局類似于機器人本體的競争格局。在國産機 器人公司中，埃斯頓于 2017 年初收購全球排名前十的運動控制品牌英國 TRIO，彙川技術 自主開發高性能标準型控制器 IMC100，廣州數控自主研發 RB、RMD、RB03A1 系列控制 器優化加減速性能，華中數控自主開發華數Ⅱ型控制系統為用戶提供整套工業機器人控制 解決方案；

另一類是專業的控制系統廠商，單獨售賣控制器，提供可擴展和二次開發的硬件和軟件平 台，包括 KEBA、貝加萊、倍福、泰道，國内的研華、固高科技、英威騰、雷賽智能、維 宏電子等。這類企業以國産廠商為主，主要服務于中低端市場，前五大廠商中，除了倍福 以 IPC 軟 PLC 在 2021 年占據了最大份額之外，2~5 名的廠商以國産為主，分别是：研華、 固高科技、雷賽智能、維宏電子。這個領域裡，外資如西門子雖然在中國市場份額占比不 高，但其産品應用的市場瞄準高端市場，産品品質和技術含量有保證。

技術壁壘：軟件算法為核心，需深入理解行業

國内外控制器技術差距主要在于軟件算法，而軟件算法則建立在對應用行業的深入理解之 上。控制器中的硬件主要包括工控計算機以及示教器/電腦面闆兩類。由于工業機器人運動 控制精度并不需要達到微米級别，因此控制器對工控計算機中内置的芯片要求不高，并不 存在難以逾越的技術壁壘。目前國内外機器人控制器技術差距主要體現在控制算法上面， 控制算法的叠代需要在下遊不斷試錯調整中進行。國外巨頭因為進入汽車、3C 電子行業時 間較早，對應用行業生産工藝的理解較深，通過根據下遊客戶的問題反饋将自己的算法不 斷叠代進化建立了先發優勢。國産品牌控制算法在工業機器人成熟應用行業短時間内追平 國外龍頭難度較大，突破外資主導市場格局的機會在于工藝變化較快的光伏、锂電、物流 等新興下遊行業。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】未來智庫 - 官方網站

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