人形机器人加速爆发！三大核心零部件赛道，布局龙头全梳理

xiaopanglang 2024-03-22 发布于山东

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特斯拉人工智能公司xAI于3月推出了聊天机器人Grok V1.5，这款机器人凭借其卓越的大模型技术和出众的快速学习能力，为机器人技术领域带来了全新的突破。

与此同时，业内巨头英伟达也宣布在机器人技术方面取得了重大进展，特别是在智能化和算力方面的难题上取得了显著突破。

这两大科技巨头的成果相结合，表明当前人形机器人将拥有更加实用和具体的能力，从而更好地满足通用性需求，为大规模量产奠定坚实基础。

目前，特斯拉人形机器人的价值主要集中在旋转关节、线性关节以及灵巧手等核心部件上。随着人形机器人市场即将迎来爆发式增长，核心零部件的技术突破将成为推动机器人产业规模化发展。

人形机器人上游零部件环节中，减速器、伺服系统和控制器是三大核心零部件，有望受益于行业的高速发展先行迎来机遇。

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人形机器人产业核心零部件及代表厂商图示：

资料来源：CMR人形机器人分委会、国信证券、行行查

减速器

减速器是人形机器人的核心动力传输部件，其作用类似于人体的关节。通过匹配原动机和执行机构之间的转速和传递转矩，实现了动力的有效传递。

谐波减速器、精密行星减速器、RV减速器等是减速器主要类型。

减速器在保证机器人运动精度的同时，还能在伺服电机功率有限、输出扭矩较小的情况下，通过减速增扭的作用，提高机器人的负载能力。

与通用减速器相比，人形机器人关节减速器对传动链的简洁性、体积的小巧性、功率的强大性、质量的轻便性以及控制的便捷性都有着更高的要求。

对于人形机器人的上肢而言，由于其对运动速率的要求并不高，但需要较高的精度，因此通常采用体积小巧、精度高的谐波减速器。

对于下肢来说，考虑到需要承受较大的爆发力和冲击力，以及实现跑跳等高阶动作的需求，谐波减速器和RV减速器难以满足要求，因此需要采用定制的行星减速器或摆线减速器。

谐波减速器广泛应用于机器人的小臂、腕部和手部等关节，其工作原理是通过波发生器主动转动，带动柔轮作为从动轮输出转动，从而带动负载运动。这种减速器的优点在于传动精度高、重量和体积小、运转平稳以及传动比大。但是其传递扭矩较小、传动效率稍低的缺点也限制了其在某些高负载场景下的应用。

全球谐波减速器市场呈现出较高的集中度，哈默纳科和绿的谐波是全球主要的供应商。除了哈默纳科和绿的谐波外，来福谐波、同川科技、丰立智能、汉宇集团以及美的集团等也是国内谐波减速器市场的主要参与者。

2022年谐波减速器竞争格局：

资料来源：山西证券、行行查

行星减速器以其卓越的传动效率成为齿轮传动结构中的佼佼者。它不仅能传递巨大的扭矩，还拥有高传动效率和长寿命等显著优势。然而，其单级传动比范围相对较小，这使得它更适合应用于像机器人大腿等需要高扭矩传递的关节部位。

德国和日本等国家稳坐行星减速器行业领先地位。

当前我国高端精密行星减速器的国产化率仍然很低。国内市场上的主要国产品牌包括科峰智能、纽氏达特和中大力德等，而国外品牌则以日本新宝、纽卡特和威腾斯坦等为代表。

RV减速器则以其独特的结构优势在机器人领域占据一席之地。它由行星齿轮减速机的前级和摆线针轮减速机的后级组成，这种结构使得RV传动在继承了传统针摆行星传动的优点的基础上，还具有体积小巧、质量轻便、传动比范围大、寿命长、精度稳定、效率高以及传动平稳等诸多优点。

在全球市场上，日本的纳博特斯克是RV减速器的领军企业，占据了主要市场份额。在国内市场，纳博特斯克、双环传动和住友则位列前三。此外，中大力德、南通振康和秦川机床等也是国内RV减速器的重要生产厂商。

控制器

人形机器人的技术基础在很大程度上源于工业机器人等产业链的深厚积累，但两者之间也存在显著的区别。从驱动方式来看，人形机器人同样遵循着主控系统→控制器→驱动→传动→执行→传感反馈的逻辑链条。

其中，控制器的核心任务是对机器人的运动进行精确规划，确保机器人能够在操作空间坐标和关节空间坐标之间实现顺畅转换。

同时，控制器还负责完成高速伺服插补运算和伺服运动控制，这些都是实现机器人精准运动的关键环节。

由于本体绑定效应的影响，控制器市场份额的分布与机器人本体市场份额基本一致。

全球控制器龙头企业发那科在国内市场占据了16%的市场份额，国产厂商在控制器行业尚未形成有力的市场竞争力。我国控制器产业已经实现了部分国产替代，但在高端产品方面仍存在一定的差距。

此外，在国际市场上，像KEBA、倍福、贝加莱这样具备强大技术实力的厂商，通过提供控制器底层平台占据了市场的主导地位。这使得国产单纯做控制器的企业在面临激烈的市场竞争时，往往难以突破重围。

部分人形机器人的控制与智能控制器在技术上具有同源性。国内一些领先的机器人本体公司，如埃斯顿、拓斯达、新时达和新松机器人等，已经在伺服、控制器领域实现了产业化发展。此外，布局控制领域的相关厂商还包括步科股份、雷赛智能、汇川技术和伟创电气等。

资料来源：行行查

传感器

传感器在工业机器人中扮演着如同手、眼、耳和鼻的重要角色，能够识别机器人自身的运动状态以及周围环境的各种状况。

对于人形机器人而言，它们所使用的传感器种类与工业机器人大致相同，主要包括触觉传感器、扭矩（力矩）传感器、惯性传感器和视觉传感器等。

力传感器是其中一种关键传感器，其工作原理是对施加在其上的力作出响应，并将这个力值转换成可以测量的量。在机器人进行作业时，力传感器可以实时地根据机器人的位置来补偿接触力。

根据维度的不同，力传感器可以分为一维、二维、三维、五维和六维等类型。其中，一维、三维和六维力传感器是最常见的，而二维和五维的力觉传感器则相对较少见。

从国产化的角度来看，力矩传感器是机器人中使用最广泛且价值量占比最高的一类传感器。特别是一维力矩传感器，由于其整体技术壁垒相对较低，因此国产化率较高。对于六维力/力矩传感器来说，其技术壁垒和售价都较高，全球龙头企业为ATI，国内企业中，坤维科技、宇立仪器、鑫精诚和蓝点触控等公司在这一领域都积累了一定的技术实力。