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1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 谐波减速 器 专题 ： 机器人核心零部件 ， 国产 替代 加速进行时 机器人 专题 报告 系列一 研究背景 ： 2022 年 6 月 21 日 ， 马斯克宣布将于 今年 9 月 30 日推出Tesla Bot“ Optimus（擎天柱）”原型机 ， 马斯克也公开宣称： 2022 年，“擎天柱”的产品开发优先于特斯拉一些即将推出的车型，第一版机器人有望在 2023 年投入生产。我们认为该产品的发布可能引爆人形机器人产业链，一旦该产品成为现象级的新品，将带来整个产业链的投资机会。而能否成为现象级新品 ， 我们认为核心还是看技术降本。从我们 测算 的特斯拉人形机器人 成本 构成来看 ： 肢体活动关节执行器 /运动控制 +处理器 /肢体骨骼 /手部关节执行器 /其他的成本占比分别为48.7%/33.9%/10.5%/3.4%/3.5%，而在肢体活动关节 执行器中，无框力矩电机 /谐波减速器 /RV 减速器 /编码器的成本占比分别为14.8%/19.3%/12.0%/2.6%，减速器占比共计 31.3%，是 Tesla Bot 成本占比较高的部分 。 本文主要聚焦谐波减速器环节，分析未来的 竞争 格局和投资机会。 从长期维度看，我们认为 投资机器人的 底层逻辑 为 ： 国内人口红利衰退，用工成本上行的大 环境 下，机器换人加速演进 。 这是未来十年投资 机器人产业链 最重要、最核心的 时代 背景。 谐波 减速器为机器人核心零部件 ， 成本占比高 。 根据 OFWeek 的 数据，工业机器人 三大核心零部件： 减速器 /伺服系统 /控制系统 的价值量占比分别为 35%/25%/10%， 其中 减速器位于首位 。 机器人减速器一般指RV 减速器或谐波减速器，其中后者相较于前者，结构简单、体积小、重量轻，价格低廉，被广泛用于机器人 末端关节。 我们测算 ， 到 2025年，全球 工业用 机器人谐波减速器市场规模接近 50 亿元， CAGR 为19.1%； 中国工业 用 机器人 谐波减速器 市场 规模 将 超过 30 亿元， CAGR为 23.7%。此外， 我们 使用 逆推法 测算 2021 年 除 机器人 以外 ，其他 下游 市场 （机床、半导体设备、医疗设备、光伏设备等） 谐波减速器市场 规模 为 12.1 亿元左右。 预计未来 Tesla Bot 一旦量产，有望打开 谐波减速器 市场空间 。 Tesla Bot有 40个自由度 ， 我们 保守估计单台设备使用 20台谐波减速器 。 Tesla Bot 放量的具体信息尚不明确， 在悲观 /中性 /乐观三种预期下， 假设未来 3 年内， Tesla Bot 出货量分别为 20 万台 /50 万台 /100 万台 ； 根据绿的谐波招股书披露， 2017-2019 年谐波减速器平均售价分别为 1922.79元 /1885.13 元 /1631.95 元， 我们预测未来仍有降价空间， 假定降价趋势维持， 2022-2025 年， 谐波减速器 平均单价分别为 1300 元 /1200 元 /1000Tabl e_Title 2022 年 08 月 11 日 通用设备 Tabl e_BaseInfo 行业深度分析 证券研究报告 投资 评级 领先大市 -A 调高 评级 Tabl e_FirstStock Tabl e_Chart 行业表现 资料来源： Wind 资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 16.11 30.37 10.19 绝对收益 10.49 33.72 -7.87 郭倩倩 分析师 SAC 执业证书编号： S1450521120004 李疆 分析师 SAC 执业证书编号： S1450521120002 相关报告 通用自动化 2021 年报 &2022Q1 季报总结 2022-05-10 -40%-34%-28%-22%-16%-10%-4%2%2021-08 2021-12 2022-04通用设备 (中信 ) 沪深 300 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 元 。 据此我们测算未来 谐波减速器市场空间在 52-200 亿元之间 ，年均新增市场空间 17-67 亿 元 之间 。 市场格局集中，全球龙头领先，国产头部企业实现突破，替代进程加速 。 哈默纳科 是全球龙头， 成立于 1970 年 ， 虽 经历 多次大环境 冲击，但 始终 深耕谐波领域 ， 不断开拓下游市场 。目前，哈默纳科技术和专利领先，产品寿命高、故障率低、品类丰富， 覆盖全球市场 。 国内谐波减速器厂商有 30 多家，排在头部的有绿的谐波、来福谐波、双环传动、大族传动等 ， 近年来 国 内 厂商 逐渐进入下游客户供应链， 市占率逐年提 升 。 根 据华经产业研究院的数据， 2021 年，哈默纳科 /绿的谐波/日本新宝 /来福谐波 /福德机器人 /大族传动在 国内 谐波减速器市场的占有率分别为 35.5%/24.7%/7.4%/7.7%/4.2%/4.5%。 这 6 家厂商中， 相较于 2020 年， 哈默纳科和 日本 新宝的市占率从 46%降低至 42.9%， 而其余 4 家国内厂商市占率从 35.9%提升至 41.1%， 国产替代逐步推进。 技术成熟 、 成本下降 、 产能提升 、售后服务 ，为机器人产业链全面实现国产 替代 的核心要素 。 技术成熟： 国内减速器厂商在基础材料、加工工艺等 方面研发 起步较晚，产品质量与哈默纳科有一定差距，但差距在逐渐缩小 。 降本： 以工业机器人为例， 减速器价值占比达 35%，是降本的核心要素 ，国内 减速器 更便宜，价格 上具有较大优势 。 产能提升： 2020 年以来，受 新冠 疫情影响，机器换人节奏加快，谐波减速器需求大幅 提升 ，哈默纳科 产能 不足， 交期延长至 6 个月左右，日企 扩产速度普遍较慢 ；国内厂商 受益政策支持，能快速扩建产能， 保证交期， 填补中低端客户的需求缺口 。 售后服务： 哈默纳科的售后服务 响应较慢 ，国内厂商售后响应速度较快 。 预计 未来谐波减速器 国产 替代 进程 将 提速 。 投资建议： 谐波减速器行业壁垒很高， 目前 哈默纳科 占据全球 80%左右 的市场，国内 35%左右 的市场， 国产替代有较大空间 。 建议关注：绿的谐波 （国内谐波减速器龙头， 深耕数 10 年，管理团队 背景 强大 ，近年来产品可靠性大幅度提升 ）、 双环传动 （ 齿轮传动头部企业 ， 2013年开始布局 RV 减速器领域，目前产品质量全国领先，营收增速较 高 ） ，中大力德 （ 国内机械传动与控制零部件头部企业， 致力打造核心零部件集成 化 供应商 ， 产品覆盖 各类 减速器、减速电机 和 智能执行单元 ），中技克美 （国内 第一个从事谐波传动技术的高新技术实业公司 ，产品广泛应用于航空航天、机器人 等对空间要求较高的领域 ） ， 国茂股份 （国内通用减速机龙头， 2021 年成立子公司国茂精密传动（常州）有限公司， 收购安徽聚隆与减速器有关的部分业务和业务资产， 布局 RV、 谐波减速器领域 ）。 风险提示： 制造业投资低迷、 机器人推广不及预期、市场竞争加剧、产品迭代不及预期 、测算具有主观性 。 行业深度分析 /通用设备 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1. 减速器：机器人产业链不可或缺的核心零部件 . 6 2. TESLA 人形机器人：有望成为谐波减速器的蓝海市场 . 9 3. 谐波减速器行业分析 . 12 3.1. 工作原理：巧借 “错齿运动 ”，结构简单，精度高，减速比高 . 12 3.2. 下游应用：应用领域广泛，市场空间广阔 . 13 3.2.1. 工业 +协作机器人下游减速器应用及市场空间 . 14 3.2.2. Tesla Bot 谐波减速器市场空间 . 18 3.2.3. 其他下游应用及市场空间 . 18 3.3. 竞争格局： HD 为全球谐波减速器龙头，国产替代为长期趋势 . 19 3.4. 行业壁垒：技术门槛高，品牌效应强，设备投资大 . 20 3.4.1. 技术壁垒：材料、设计、工艺、装配研发投入大，积累周期长 . 20 3.4.2. 固定资产投资壁垒：设备投资大，回报周期长 . 25 3.4.3. 品牌壁垒：试机验证周期长 . 25 3.5. 谐波减速机未来的产品趋势 集成化 . 26 4. 他山之石：复盘哈默纳科的成长路径 . 27 4.1. 主营业务：推陈出新，深耕谐波领域 . 27 4.2. 历史沿革：从以日本市场主导，逐步转向海外扩张的发展道路 . 28 4.3. 市场需求：下游应用广泛，业绩快速增长 . 30 4.4. 财务分析：市场环境波动大，下游应用领域拓宽拉动业绩提升 . 33 4.5. 复盘结论：技术为王，质量核心，产能保障，紧跟下游市场 . 37 5. 国内谐波减速机公司投资机会分析 . 38 5.1. 绿的谐波：深耕谐波减速器领域，打破国外垄断，业绩高速增长 . 39 5.2. 中技克美：国内第一个专业从事谐波传动技术的高新技术实业公司 . 42 5.3. 双环传动：齿轮传动产品头部企业， RV 减速器产品获广泛认可 . 44 5.4. 中大力德：产品种类多样，致力于打造核心零部件集成供应商 . 46 5.5. 国茂股份：国内通用减速机龙头，布局精密领域 . 48 6. 投资建议 . 50 7. 风险提示 . 50 图表目录 图 1：工业机器人产业链概况 . 6 图 2：协作机器人产业链概况 . 6 图 3：服务机器人产业链概况 . 7 图 4：减速器在工业机器人零部件中价值占比最大 . 7 图 5：优傲 UR5 协作机器人关节内部结构 . 8 图 6：各类减速器示意图 . 8 图 7：人形机器人产业链概况 . 9 图 8：人形机器人 Tesla Bot 时间线梳理 . 10 图 9： Tesla Bot 基本参数 . 10 图 10：特斯拉人形机器人机械结构图 . 11 图 11：谐波减速器内部结构示意图 . 13 图 12：谐波减速器的 “错齿 ”原理 . 13 图 13：谐波减速器下游应用领域 . 14 行业深度分析 /通用设备 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 14：哈默纳科 2021 年机器人下游占比 50%以上 . 14 图 15：六轴多关节机器人按负载选用 RV 或谐波减速器 . 14 图 16：协作机器人 6-7 个关节全都使用谐波减速器 . 14 图 17： 预计 2021-2024 年全球工业机器人销量 CAGR=6.0% . 16 图 18：预计 2021-2025 年中国工业机器人销量 CAGR=13.9% . 16 图 19：预计 2021-2025 年全球协作机器人市场规模 CAGR=23.6% . 16 图 20：预计 2021-2025 年中国协作机器人销量 CAGR=44.4% . 16 图 21：五轴加工中心及内部结构示意图，标红处为谐波减速器安装位置 . 18 图 22：谐波减速器运用于医疗设备 . 19 图 23：谐波减速器运用于光伏设备 . 19 图 24： 2021 年哈默纳科全球谐波减速器市占率格局 . 20 图 25：中国谐波减速器行业国产替代逐渐推进 . 20 图 26：谐波减速器专利申请构成，其中总体结构、波发生器、柔轮、加工制造为研究重点 . 21 图 27：谐波减速器各国专利申请情况 . 21 图 28： 谐波减速器各技术分支专利申请情况 . 21 图 29：柔轮疲劳 损伤断裂示意图 . 22 图 30：柔轮应力疲劳损伤和寿命三维仿真云图 . 22 图 31：哈默纳科 S 齿形大幅度降低齿隙，提升精度、抗疲劳和扭转刚度 . 23 图 32：绿的谐波 P 齿形降低齿高，提升转矩容量和寿命 . 24 图 33：来福谐波 齿形全面提升寿命和转矩容量 . 24 图 34：截止 2020 年全球谐波减速器累计专利申请排名 . 24 图 35：近 5 年专利申请数量排名 . 24 图 36：哈默纳科 “物业、厂房及设备 ”大幅增加，固定资产周转率最低降低至 0.91 . 25 图 37：绿的谐波 “固定资产 +在建工程 ”逐年提升，固定资产周转率最低降至 1.18 . 25 图 38：技术门槛 +验证周期 +高设备投资，构筑行业壁垒 . 26 图 39：绿的谐波与哈默纳科部分机电一体化产品概览 . 26 图 40：绿的谐波近四年机电一体化产品销量高速增长 . 26 图 41： 哈默纳科产品概览 . 27 图 42： 2021 年哈默纳科各类产品收入占比 . 27 图 43：哈默纳科发展史上部分具有标志性的产品代表 . 27 图 44： “谐波传动 ”国产一号样机与 70 年代的松本工厂 . 28 图 45：哈默纳科发展历史概览 . 28 图 46：哈默纳科全球 “四极 ”体系基本可实现全球减 速机供应全覆盖 . 29 图 47： 2021 年哈默纳科各下游行业占比 . 30 图 48：哈默纳科营收与日本机床订单量（内需 +外需）变化趋势吻合 . 31 图 49：哈默纳科机器人下游营收与日本机器人产量（国内 +出口）高度吻合 . 32 图 50：全球半导体和制造设备的市场趋势 . 32 图 51：哈默纳科半导体设备下游营收与市场吻合 . 32 图 52： 哈默纳科 FPD 设备下游营收与市场吻合 . 33 图 53：哈默纳科 2001-2021 年营业收入 CAGR 为 10%左右 . 34 图 54：哈默纳科 2004-2021 年净利润增速 CAGR 为 8.4% . 34 图 55：哈默纳科业务结构保持稳定 . 35 图 56：哈默纳科海外业务逐渐扩展 . 35 图 57：哈默纳科各下游订单占比，其中工业机器人下游持续提升 . 36 图 58：哈默纳科毛利率与净利率 . 36 行业深度分析 /通用设备 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 59：哈默纳科人均创收变化 . 37 图 60： 哈默纳科人均创利变化 . 37 图 61：哈默纳科研发费用及占比变化 . 37 图 62： 哈默纳科研发人员数量及占比变化 . 37 图 63： 2014-2021 年哈默纳科中国子公司营业收入 CAGR=14.4% . 39 图 64： 2014-2021 年哈默纳科中国子公司净利润 CAGR 大约为 1.31% . 39 图 65：绿的谐波发展历程 . 40 图 66：绿的谐波股权结构（截至 2022 年 7 月 14 日） . 41 图 67： 2017-2021 年绿的谐波营收 CAGR=26.0% . 42 图 68： 2017-2021 年绿的谐波归母净利 润 CAGR=40.5%. 42 图 69：中技克美产品图例 . 42 图 70：中技克美 2021 年收入构成 . 42 图 71：中技克美发展 历程 . 43 图 72：中技克美营收稳步上升 . 44 图 73：中技克美归母净利润近 5 年降幅较大 . 44 图 74：双环传动主要产品 . 44 图 75：双环传动发展历程 . 45 图 76：双环传动收入持续上升 . 46 图 77：双环传动 2021 年归母净利润提升较大 . 46 图 78：双环传动 “减速器及其他 ”营收 CAGR=48.8% . 46 图 79：中大力德主要产品 . 47 图 80：中大力德发展历程 . 48 图 81：中大力德营业收入 CAGR=18.12% . 48 图 82： 中大力德 归母净利润 CAGR=18.12% . 48 图 83：全资子公司国茂精密成立，主营精密减速器业务板块 . 49 图 84：国茂股份营收 CAGR=11.6% . 50 图 85：国茂股份归母净利润 CAGR=22.8%. 50 表 1： RV 减速器和谐波减速器功能对比 . 9 表 2：特斯拉 Optimus 成本拆分预测 . 12 表 3：机器人简介及谐波减速器使用情况 . 15 表 4：全球工业 +协作 机器人谐波减速器市场空间拆分 . 17 表 5：中国工业 +协作机器人谐波减速器市场空间拆分 . 17 表 6：预计未来 Tesla Bot 谐波减速器市场空间为 52-200 亿元 . 18 表 7：生产谐波减速器的主要厂家概况 . 20 表 8：哈默纳科在全球的布局 . 29 表 9：哈默纳科谐波减速器产能扩张计划 . 30 表 10：绿的谐波 产品包括谐波减速器及金属部件、机电一体化产品及液压产品 . 40 表 11：绿的谐波高管构成 . 41 表 12：中技克美产品介绍 . 43 表 13：双环传动产品广泛应用于乘 用车、商用车、电动工具、轨道交通等领域 . 45 表 14：公司主营产品包括齿轮减速机和摆线针轮减速机 . 49 表 15：建议关注：绿的谐波、双环传动、国茂股份、中大力德、中技克美 . 50 行业深度分析 /通用设备 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1. 减速器：机器人产业链 不可或缺的核心零部件 机器人 品类众多， 产业链庞大 。按照 结构 功能和应用领域 ，可分为 工业 机器人 、协作 机器人 、服务 机器人 和 特种 机器人 四大类 。 工业机器人 ： 面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。 自动执行工作的机械装置，靠自身动力和控制能力来高精度地重复执行特定工作。 体积较大，相对而言比较危险，一般被限制在特定的工作区域独立工作 。 工业机器人产业链上游为三大核心零部件（减速器、伺服、控制器） ， 中游为工业机器人（多关节机器人、 SCARA 平面多关节机器人、 delta 并联机器人、直角坐标机器人等），下游系统集成应用领域（焊接、装卸、装配、喷涂、上下料等），主要服务汽车、电子、金属、化学制品和食品等对自动化、智能化需求较高的终端行业。 图 1： 工业机器人产业链概况 资料来源： 绿的谐波招股说明书， 安信证券研究中心 协作机器人 ： 在工业生产中实现人机协作的功能 。 相较于工业机器人， 协作机器人 冲破了安全护栏的束缚，可在生产线上与人协同工作，充分发挥了机器人的效率和人的智能。 相对而言，协作机器人更轻量化，更友好，性价比更高，并且更安全 ， 一旦发生触碰，可立即停止 。 一般而言，协作机器人工作负载较小，重量较轻，只使用谐波减速器。 产业链上游包括 力矩电机、伺服驱动、谐波减速器、传感器和编码器，中游为协作机器人本体，下游覆盖焊接胶合、组装装配、抛光打磨、产品包装、上下料、检测测试等工序。 图 2： 协作机器人产业链概况 资料来源： 高工机器人 ， 安信证券研究中心 行业深度分析 /通用设备 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 服务机器人 ： 提供服务，但不从事工业生产。 是一种半自主或全自主工作的机器人，能为人类提供保养、修理、运输、清晰、保安、救援、监护等功能。 从中长期看，人口老龄化、用工成本上升、产业升级都意味着这类机器人有巨大的市场潜力。服务机器人产业链上游包括芯片、伺服系统、控制器、传感器、减速器以及机器视觉、语音识别等系统集成，中游包括各类服务机器人 制造 ，下游涵盖众多服务行业：餐饮、酒店、医疗、养老、物流、消防、家政等。 图 3： 服务机器人产业链概况 资料来源： 中商产业研究院整理， 安信证券研究中心 特种机器人 ： 应用于专业领域，辅助替代执行各种任务。 常见功能 有采掘、安装、检测、维护、维修、巡检、侦查、排爆、搜救、输送、诊断、清洁等功能，运用于农业、电力、建筑、物流、医用护理、安防救援、军事、核工业、采矿等领域。 从工业机器人成本构成来看， 减速器是价值占比最高的核心零部件。 根据 OFWeek 的 统计 ， 工业机器人中 减速器 /伺服系统 /控制系统 /机器人本体 /其他这五部分的价值占比分别为35%/25%/10%/15%/15%。 图 4： 减速器在工业机器人零部件 中价值占比最大 资料来源： OFWeek， 安信证券研究中心 减速 器 配套电机，降低 转速，提升扭矩， 是 机器人产业链不可或缺的 核心零部件 。 以 优傲 UR5 协作机器人为例，关节处利用电机实现转动，但电机功率有限，转速很高，这带来两个问题：电机直接输出的扭矩较小，无法承受负载；机器人关节转动不需要电机那样的高转速。 因此，通常需要在电机 的输出端 安装减速 器，从而 降低转速，提升扭矩。 行业深度分析 /通用设备 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 5： 优傲 UR5 协作机器人关节内部结构 资料来源： UML 官网， 优傲公司官网， 安信证券研究中心 整理 减速器 可分为通用、专用、精密减速器，其中应用于机器人产业的主要为精密减速器。通用减速器： 一般指齿轮减速器、蜗杆涡轮减速器和行星减速器，以中小型为主，广泛应用于各个行业； 专用减速器： 一般以大型、特大型为主，多为行业专用减速器，比如汽车减速器、光伏减速器、风电减速器； 精密减速器 ：以微型、小型为主，一般指 RV 减速器或者谐波减速器，广泛用于工业机器人、机床、半导体、航空航天等高精度场景，尤其大量运用在关节型机器人上。 图 6： 各类减速器示意图 资料来源： 国茂股份、双环传动、绿的谐波公司公告， 安信证券研究中心 精密减速器 中 ，相对于 RV 减速器，谐波减速器结构更简单，质量和体积更小，单级传动比和精密度更高， 在机器人领域具有无可替代的地位。 RV 减速器 ： 传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力， 在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势 ，但同时因为其重量重、外形尺寸较大的特性， 无法向轻便、灵活的轻负载领域发展 。 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。与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积行业深度分析 /通用设备 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 可减少 2/3，重量可减轻 1/2，这使其 在机器人小臂、腕部、手部等对轻便、灵活要求较高的部件具有无可替代的优势 。 表 1： RV 减速器和谐波减速器功能对比 项目 RV 减速器 谐波减速器 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，零部件较多，结构较复杂。 通过柔轮的弹性变形以及齿轮啮合传递运动，由柔轮、刚轮和波发生器三部分组成。 产品性能 大体积、大负载能力和高刚度 小体积、传动比高、精密度高 应用场景 多关节机器人中基座、大臂、肩部等重负载位置 机器人小臂、腕部或者手部 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、医疗行业中通常使用由谐波减速器组成 30kg 负载以下的机器人 价格区间 5000-8000 元 /台 1000-5000 元 /台 资料来源：绿的谐波招股说明书，安信证券研究中心整理 2. TESLA 人形机器人： 有望成为 谐波减速器的 蓝海市场 人形机器人 ，是指 拥有与人类似的身体结构，能够使用双足行走 ，具备一定的人工智能功能 的机器人 。 由于从外形上看更亲切，因而其最初的设计定位是一种服务机器人，应用于和人类直接接触的场景中，例如家庭、学校、餐厅、候机厅、表演等。 人形机器人 和 服务机器人最大的区别在于 人形机器人 需要保持平衡。 普通服务机器人有底盘，用轮式驱动，不存在摔倒问题，只需要 按照设定轨迹移动 ，并能实现一定程度的爬坡即可；人形机器人比服务机器人 高度更高 ，需要靠双足行走，既要走得稳，还要走得快， 并需要适应不同的地面。由于结构更接近人形，每个关节受力更加 复杂 ，对减速器负载和电机响应速度要求更高。 图 7： 人形机器人产业链概况 资料来源： Tesla、 DS Power， 安信证券研究中心 整理 Tesla 布局人形机器人， 2022 年 有望 成为人形机器人发展的标志性年份 。 2021 年，马斯克首次透露人形机器人“擎天柱”概念图和相关视频， 2022 年 6 月 21 日 ， 马斯克宣布将于9 月 30 日推出 Tesla Bot“ Optimus（擎天柱）”原型机 ， 人形机器人产业链关注度提升 。 Tesla有望将汽车自动驾驶积累的技术经验用于人形机器人的研发生产中，推动人形机器人行业发展 。 2022 年 有望成为人形机器人发展的标志性年份 ， 2023 年预计 Tesla Bot 将进入量产阶段。 行业深度分析 /通用设备 10 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 Tesla Bot关键时间节点： 2021 年 8 月 19 日 ： 首次 透露 人形机器人“擎天柱”概念图和 相关 视频 。 2022 年 6 月 3 日 ： 马斯克宣称未来几个月将推出能够运转的人形机器人原型。 2022 年 6 月 21 日： 马斯克宣称 9 月 30 日推出人形机器人原型。 2022 年 9 月 30 日： 官方宣布的 人形机器人首款原型机推出时间 。 2023 年： 预计 特斯拉“擎天柱” 进入 量产 阶段 。 图 8： 人形机器人 Tesla Bot 时间线梳理 资料来源： Tesla 官网， 安信证券研究中心 整理 人形机器人的核心参数 ： 身高 1.72m，与普通成年人相仿， 头部带有显示器，用来展示信息 ；自重 57kg， 负载 20kg，挺举 68kg，手臂伸展状态下负载 4.5kg； 采用 Autopilot 摄像头作为视觉传感器， FSD Computer 作为计算核心 ；最大移动速度 8km/小时。 产品定位代替人类劳动， 量产后预计单价为 2.5 万美元 /台。 图 9： Tesla Bot 基本参数 资料来源： Tesla 官网， Techweb， 安信证券研究中心 整理 相较于传统机器人， 谐波 减速器在 单台 Tesla Bot 上的 需求量更多、 价值 量 更 大 。 与传统的工业机器人、协作机器人、服务机器人不同，人形机器人的形态和动作更接近人类， 自由度更 多 ，因而 单台 Tesla Bot 需要用到更多的减速器 。单个机械臂有 6 个自由度，两条手臂和两条腿共有 24 个自由度；每只手有 6 个自由度，共 12 个 ； 躯干 和颈部共有 4 个自由度，综上所述，人形机器人合计 40 个自由度。 保守 估计单台 Tesla Bot 会使用 20 台谐波减速器 。 两只 手臂 ： 单个手臂可 对标 小型 六轴行业深度分析 /通用设备 11 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 多关节 机器人， 两只手臂 使用 12 台谐波减速器 。 两条 腿： 单条腿可 对标中型六轴多关节机器人， 双 腿部 使用 6 台 RV 减速器和 6 台谐波减速器 。 颈部： 负载小，共使用 2 台谐波减速器 。 躯干： 负载较大，共使用 2 台 RV 减速器。 双手： 机器人手指电机是技术难点，传统电磁电机由于灵活性差、感知能力较低、控制精度不足，一般不在机器人手指关机使用，我们估计 Tesla Bot 将 使用超声电机，可做到静音、高精度、体积小、断机自锁、堵转不烧机等功能。 综上 我们预计， 单台 Tesla Bot 共使用 20 台谐波减速器，相较于传统 工业 机器人 或服务机器人 ， 谐波减速器的使用量 更多 。 图 10： 特斯拉人形机器人机械结构图 资料来源： TESLA 官网， 安信证券研究中心 根据我们的测算，从 Tesla Bot 成本构成来看，肢体活动关节执行器 /运动控制 +处理器 /肢体骨骼 /手部关节执行器 /其他的成本占比分别为 48.7%/33.9%/10.5%/3.4%/3.5%，而在肢体活动关节执行器中，无框力矩电机 /谐波减速器 /RV 减速器 /编码器的成本占比分别为14.8%/19.3%/12.0%/2.6%，减速器占比共计 31.3%，是 Tesla Bot 成本占比较高的部分 ，并且谐波减速器占比大于 RV 减速器。 特斯拉 Optimus 成本拆分预测，假设如下： 执行器数量： 由于特斯拉 Optimus 尚 未面世，当前已知信息仅为机身具有 40 自由度，其中手部 12 自由度，肢体（双臂、双腿、腰椎、颈椎）等部分具有 28 自由度。每个自由度需配置 1 个执行器，而 28 个肢体减速器中每个肢体执行器根据性能需求不同需配备 RV 减速器或谐波减速器。我们假设单台机器人需要 20 个谐波减速器、 8 个 RV 减速器，据此进行估算。 肢体关节执行器核算方法： 使用谐波减速器的执行器由无框力矩电机、谐波减速器、控制器构成，使用 RV 减速器的执行器由无框力矩电机、 RV 减速器、控制器构成。 成本拆分包含部件： 成本拆分预测中仅包含机体的主要部件、其余零部 件如线束、装配螺丝等未计入。 零配件品牌型号选用： 由于当前特斯拉 Optimus 主要零部件信息未知，对于信息未知的零部件，我们选用近似性能参数（即能满足产品设计需求）零配件进行测算。 各部件参数与价格信息来自以下来源： 相关公司招股书、相关公司在相关电商网站官方报价、销售商报价等。具体来源参照分析依据所述。 行业深度分析 /通用设备 12 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 2：特斯拉 Optimus 成本拆分预测 所属部分 部件名 称 采购 /自研 品牌 单价（美元） 数量 总价（美元） 成本占比 分析依据 环境探测传感器 摄像头 采购 韦尔股份、舜宇光学等 US$103.57 1 US$103.57 0.4% 该价格为特斯拉三目摄像头配件价格，非成本价 毫米波雷达 采购 华域汽车、德赛西威 US$299.00 1 US$299.00 1.2% 相关供应商未公布成本，以奔驰汽车供应链 OEM 产品 A0009055510 77GH 传感器为例 力学传感器（仅双脚） 压力传感器 采购 以 SingleTack 产品为例 US$98.50 2 US$197.00 0.8% SingleTack 量程 450 牛传感器为例报价98.5 美元为例 头部交互 显示屏 采购 参考特斯拉车机屏幕供应商：台湾宸鸿光电科技， LG US$100.00 1 US$100.00 0.4% 以 iPad Pro 屏幕供应价 100 美元为例 动力电池 电池组 采购 参考特斯拉动力电池供应商： LG化学 US$174.59 1 US$174.59 0.7% 参考优必选 Walker 磷酸铁锂电池参数 54.6V/10Ah/ 6 kg 参数，查找到圣阳蓄电池SCIFP4810 48V10AH 采购价 174.59 美元（ 1299 人民币） 运动控制 +处理器 FSD 系统 自研架构，代工制造 三星制造芯片 US$8,500.00 1 US$8,500.00 33.9% 初代 FSD 售价 5000 美元，最新一代 FSD售价 1.2 万美元，取其平均数进行估算 手部活动关节执行器 双手 采购 未知 US$71.02 12 US$852.23 3.4% 以 DSpower R026 大扭矩微型金属舵机为例（实际执行器为类似大小及功率） 肢体活动关节执行器 无框力矩电机 采购 未知 US$132.90 28 US$3,721.20 14.8% 以 T-motor CubeMars Robot Dynamics RI80 KV75 为例 谐波减速器 采购 未知 US$242.20 20 US$4,844.00 19.3% 根据绿的谐波招股书，谐波减速器售价人民币 1631.95 元（ 242.20 美元） RV 减速器 采购 未知 US$375.48 8 US$3,003.84 12.0% 以中大力德 150BX-E 型 RV 减速器官方旗舰店售价 2530 元（ 375.48 美元）为例 编码器 采购 未知 US$23.67 28 US$662.76 2.6% 以多摩川 OIH48-2500P8L6-5V TS5214N510为例 肢体骨骼 手臂 胸腔 腿部 脚部 自研 US$87.76 30KG US$2,632.84 10.5% 以相对高成本的碳纤维材料估算，机体重量 56.67kg，估算除电池电机等元件外重量30kg 左右，以 87.76 美元（ 588 人民币） /千克单价计算 合计 US$25,091.03 100% 资料来源：特斯拉， DS power， ebay，安信证券研究中心 3. 谐波减速器行业分析 3.1. 工作原理：巧借“错齿运动”，结构简单，精度高，减速比高 谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三部分构成。波发生器： 图示绿色 椭圆形 部分，中间是凸轮，外圈是滚珠轴承，其内圈固定在凸轮上，外圈通过滚珠发生弹性形变。 柔轮：图示粉红色部分， 使用柔性金属材料制成，外圈有齿。 刚轮： 图示青色部分，使用刚性材料制成，内圈有齿。 三部分可任意固定一个，其余一个主动、一个从动，实现减速或增速；也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。 实际使用中，通常固定刚轮，利用电机带动波发生器，柔轮输出转动。 波发生器为椭圆形，将波发生器塞入柔轮，会迫使柔轮变为椭圆形，与波发生器紧密贴合。再将波发生器和柔轮的整体塞入刚轮，柔轮长轴两端的外齿刚好和刚轮的内齿啮合，而短轴两 端的外齿与刚轮的内齿脱开。 行业深度分析 /通用设备 13 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 11： 谐波减速器内部结构示意图 资料来源： 哈默纳科官网，中研谐波官网， 安信证券研究中心 整理 谐波减速器的原理核心在于柔轮和刚轮之间的“错齿运动”。 波发生器轴承处连接电机，电机带动波发生器一起顺时针转动。转动过程中，椭圆形的波发生器会迫使柔轮不断变形，柔轮上的齿会顺时针依次与刚轮内圈的每一个齿啮合。 一般 情况下， 柔轮比刚轮少两个齿，波发生器 每顺时针 转动一圈， 就 使得柔轮逆时针错位两个齿， 随着电机的不断转动，这种错位效应连续起来，便 表现为柔轮的逆时针 转动。 假设刚轮总共有 200 个齿，柔轮共有 198个齿，电机带动波发生器每转动一圈， 柔轮 便会 旋转 2/200 圈，即 1/100 圈。因此，电机需要转动 100 圈，柔轮才会转动一圈， 减速比为 100。 柔轮的转速比波发生器要小很多 ， 这 实现了降低 电机 转速和增大 输出 扭矩的效果。 通过调节柔轮和刚轮的相对齿数，可获得不同的减速比。 假设刚轮总共有 200 个齿，柔轮总共有 196 个齿，比刚轮少 4 个齿。电机带动波发生器每顺时针转动一圈，柔轮便会逆时针错位 4 个齿，即逆时针旋转 4/200 圈，即 1/50 圈。因此，电机转动 50 圈，柔轮才会转动一圈，减速比为 50，这实现了不同的减速效果。 图 12： 谐波减速器的“错齿”原理 资料来源： 绿的谐波减速机在 SCARA 机器人上的安装与应用， 安信证券研究中心 3.2. 下游应用： 应用领域广泛，市场空间广阔 谐波减速器应用领域目前以 各种 机器人为主， 除此之外，还有数控机床，半导体、光伏、医疗等其他设备领域 。 以 全球 减速机龙头哈默纳科为例，其工业机器人下游占比超过 50%，其余应用领域相对比较分散，包括半导体制造设备、数控机床、电机制造商等其他行业。 行业深度分析 /通用设备 14 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 13： 谐波减速器下游应用领域 图 14： 哈默纳科 2021 年机器人下游占比 50%以上 资料来源： 绿的谐波招股说明书， 安信证券研究中心 资料来源： 哈默纳科 投资者指南 ， 安信证券研究中心 3.2.1. 工业 +协作 机器人下游 减速器 应用及市场空间 机器人
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