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1、请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2023.11.13 Tesla bot 孕育新革命，汽零迎再成长机遇孕育新革命，汽零迎再成长机遇 人形机器人行业报告人形机器人行业报告 吴晓飞吴晓飞(分析师分析师)管正月管正月(分析师分析师) 证书编号 S0880517080003 S0880521030003 本报告导读：本报告导读：特斯拉强势参与人形机器人开发，打造特斯拉强势参与人形机器人开发，打造下一个比肩新能源汽车级别的下一个比肩新能源汽车级别的新终端，特斯拉新终端，特斯拉产业链及有潜在能力向机器人产业延伸的汽车零部

2、件有望打开成长新空间。产业链及有潜在能力向机器人产业延伸的汽车零部件有望打开成长新空间。摘要：摘要：投资建议：投资建议：以特斯拉为代表的汽车厂商积极投入人形机器人产业，汽车零部件有望发挥研发、制造、资金等优势，借助汽车客户优势，切入机器人新赛道。人形机器人蓝海市场即将爆发，汽车零部件供应商向机器人业务延伸打造成长新曲线，其中执行总成、减速器、丝杠等环节弹性大，部分汽车零部件供应商原有业务与机器人关键部件有协同性，有望向机器人业务延展，推荐双环传动、拓普集团、精锻科技，受益标的三花智控、贝斯特等。特斯拉人形机器人迭代加速，孕育新科技革命。特斯拉人形机器人迭代加速，孕育新科技革命。特斯拉将人形机器

3、人 Optimus 系列与电动车 Model 系列作为同样重要的产品线，希望打通工业、商用、家用场景限制，填补劳动力缺口，用机器代替人类执行危险、无聊、重复和人们不愿意做的工作，打造下一代的超级智能终端。2022-2023 年特斯拉人形机器人以每 3-6 个月的时间间隔加速迭代，擎天柱从缓慢挥手向集体行走到单腿直立等复杂动作迅速迭代，越来越接近商业化落地，人形机器人蓝海市场即将爆发。执行器总成是人形机器人硬件的核心，精密减速器、丝杠、空心杯执行器总成是人形机器人硬件的核心，精密减速器、丝杠、空心杯电机等零件弹性充足。电机等零件弹性充足。人形机器人大规模量产后预计执行器总成仍占据人形机器人最主要

4、的成本，其中旋转执行器和线性执行器分别占成本的 38.4%和 33.6%。按每 100 万台人形机器人测算，考虑量产后的成本和价格下降，关键零部件无框力矩电机、精密减速器、滚柱丝杠、力传感器、空心杯电机的增量市场空间分别为 280 亿元、140 亿元、140 亿元、140 亿元、96 亿元，较现有市场空间均显著提升，相关供应链弹性十足。汽车零部件向机器人产业延伸，把握汽车零部件向机器人产业延伸，把握特斯拉产业链二次特斯拉产业链二次成长新机遇。成长新机遇。特斯拉机器人的设计、开发、供应链借鉴了汽车的丰富经验，相关汽车零部件有望率先参与特斯拉机器人产业，打造第二成长曲线。我们认为在汽车零部件寻找机

5、器人相关投资机会选择的标准有两个：一是特斯拉车链供应商，二是具有机器人相关业务或者原有业务有向机器人延伸可能的公司。机器人关节的执行总成、减速器、丝杠等环节弹性大，部分汽车零部件供应商原有业务与机器人关键部件有协同性，有望向机器人业务延展，推荐双环传动、拓普集团、精锻科技，受益标的三花智控、贝斯特等。风险提示：风险提示：人形机器人技术进展不及预期；机器人产业政策风险；核心零件降本不及预期。评级：评级：增持增持 上次评级：增持 细分行业评级 相关报告 汽车向机器人延伸的汽车零部件预期强化 2023.11.12 汽车10 月销量环比基本持平，新能源持续高增 2023.11.10 汽车销量同环比提升

6、，汽车旺季维持高景气度 2023.11.09 汽车销量同比高增，燃气车及出口景气度持续 2023.11.06 汽车小米汽车将至，生态、渠道、流量共振 2023.11.06 行业更新行业更新 股票研究股票研究 证券研究报告证券研究报告 汽车汽车 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 37 目目 录录 1.结论及投资建议.3 2.Tesla bot 不断迭代，孕育下一轮科技革命.3 2.1.特斯拉引领，人形机器人即将爆发.3 1.1.人形机器人有望成为下一个新能源汽车.5 3.人形机器人的关键部件.7 3.1.采用电驱路线，执行器是人形机器人

7、的最核心.7 3.2.精密减速器：旋转执行器的“肌腱”.9 3.3.丝杠：化旋转为直线运动，线性执行器的关键.16 3.4.空心杯电机：灵巧手关节的主体.22 3.5.人形机器人的其他关键零部件.25 3.5.1.无框力矩电机.25 3.5.2.力传感器.27 3.5.3.编码器.30 4.汽车零部件在人形机器人中的投资机会.32 4.1.发挥汽车设计制造优势，汽车供应链向人形机器人拓展.32 4.2.受益人形机器人，汽零有望打造成长新曲线.34 5.风险提示.35 YZwUNAdW8ZiYqMqM8OdN8OtRqQnPoNjMoPmNkPpOmR6MnMsRwMnPqOMYmRsR 行业更

8、新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 37 1.结论及投资建议结论及投资建议 以特斯拉为代表的汽车厂商积极投入人形机器人产业，汽车零部件有望发挥研发、制造、资金等优势，借助汽车客户优势，切入机器人新赛道。特斯拉机器人的设计、开发、供应链借鉴了汽车的丰富经验，相关汽车零部件有望率先参与特斯拉机器人产业，打造第二成长曲线。我们认为在汽车零部件寻找机器人相关投资机会选择的标准有两个：一是特斯拉车链供应商，二是具有机器人相关业务或者原有业务有向机器人延伸可能的公司。机器人关节的执行总成、减速器、丝杠等环节弹性大，部分汽车零部件供应商原有业务与机器人关键

9、部件有协同性，有望向机器人业务延展，推荐双环传动、拓普集团、精锻科技，受益标的三花智控、贝斯特等。表表 1：重点公司盈利与估值表：重点公司盈利与估值表 股票代码 股票名称 收盘价（11.10）PE EPS 评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 002050.SZ 三花智控 27.7 38.5 32.6 26.1 0.7 0.9 1.1-601689.SH 拓普集团 69.8 45.3 31.9 22.6 1.5 2.2 3.1 增持 002472.SZ 双环传动 27.3 37.4 28.1 20.8 0.7 1.0 1.3 增持 300258.SZ 精

10、锻科技 13.2 25.2 21.6 17.6 0.5 0.6 0.8 增持 300580.SZ 贝斯特 32.9 28.9 39.6 31.3 1.1 0.8 1.1-数据来源：wind，国泰君安证券研究。三花智控、贝斯特盈利预测来自 wind 一致预测，其他来自国泰君安证券研究。2.Tesla bot 不断迭代，孕育下一轮科技革命不断迭代，孕育下一轮科技革命 2.1.特斯拉引领，人形机器人即将爆发特斯拉引领，人形机器人即将爆发 特斯拉强势进军人形机器人市场，引领下一轮科技革命。2021 年 8 月19 日，特斯拉在首个 AI 日上发布人形机器人概念图及视频，宣布特斯拉通用机器人计划。202

11、2 年 9 月 30 日的 AI 日特斯拉 Optimus 原型机首次现身，特斯拉人形机器人加速推进。特斯拉计划将 Optimus 系列机器人与 Model系列电动车作为同样重要的产品线，打通工业、商用、家用场景限制，填补劳动力缺口，用机器代替人类执行危险、无聊、重复和人们不愿意做的工作，整合各类应用场景，成为继 PC、手机、智能电动汽车后下一代的超级智能终端。图图 1：特斯拉人形机器人特斯拉人形机器人 Optimus 原型机原型机 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 37 数据来源：特斯拉发布会 特斯拉人形机器人不断迭代，商业化落地持

12、续加速。2022 年 9 月特斯拉原型机只能缓慢张手、抬手，发布会现场由工人人员搬运出场，发布会展示的视频中只能做下蹲、拿/搬运箱子、抓取物体、浇花等简单动作。2023 年 5 月特斯拉发布的演示视频中可以集体步行、灵活抓取放下物体等更复杂的动作。2023 年 9 月，特斯拉再度发布新视频，特斯拉机器人可以依靠视觉对物体分类、找准身体平衡感，能做出单腿直立等动作。特斯拉人形机器人以每 3-6 个月的时间间隔加速迭代，细节方案越来越向商业落地靠近。图图 2：特斯拉人形机器人不断迭代特斯拉人形机器人不断迭代 数据来源：Tesla 2022 AI Day 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条

13、款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 37 图图 3：2023 年年 5 月特斯拉月特斯拉机器人可以机器人可以集体步行、灵活集体步行、灵活抓取放下物体抓取放下物体 图图 4：2023 年年 9 月特斯拉机器人可以物体分类、找准月特斯拉机器人可以物体分类、找准身体平衡感身体平衡感、单腿直立等动作单腿直立等动作 数据来源：特斯拉官网 数据来源：特斯拉官网 1.1.人形机器人人形机器人有望成为有望成为下一个新能源汽车下一个新能源汽车 回顾新能源车的发展，人形机器人处在商业化的前夜。在特斯拉出现之前，新能源车也面临过成本与需求不清晰的混沌期，主要是短期技术的限制造成的。尽管电动汽车 19

14、世纪就诞生，早于汽油车，但当时电池密度低、寿命端，无法与快速进步的内燃机汽车竞争，在过去百年之中市场先选择了汽油车。随着 2005 年后电池技术的多轮迭代，续航、充电、寿命等性能都取得突破，在特斯拉的引领下，成本与需求的瓶颈被打破，新能源汽车市场最终迎来了爆发。人形机器人目前尚未大规模量产，但随着控制方法、人工智能、深度学习等计算机、通信技术的不断突破，人形机器人快速迭代，以最新一代的波士顿动力双足机器人 Atlas 为例，仅 6 年左右的时间，Atlas 从蹒跚学步进展到了流畅跑酷。在劳动力不足的大背景下，技术进步叠加资本进入，产业也亟待更多人形机器人的市场化落地。图图 5：新能源车在能源和

15、环境问题的背景下经历了多轮技术迭代，由特斯拉引领走向市场化新能源车在能源和环境问题的背景下经历了多轮技术迭代，由特斯拉引领走向市场化 数据来源：国泰君安证券研究 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 37 图图 6：随着计算机、通信、人工智能、深度学习等技术的进步，人形机器人产业即将爆发随着计算机、通信、人工智能、深度学习等技术的进步，人形机器人产业即将爆发 数据来源：国泰君安证券研究 特斯拉有望成为人形机器人行业的破局者，特斯拉人形机器人 Optimus是新能源车中的 Model 系列。特斯拉从 Roaster 到 Model S/X，

16、再到Model 3/Y，加速了全球电动化，尤其是特斯拉中国工厂，一方面实现了更高效率、更低成本的大规模生产，另一方面拉动了消费者对电动车接受度的提升。特斯拉人形机器人有望复制其在新能源汽车上的路径，发挥其强大的工程能力以及人工智能上的优势，整合并创新现有技术，实现低成本、高效率的大规模量产，推动人形机器人全球化的应用。另外，中国供应链在特斯拉新能源汽车降本上发挥了重要作用，上海工厂扮演了特斯拉产能释放的最重要的角色之一，我们认为在人形机器人市场，中国供应商和供应链同样也会发挥类似的作用。图图 7：特斯拉的特斯拉的 Model 系列历经系列历经 10 年，推动了全球新能源汽车发展年，推动了全球新

17、能源汽车发展 数据来源：国泰君安证券研究 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 37 3.人形机器人的关键部件人形机器人的关键部件 3.1.采用电驱路线，执行器是人形机器人的最核心采用电驱路线，执行器是人形机器人的最核心 特斯拉人形机器人采用电驱动的技术路线，即电机+减速器的执行器。根据 2022 年特斯拉 AI DAY 发布会，特斯拉人形机器人全身包括 28 个运动关节（不含手部），采用集中式的布局，包括三种旋转执行器和三种线性执行器。特斯拉的人形机器人手指有 6 个执行器和 11 个自由度，搭载了能够驱动手指并进行感知的传感器。图图

18、8：2022 年年特斯拉特斯拉 AI DAY 展示的展示的机器人机器人关节方案关节方案 数据来源：Tesla 2022 AI Day，国泰君安证券研究 图图 9：特斯拉机器人关节各类驱动器的全身分布特斯拉机器人关节各类驱动器的全身分布 数据来源：Tesla 2022 AI Day 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 37 图图 10：特斯拉特斯拉机器人机器人关节驱动器共有关节驱动器共有 2 类类 6 种种 图图 11：特斯拉机器人手指有特斯拉机器人手指有 6 个执行器个执行器 11 个自由度个自由度 数据来源：Tesla 2022 AI

19、 Day 数据来源：Tesla 2022 AI Day 表表 2：特斯拉机特斯拉机器人器人 28个关节分布个关节分布 旋转关节旋转关节 直线关节直线关节 自由度合计自由度合计 手臂手臂 肩部 3*2（110Nm)7*2 肘部 1*2(3900N)腕部 1*2（20Nm）2*2（500N）腰部腰部 2（180Nm）2 腿部腿部 髋部 2*2（180Nm）1*2（8000N）6*2 膝盖 1*2（8000N）脚踝 2*2（3900N）合计合计 14 14 28 数据来源：Tesla 2022 AI Day，国泰君安证券研究 机器人关节驱动器是双足仿人机器人关键部件，按动力来源可以分为液压、气动、电

20、机驱动等，特斯拉人形机器人采用电机驱动的方式。电机驱动方案的驱动器一般由电机、减速器、编码器、控制板和控制软件等组成，分为刚性驱动器、弹性驱动器和准直驱驱动器等类型。传统刚性驱动器由电机、高传动比减速器、刚性力矩传感器、输出端组成，其中刚性力矩传感器是可选择项；弹性驱动器在高传动比减速器与输出端之间加了弹性体，用位置传感器检测弹性体的形变，可以推断出力矩的大小；准直驱驱动器是高力矩密度电机+低传动比减速器的组合，通过电机的电流大小间接推断出输出力矩的大小。图图 12：双足仿生机器人驱动器从刚性驱动器向弹性驱动器、准直驱驱动双足仿生机器人驱动器从刚性驱动器向弹性驱动器、准直驱驱动器发展演进器发展

21、演进 数据来源：哈尔滨工程大学学报国内外双足人形机器人驱动器研究综述 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 37 刚性驱动器设计理论相对成熟，在传统的双足机器人、工业机器人、协作机器人和工业精密转台等方面得到广泛应用，但由于电机和减速器功率密度限制，限制其在双足仿人机器人上的应用。弹性驱动器由于弹性体引入，给控制带来了难度，尤其在机器人腿部使用，因此弹性驱动器需要在功率密度、能量效率、结构布局等指标间平衡，结合机器人整机结构布局、运动步态控制算法做整合优化。准直驱驱动器目前主要应用在四足机器人中，技术发展迅速，但需要在编码器技术创新和电机

22、功率密度上突破。表表 3：双足仿生机器人驱双足仿生机器人驱动器各有特点动器各有特点 刚性驱动器刚性驱动器 弹性驱动器弹性驱动器 准直驱驱动器准直驱驱动器 方案特征方案特征 常规电机+高减速比减速箱+高刚度力矩传感器+输出端 常规电机+高减速比减速箱+柔性弹性体+输出端 大力矩输出密度电机+低减速比减速箱+小惯量输出端 力矩测量力矩测量 基于应变片原理 基于编码器原理 电流环 应用场景应用场景 传统双足人型 双足人型 四足以及双足小人型 技术水平技术水平 相对完善成熟 主流研究中 正发展崛起 主要优点主要优点 高频响应，技术成熟，输出能力强 柔性抗外界冲击性能强且能够储能，输出能力强 高频响应，

23、抗冲击能力强，力矩反馈精准 主要缺陷主要缺陷 高刚度，动态物理交互性能较差，大冲击下容易损坏减速箱 刚度较小，高频力矩响应性能较弱，通频带较窄 小减速比减速箱，能量输出密度不足 成本成本 高 高 低 发展形势发展形势 发展趋势减缓，应用在外界环境相对确定的特定场合 仍在发展中，需要提高力控反馈精准测量的技术以及选择研究合适应用场景的弹性体刚度以提升力控响应性能 兴起发展中，关键制约其广泛应用因素在于本体大力矩电机的性能仍不能满足大人型的力矩输出要求 逐渐被取代 只要本体电机性能上来，将会逐渐被取代 等待本体电机性能突破瓶颈 应用机器人应用机器人 KAIST HUBO（双足）NASA Valky

24、rie，IIT Walkman（双足），ETH Starl（四足）MIT Cheetah（四足），ZJU 赤兔（四足）数据来源：哈尔滨工程大学学报国内外双足人形机器人驱动器研究综述，国泰君安证券研究 3.2.精密减速器精密减速器：旋转执行器的“肌腱”：旋转执行器的“肌腱”特斯拉人形机器人的肩、髋等需要大角度旋转关节所采用的主要是旋转执行器。根据特斯拉 2022 年 AI Day 发布会，特斯拉旋转关节分为 3 种尺寸，由无框电机、双编码器、力矩传感器、谐波减速器组成。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 37 图图 13：Tesla 2

25、022 AI Day 展示了展示了 3 款旋转关节款旋转关节 数据来源：Tesla 2022 AI Day 图图 14：特斯拉旋转执行器的结构特斯拉旋转执行器的结构 数据来源：Tesla 2022 AI Day 精密减速器是旋转执行机构的核心部件之一。减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用，类似于工业机械的“肌腱”。电机有高转低扭的特点，因此每台伺服电机都要搭配使用一个减速器，实现降低转速、提升扭矩以满足不同的工况。按照控制精度划分，减速器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、

26、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、精密行星减速器等。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 37 图图 15：减速器分为一般传动减速器和精密减速器减速器分为一般传动减速器和精密减速器 数据来源：绿的谐波招股书，国泰君安证券研究 谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装置，其构造主要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个基本构件组成。谐波传动有

27、回差小、运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等优点。图图 16：谐波减速器由刚轮、柔轮、波发生器组成谐波减速器由刚轮、柔轮、波发生器组成 数据来源：绿的谐波招股书 谐波传动的工作原理采用波发生器主动、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。柔轮是谐波减速器关键部件，在谐波减速器运动中不断变形，容易发生疲劳断裂，因此提升柔轮精度、保持寿命是柔轮设计和热处理工艺最为

28、关键的目标，其原材料、齿轮齿形设计以及热处理工艺都会对其性能产生影响。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 37 图图 17：谐谐波传动使用柔性机构实现机械传动波传动使用柔性机构实现机械传动 数据来源：绿的谐波招股书 RV 减速器是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置的基础上发展起来的传动机构。RV 减速机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，主要零件包括正齿轮（行星轮）、RV 齿轮、曲柄轴、销（针齿销）、外壳（针轮）、输出轴等。图图 18：RV 减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的减速机由一个行星齿轮

29、减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成后级组成 数据来源：双环传动官网 RV 减速机通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速。正齿轮变速通过行星轮和太阳轮实现的齿轮变速。差动齿轮变速是行星轮带动曲轴旋转，曲轴带动 RV 齿轮摆动。在第一减速部中，输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮，按齿数比进行减速；在第二减速部中，有一个曲柄轴与直齿轮相连接，在曲柄轴的偏心部分，通过滚动轴承安装 RV 齿轮，曲柄轴会带动 RV 减速机做偏心运动，当曲柄轴转动一周，RV 齿轮就会沿与曲柄轴相反的方向转动一个齿，从而达到减速效果。RV 减速机具有高精度、大速比、高刚性、高过负载及长寿命特点，且具有振动小，噪音低，能

30、耗低等优点。RV 减速器与谐波减速器一样，具有精度高、单机传动比大等特点，但相较于谐波减速器，RV 减速器组成更加复杂，导致体积和重量较大，由于不存在变形运动，因此具有更高的刚性和扭矩承载能力，主导重负载精密减速器领域。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 37 图图 19：RV 减速机通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速减速机通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速 数据来源：纳博特斯克，国泰君安证券研究 行星减速机包含一个中央太阳齿轮，由几个行星齿轮包围，由行星架固定，并封闭在齿圈内。当入力侧动力驱动太阳齿时，可带动行星齿轮自转，并依循

31、著内齿环之轨迹沿著中心公转，行星之旋转带动连结于托盘之出力轴输出动力，利用齿轮的速度转换器，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。行星减速机有重量轻、体积小、传动比范围大、效率高、运转平稳、噪声低适应性强等特点，采用直齿与斜齿两种齿轮类型，通常减速比 10以下为一级减速，当一个齿轮传动无法满足比较大的齿轮传动比时，必须 2 套或 3 套来满足大减速比的需求，但容积会增大，因此行星减速机主要运用于直角坐标系智能机器人。图图 20：RV 减速机通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速减速机通过正齿轮变速、差动齿轮变速进行变速 数据来源：engineeringclicks 不同减速原

32、理的减速机构各有特点，需要根据机器人的设计侧重不同对减速器选型。一般采用大减速比的机构使用谐波减速器或者摆线针轮减速器，小减速比的机构选择行星减速器、皮带/链条传动、简单齿轮传动等。减速器的选型取决于机器人的功能、空间布局和设计等多方面因素，各类减速器的性能没有绝对的优劣之分。其中，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。在输出力矩相同时，谐波减速器相比一般减速器的体积可减少 2/3，重量可减轻 1/2，因此谐波减速器在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV 减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，具有更高的刚性和扭

33、矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。谐波减速器容许力矩负载在 1,500N m 以 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 37 内，RV 减速器容许力矩负载可达 8,000Nm，因此谐波减速器在大负载工况下有局限，RV 减速器在轻量化工况下有不足。此外，RV 减速器零部件数量多，制造和装配难度大，大规模生产难度更高。表表 4：RV 减速器和谐波减速器区别减速器和谐波减速器区别 项目项目 RV减速器减速器 谐波减速器谐波减速器 技术特点技术特点 通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，组

34、成的零部件较多 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 RV 及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。产品性能产品性能 大体积、高负载能力和高刚度 体积小、传动比高、精密度高 应用场景应用场景 一般应用于多关节机器人中机座、大臂、肩部等重负载的位置。主要应用于机器人小臂、腕部或手部。终端领域终端领域 汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有 RV 减速器的重负载机器人。3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的 30kg 负载以下的机器人。价格区间价格区间 5,000-8,000 元/台 1,000-5

35、,000 元/台 数据来源：绿的谐波招股说明书，国泰君安证券研究 表表 5：RV 减速器和谐波减速器减速器和谐波减速器主要技术指标差别主要技术指标差别 主流技术指标主流技术指标 RV减速器减速器 谐波减速器谐波减速器 背向间隙背向间隙 60 arc sec 20 arc sec 传动效率传动效率 80%大于 75%温升温升 45 40 噪声噪声 70db 60db 减速比减速比 30-192.4 30-160 额定转矩下使用寿命额定转矩下使用寿命 6,000h 大于 8,000h 额定输出转矩额定输出转矩 101-6,135Nm 6.6-921Nm 扭转刚性扭转刚性 20-1,176Nm/ar

36、c min 1.34-54.09Nm/arc min 数据来源：绿的谐波招股书，国泰君安证券研究 全球谐波减速器和 RV 减速器市场格局集中度高，长期被日本厂商主导，但国产厂商不断追赶，国产化率逐步提升。精密行星减速器市场格局较分散，众多国产厂商均有参与。谐波减速器市场上，日本厂商哈默纳科长期占据主导地位，2021 年哈默纳科占据全球谐波减速器市场的 82%，绿的谐波占比 7%，其他厂商占比 11%。中国谐波减速器市场上，2021 年哈默纳科与绿的谐波分别以36%、25%的市场份额处于领先地位，来福、新宝、大族、德福分别占据 8%、7%、5%、4%的市场份额。行业更新行业更新 请务必阅读正文之

37、后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 37 图图 21：哈默纳科占据全球谐波减速器主要市场份额哈默纳科占据全球谐波减速器主要市场份额 图图 22：国内谐波减速器市场国内谐波减速器市场国产替代趋势明显国产替代趋势明显 数据来源：科峰智能招股书，国泰君安证券研究 数据来源：科峰智能招股书，国泰君安证券研究 根据高工机器人统计，2022 年国内 RV 减速器市场国产替代趋势显著，纳博特斯克虽然以 51%市占率稳居首位，但同比持续下降，国产品牌环动科技、珠海飞马、秦川、中大力德、南通振康市场份额逐步攀升，市占率分别达 14%、8%、4%、4%、3%。在全球范围内，德国、日本等国

38、家的精密行星减速器产品在材料、设计水平、质量控制、精度、可靠性和使用寿命等方面处于行业领先地位。精密行星减速器国产厂家有科峰智能、纽氏达特、中大力德等，国外精密行星减速器主要厂家为日本新宝、纽卡特、威腾斯坦等。2022 年国内精密行星减速器市场，日本新宝市场份额约 20.4%，处于领先地位。图图 23：纳博特斯克占国内纳博特斯克占国内 RV 减速器市场主要份额减速器市场主要份额 图图 24：国内国内行星行星减速器市场格局较为分散减速器市场格局较为分散 数据来源：高工机器人产业研究，国泰君安证券研究 数据来源：科峰智能招股书，国泰君安证券研究 目前仿生机器人的关节减速器方案以谐波为主，不同类型的

39、机器人减速器选型各有特点，随着关节方案的推陈出新，相应的减速器设计有望不断创新。仿生机器人代表厂商中优必选 WalkerX 每条腿使用了 6 个谐波减速器，美国敏捷机器人 Digit 每条腿会使用 4 个谐波减速器，美国 OSU（俄勒冈州立大学）的 Cassie 双足机器人采用的是 1 级或 2 级行星减速器。Tesla Bot 采用的是高减速比的谐波减速器，Honda Asimo 采用的也是类似的设计。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 37 表表 6：仿生机器人仿生机器人关节关节大多采用谐波减速器大多采用谐波减速器方案方案 小米小

40、米CyberDog 2 特斯拉特斯拉Optimus 傅利叶傅利叶 GR-1 智元远征智元远征 A1 优必选优必选Walker 本田本田 ASIMO 敏捷敏捷 Digit 发布时间发布时间 2023 年 8 月 2022 年 10 月 2023 年 7 月 2023 年 8 月 2018 年 2000 年 10 月 2023 年 4 月 减速器方案减速器方案 行星减速器+无框力矩电机 谐波减速器+无框力矩电机 行星减速器 行星减速器（准直驱方案）谐波减速器+无框力矩电机 谐波减速器+伺服电机 谐波减速器+摆线减速器+伺服电机 减速比减速比 7.75：1 10：1 自由度自由度 12 个 28 个

41、 40 个 49 个+36 个 26 个 20 个 特点特点 动力强劲、控制精度高、响应速度快、减轻冗余负重、实现高槽满率 自由度较高，拥有自动驾驶技术和极强算力的计算机芯片，承受力高，模仿动作完成度较好 高度仿生躯干构型，拟人控制，高度的精确性和灵活性 关节能量利用率高，灵巧手精密操作性能好 协调操作，动态平衡抗干扰，复杂路况自适应 动作简单、速度较慢 身体结构轻量化，四肢行动力好，双臂操作能力强 数据来源：各公司官网及发布会，国泰君安证券研究 人形机器人的关节数量远高于工业机器人（每台使用 2-6 个），因此人形机器人的爆发将大幅扩大精密减速器的使用量。图图 25：全球减速器装机量近两年实

42、现正增长全球减速器装机量近两年实现正增长 图图 26：中国减速器装机量持续增长中国减速器装机量持续增长 数据来源：IFR，国泰君安证券研究 数据来源：IFR，国泰君安证券研究 3.3.丝杠：化旋转为直线运动，线性执行器的关键丝杠：化旋转为直线运动，线性执行器的关键 特斯拉线性执行器是通过丝杠机构将电机的旋转运动转化成直线运动，进而实现对机械装置的直线位移。线性执行器是特斯拉 Optimus 两大类执行器之一，特斯拉 2022 年 AI DAY 发布会上展示的方案是无框电机+丝杠+力传感器+单编码器，全身 28 个关节中线性执行器占一半，即全身共有 14 个线性执行器，腿部和上肢均有分布。行业更

43、新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 17 of 37 图图 27：Tesla 2022 AI Day 展示了展示了 3 款直线关节款直线关节 数据来源：Tesla 2022 AI Day 图图 28：特斯拉线性执行器的结构特斯拉线性执行器的结构 数据来源：Tesla 2022 AI Day 线性执行器的动力源仍是基于旋转的无框力矩电机，通过丝杠将相应的旋转运动最终转化成直线运动。相比旋转关节，线性执行机构的精度和刚度更好，耐冲击性强，能量效率高，因此擎天柱的线性执行器主要分布在腿部负责支撑和承力的髋关节（每条腿 1 个）、膝关节（每条腿 1个）及踝关节

44、（每条腿 2 个），上肢的肘关节（每个手臂 1 个）和腕关节（每个手臂 2 个）。腿部和肘关节采用线性执行器驱动器关节的优点是空间利用率高，可以纵向布局，布置更大更长的电机，提供更大的推动力，实现低功耗高推力。特斯拉的线性执行器在极限测试中能提起一架 500kg 重的钢琴。不过同样功率密度下，丝杠的输出速度偏低，关节力透明度欠佳。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 18 of 37 图图 29：特斯拉直线关节特斯拉直线关节承重力大，承重力大，能提起一架能提起一架 500kg 重的钢琴重的钢琴 数据来源：Tesla 2022 AI Day 丝杠是将

45、旋转运动变成直线运动的传动副零件，按摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。滑动丝杠的牙型多为梯形，滚动丝杠分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。2022 年 AI DAY 发布会上特斯拉机器人线性执行器的方案中使用了 10 个行星滚柱丝杠和 4 个梯形丝杠。图图 30：丝杠可分为滑动、滚动和静压丝杠三大类丝杠可分为滑动、滚动和静压丝杠三大类 数据来源：国泰君安证券研究 滑动丝杆与滚动丝杠相比结构更简单，由螺杆和螺母组成，没有滚珠或滚柱。滑动丝杆的优点是制造简单，成本低，有自锁性（相对滚珠丝杆），但传动效率、精度、转速均不如滚动丝杠。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必

46、阅读正文之后的免责条款部分 19 of 37 图图 31：滑动丝杆滑动丝杆结构结构 图图 32：滚柱丝杠副结构滚柱丝杠副结构 数据来源：工程机械与设计网 数据来源：工程机械与设计网 图图 33：行星滚柱丝杠行星滚柱丝杠结构结构 数据来源：GSA 行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的结构相似，区别在于行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱，是线接触；滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，是点接触。行星滚柱丝杠在主螺纹丝杠的周围布置了 6-12 个螺纹滚柱丝杠，滚柱螺母内使用的是小螺纹滚柱与主丝杠相互啮合，螺母的结构类似于行星齿轮箱，因此行星滚珠丝杠的承载能力非常强。行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠丝杠的 3 倍，寿命为滚珠

47、丝杠的 15 倍，转速更高，体积更小，可以自锁部分。滚珠丝杠是点接触，因此摩擦力小，相比滚柱丝杠的传动效率高，噪音小，但负载、刚性、耐冲击性、寿命、转速等性能不如滚柱丝杠，且不能自锁。成本上，滚珠丝杠高于滑动丝杆，但低于滚柱丝杠。表表 7：各类丝杠的特点比较各类丝杠的特点比较 滑动丝杠滑动丝杠 滚珠丝杠滚珠丝杠 滚柱丝杠滚柱丝杠 传动效率传动效率 较低，26%-46%高，显著节能，92%-98%较高，摩擦低情况下 90%转动速度转动速度 慢，滑动摩擦发热明显，转速一般不超过 3000RPS 较快，点接触滚动摩擦热效应小，额定转速 3000-5000RPS 快，线接触滚动摩擦热效应小，承载能力好

48、，转速可达 6000RPS 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 20 of 37 导程精度导程精度 低 较高，受滚珠直径限制，通常为毫米级 高，可通过调整螺纹达到微米级 使用寿命使用寿命 短，滑动摩擦损伤较大 长，滚动摩擦损伤较小 很长，是滚珠丝杠的 10 倍以上，荷载运动可达 1000 万次+微进给微进给 难以实现，滑动运动存在爬行现象 可实现，滚珠运动启动力矩小 可实现，启动力矩小 自锁性自锁性 存在，与导程角大小、表面粗糙程度相关 无，需加装制动装置 无，需加装制动装置 国产化率国产化率 高 60%+低，起步阶段 生产成本生产成本 低 较低

49、 高 应用场景应用场景 广泛用于金属切削机床及各类精度较低的传动机构 高精度要求的场景诸如机器人、精密机床、电子机械、输送机等工业板块 机器人、工业自动化领域，正逐步替代滚珠丝杠 数据来源：GSA，上海新剑，国泰君安证券研究 反向行星滚柱丝杠的工作原理与标准滚柱丝杠相同，只是螺母和螺钉的功能相对于滚柱相反。由螺母旋转作为主动输入，丝杠直线运动作为被动输出。螺母旋转时，滚柱既绕着螺母轴线公转，又绕着自身轴线自转。反向式行星滚柱丝杠因其可将螺母作为电机转子实现电机和直线传动机构融合设计的特点，在要求空间紧凑的机电伺服系统中得到了越来越多的应用。特斯拉 2022 年 AI DAY 发布会中的线性执行

50、机构采用了反向行星滚柱丝杠技术，即螺母旋转、螺杆不动的滚柱丝杠方案。图图 34：反向行星滚柱丝杠反向行星滚柱丝杠结构及原理结构及原理 数据来源：GSA 全球滚柱丝杠厂商主要在欧洲，舍弗勒基本垄断国际高端行星滚柱丝杠市场，国内只有少量厂商参与滚柱丝杠的研发和生产，产品性能与国外厂商差距较大。全球具有大批量制造滚柱丝杠的厂商主要有 4 家，包括瑞士的 GSA、瑞士的 ROLLVIS、法国的 EWELLIX 和美国的 MOOG（滚柱丝杠业务收购的意大利 VCS），其中舍弗勒控股 GSA，2022 年收购了EWELLIX，ROLLVIS 2016 年被 GSA 收购，因此国际高端行星滚柱丝杠市场均被舍

51、弗勒控制，GSA 是全球最大的滚柱丝杠厂商。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 21 of 37 图图 35：舍弗勒控制舍弗勒控制全球高端行星滚柱丝杠市场全球高端行星滚柱丝杠市场 数据来源：国泰君安证券研究 EWELLIX、Rollvis、GSA 是全球滚柱丝杠龙头，国内厂商与国外差距较大，滚柱丝杠的国产化率较低。2022 年 Rollvis、GSA 和 Ewellix 在中国市场份额占比分别为 26%、26%、14%，中国本土行星滚柱丝杠厂商合计市场份额占比为 19%。图图 36：国内滚国内滚柱柱丝杠市场竞争格局分散丝杠市场竞争格局分散 数据来

52、源：E 公司滚柱丝杠产品营销策略，国泰君安证券研究 滚珠丝杠市场上 NSK、THK、HIWIN、SKF 等是主要的供应商，其中日本和欧洲滚珠丝杆企业占据了全球约 70%的市场份额，全球 CR3 约占35%份额。随着大规模应用和规模化生产，滚珠丝杠产品价格逐步下降，从由 2014 年的 225 元/套下跌至 2021 年的 181 元/套。滚柱丝杠由于加工难度高、应用规模小，目前价格昂贵，远高于滚珠丝杠。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 22 of 37 图图 37：滚珠丝杠滚珠丝杠成本和价格逐步下降成本和价格逐步下降 数据来源：华经产业研究院，

53、国泰君安证券研究 3.4.空心杯电机：空心杯电机：灵巧手灵巧手关节的主体关节的主体 特斯拉机器人灵巧手使用经典的六电机驱动方式，拇指采用双电机驱动弯曲和侧摆，其它四指各用一个电机带动。Tesla Optimus 的每只灵巧手使用了 6 只空心杯关节，在灵巧手中相应的传动配置是空心杯关节+蜗轮蜗杆+多级行星减速器。图图 38：特斯拉机器人灵巧手使用特斯拉机器人灵巧手使用空心杯关节空心杯关节+多级行星减速器多级行星减速器+蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆 数据来源：Tesla 2022 AI Day，国泰君安证券研究 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 23 of

54、37 图图 39：特斯拉机器人灵巧手特斯拉机器人灵巧手结构结构 数据来源：Tesla 2022 AI Day 空心杯电机是一种特殊的直流电机，突破传统直流电机的结构形式，采用无铁芯转子和空心杯线圈电枢绕组，属于直流、永磁、伺服微特电机，因形状类似水杯被称为“空心杯电机”。其由于特殊的转子结构具备较好性能：（1）灵敏调节，空心杯电机起动、制动迅速，响应较快，在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以对转速进行灵敏调节；（2）节能，无铁芯设计避免涡流引发的电能损耗，极大提高能量转换效率；（3）轻量化，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻 1/3-1/2，显著提高能量密度。图图 40：空心杯电机

55、空心杯电机采用无铁芯转子和空心杯线圈电枢绕组采用无铁芯转子和空心杯线圈电枢绕组，性能更好，性能更好 数据来源：Maxon Motor Permanent magnet DC motor with coreless winding，国泰君安证券研究 空心杯电机工艺流程复杂，加工难度较高，核心技术壁垒主要是绕线工艺。由于空心杯电机对体积、转速和功率密度的高标准，线圈绕制成为决定性影响因素，其线径、匝数、线性等都直接影响各项核心参数，不同绕线机制的空心杯槽满率差异较大，进而影响电机损耗、散热、功率。空心杯电机下游应用领域广阔，主要应用在对精度、转速、控制性能要 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的

56、免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 24 of 37 求较高的光学、测量、国防、航空航天等领域，同时在医疗领域的假肢、外骨骼等细分市场也有广泛应用。根据 NTCysd 测算 2022 年全球空心杯电机市场规模为 51.0 亿人民币，预计 2028 年市场规模将达到 83.0 亿人民币，CAGR 约为 8.5%。根据 QY Research 的统计数据，2021 年中国空心杯电机市场规模为 2.36 亿美元，预计 2028 年市场规模将达到 4.73亿美元，CAGR 约为 10.44%。目前空心杯电机市场上，海外厂商占据领先地位，根据 QY Research 的统计数据，2021 年全

57、球 CR3 占据空心杯电机 55.43%的市场份额，市场集中度较高，海外头部厂商包括瑞士 Maxon Motor、德国 Faulhaber，而国内厂商近年来不断在技术研发实现创新突破，加速产品迭代，涌现出鸣志电器、鼎智科技等较具竞争力的企业，但从空心杯电机性能及价格上看，国内企业与国外头部企业仍存在一定差距。表表 8：国内企业空心杯电机售价及性能与国外头部厂商存在一定差距国内企业空心杯电机售价及性能与国外头部厂商存在一定差距 瑞士瑞士 Maxon 德国德国 Faulhaber 鸣志电器鸣志电器 鼎智科技鼎智科技 产品产品 EXC SPEED 空心杯电机 系列 1628 T012B ECU160

58、36 系列空心杯电机 16 系列空心杯电机 尺寸（尺寸（mm）直径 16 直径 16 直径 16 直径 16 额定电压（额定电压（V）18 12 18 18 空载转速（空载转速（rpm）64600 30800 17100 50000 电机效率电机效率 88%68%81%85%最大绕组温度最大绕组温度（）155 125 155 63 机械时间（机械时间（ms）1.87 18.1 1.72 3.21 零售价格（元）零售价格（元）4407 1057 数据来源：各公司官网，国泰君安证券研究 机械手的传动机构决定效率、可靠性和成本，一般机器人机械手传动方式分为齿轮传动、连杆传动、肌腱传动、材料形变等，大

59、多数机械手采用线驱方案。表表 9：机械手大多采用线驱动方案机械手大多采用线驱动方案 机械手种类机械手种类 机械传动结构机械传动结构 应用案例应用案例 典型案例示意图典型案例示意图 机器人机械手机器人机械手（Robotics Hand）线驱动 InMooV，HERI，RTR2，SPRING，Washington，Ritsumeikan，MANUS，SDM&YALE，Shadow，Columbia，Utah-MIT，Metamorphic，DLR，PISA/IIT InMooV 连杆 Festo，Mars&Sarah Festo 连杆+蜗轮蜗杆/齿轮齿条 Robetiq，Schunk Schunk

60、 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 25 of 37 蜗轮蜗杆/齿轮齿条 Allegro，RII Allegro 带传动+蜗轮蜗杆/齿轮齿条 Barrett，DLR-HIT DLR-HIT 假肢机械手假肢机械手（Prosthetic Hand）连杆 BeBionic，Michelangelo Michelangelo 连杆+蜗轮蜗杆/齿轮齿条 SSSA SSSA 蜗轮蜗杆/齿轮齿条 Vincent，i-limb ultra Vincent 滚珠丝杠+蜗轮蜗杆/齿轮齿条 RIC RIC 数据来源：IIT，国泰君安证券研究 3.5.人形机器人的人形

61、机器人的其他关键零部件其他关键零部件 3.5.1.无框力矩无框力矩电机电机 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。无框力矩电机不同于传统的永磁电机，它没有机壳（也称为“框架”），只有转子和定子2个部件。无框力矩电机由驱动器供电，驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，永磁体的转子在此磁场的作用下转动。无框力矩电机可以通过霍尔元件做为反馈信号，也可以通过另外加装的编码器信号做为反馈，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，达到伺服控制的目的。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 26 of 37 图图 41：无框力矩

62、电机只有转子和定子无框力矩电机只有转子和定子 2 个部件个部件 数据来源：ATI 无框力矩电机作为动力源，具有与传统伺服电机相同的用途，但在某些应用中具有明显的优势。在电机原理上，无框力矩电机可长时间低速运行（甚至停机），而伺服电机主要靠脉冲来定位，使输出的控制量随输入目标（或给定值）任意变化的自动控制系统。在电机性能上，无框力矩电机即使在被锁定（即转子不能转动）的情况下，也能继续低速运行而不会损坏电机，而伺服电机将电压信号转换成扭矩和速度来驱动，电机转子转速由输入信号控制。此外，无框力矩电机可以直驱作为动力源，元件集成到机器结构中，有效降低风摩损失，改变传动方式，减少所用零件，因此具备较高的

63、刚度、效率、静音性以及稳定性和维护性。表表 10：无框力矩电机相对伺服电机具有明显优势无框力矩电机相对伺服电机具有明显优势 无框力矩电机无框力矩电机 伺服电机伺服电机 电机原理电机原理 允许无框力矩电机长时间低速运行（甚至停机），温度较高，通常需要通过外部鼓风机进行冷却 使输出的控制量，如相应的位置、方向、状态等随输入目标（或给定值）任意变化的自动控制系统，主要靠脉冲定位，一旦接收到脉冲，就会旋转与脉冲相匹配的角度进行位移 电机性能电机性能 一种具有大量极化量的特殊电机，即使在电机被锁定（即转子不能转动）的情况下，也能继续低速运行而不会损坏电机，该运行模式下，电机可以为负载提供稳定的扭矩。速度

64、和位置可以精确控制，将电压信号转换成扭矩和速度来驱动，转子转速由输入信号控制，响应灵敏，自动控制系统的执行器具有机电时间常数小、线性度高、启动电压高等特点。刚度刚度 极高的刚度，不需要皮带、皮带轮、丝杆或齿轮箱，就能直驱负载 与响应速度成正相关，但调整过高易产生机械共振 效率效率 直接集成到机器的结构中，降低了风摩损失，因此效率高 较高，通常可以达到 90%噪音噪音 直接集成到机器的结构中，改变了传动方式（甚至不用减速机），带来了明显的静音效果 存在较多机械传动结构，噪音明显 稳定性稳定性&维护性维护性 稳定性高、低维护性，由于无框力矩电机直接集成到机器的结构中，减少了所用的零件，因此机器更易

65、稳定工作。低速运行平稳，高速容易产生波动；维护性一般 数据来源：国泰君安证券研究 无框力矩电机主要厂商包括 TQ-RoboDrive、科尔摩根、Allied Motion、TECNOTIO、Parker 等，产品大多应用至机器人、医学、航空航天、光学和其他技术要求高的场景中，各家厂商的产品各具技术优势和特点，但都旨在通过定转子技术设计，提高扭矩密度，实现自主可控的灵活性和较强的负载性，并力求实现设计简化，在保证运动平稳基础上，减少 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 27 of 37 能量损失和维护成本。表表 11：无框力矩电机主要厂商在技术上各

66、具优势无框力矩电机主要厂商在技术上各具优势 TQ-RoboDrive 科尔摩根 Allied Motion TECNOTIO Parker 典型产品 ILM 系列无框电机 TBM2G 系列无框电机 无框架无刷直接驱动转矩电机 Tecnotion QTL 485 系列无框电机 TK 系列无框电机 技术特点 使用原始定子-转子套件技术，由于其高铜填充系数和创新的定转子设计，使其具备较高的扭矩密度、较低的损耗和高动态特性，同时提供出色的散热性能 在极其紧凑的电磁组件中提供高转矩，同时还可集成先进的材料、绕组和灵活性能，负载能力更强，能效更高，移动速度更快，运动控制更平稳 无框架无刷直接驱动转矩电机的

67、技术处于领先地位，标准目录型号涵盖范围较广，可开发特殊且完全定制的扭矩电机 独具冷却环，与外壳封闭，形成冷却通道，具有高效且节省空间的电磁设计，可以满足更高的转矩需求 通过将独立的转子和定子组件，集成到设备的机械结构中，使设备设计简化，同时降低成本并提高精度，具备卓越的耐用性，适合应用于恶劣的环境中。数据来源：各公司官网，国泰君安证券研究 3.5.2.力传感器力传感器 力矩传感器又称为扭矩传感器，力传感器是感知并度量力的关键部件。按照测量维度，力传感器可以分为一至六维力传感器。单轴力传感器指测量单一维数方向上的力或力矩，同理多轴力传感器就是可以检测多个维数方向上的力或力矩。六维力和力矩传感器指

68、的是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。单轴力矩传感器技术门槛不高，生产企业众多，六维力矩传感器技术门槛较高，供应商较少。图图 42：力和力矩传感器工作流程图力和力矩传感器工作流程图 数据来源：ATI 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 28 of 37 图图 43：六维力和力矩传感器笛卡尔坐标六维力和力矩传感器笛卡尔坐标 数据来源：ATI，国泰君安证券研究 根据感力原件的不同，传感器主要分为三类：应变式力传感器、光学式传感器以及压电式力传感器。应变式力传感器，采用的是硅应变片或金属箔，本质是材料本身

69、发生形变进而转化为阻值变化；光学式传感器则是通过光栅反映形变，再转化成力；压电式传感器是将被测物理量变化转换成压电材料因受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器，可分为电容和压电两种，电容是通过极距的变化导致电压变化，压电则是通过形变改变电荷。图图 44：应变式力传感器、光学式传感器、应变式力传感器、光学式传感器、压电式力传感器的性能比较压电式力传感器的性能比较 数据来源：ATI 图图 45：力矩传感器在机器人领域的应用力矩传感器在机器人领域的应用 数据来源：国泰君安证券研究 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 29 of 37 人形机器人中力/力

70、矩的传感需求来自主体、关节、手腕、灵巧手等。在平面路面上工作的人形机器人可不采用六维力传感器，但面对复杂路况的情况下，人形机器人需要采用六维力传感器，主体的力控方案根据实际需求和成本情况的不同有多种解决方案。关节方面，旋转关节在减速机外部放置一个力矩传感器。直线关节如果是旋转电机，放扭矩力控传感器，如果是直线电机，在推杆上放拉压力传感器。手腕力控根据机器人的工作性能要求来确定。灵巧手力控有两种技术路线，一种在直线电机推杆上放拉压力传感器，另一种在手部内放置触觉传感器。图图 46：人形机器人腕、踝关节人形机器人腕、踝关节可可搭载六维力矩传感搭载六维力矩传感器器 图图 47：机器人脚踝、灵巧手指尖

71、均可安装微型六维机器人脚踝、灵巧手指尖均可安装微型六维力矩传感器力矩传感器 数据来源：坤维科技 数据来源：Aidin Robot 官网 根据贝哲斯咨询数据，2022 年全球力和力矩传感器市场规模为 572 亿元，预计 2028 年全球市场规模将增长至 805 亿元人民币，2022-2028 年 CAGR 预计为 5.84%。图图 48：2022 年全球力和力矩传感器市场规模为年全球力和力矩传感器市场规模为 572.4 亿元人民币亿元人民币 数据来源：贝哲斯咨询，国泰君安证券研究 目前六维力矩传感器单价昂贵。根据 e-motion supply 和爱采购网站数据，A TI 旗下机器人常用的 mi

72、ni45、axia80 m8、nano43 型号产品进口价格全都超过 3 万元人民币，大型传感器 omega191 进口价格在 10.5 万元。国产厂商海伯森产品标价为 4.5 万元，FUTEK 实验用大型六维力传感器价格在 10 万-20 万之间。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 30 of 37 图图 49：ATI 多型号六维力和力矩传感器单价多型号六维力和力矩传感器单价 数据来源：e-motion supply、爱采购网站、国泰君安证券研究 全球的六维力传感器厂商主要包括欧美厂商 A TI、AMTI、Kistler，日本企业 Sintok

73、ogio、WACOH-TECH，以及机器人末端工具生产商 SCHUNK、OnRobot、Robotiq 等。国内厂商主要有宇立仪器、坤维科技、海伯森等。国外六维力传感器价格普遍较高，但性能较稳定，国产六维力/力矩传感器与海外厂商传感器在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。3.5.3.编码器编码器 编码器，是一种用来测量机械旋转或位移的传感器。它能够测量机械部件在旋转或直线运动时的位移位置或速度等信息，并将其转换成一系列电信号。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式；根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式。图图 50：编码器分类编码器分类

74、 数据来源：国泰君安证券研究 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 31 of 37 编码器在实际应用中主要分为单编码器方案、双编码器方案和多编码器方案。单编码器方案输出信号的调试和校准相对容易，可减少调试时间和成本，满足大多数基本应用场景需求，但抗干扰能力较弱，输出信号的稳定性较差，主要应用在位置反馈、角度测量等辅助场景。双编码器方案可以提高系统的可靠性和稳定性，增加抗干扰能力，提高系统的精度和稳定性，满足高精度应用场景的需求大量应用在机械加工和机器人控制中，特斯拉擎天柱、本田 ASIMO、智元远征 A1 均有应用。双编码器方案调试和校准相对复杂

75、，维护成本较高，需要占用更多的空间和资源。多编码器方案优势与双编码器方案相同，此外还可增加系统的灵活性和可扩展性，但成本过高，通常应用在工业自动化生产线上，且需要更加严格的设计和管理，以确保多个编码器之间的协调和一致性。表表 12：双编码器方案大多应用在仿生机器人领域双编码器方案大多应用在仿生机器人领域 单编码器方案单编码器方案 双编码器方案双编码器方案 多编码器方案多编码器方案 优势优势 输出信号与信号采集系统同步，输出信号的调试和校准相对容易，可减少调试时间和成本，输出信号的精度相对较高，可以满足大多数应用场景的需求 可以提高系统的可靠性和稳定性，增加抗干扰能力，提高系统的精度和稳定性，满

76、足高精度应用场景的需求 提高系统的可靠性和稳定性，增加系统的抗干扰能力，提高系统的精度和稳定性，增加系统的灵活性和可扩展性 劣势劣势 编码器故障影响范围较大，抗干扰能力较弱，输出信号的稳定性较差 调试和校准相对复杂，维护成本较高，需要占用更多的空间和资源，可能会增加系统的复杂性和成本 调试和校准复杂，维护成本较高，需要占用更多的空间和资源，可能会增加系统的复杂性和成本，需要更加严格的设计和管理，以确保多个编码器之间的协调和一致性。应用场景应用场景 位置反馈、速度反馈、角度测量、控制应用 机械加工、机器人控制 工业自动化、机械加工、机器人控制 典型机器典型机器人案例人案例 MIT Mini Ch

77、eetah 特斯拉擎天柱、智远远征 A1、本田ASIMO 工业自动化生产线机器人 成本情况成本情况 较低 较高 高 数据来源：国泰君安证券研究 2022 年我国编码器市场规模达 25.74 亿元，国外厂商占据主要市场份额，日系的多摩川和欧系的海德汉分别以 25.6%、14.3%的市占率处于领先地位。国产编码器在使用性能上与国外编码器仍有一定差距，在使用方式上，国产编码器通常是 360 度（无限转动）的，国外编码器的工作角度较多为 90 度、180 度等。国外编码器在功能性方面更加丰富，分辨率通常较高，可以满足高要求的控制系统。此外，国外厂商编码器安全性更好，适用于恶劣环境下的应用场景，耐用性更

78、强，国产编码器大多成本较低，可以满足客户降本需求。目前我国主要编码器厂商主要包括宜科电子、东崎、天创恒达、倍加福、禹衡光学等。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 32 of 37 图图 51：国内编码器市场国内编码器市场中国外厂商占据主要份额中国外厂商占据主要份额 数据来源：MIR 睿工业，国泰君安证券研究 通常在机器人关节驱动器中采用双编码器方案，即两个编码器安装在电机端和输出端，电机端做电机拖动的 FOC(Filed Oriented Control)，即提供 FOC 矢量控制算法的位置信号输入；输出端则用来在机器人运行或者开机校准时提供关节

79、的绝对位置信息。在带扭矩传感器的关节驱动器中（例如串联弹性驱动器 SEA，或者工业机械臂 Kuka LWR iiwa 的关节驱动器），则会采用三编码器或者双编码器+应变片的多传感器方案。4.汽车零部件在人形机器人中的投资机会汽车零部件在人形机器人中的投资机会 4.1.发挥汽车设计制造优势，发挥汽车设计制造优势，汽车供应链汽车供应链向人形机器人拓展向人形机器人拓展 机器人设计制造的多个环节与汽车相通，以特斯拉为例，擎天柱的平台设计、软硬件设计以及供应链均有借鉴汽车经验。根据特斯拉 2022 年AI DAY 发布会，擎天柱的设计是以特斯拉此前积累的车辆设计过程为基础，使用 2.3 度电池，擎天柱的

80、大脑使用了单颗特斯拉自研 SoC芯片。在机器人的行动方面，“擎天柱”使用特斯拉电动车同样的神经网络“占用网络”来识别可行驶区域。图图 52：擎天柱的设计是以特斯拉此前积累的车辆设计过程为基础擎天柱的设计是以特斯拉此前积累的车辆设计过程为基础 数据来源：Tesla 2022 AI Day 研究人员还根据汽车驾驶时遇到突然撞击后的反应过程，用以优化机器 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 33 of 37 人结构，避免机器人摔倒时将减速器和胳膊弄坏以降低机器人维修成本。图图 53：根据汽车撞击过程优化机器人结构以防摔坏根据汽车撞击过程优化机器人结构以

81、防摔坏 图图 54：根据汽车撞击过程优化机器人结构以防摔坏根据汽车撞击过程优化机器人结构以防摔坏 数据来源：Tesla 2022 AI Day 数据来源：Tesla 2022 AI Day 在动力设计上，机器人的工程师也借鉴了汽车动力设计上的经验。汽车的驱动单元可以让汽车加速，而机器人的28 个关节驱动器任务更复杂，研发人员利用模型生成机器人的连接转矩速度轨迹，随后输入其优化模型来运行。图图 55：特斯拉特斯拉汽车和机器人在动力设计上有很多相似之处汽车和机器人在动力设计上有很多相似之处 数据来源：Tesla 2022 AI Day 在机器人的行动方面，“擎天柱”使用特斯拉电动车同样的神经网络“

82、占用网络”来识别可行驶区域。图图 56：特斯拉机器人采用汽车的神经网络系统识别行驶区域特斯拉机器人采用汽车的神经网络系统识别行驶区域 数据来源：Tesla 2022 AI Day 行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 34 of 37 4.2.受益受益人形人形机器人，机器人，汽汽零零有望有望打造成长新曲线打造成长新曲线 执行器占人形机器人最主要成本。假设经过经过技术创新、工艺改进等，人形机器人大规模量产，相关零部件受益规模效应，实现制造成本的下降，人形机器人总成本下降至 15 万以内，测算各个环节使用的零部件情况，预计执行器仍占据人形机器人最主要的

83、成本，旋转执行器和线性执行器分别占成本的 38.4%和 33.6%，其中无框力矩电机、精密减速器、滚柱丝杠、力传感器、空心杯电机（含减速箱）分别占 19.2%、9.6%、9.6%、9.6%和 6.6%。表表 13：人形机器人量产后预计执行器占最主要成本人形机器人量产后预计执行器占最主要成本 产品类型产品类型 单价（假设量产后）单价（假设量产后）数量数量 总价总价 成本占比成本占比 旋转执行器（旋转执行器（1414）40004000 1414 5600056000 38.4%38.4%无框力矩电机（1*14）1000 14 14000 9.6%精密减速器（1*14）1000 14 14000 9

84、.6%力传感器（1*14）500 14 7000 4.8%编码器（2*14）500 28 14000 9.6%其他 500 14 7000 4.8%线性执行器（线性执行器（1414）35003500 1414 4900049000 33.6%33.6%无框力矩电机（1*14）1000 14 14000 9.6%丝杠（1*14）1000 14 14000 9.6%力传感器（1*14）500 14 7000 4.8%编码器（1*14）500 14 7000 4.8%其他 500 14 7000 4.8%灵巧手（灵巧手（6*26*2）84008400 2 2 1680016800 11.5%11.5

85、%空心杯电机（6*2）500 12 6000 4.1%多级行星减速箱（6*2）300 12 3600 2.5%其他 600 12 7200 4.9%电池电池 30003000 1 1 30003000 2.1%2.1%控制及环境感知控制及环境感知 2000020000 1 1 2000020000 13.7%13.7%其他结构件其他结构件 10001000 1 1 10001000 0.7%0.7%总价总价 0 100.0%100.0%数据来源：国泰君安证券研究 把握人形机器人蓝海市场机遇，相关零部件市场迎来成长新机遇。无框力矩电机、精密减速器（谐波、精密行星减速器等）、

86、滚柱丝杠、力传感器、空心杯电机等核心零部件有望迎来全新应用场景，打开市场空间。按每 100 万台人形机器人测算，考虑量产后的成本和价格下降，无框力矩电机、精密减速器、滚柱丝杠、力传感器、空心杯电机的增量市场空间分别为 280 亿元、140 亿元、140 亿元、140 亿元、96 亿元，较现有市场空间均显著提升，相关供应链弹性十足。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 35 of 37 表表 14：人形机器人关键零部件增量市场空间弹性测算人形机器人关键零部件增量市场空间弹性测算 产品产品 现有市场现有市场 空间（亿元）空间（亿元）单价单价 （假设量产

87、后）（假设量产后）（元（元/台）台）数量数量 （个个/台）台）总价总价 （元（元/台）台）成本占比成本占比 增量增量市场空间弹性测算市场空间弹性测算（亿元）（亿元）（按年产量假设）（按年产量假设）1010 万台万台 100100 万台万台 10001000 万台万台 无框力矩电无框力矩电机机 40 1000 28 2800028000 19.2%28 280 2800 精密减速器精密减速器 100 1000 14 1400014000 9.6%14 140 1400 滚柱丝杠滚柱丝杠 20 1000 14 1400014000 9.6%14 140 1400 力传感器力传感器 570 500

88、28 1400014000 9.6%14 140 1400 空心杯电机空心杯电机及减速箱及减速箱 50 800 12 96009600 6.6%9.6 96 960 总价总价 0 100.0%数据来源：国泰君安证券研究 汽车零部件公司向机器人产业延伸，把握成长新机遇。以特斯拉为代表的汽车厂商积极投入人形机器人产业，汽车零部件有望发挥研发、制造、资金等优势，借助汽车客户优势，切入机器人新赛道。特斯拉机器人的设计、开发、供应链借鉴了汽车的丰富经验，相关汽车零部件有望率先参与特斯拉机器人产业，打造第二成长曲线。我们认为在汽车零部件寻找机器人相关投资机会选择的标准有两个：一是特斯

89、拉车链供应商，二是具有机器人相关业务或者原有业务有向机器人延伸可能的公司。机器人关节的执行总成、减速器、丝杠等环节弹性大，部分汽车零部件供应商原有业务与机器人关键部件有协同性，有望向机器人业务延展，推荐双环传动、拓普集团、精锻科技，受益标的三花智控、贝斯特等。表表 15：重点公司盈利与估值表：重点公司盈利与估值表 股票代码 股票名称 收盘价（11.10）PE EPS 评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 002050.SZ 三花智控 27.7 38.5 32.6 26.1 0.7 0.9 1.1-601689.SH 拓普集团 69.8 45.3 31.9

90、 22.6 1.5 2.2 3.1 增持 002472.SZ 双环传动 27.3 37.4 28.1 20.8 0.7 1.0 1.3 增持 300258.SZ 精锻科技 13.2 25.2 21.6 17.6 0.5 0.6 0.8 增持 300580.SZ 贝斯特 32.9 28.9 39.6 31.3 1.1 0.8 1.1-数据来源：wind，国泰君安证券研究。三花智控、贝斯特盈利预测来自 wind 一致预测，其他来自国泰君安证券研究。5.风险提示风险提示 人形机器人技术进展不及预期。人形机器人的产品处在早期状态，涉及的软硬件技术都亟待创新与突破，距离商业化落地和大规模应用有较大差距，

91、如果相关技术进展不及预期，将导致人形机器人产业化放缓。机器人产业政策风险。机器人及其核心零件受各国政策支持，如果政策力度不及预期，机器人产业的研发投入、资金支持、应用推广等方面有可能受损，导致机器人产业化进展不及预期。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 36 of 37 核心零件降本不及预期。人形机器人的核心零件有减速器、丝杠、电机、传感器等，其中部分零件产品由于材料、工艺、规模等因素短期成本较高，如果降本不及预期，导致人形机器人造价昂贵，有可能人形机器人大规模应用，产业化和规模化速度不及预期。行业更新行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分请

92、务必阅读正文之后的免责条款部分 37 of 37 本公司具有中国证监会核准本公司具有中国证监会核准的证券投资的证券投资咨询咨询业务资格业务资格 分析师声明分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力，保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于作者的职业理解，本报告清晰准确地反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正，结论不受任何第三方的授意或影响，特此声明。免责声明免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放，并仅为提供信息而发放，

93、概不构成任何广告。本报告的信息来源于已公开的资料，本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时，本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改，投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户，不构成客户私人咨询建议。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。

94、在任何情况下，本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投资收益，也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意，其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此，投资者应注意，在法律许可的情况下，本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易，也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法律许可的情况下，本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。市场有风险，投资需谨慎。投

95、资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素，亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前，如有需要，投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。本报告版权仅为本公司所有，未经书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“国泰君安证券研究”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。若本公司以外的其他机构（以下简称“该机构”）发送本报告，则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资

96、建议，本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。评级说明评级说明 评级评级 说明说明 1.1.投资建议的比较标准投资建议的比较标准 投资评级分为股票评级和行业评级。以报告发布后的 12 个月内的市场表现为比较标准，报告发布日后的 12 个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深 300 指数涨跌幅为基准。股票投资评级股票投资评级 增持 相对沪深 300 指数涨幅 15%以上 谨慎增持 相对沪深 300 指数涨幅介于 5%15%之间 中性 相对沪深 300 指数涨幅介于-5%5%减持 相对沪深 300 指数下跌 5%以上 2.

97、2.投资建议的评级标准投资建议的评级标准 报告发布日后的 12 个月内的公司股价（或行业指数）的涨跌幅相对同期的沪深300 指数的涨跌幅。行业投资评级行业投资评级 增持 明显强于沪深 300 指数 中性 基本与沪深 300 指数持平 减持 明显弱于沪深 300 指数 国泰君安证券研究国泰君安证券研究所所 上海上海 深圳深圳 北京北京 地址 上海市静安区新闸路 669 号博华广场20 层 深圳市福田区益田路 6003 号荣超商务中心 B 栋 27 层 北京市西城区金融大街甲 9 号 金融街中心南楼 18 层 邮编 200041 518026 100032 电话（021）38676666（0755）23976888（010）83939888 E-mail：