人形机器人有望发展成为千亿美元级蓝海市场。执行器作为价值量占比最高的部件，有望直接受益于人形机器人的普及。目前执行器关键部件如丝杠、减速器、电机等高端领域的产品国产化率较低，特别是行星滚柱丝杠、空心杯电机、六维力矩传感器等产品在下游市场规模不算太大、应用范围受限的情况下，国内大规模布局的企业更是较少。能够认为，未来国内相关企业有望借助人形机器人带来的发展机遇，实现技术上的突破，从而受益。
本文将深入介绍机器人执行器，首先从基本概念出发，阐述执行器的工作原理及其分类，接着对市场进行分析。随后，我们将细致地探讨执行器的关键部件，并列出国内在这一领域具有影响力的公司。希望通过这些内容的分享，能够增进大家对机器人执行器的认识和理解。
01
执行器概念及分类
1、执行器：人形机器人硬件系统关键部件
关节执行器（Actuators，简称为执行器）即机器人一体化关节，是影响机器人硬件成本和运动性能的关键部分。关节执行器是驱动机器人执行机构（手臂、腿部等）运动的组件，安装在机器人关节处（连杆机构的连接处），通过将电机的旋转运动转化为驱动连杆机构运动，又被称为（关节）驱动器、（关节）致动器、关节模组。执行器有多种零部件组成，主要包括电机（驱动装置）、减速器（传动装置）、编码器（传感装置）、控制板和控制软件（控制装置）等。
2、执行器具体分类
（1）按运动类型
按照运动类型，执行器可分为旋转执行器（Rotary Actuator）、线性执行器（Linear Actuator）。两者区别在于，线性（直线）执行器最终让物体沿直线移动，而旋转执行器则是让物体按一定角度转动，即线性执行器执行往复直线运动，旋转执行器执行旋转运动。执行器中，不同类型的电机可以提供旋转运动（旋转电机）、也可以提供直线运动（直线电机），而不同传动装置也可以将电机的运动进行传递和转化，例如减速器可以将旋转电机的旋转运动以降低速度、提高转矩的方式传递出去，而皮带和滑轮、齿轮箱以及丝杠等减速装置可将电机的旋转运动转换成线性运动。一般来说，旋转执行器主要分布于肩髋等需要大角度旋转的关节，线性执行器分布于膝肘等摆动角度不大的单自由度关节、腕踝两个双自由度但是体积紧凑的关节。
（2）根据动力来源的不同
根据动力来源的不同，执行器可分为液压、气动、电机等。电机驱动方式具有成本低、控制精度高、密闭性好等特点。
1）气压驱动
常见于点到点的控制。随着气动肌肉和气压伺服技术的发展，气压驱动逐渐被应用到人形机器人中。但是空气的可压缩性和延迟特性使得气压驱动方式难以实现精准控制，此外还具有能量效率低、气压出力小等缺点，故目前使用较少。
2）液压驱动
不需要采用减速装置，驱动结构简单；同时还具备输出力大、功率重量比高的优点，故被用作早期阶段人形机器人的主要动力来源。美国波士顿动力公司发布的Petman和Atlas均采用液压驱动方式。但是液压驱动精度较低，制造和维修成本高，目前无法满足大规模商业化的需要，故逐步被电机驱动方式所替代。
3）电机驱动
具有控制精度高、成本低等优势，是服务机器人、人形机器人首选动力方式。但是电机驱动的功率密度不如液压驱动，在应用中往往需要搭配减速装置，增大了回程间隙等误差；同时也较难适应大负载、野外等场景。未来的发展方向主要是提高驱动系统的负载能力和柔性，使其能够适应多元应用场景需求。
（3）按驱动方式
刚性执行器是主流方案，准直驱执行器前景广阔。人形机器人电动执行器的研究和应用始于20世纪70年代，技术迭代主要围绕结构设计、减速器、控制方式等方面。结构设计上，执行器结构设计经历了从独立设计到和整机融合的发展，技术层面经历了从刚性到弹性，再到准直驱的发展，集成度逐步提升。减速器上，执行器用减速器经历了从大传动比到小传动比的演变，制造难度逐步降低。控制方式上，执行器控制方式经历了从位置控制到力位混合控制和阻抗控制的演变，控制精度逐步提升、能量损耗逐步降低。
刚性执行器（Traditional Stiffness Actuator）：1983年早稻田大学研究的WL-10R机器人使用刚性执行器TSA，自此人形机器人开始广泛应用刚性执行器为关节动力源。该方案控制精度高、技术成熟，目前也是人形机器人执行器的主流方案。
弹性执行器（Series Elastic Actuator）：1995年麻省理工学院的Pratt等人提出了弹性执行器SEA的概念，拉开了弹性驱动器研究的序幕。美国宇航局的机器人Valkyrie和意大利技术研究院的机器人Walk-Man都使用了弹性驱动器。
准直驱执行器（Proprioceptive Actuator）：2016年Wensing等提出了准直驱执行器PA的概念，并将其应用于四足机器人Cheetah和双足机器人Hermes，准直驱执行器是最近几年研究的热点。
1）刚性执行器：控制精度高，能量效率低
刚性执行器主要由电机、高传动比减速器、编码器、力矩传感器和控制板等组成，力矩传感器是可选器件。根据《双足机器人腿部及其驱动器的设计理论与关键技术研究》一文，Lola、SDR、Dynamixel Pro Series等机器人的执行器采用该方案。
目前刚性执行器结构设计基本定型，前瞻研究主要集中在电机和减速器等零部件的整体优化设计上。从实际应用来看，刚性执行器具备控制精度高、稳定性好等特点，成为主流方案。但是受限于元器件工艺和原理，传统刚性执行器的功率密度很难达到生物肌肉的水平500W/kg，同时也解决不了机器人受外部冲击时零部件强度问题，故很难适配大负载、高运动强度的关节部位。
2）弹性执行器：功率调制好，控制方式相对复杂
弹性执行器主要借鉴Hill肌肉三元素力学模型，通过模拟动物利用骨骼肌肉系统在运动过程中储存和释放能量的过程，使得执行器表现出柔顺、安全和高能量效率特性。从结构上看，弹性执行器在刚性执行器基础上增加了弹性元件。根据弹性元件原理和结构设计的不同，目前市面上主要有串联弹性执行器、并联弹性执行器、离合式弹性执行器和多模态弹性执行器几类产品。
串联弹性执行器SEA（Series Elastic Actuator）：是在刚性执行器的驱动元件和负载间增加弹性单元，从而具有缓冲机器人触地冲击和缓解外部碰撞冲击的作用，同时还可以储存能量。但是由于弹性元件引入，系统变为欠驱动系统，运动控制精度较低。
并联弹性执行器PEA（Parallel Elastic Actuator）：弹性元件的连接方式由串联改变为并联。相对传统刚性执行器，此方案可以显著提高输出功率，降低能量损耗。根据《双足机器人腿部及其驱动器的设计理论与关键技术研究》一文，在实现平滑轨迹跟踪，尤其是在稳定性和对冲击的鲁棒性（在受冲击时仍能保持正常工作的能力）方面，机器人手部引入此方案具有优势。
离合式弹性执行器CEA（Clutched Elastic Actuator）：是在弹性元件位置增加离合装置，控制弹性元件开合，从而能控制能量储存和释放，大幅提高了能量效率。
多模态弹性执行器MEA（Multi-mode Elastic Actuator）：是将多个执行器集成为一个系统，能够集合多方面优势。根据《双足机器人腿部及其驱动器的设计理论与关键技术研究》一文，Mathijssen等使用多个带有锁紧环和锁板的不完全齿轮作为与电机并联的间歇结构。结构表明此装置可以降低电机扭矩要求，提高效率。目前由于此方案结构复杂，系统建模和控制也十分复杂，相关技术应用案例较少。
3）准直驱执行器：控制方式简单，能量效率高
准直驱执行器依靠电机开环力控，不依赖于附加力或力矩传感器。其优点是功率密度高，力控带宽大，抗冲击能力强等。最理想的技术方案是电机直接驱动，但受限于工艺和技术，电机直驱的扭矩密度不能满足机器人应用需求，故实践中仍然采用电机加低传动比减速器的方案。同时此方案要求负载质量和转动惯量尽可能小，故多用于机器人的低负载关节。
从结构上看，准直驱执行器由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。根据《双足机器人腿部及其驱动器的设计理论与关键技术研究》一文，部分设计方案在电机基座和内齿圈间增加了离合结构，用于抵挡外界冲击造成的能量损耗，保护减速器。在编码器的使用方面，目前单编码器方案还没有很好地解决断电后回零位的问题，故主流设计方案多采用双编码器或单个新型多圈绝对值编码器。
4）几种执行器的对比
对比几种执行器方案的控制精度、功率特性、能量效率、安全性和应用场景等，可以得知在控制精度方面，刚性、并联弹性、准直驱执行器控制相对简单且精度高。功率特性方面，几种弹性执行器功率调制较好。能量效率方面，离合式弹性、多模态、准直驱执行器效率高。安全性方面，准直驱执行器具有反驱特性，安全性好。
02
关键技术参数
1、各厂商对于执行器设计与配置选择不同
机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况。包括但不限于自由度、额定负载、工作空间、工作精度等，以下是一些主要技术参数的详细解释：
（1）自由度
指的是机器人能够独立控制的运动方向的数量，是根据其用途设计的。人形机器人通常模仿人类的动作，自由度越多，机器人就越能接近人手的动作机能，通用性越好，可用直线移动、摆动或者旋转动作的数目来表示。自由度越多，结构越复杂，对机器人的整体要求越高。
（2）额定负载
也称有效负荷，指机器人在正常操作条件下能够持续承载的最大重量。这通常影响机器人的搬运和操作能力。当负载较大时，提高电机的功率不划算，可以在适宜的速度范围内，通过减速器来提高输出扭矩。
（3）工作空间
又称工作范围、工作行程，描述机器人能够到达的所有位置的区域。工作空间的大小和形状取决于机器人的设计和关节的自由度，反映了机器人工作能力的大小，它不仅与机器人各连杆的尺寸有关，还与机器人的总体结构有关。
（4）工作精度
指机器人执行任务时能达到的位置精度和重复性。重复定位精度取决于机器人关节减速机及传动装置的精度，绝对精度取决于机器人控制算法、编码器精度、减速及传动装置精度等的综合表现。高精度的机器人适合执行需要精细操作的任务。
其他参数还有工作速度、控制方式、驱动方式、安装方式、动力源容量、本体质量、环境参数等，这些参数决定了机器人能够在何种环境下工作。这些技术参数共同定义了人形机器人的性能特征，决定了它们在特定应用场景中的适用性和效率。设计和选择人形机器人时，需要根据任务需求和工作环境来考虑这些参数，以确保机器人能够满足预期的工作要求。同时，在执行器的设计选择上，不同厂商上也会有不同的侧重点，需根据机器人的设计目标和应用场景，选择不同的零部件和配置方案。
以减速器和丝杠为例：1）为了提高扭矩输出，执行器通常会搭配减速器使用。常见的减速器有谐波减速器、行星减速器、RV减速器等。目前特斯拉Optimus搭载了谐波减速器。而其他厂商可能会根据不同的扭矩和空间要求选择行星减速器或其他类型减速器。2）在直线驱动器中，丝杠是将旋转运动转换为直线运动的关键部件。梯型丝杠、滚珠丝杠和滚柱丝杠是较为常见的选择，厂商可能根据不同部位对承载力、精度等要求不同而选择不同类型的丝杠。
2、特斯拉人形机器人执行器技术框架
以特斯拉Optimus机器人设计方案为例来分析执行器技术框架。Optimus Gen1执行器布置方案为14个直线执行器和14个旋转执行器，Optimus Gen2在颈部增加了2个旋转执行器，其余部位预计未做调整。30个自由度分布在颈部（2个旋转）、肩部（3个旋转）×2、大臂（1个直线）×2、小臂（2个直线+1个旋转）×2、腰部（2个旋转）、髋部（2个旋转）×2、大腿（2个直线）×2和小腿（2个直线）×2。
旋转执行器：伺服电机*1+减速器*1+力矩传感器*1+编码器*2+交叉滚子轴承*1+角接触球轴承*1。1）电机：采用无框力矩电机，预计为特斯拉自研方案。2）减速器：采用谐波减速器。3）力矩传感器：在手腕、脚腕部位可能会采用多维力传感器，其余部位用一维力传感器。4）编码器：采用输入位置和输出位置双编码器。
直线执行器：伺服电机*1+减速器*1+力矩传感器*1+编码器*2+丝杠*1+深沟球轴承*1+四点接触球轴承*1。1）电机：采用无框力矩电机，预计为特斯拉自研方案。2）减速器：可以使用行星减速器、RV减速器。3）力传感器：预计采用一维力传感器。4）编码器：预计采用双编码器配置。5）丝杠：采用反向式行星滚柱丝杠，刚度高。
特斯拉Optimus是首个大面积使用直线关节的人形机器人，线性执行器相对旋转执行器紧凑性、耐用度更高，且利于产品用于工厂操作（精度、稳定、效率要求更高），但成本相比旋转执行器更高。
03
市场分析
劳动力缺口及人工智能的成熟普及有望进一步打开人形机器人的市场空间，带动执行器市场需求。长期来看，人形机器人相对于其他形态机器人，无论在工业生产或是专业服务场景都具有极高的通用性并能够完成多种工作。根据Markets and Markets数据，人形机器人市场规模预计将由2023年的18亿美元提升至2028年的138亿美元，年复合增速约50.2%。根据特斯拉官方微信公众号2022年10月1日发布的文章，特斯拉机器人预计将在3-5年（大约2025-2028年）内交付，产量将达到数百万台，价格可能不到2万美元。
1、劳动力短缺等宏观因素影响加大对人形机器人需求
结构性社会问题的出现进一步刺激对机器人的需求。人形机器人作为更具效率的劳动力在工业化场景中补缺人力的短缺。上世纪中期在战后劳动力短缺的宏观经济环境下，德国采取外部政策手段刺激机器人发展，极大地推广了工业机器人的普及，并替代人类在有害有毒环境的工作岗位。当前中国经济体内适龄劳动力逐年减少的趋势同样激发对人形机器人的需求。适龄劳动力在未来十年或将保持减少的趋势。人形机器人作为人力的替代品，自身智能化的趋势下应用于更多行业场景并带来更高的生产力。据IFR，2021年全球工业机器人市场装机量达到57.1万台，2025年预计达到69万台，机器替人趋势明显。
2、AI技术的加持，推动人形机器人渗透率提升
机器人推动AI技术发展，有望是AI技术的载体之一。机器人的研究推动了许多人工智能思想的发展，在人工智能构建世界状态的模型和描述世界状态变化的过程中起到了至关重要的作用。人工智能的主要研究方向有语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，这些研究方向对于机器人智能化的实践有着重要的意义。其中，机器翻译、智能控制、专家系统及语言和图像理解不仅是人工智能需要研究的重点，同时也是智能机器人得以实现的科技难点。人工智能实际上是将人的智能赋予其他工具，而机器人则是为这样的智能化提供了一个很好的容器与载体。当前，机器人学的发展主要围绕移动机器人、仿人机器人、人机交互等细分领域的研究展开，其中移动机器人和仿人机器人一直是大多数研究者的主攻方向，近期学者对人工智能关键技术人机交互、路径规划、控制系统和强化学习的研究愈发关注。
以CHATGPT为例。微软于2023年2月在其官网发文。ChatGPT可以适应不同的机器人学任务、仿真器和形态，例如空中导航、操纵和具身代理等，并且可以通过自然语言指令来与用户交互。
04
关节执行器核心部件梳理
执行系统是人形机器人产业链上游的重要组成部分。人形机器人产业链由上游的零部件生产、中游的人形机器人本体制造以及下游的终端应用等环节构成。在上游零部件环节中，涵盖了感知系统、控制系统、执行系统以及相关软件等多个部分。具体到执行系统，其核心零部件主要包括电机、减速器、丝杠、编码器和力传感器等。
1、电机
电机（Motor）相当于执行器的“血管”，其作用是根据所接收的力矩、速度、位置等指令信号，带动机械部件实现特定运动。同时电机中的多种传感器，如编码器、力传感器等，还会将电机与机械部件的实时运作信息反馈给驱动器和控制器，从而完成精准运动控制。
根据用途的不同，电机可以分为驱动类电机、控制类电机、信号类电机。机器人中的电机主要任务是完成对机械运动的精准控制，所以属于控制类电机。根据控制方式的不同，又可以分为步进电机、伺服电机和力矩电机，机器人对运动精准度要求，所以主要采用伺服电机或力矩电机。
（1）空心杯电机：手指关节匹配度较高，难点在于大批量生产、装配
伺服电机（Servomotor）是指在伺服系统中控制机械元件运动的发动机，它可把所收到的脉冲信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。与步进电机相比，它多了一个与电动机相连的传感器，用于位置反馈，这意味着伺服电机每收到1个脉冲，就会发出对应数量的脉冲，与接收的脉冲形成呼应，或者叫闭环，如此一来，就能实现对角速度或线的位置，速度和加速度的精确控制。
就内部结构而言，伺服电机主要由定子和转子构成。定子上有两个绕组，励磁绕组和控制绕组。转子是永磁铁或感应线圈等导磁材料。转子在由励磁绕组产生的旋转磁场的作用下转动。同时伺服电机装配有编码器，工作时驱动器实时接受到编码器的反馈信号，再根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。
对比控制精度、变频特性、过载能力、响应速度等性能，可以看到伺服电机控制精度更高；低频时运转平稳、高频时能恒力矩输出；闭环控制使得过载保护能力更强；开机时响应速度更快。就产品特性而言，伺服电机更适配机器人高精度要求、多变环境的应用需求。
根据控制电源的不同，可以分为直流伺服电机和交流伺服电机。其中直流伺服电机根据是否具有电刷，又可以分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机。对比三种类型电机，可以看到直流伺服电机具有控制精准，转矩特性、线性调节特性较好，使用方便且价格便宜等优势。无刷直流伺服电机以电子转向器取代机械转向器，减少摩擦和噪音、延长寿命且安全性，但是一定程度增加了成本。根据《永磁无刷直流电机技术》一文，目前在航空航天和军事装备、工业自动化等领域，有刷直流伺服电机正在逐步被无刷直流伺服电机所取代。
空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机。空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子。这种转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。因此，作为高效率而体积又小的能量转换装置，空心杯对人形机器人手指关节的匹配度较高。空心杯电机在航空航天、军工、电器设备、工业控制等众多领域拥有广阔应用前景。根据Business Research数据，全球空心杯直流电机市场在2022年的市场规模约为7.48亿美元，预计到2028年将达到11.86亿美元，在2023-2029年的预测期内的复合年增长率为8.0%。
空心杯电机的难点在于大批量生产及装配。空心杯电机由于体积小，大多使用螺旋管微型线圈。螺线管微型线圈是一个三维线圈，由多匝导线缠绕而成，缠绕内部空心，电流流入缠绕导线，并产生均匀磁场。传统螺旋管微型线圈制作方法以手工缠绕为主，第一步绕线和粘胶带；第二步压扁；第三步切线头，第四步浸锡；第五步取胶带；第六步卷圆；第七步浸酒精，第八步整形打圆。手工生产空心杯电枢线圈劳动生产率低，人工成本高，而且工作环境使用酒精，对工人的适应性有一定阻碍且增加了材料成本，已不能适应现代化大规模精细生产要求。因此，空心杯制作的难点在于大批量生产及较难的装配，手工制作方式在生产效率、产品稳定性方面无法满足客户需求。
从市场格局来看，海外厂商优势明显，国内厂商加紧追赶。海外厂商Maxon、Faulhaber等公司深耕空心杯电机多年，已经形成的强大的品牌效应和技术壁垒，国内厂商如鸣志电器、鼎智科技、伟创电气等众多公司也有空心杯电机相关布局。
（2）无框力矩电机：人形机器人普遍采用的电机类型
无框力矩电机是力矩电机的一种，以输出扭矩的的大小为性能指标，通常可以被看成极对数很多的无刷、永磁、直驱伺服电机。因为力矩电机直接连接转子，不需要任何传动件，因此力矩电机属于直驱电机。又因为力矩电机极对数多，因此可以在中低速运动时，提供很高的扭矩。目前是人形机器人执行器普遍采用的电机类型。
就内部结构而言，相较于传统伺服电机、有框力矩电机，无框力矩电机没有轴、轴承、外壳和端盖，只有转子和定子两个部件。转子通常是内部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部部件，齿轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。
无框力矩电机的主要优势有：1）更高的精度：以科尔摩根的直驱电机为例，其相关的产品位置保持能力比传统电机/减速机好60倍。2）更大的带宽：直驱电机可以实现更快的启动/停止操作，并显著缩短了整定时间。3）高可靠性且免维护：齿轮、皮带和其他机械传动部件可能会折断。在磨损比较严重的启动/停止应用系统中，减速机需要定期进行润滑或更换。皮带需要定期拧紧。在直接驱动电机中没有会随着时间磨损的部件，因而不需要维护。4）部件更少，成本更优：虽然直接驱动电机的价格可能略高于相同转矩的有框电机/减速机，但是考虑到它不需要使用机械传动伺服系统的很多部件，并节约了所有额外部件的工作量，因而总体上仍然减少了成本。5）降低噪音。
国内供应商已具备一定竞争实力。无框力矩电机在磁路和工艺设计方面有一定技术壁垒，需要在低压供电的环境下输出更大功率，当前主要应用在协作机器人关节模组，市场规模较小，国外技术较为领先。国外主要供应商包括科尔摩根、TQRobodrive、Nidec、Parker等；国内步科股份进度较为靠前，2016年推出的首代无框力矩电机已经可以媲美国外龙头，目前公司的第三代无框力矩电机产品可以对标国际领先产品，部分型号具备一定优势，此外，伟创电气、禾川科技等均有相关产品布局。
人形机器人有望带动力矩电机市场规模快速增长。根据海外市场研究公司Technavio数据，2023年全球力矩电机市场规模增长6.95%至6.57亿美元，市场空间较小。未来随着人形机器人逐步放量，无框力矩电机市场规模有望快速增长。若以2030年人形机器人出货量达100万台，同时无框力矩电机产品单价下降一半到500元/台来估算，预计人形机器人领域无框力矩电机市场空间将达到23.97亿美元，叠加传统领域市场空间的平稳增长，总市场规模有望达到33亿美元。
2、减速器：电机和传动装置之间的桥梁
减速器的主要作用是降低输出转速，增加转矩，提升载荷能力，从而达到理想的传动效果。减速器是属于经过精密加工的分流式和同进轴式减速机设计，由增速装置、复合传动装置配置各种类电机组成，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，具有能耗低，性能优越等特点。
精密减速器具有更高控制精度，种类包括谐波减速器、RV减速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器等，主要应用于机器人、数控机床等高端领域。精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到机器人各部位需要的速度，提高机械刚性的同时输出更大的力矩。对比三种机器人常用精密减速器，可以看到谐波减速器优势在于体积小、价格相对便宜，非常适应用于机器人小关节；RV减速器优势在于高负载、大传动比，更适用于重型机械或重负载机器人。从2022年全球销量来看，RV减速器、谐波减速器的市场销售数量占比均为40%左右，精密行星减速器、摆线针轮减速器、滤波减速器等共占20%左右。
衡量精密减速器的主要指标包括：扭转刚度、传动精度、启动转矩、空程、背隙、传动误差、传动效率等。国内欠缺表现在：1）产品系列不健全。日本纳博具备全系列产品，基本上可以应用于所有领域，而国内产品系列相对残缺。2）一致性问题。国产减速器在实际使用环境下的性能，与实验室性能无法完全匹配，个别产品存在漏油、精度降低等情况，是阻碍国产减速器进军高端市场的原因之一。
（1）谐波减速器：旋转执行器主流方案
谐波减速器是基于行星齿轮传动发展而来，由波发生器、柔轮、刚轮组成。谐波传动技术突破了机械传动采用刚性构件的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动，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。由于谐波传动有回差小、运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等优点，可以实现更小型化设计，因此能够认为或更适合人形机器人的关节设计。根据特斯拉发布的内容来看，旋转关节方案或采用谐波减速器。
谐波减速器首创于美国，日本技术领先世界。1944年，前苏联工程师莫查维提出依靠柔轮的连续波动变形进行传动的工作原理。十年后，美国工程师Musser.C.W研制出第一台谐波齿轮传动减速器装置，紧接着1959年美国联合制鞋机械公司取得了谐波传动技术的发明专利，并于第二年发表了谐波传动技术资料和展示了实物。1970年，日本长谷川齿轮株式会社从航天局NASA引进了谐波减速的相关技术，而后成立了哈默纳科公司，自那时起其谐波减速器的技术水平领先世界。随后欧洲部分国家，如意大利、德国、法国等，也对谐波减速器进行了研究，为推动谐波传动的发展做了巨大贡献，其产品近些年来广泛应用于欧洲的机器人和卫星等高端领域。比如德国Micromotion已经开发出了MHD8和MHD10两种系列的微型谐波减速器产品，其中最小外径仅为8mm，最小质量为2.2g。
国内谐波减速器企业正迅速追赶，国产替代可期。从谐波减速器的技术指标来看，绿的谐波和中技克美的减速比范围与日本哈默纳科水平相当，产品性能基本满足要求，目前已经大量应用于国产机器人。而国外产品在输出转矩、平均寿命和一致性等技术指标上依然占据优势。从2022年国内市占率来看，哈默纳科仍处于领先定位，绿的谐波国内市占率第二，国产替代空间仍然较大。
谐波减速器目前下游以工业机器人为主，人形机器人中期或将带来400亿元空间增量。目前谐波减速器下游应用以工业/协作机器人为主。据宇博智业产业研究数据，2023年我国谐波减速器市场规模约30亿元，预计2025年有望达到近50亿元。若以2030年人形机器人累计需求200万台计算，谐波减速器增量市场有望超过400亿元。
（2）RV减速器：负载优势突出，高成本限制普及
RV减速器是由一个渐开线圆柱行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器的后级组成。就微观结构而言，第一级减速机构是渐开线行星齿轮减速机构，主要由输入轴（太阳轮）和行星轮组成；第二级减速机构是摆线针传动减速机构，主要由摆线轮盘、针齿壳、针齿、行星架、转臂轴承、支撑轴承、输出盘等组成。
若电机驱动输入轴顺时针方向转动，输入轴转动带动行星轮围绕其旋转，并产生逆时针方向自转，然后通过曲柄轴的转动带动两个摆线轮偏心转动，这时摆线轮除了会绕着它的轴线转动外还会沿顺时针方向自转，同时会通过曲柄轴推动钢架结构组成的输出盘做沿顺时针方向的转动钢架结构组成的输出盘做沿顺时针方向的转动以输出转矩，实现大传动比减速的效果。
RV减速器对结构设计和生产工艺要求很高，我国产品寿命较短、量产能力差。目前我国精密齿轮减速器在精度、刚性、效率等方面与国外优秀产品差距不大，主要短板在于精度保持性差、使用寿命短和大批量产品性能一致性差三个方面。日本纳博特斯克在近几十年牢牢掌握该领域垄断地位。近几年随着工业机器人等领域的快速发展，市场对各类型的RV减速器需求迅速增长，为其他品牌进入创造了空间，我国企业如中大力德等快速成长。双环传动市场份额由2020年的12%提升到了2023年的14%。
根据中商产业研究院数据，2021年我国RV减速器市场规模42.9亿元，同比增长50.53%，2018-2021年三年CAGR约为15.84%，预计到2025年市场规模可达60亿元，2021-2025年间复合增长率约为8.75%。
（3）行星减速器：高精度系列可以用于人形机器人
行星减速器由一个内齿圈固定，内齿圈中心有一个自外部动力所驱动的太阳齿轮，介于两者之间有三颗行星齿轮，该组行星齿轮通过滚针等分排布于行星架上。当入力侧动力驱动太阳齿轮时，可带动行星齿轮自转，并依附于内齿圈之轨迹沿着中心公转，行星齿轮公转之旋转带动行星架（出力轴）输出动力。普通行星减速器是一种通用减速器，不适用于机器人；精密行星减速器在驱动精度和级数上有明显提升，适用于机器人。
我国行星减速器以中低端为主。据中商产业研究院数据，2022年我国行星减速器市场规模5亿美元，约为35亿元人民币，同比增长6.16%，2018-2022年四年CAGR约为14%。我国市场主要参与者为外资厂商、合资厂商，高端精密行星减速器国产化率很低。日本新宝、科峰智能及纽氏达特是我国精密行星减速器市场的主要供应商，2022年市场占有率分别为20.4%、11.7%、9.4%。
3、丝杠：直线执行器的传动装置
丝杠是位于直线执行器末端的线性传动装置，其作用是减速器输出的扭矩转换成线性往复运动力，从而驱动关节完成轴向往复运动。就分类而言，根据精度和载荷大小的不同，可以分为普通丝杠（梯形丝杠精度为7-9级，滚珠丝杠为D-H级）和精密丝杠（梯形丝杠精度6级以下，滚珠丝杠为C级）。根据摩擦特性的不同，可以分为滑动/梯形丝杠、滚动丝杠和静压丝杠。滚动丝杠又可以细分为滚珠丝杠和行星滚柱丝杠两大类。
（1）滚珠丝杠：常用于中大负载的工业自动化设备
滚珠丝杠（BallScrew）是由滚珠、螺母、丝杠、反向器组成。反向器，即一个滚珠循环通道，它的作用是防止滚珠从内滚道中滚出，同时也使得整体的结构更为简单。当丝杠轴（或螺母）转动时，丝杠与螺母之间的滚珠会沿着螺纹内滚道滚动，从而带着丝杠轴（或螺母）进行直线运动。
根据滚珠循环方式的不同，滚珠丝杠可以分为内循环式和外循环式。内循环式结构简单、便于进行微型设计；但是由于反向器珠槽为空间曲面，加工难度大。其紧凑的结构优势使其适用于中小导程、中低速场合，例如3D打印机、中小型医疗扫描仪等。外循环式由于滚珠在体外循环往复运动，制造尺寸较大，适用于载荷较大的场合，常见于大型重载机床等领域。
丝杠是典型的工业制成品，产品精度越高、制造难度越大。滚珠丝杠的精度表示方法为：不论滚珠丝杠有多长，任取一段300mm，误差都在等级代表的精度之内。根据金属加工杂志介绍，按我国标准分类，精度等级有P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10，日本、韩国，还有中国台湾省采用JIS等级，即C0、C1、C2、C3、C5、C7、C10；欧洲国家的标准采用的是IT0，IT1，IT2，IT3，IT4，IT5，IT7，IT10。标号越低/高，精度越高/低。一般来说，普通机械采用C7、C10级；数控设备采用C5、C3级；航空制造设备，精密投影及三坐标测量设备等一般采用C3，C2精度。
与滑动丝杠相比，滚珠丝杠在传动精度、传动效率、寿命、同步性等方面具备显著优势；同时随着产量不断增长，二者价格差异越来越小。未来滚珠丝杠不仅在不同精度需求领域具备广阔空间。
需求广泛市场规模稳步增长，国内市场由外资品牌主导。滚珠丝杠广泛应用于机床、工业自动化、仪器仪表等领域，国内工业设备的快速发展带来了稳定的市场需求。据华经产业研究院数据，2022年我国滚珠丝杠市场规模约为28亿元，同比增长9.38%。从价格走势看，近几年我国滚珠丝杠市场竞争不断加剧。国内滚珠丝杆价格从2014年225元/套的均价下降至2022年的180元/套，下降速度趋缓。
外资品牌在我国中高端市场中的份额保持领先，并不断抢占经济型产品份额。国产品牌技术持续提升，产品逐步由低端向中高端迭代。从全球市场看，日系、欧系品牌仍占据主导地位。据华经产业研究院数据，全球主要的滚珠丝杆厂商有NSK、THK、SKF等，2021年日本和欧洲滚珠丝杠企业全球份额约70%。全球CR5市占率约46%，主要来自欧洲和日本。随着科技技术进步，我国滚珠丝杠行业内也涌现出一批具有一定竞争优势的优秀企业，例如南京工艺装备、山东博特精工、银泰科技、山东华珠机械、陕西汉江机床等企业，同时恒立液压、贝斯特等公司也参与到丝杠领域。
（2）行星滚柱丝杠：人形机器人传动装置的理想方案
行星滚柱丝杠通过在主丝杠周围布置若干行星螺纹滚柱，大幅增加丝杠传动过程的接触面和受里面，从而具备了“高承载、高效率、高精度、高可靠性”等优点。受限于高成本、低产量，以前行星滚柱丝杠需求较小。近些年随着机器人等高端制造领域快速发展，行星滚柱丝杠具备较大发展潜力。
根据结构组成及运动关系的不同，可分为标准式行星滚柱丝杠、反向式行星滚柱丝杠、循环式行星滚柱丝杠、差动式行星滚柱丝杠、轴承环式行星滚柱丝杠。反向式、循环式、差动式等变形产品通过优化结构设计，可以实现更高负载运动，但对应的传动效率会有所降低。反向式优势是适配于机电一体化设计，主要应用于中小负载、小行程和高速的应用场景。循环式优势是啮合螺纹数量大，最大设计负载大，主要应用于要求高刚度、高承载、高精度的场合，如医疗器械、光学精密仪器等领域。差动式优势是结构简洁、导程小，适用于传动比较大的场合。
与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠负载的传递单元使用螺纹滚柱而不是滚珠，能够承受更高的静态负载和动态负载，静载为滚珠丝杠的3倍，寿命为滚珠丝杠的15倍。同时具有更强的刚度和抗冲击能力，可以提供更高的转速及更大的加速度。此外，行星滚柱丝杠为螺纹传动，螺距设计范围更广，理论导程可以比滚珠丝杠更小。
此前产业端尚未成熟应用，舍弗勒基本垄断市场。当前全球市场的主要供应商包括GSA（舍弗勒控股）、Ewellix（舍弗勒收购）、瑞士ROLLVIS（舍弗勒收购）、博世力士乐、INA（舍弗勒旗下品牌）、意大利VCS（美国MOOG收购）等，舍弗勒主导全球市场。根据觅途咨询，国内市场2023年外资市占率85%，国内南京工艺、济宁博特、优仕特在中低端产品上有少量供货。
国产供应商积极入局，看好长期发展潜力。随着人形机器人打开高端行星滚柱丝杠的需求，国内新剑传动、恒力液压、鼎智科技、贝斯特、五洲新春等企业积极投入市场，技术&设备等禀赋不同，当前大都处于研发、验证或少量试产阶段。短期看人形机器人使用的行星滚柱丝杠采用海外成熟供应商舍弗勒的概率较大，但长期看量产爬坡压力巨大，作为加工流程短的纯打铁件，国内企业技术突破的可能性较大、大规模工业化量产经验丰富，看好在设备和团队上领先的厂商。据Persistence Market Research预测，2023-2033年期间我国滚柱丝杠市场将以7.5%的年均复合增长率增长，在2033年达到2610万美元，约合人民币1.9亿元。
4、编码器：驱控信息的反馈装置
编码器（Encoder）安装在伺服电机上，通过将角位移（码盘）或直线位移（码尺）转换成电信号的方式反馈转子位置和速度，将所获得的运动信息转换为脉冲信号并发送给驱动器，以便其进行信息比对，确保完成闭环控制。
根据工作原理不同，主要有霍尔式编码器、磁编码器和光电编码器。霍尔式编码器成本优势明显，但精度一般，在中高端伺服系统中很少采用。光电编码器分辨率优势明显，但其码盘容易积灰，从而阻碍LED光透射到光学传感器，影响精度。磁编码器结构简单，成本低，精度高，且环境适应能力强。就目前发展来说，光电编码器技术与磁编码器相比更为成熟，可达到的精度更高。
据睿工业，我国编码器市场规模由2022年的高点25.95亿元下降至2023年的23.65亿元，同比下降9%，预计到2026年市场规模将达到24.25亿元。
（1）光电编码器：分辨率优势明显，技术成熟
光电编码器主要由光源、码盘及光电检测装置等组成，电机和码盘同轴，电机旋转时，码盘和电机同速旋转，使得光栅狭缝与光栅码盘的位置具有相对位移，从而产生莫尔条纹。主轴旋转每经过码盘上一个栅距大小的角度时，会使得莫尔条纹信号发生一个周期的变化。位于狭缝后的光电接收元件进行光电转换，将光信号转为电信号，再进行信号处理后最终输出对应的角位移信息。
根据码盘编码方式的不同，光电编码器可以分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。
增量式：采用莫尔条纹技术，码盘上的间距是均匀刻划的，从而每一个分辨率区间都可以产生一个计数脉冲，以零位信号的位置作为基准位置计数器以输出脉冲相对于基准位置来计数。如果是正方向转动，则加计数，反方向转动，则减计数。增量式编码器的突出特点就是响应迅速，容易实现小型化，结构也相对简单，但是其断电后很容易造成数据损失，会出现累计误差的现象。
绝对式：一般采用二进制码盘，按照一定的规律排列码道，每一个分辨率区间都对应有唯一的二进制代码，所以对应轴的每一个转角都可以输出特定的数字代码，该编码是唯一的，且与其它位置都没有关系。相比于增量式，绝对式非常突出的特点就是掉电期间不会造成数据损失，能够保留该位置的信息，抗干扰能力强，一般干扰的瞬间过后就可以恢复正常。
光栅码盘的材料和工艺是影响编码器精度的重要因素。光电编码器分辨率和精度要求越高，光栅所需刻蚀的面积就越大。这使得码盘使用材料十分关键。通常能用作码盘的材料有浮法玻璃、K9玻璃、窗玻璃、金属、光学树脂等。
玻璃码盘：精度可以做得很高、热稳定性也很好，但玻璃材料抗冲击能力、抗震都相对较差；同时由于玻璃密度相对较大，要把精度做高就要增加厚度，就会伴随着重量增加，使得设备启动力矩增加，灵敏度降低。
金属（不锈钢）码盘：生产工艺简单、成本较低，但金属材料很难做薄且透光率低，所以对精度有一定限制，并且其热稳定性不如玻璃材料。
光学树脂：在耐高温、质量轻、韧性、抗冲击力强等方面，都比玻璃有很大的优势。目前该工艺设计属于前沿技术，在国外有一定应用。可用于码盘的光学树脂材料有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）等。
（2）磁编码器：兼具成本和精度优势，未来发展前景可观
磁编码器主要是由磁栅、磁敏感元件以及信号处理电路组成，通过涂敷磁材料或者刻录法将磁栅制作成等间距的小磁极，将磁极磁化，安装在电机轴上。电机在旋转的过程中带动磁栅旋转，产生周期分布的空间漏磁场。磁敏感元件检测该信号，将周期变化的磁场信号转换成电信号。然后经过信号处理电路对其进行处理，最终实现磁编码器的编码功能。磁栅主要分为单极对式和多极对式；磁敏感元件主要分为霍尔元件和磁阻元件。
敏感元件是影响磁编码器分辨率和精度的关键零部件。敏感元件主要由磁栅和磁传感芯片组成。
磁栅：由一个或多个均匀分布的NS极组成的用于测量位置的永磁体。适用于磁电编码器的永磁材料有两大类，合金永磁材料和铁氧体永磁材料。后者包括钕铁硼磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁及铁氧体等。根据《基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现》一文的分析，四种磁体材料性能顺序为：钕铁硼>钐钴>铁氧体>铝镍钴。
传感元件：主要有两类，一类是霍尔元件。另一类是磁阻元件，包括各向异性磁电阻（AMR）、巨磁电阻（GMR）、和隧道磁电阻（TMR）。霍尔元件是基于霍尔效应制作而成的霍尔元传感器。AMR磁阻元件是基于AMR原理（对铁施加一路磁场时，在磁化方向上，其导电电阻变大，在垂直磁化方向上，导电电阻减小）制成；GMR磁阻元件是基于Fe/Cr纳米多层膜中的GMR效应，常见于硬盘读出磁头；TMR磁阻元件是基于磁性隧道结在外磁场的控制下，电阻进行切换的磁阻效应而制成。根据《基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现》一文，对比这几种传感元件可以看到，TMR传感器灵敏度更高，可用于磁场变化较快的场景，但目前该技术仍处于研发阶段。
欧美品牌占据全球中高端市场，日韩品牌主打性价比。根据《基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现》一文，国外磁编码器技术领先于国内，欧美、日韩品牌全球市场份额超过80%。欧美地区编码器公司较多，其产品一般分辨率和精度较高，但售价也较为昂贵；日韩地区一般生产中低端产品，售价相对低廉。
国内需求主要来自进口，自主品牌呈快速追赶趋势。根据《基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现》一文，预计国内编码器市场份额，有35%来自欧美品牌、33%来自日韩品牌、25%来自国产品牌，7%来自其他品牌。近年来如奥普光电、苏州多维、上海精浦等企业取得较大技术突破，未来国产化空间较大。
5、力传感器：电机输出力矩的反馈装置
力矩传感器是用于执行器末端的一种接触式传感器，主要用于对电机输出力的扭矩的检测和控制。其核心零部件是弹性体（感应元件）和应变片（电阻转换）。当扭矩作用于传感器时，传感器内部的感力元件会发生变化，从而产生电荷/电压信号，这个信号与扭矩大小成正比，因此可以通过测量电压信号来确定扭矩大小。
根据感力元件的不同，可以分为电磁式力传感器、光电式力传感器、电感式力传感器、电阻应变式力传感器、压电式力传感器、电容式力传感器。其中电阻应变式技术成熟、精度高、测量范围广，金属箔应变式力传感器是目前国外应用最多的一种力传感器。
根据检测力方向的数量，可以分为一维力和多维力传感器。在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量，因此，多维力最完整的形式是六维力/力矩传感器，即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器。
六维力传感器通常采用电阻应变式，根据传感器弹性体结构的不同，电阻应变式六维力传感器又可以细分为整体式和组合式。整体式弹性体采用一整块材料加工而成，具有迟滞小、灵敏度高等优点，而且通过合理的结构设计可以减少传感器维间耦合，实现较高精度的测量。因此整体式弹性体结构设计是六维力传感器研究的重点。
六维力传感器自20世纪70年代问世以来，已有数十种弹性体设计方案。海外学者曾提出三竖直梁式、平板式十字梁式等结构；国内学者曾提出Stewart整体式、平行板梁式等结构。由于弹性体结构受到使用场景和使用条件约束，不同的弹性体结构在不同条件下可能各有优势。
人形机器人基本配备4个六维力传感器，未来降本空间大。六维力传感器应用在协作机器人末端、航空航天风洞测试、医疗领域、运动健康领域中，人形机器人手腕如此灵活有它的功劳。目前一个人形机器人基本会配备4个六维力传感器。单个六维力传感器的价格在2万以上，导致了较高的应用成本门槛。国内厂商正努力降本，比如坤维科技正发力六维力传感器全自动化生产的实现，以高产量摊薄单个传感器成本，未来在十万乃至百万台的年产能下，六维力传感器售价将下降一个数量级。
中国六维力传感器市场有望实现较快增长。根据高工机器人产业研究所（GGII）数据显示，2022年中国市场六维力/力矩传感器销量8360套/2.39亿元，同比增长57.97%/52.04%，其中机器人行业销量4840套/1.56亿元，同比增长62.58%/54.35%。到2027年中国市场六维力/力矩传感器销量有望突破84000套/15亿元，复合增长率超过60%/45%，其中机器人行业销量有望突破42000套。
国产六维力/矩传感器与海外在灵敏度、串扰、抗过载能力及维间耦合误差等方面仍存在差距。国内部分企业已有相关的产品落地并进入产业化应用或部分产品型号开始进入下游用户的验证测试阶段。
05
相关公司
未来，国内企业零部件厂商有望借助人形机器人产业化趋势，减速器、滚珠/滚柱丝杠、电机等核心零部件性能有望逐步提升，进而逐步实现国产替代。
1、三花智控
三花智控以热泵技术和热管理系统产品研发应用为核心，从机械部品开发向电子控制集成的系统控制技术解决方案升级，成立至今专注于热管理产品零部件及组件，横向产品品类扩展（阀、泵、散热器、组件等），纵向行业扩展（家电、商用制冷、汽车、储能等）。三花智控2024H1实现营业收入136.8亿元，同比增长9.2%，实现归母净利润15.1亿元，同比增长8.6%，实现扣非归母净利润15.3亿元，同比增长4.1%。
热管理行业大赛道、好格局，抓住新能源增量机遇，公司从部件龙头成长为行业龙头。新能源汽车热管理行业单车价值量6500元左右，相较于燃油车提升2倍（主要增量为电池侧以及系统更加复杂），公司把握核心零部件，提升集成组件产品比例，目前单车配套价值量可达5000元以上。汽车热管理行业集中度高，预计全球乘用车热管理市场空间约为1800亿元，呈现增长趋势，传统国际龙头电装、法雷奥、翰昂、马勒四家企业占据50%以上的份额。国内企业发力新能源车增量市场，三花智控在车用电子膨胀阀、新能源车热管理集成组件产品市占率全球第一，公司伴随新能源核心客户的快速发展、集成组件收入占比提升，打造行业全球龙头。
开拓储能、机器人等业务，技术具有同源性，布局新的成长点。车用动力电池和储能电池在温控技术方面同源，储能业务公司2023年上半年突破行业标杆客户，已实现营收。机器人方面，公司重点聚焦仿生机器人机电执行器业务（运动控制核心环节，工业机器人中成本占比70%左右）。机电执行器业务在电机控制技术方面与公司现有产品具备同源性，公司已组建50人的机电执行器产品研发团队，并与绿的谐波签署战略合作框架协议。公司未来三年预计将招募在电机、传动、电控、传感器等领域的专业人才，将研发团队扩充至150人，预计机电执行器产品总团队规模在300人以上。公司已与多个客户建立合作，并积极筹划海外生产布局，具备先发优势。
投资智能变频控制器、机器人伺服电机控制器、域控制器项目，开拓新增长点。2024年1月公司签订《三花智控未来产业中心项目投资协议书》，计划总投资不低于50亿元，项目包括1）公司控股子公司先途电子智能变频控制器项目，2）三花智控机器人伺服机电执行器项目、热管理域控制器项目。以上布局有利于公司从机械部品开发向电子控制集成的系统控制技术解决方案开发升级，并向变频控制技术与系统集成升级方向延伸发展，有望成为潜在增长点。
2、拓普集团
汽配板块较稀缺的模块化供应商。拓普集团是围绕汽车底盘打造平台化产品体系的供应商，产品包括减震、内饰、底盘系统、热管理、汽车电子等，客户涵盖全球主流主机厂。拓普集团24H1营收122.3亿元，同比+33%。
品系延展：九大产品构筑平台化供应体系。拓普深度锚定电动智能增量市场，九大产品（单车配套价值可达3万元）有望逐级增厚业绩，催化自身定位向平台化系统级供应商重塑与升级：减震、内饰业务（第一阶）稳定增利（22年前三季度营收占比超5成）支持公司新品研发拓展；轻量化底盘及热管理（第二阶）系拓普核心资产，是当下业绩增长的关键支撑；另外基于电控、软件、精密制造等能力延伸的IBS、EPS、空悬、座舱、机器人执行器等（第三阶）板块推进顺利，构筑未来增长新势能。
3、绿的谐波
绿的谐波为国内谐波减速器龙头公司，打破海外厂家对谐波减速器的垄断。产品包括谐波减速器及精密零部件、机电一体化产品、智能自动化装备等，广泛应用于智能机器人、数控机床、医疗器械、半导体生产设备、新能源装备等高端制造领域。经过多年持续研发投入，公司在国内率先实现了谐波减速器的工业化生产和规模化应用，打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断。
公司谐波减速器相关产品齐全，精准卡位机器人赛道。公司产品包含高扭矩、厚度薄或重量轻、体积小等多种谐波减速器。公司通过自主创新、自主研发，发展完善了新一代谐波啮合“P齿形”设计理论体系、新一代三次谐波技术、机电耦合技术、轴承优化、独特材料改性技术、齿廓修形优化技术、协同高效润滑技术及超精密制造加工工艺等核心技术。
4、双环传动
深耕传动部件四十载，专精齿轮研发与制造。双环传动创立至今40余年持续专注于机械传动，当下在国内纯电汽车大功率市场占据70%+份额，能够认为双环当下已实现两轮“蜕变”：第一轮是齿轮外包趋势带来第三方供应商的订单机遇，第二轮是新能源车爆发催生大量齿轮需求+大幅提升制造壁垒，双环依托产能前瞻布局+批量供货能力锁定主机厂订单并达成深度合作，持续巩固市场地位；我们认为当下双环传动面临第三轮成长机遇，即①出海：技术与产品出口打开成长天花板；与②平台：打造齿轮领域平台化供应体系，品类持续延展开辟新增长曲线。
内核：高精齿轮工艺生产Knowhow为核，车与机器人双环共振。新能源车减速器齿轮较传统车齿轮对啮合精度、噪音控制、刚度寿命等标准要求提升，叠加齿轮外包趋势演进，催化新能源车用齿轮迎来行业升级、需求放量与格局重塑的机遇。双环战略眼光超前，具极限制造+一致性出货+正向开发能力，客户与订单持续突破（国内大功率新能源车齿轮市占率70%+）；商用车方面有望充分受益于国内重卡AMT渗透率提升；机器人：公司RV减速器打破日欧品牌垄断格局。后续随下游工业自动化需求提升，公司减速器业务有望持续放量；同时谐波减速器多型号产品已批量供货并获客户认可，后续有望逐步车+机器人有望实现共振增长。
全球化战略推进与品类矩阵延展打开增长空间。当下双环适逢第三轮升级机遇，即①出海：全球化战略推进，海外建厂与客户突破并举，后续有望承接国内增长打开远期空间；②平台化：我们认为双环的核心优势在于产品（一致性+性能）、管理（降本增效）、研发（技术与开发能力）三大维度，构筑车端齿轮+机器人减速器+工程机械齿轮等产品加持的平台化供应体系，保障增长动力，后续依托于此优势有望持续延展品系开辟新增长曲线。
降本增效与智能制造推进，盈利能力有望持续提升。前期高资本开支压制利润释放，后随订单陆续量产，公司产能利用率逐步提升改善利润率；后续叠加持续的技术升级、工艺优化、管理提升等降本增效方式推进（齿轮原材料成本占比约50%，给予降本增效空间），公司盈利能力有望逐步提升。
5、贝斯特
公司持续专注于精密零部件和智能装备及工装产品的研发、生产及销售。近年公司产品拓展汽车涡轮增压器压气机壳以及新能源汽车铝合金结构件，2020年公司加快布局新能源汽车产业，建设年产700万件新能源汽车功能部件及涡轮增压器零部件项目。此外，公司还利用在智能装备及工装领域的各类先发优势，将业务延伸至高端航空装备制造、工业自动化装备、工业母机以及人形机器人等领域。
近年公司受新能源业务拉升，收入和业绩快速增长。2023年公司实现收入13.4亿元，三年CAGR达到13.0%；实现归母净利润2.6亿元，CAGR达到14.3%。同时汽车零部件的收入占比大幅提升，整体看公司具有较强的稳定经营基础。
公司业务分为三大板块，零部件业务稳步发展，工业母机相关业务成为主要看点。一、各类精密零部件、智能装备及工装夹具等原有业务；二、新能源汽车零部件业务，重点布局新能源汽车轻量化结构件、高附加值精密零部件以及氢燃料、天然气燃料的汽车核心部件等产品；三、工业母机、人形机器人等领域，全面布局直线滚动功能部件，产品包括：高精度滚珠/滚柱丝杠副、高精度滚动导轨副等。
6、昊志机电
公司为一家专业从事中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等的研发设计、生产制造、销售与维修服务的国家高新技术企业。截至2023年，公司拥有2家全资子公司、1家控股子公司以及13家全资孙公司，并已成立机器人事业部、高速风机事业部、精密事业部、直驱事业部等多个事业部，生产基地分布国内外。公司产品涵盖数控机床领域的主轴、转台、直线电机、数控系统、直线电机等；机器人领域的谐波减速器、DD电机、低压伺服驱动、刹车机构、编码器、末端执行、力矩传感器等；新能源汽车领域的氢燃料电池空压机和曝气鼓风机等。
根据公司披露的2023年年报，公司的谐波减速器、机器人关节模组、末端执行机构（气动手指和快换模块）等产品能够满足协作机器人、轻型机器人生产的模块化、标准化、小型化要求，具有较好的市场前景。凭借在机器人领域深厚的技术积累，公司先后攻克了智能机器人用“高性能谐波减速器”、“高精度编码器”、“一体化关节模组”、“六维力传感器”、“控制系统”等一系列核心功能部件技术，打破了智能机器人核心功能部件依赖进口的局面，实现了智能机器人核心功能部件的全国产化。公司与客户共同开发的按摩机器人，已成功应用于美业专业连锁机构。
根据公司2024年5月11日披露的《投资者关系活动记录表》显示，公司机器人子公司成立事宜正在有序推进中，主要负责机器人核心功能部件（包括但不限于谐波减速器、无框力钜电机、刹车机构、编码器、电磁快换模块、六维度力钜传感器、控制系统、关节模组、末端执行机构（气动手指、快换模块）以及RV减速器等机器人领域功能部件）研发、生产、销售等。公司现有的产品包括谐波减速器、无框力矩电机、驱动器、编码器、力矩传感器等可应用于人形机器人。
7、鸣志电器
公司专注于运动控制领域核心技术及系统级解决方案的研发和经营，核心业务围绕自动化和智能化领域有序外延扩张。经过二十逾年的发展，公司形成了以控制电机及其驱动控制系统为核心，电源与LED智能照明控制系统、设备状态管理系统和国际贸易代理协同发展的业务架构。公司在移动服务机器人、工业机器人、新能源汽车、智能驾驶汽车、太阳能装备、生化医疗、5G移动通讯等新兴行业领域重点布局，构建了以技术和产品为核心，质量、成本和服务为保障的全方位竞争优势。运动控制领域的控制电机这块，公司目前拥有步进电机、直流无刷电机、交流伺服电机、空心杯电机等控制电机类产品。公司的混合式步进电机产品在全球市场一直享有较高的市场地位，占据全球市场份额10%以上，同时也是最近十年之内唯一改变混合式步进电机全球竞争格局的国内企业，打破了日本企业对该行业的垄断。公司的直流无刷电机、交流伺服电机、空心杯电机技术亦在全球居于前列水平。
根据公司2023年年9月6日披露的《2023年半年度网上业绩说明会》的公告显示，空心杯电机成本主要取决于研发投入以及将来的业务回报。高水平空心杯电机业务目前还是一个卖方市场，具体价格将由买卖双方协商决定。目前公司的决策是确保空心杯电机产能相较既有需求保持较高的余量，以应对市场可能到达的巨大需求。2023年7月，鸣志无齿槽空心杯产品线成功获得了ISO13485医疗器械质量管理体系认证。这是鸣志历史上的一次重要里程碑，标志着鸣志在产品设计开发、制造工艺、产品质量和服务水平方面，已达到了国际权威机构认可的质量管理体系标准。2023年9月左右，鸣志推出了全新MH13/MH22系列增量式高性能编码器，其具有出色的性能指标，可实现高分辨率和高精度的位置反馈。其优异的精度和重复性可确保稳定可靠的运动控制，从而提高系统的精确性。该系列编码器采用紧凑设计，可与相同外径的无齿槽电机精准匹配，使其能够轻松适应各种空间约束。
8、柯力传感
公司是智能传感器领军企业，主要研制和生产各类型物理量传感器，以及不同工业物联网系统及多场景应用解决方案。目前公司已是全球大型钢制传感器制造企业和工业物联网应用拓展引领者之一。面对人形机器人带来的传感器行业发展机遇，公司在2024年集团规划大会上明确投资核心需求是“机器人与多物理量传感器”，重点推进数字、高端、非衡、机器人、多物理量、扭矩传感器产品及市场。根据公司在互动平台的回复，公司开发的六维力产品，可用于机器手臂运动与工作载荷监测、曲面研磨抛光、加工中心精雕加工、医疗设备精密测控等，目前六维力系列产品仍处于小批量开发试制阶段。
06
参考研报
1. 长城证券-人形机器人行业专题三之执行器系统：核心部件，顺势启航
2. 海通证券-机械行业关节执行器：受益人形机器人发展，国产化有望加速
3. 海通证券-人形机器人行业深度：产业化渐行渐近，关节执行器环节有望受益
4. 华宝证券-人形机器人行业专题报告三：拆解人形机器人结构，寻找高价值量细分领域
5. 高工咨询-机器人行业：2024中国人形机器人产业发展蓝皮书
6. 中航证券-人形机器人行业：黎明破晓，AI归宿
7. 中金公司-特斯拉人形机器人行业追踪（二）：硬件降本为主逻辑，寻找具备弹性及确定性标的
8. 海通证券-机械工业行业传统板块23&24Q1总结：整体阶段性承压，关注国产化、出海等结构性因素
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