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请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 Table_Rank 评级：看好 Table_Authors 岳清慧 汽车首席分析师 SAC 执证编号：S0110521050003 Table_Chart 市场指数走势（最近 1 年）资料来源：聚源数据 相关研究 Table_OtherReport 汽 车 行 业 周 报：小 鹏 新 G9 性价比提升，蔚来科技日多项新技术发布 汽车行业周报：国产电车出口加速，欧盟反补贴调查启动 汽车行业周报：8 月汽车销量创 同期新高，自主品牌出口表现强劲 核心观点 Table_Summary 马斯克伟大畅想，特 斯拉 长期价值来源 人形机 器人：马斯 克 仅 用 6 个月时间 将特 斯拉 人形 机器 人 从概 念走 向现 实，随后 8 个 月最 新版 本 人形机器 人推出，已 体现 出 精准控 制力 和探 索并 记忆 环境功 能。马 斯克 在2023 特斯 拉股 东大 会上 强 调：“如果 按照 人和 机器 人 的数量 为2：1 比例的话，机 器人 的需求 会远 远超过 车，特 斯拉的 长期 价值，其 大部 分价 值将是擎 天柱。”解构特斯拉人形机器 人，硬件具有 28 个自由度，软 件与车端共 享数据：硬件：Optimus 躯干有 28 个驱动 器，14 个旋 转关 节 执行器 采用 无框 电机、谐波 减速 器、传 感器、编码器 等，14 个 直线 关节 执行器 采用 无框 电机、行 星滚 珠丝 杠、传感 器、编 码器 等。软件：FSD 自动驾 驶+Dojo 大脑。FSD 自动 系 统已 储备 海量数 据，人形 机器 人 与 电车共 享数 据源。同时特斯 拉超算 Dojo 发布，可进行 大规 模 AI 训 练，加 速FSD 迭代。三重优势，看好人形 机器 人广阔蓝海市场：1）广泛To C 市场，远期市场规模达万亿：人 形机 器人基 于通 用大 模型 计算 学习，不 限制 固定 应用领域，运转 时可 根据 指 令生成 相关 代码 并自 主学 习周遭 环境。从专 用到通用 场景 的升 级，人 形 机器人 有望 打开 机器 人应 用场景，远期 市场 空间大。2）数 据 引 擎 自 成 闭 环，迭代和进化速度快：特斯拉人形机器人 和 自 动 驾 驶 汽 车 都 使 用 占 用 网 络 遵循“感知-认知-决策-执行”的运行逻辑,数 据 引 擎 自 成 闭 环，驱 动 迭 代 开 发。3）与电车技术同源，降本能力强：与 电车 技术同 源利 于降 本，成熟 供应链 可直 接迁 移。快速响应、降本增效，关注 国产供应链增量机 会：机器人 躯干 执行 器核心零部 件为 精密 减速 机、行星滚 珠丝 杠等。1）精 密 减速器：特 斯拉 机器人的旋 转关 节需 要更 轻量、小 型、集成 化的 传动 装 置。按单 个谐 波减速器 1300 元 计算，当 特斯 拉 机器人 实 现 100 万 产量 时，谐波 减速 器新 增市场规 模达 到 182 亿元。国产厂 商受 益于 技术 进步，加 大减 速器 投资，部分厂 商有望实现进 口替代。2）行星滚 珠丝杠：特斯拉首 次把行星 滚珠丝杆 用 在 人形 机器 人端，国 内行 星滚 柱丝 杆目 前 还处于 早期 阶段，生产难度 较大，随国 内头 部 企业持 续送 样，外 资主 导 行业竞 争格 局有 望快速打破，行 业有 望迎 来新 的成长 机遇。重点关注拥有核心部 件制 造、进口替代能力企 业：1）拓 普集 团：平台 型 tier0.5 供应 商，机器 人执 行 器项目 进展 顺利。2）三 花智 控：热管 理龙 头 研发能 力强，聚 焦机 器人 执行电 机。3）双 环传 动：减速 器业 务 发力，享受 机器 人时 代红 利。4）贝 斯特：自 研高 精度 滚 珠丝杠 副，直线 滚动 部件 已具备 成熟 优势。5）精 锻科 技：精煅 齿轮 龙 头，加 速布 局差 速器 总成。风险提示：人形 机器 人产 业化 不 及预 期，供应 链国 产化进 程 不 及预 期，重点关 注公 司业 绩 不 及预 期。-0.100.10.210-Oct19-Dec27-Feb8-May17-Jul25-Sep汽车 沪深300 Table_Title 站在机器人、AI、自动驾驶交汇点，看宏伟新赛道 Table_ReportDate 汽车|行业深度报告|2023.10.16 行业 深度报告 证券研究 报告 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 目录 1 特斯拉发布人形 机器人，宏伟蓝图计划尽显.1 1.1 马 斯克 伟大 畅想.1 1.2 解构 Optimus.2 1.2.1 硬件：Optimus 具有 28 个 自由 度，可演 绎多 高 难度动 作.2 1.2.2 软件：FSD 自动 驾驶+Dojo 大脑，与 电车 共享 数据源.3 1.3 多 重优 势，看好 人形 机 器人广 阔蓝 海市 场.5 2 优势一：广泛 To C 市场，人形机器人赛道远 期市 场规模达万亿.5 2.1 人 形机 器人 具有 场景 通用性，可 广泛 运用 多种 工作场 景.5 2.2 AI 赋能，多 场景 远期 空间大.6 3 优势二：数据引 擎自成 闭环，迭代进化速度 快.7 3.1 纯 视觉 解决 方案，硬 件 造价低，技 术门 槛高.7 3.2 强 化自 动标 注+训练 能 力，海 量数 据集 自成 闭环，追求 高效.7 4 优势三：与电车 技术同 源利于降本，成熟供 应链 可直接迁移.8 4.1 与 电车 技术 同源，降 本 核心为 中国 零部 件供 应链.8 5 产业链梳理：快 速响应+降本增效，国产供应 链增 量机会.9 5.1 Optimus 价值 量拆 解，核心为 精密 减速 机、行星 滚柱丝 杠、空心 杯电 机和 编码器.9 5.2 旋 转执 行器 核心 部件：谐波减 速器.10 5.2.1 谐波 减速 器由 波发 生 器、柔 轮和 刚轮 三部 分构 成.10 5.2.2 广泛 应用 于轻 负载，优势显 著.11 5.2.3 海外 企业 垄断，市 场 空间复 合增 速 达 19%.13 5.2.4 国产 厂商 受益 增量 需 求，持 续进 口替 代.15 5.3 线 性执 行器 核心 部件：行星 滚柱 丝杠.15 5.3.1 行星 滚珠 丝杠 将旋 转 运动和 直线 运动 相互 转化.15 5.3.2 行星 滚柱 丝杠 精确、稳定与 高效 操控 优势 明显.16 5.3.3 外资 厂商 主导，机 器 人带来 增量 空间.17 5.3.4 首次 用于 人形 机器 人 端，国 内厂 商受 益.18 6 重点关注拥有核 心部件 制造、进口替代能力 企业.18 6.1 拓 普集 团：平台 型 tier0.5 供应 商，机器 人执 行器 项目进 展顺 利.18 6.2 三 花智 控：热管 理龙 头 研发能 力强，聚 焦机 器人 执行电 机.19 6.3 双 环传 动：减速 器业 务发力，享 受机 器人 时代 红利.20 6.4 贝 斯特：自 研高 精度 滚珠丝 杠副，直 线滚 动部 件已具 备成 熟优 势.22 6.5 精 锻科 技：精煅 齿轮 龙头，加速 布局 差速 器总 成.23 7 风险提示.24 插图目录 图 1 特斯 拉 Optimus 示意 图.1 图 2 特斯 拉 Optimus 电机 转矩控 制精 密度 高.2 图 3 特斯 拉 Optimus 探索 并记忆 环境.2 图 4 Optimus 硬 件构 造.2 图 5 6 种执 行器 设计.3 图 6 特斯 拉已 储备 海量 数 据.4 1ZBYyRtOpMnMtNsRqNsNpO9PaO7NmOmMtRpMfQoPqQjMnMoR7NqRsOxNqQsNvPtPmP 行业 深度报告 证券研究 报告 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 7 超级 计算 平台 Dojo 算力提 升趋 势.4 图 8 大模 型神 经网 络训 练 数量增 加.6 图 9 FSD 自 动驾 驶系 统采 用占用 网络 模型.7 图 10 数据 引擎 自成 闭环.8 图 11 特 斯拉 Optimus 与 车 共用底 层模 块.9 图 12 机器 人上 中下 游示 意图.9 图 13 旋转 关节 执行 器拆 解.10 图 14 谐波 减速 器拆 解.11 图 15 谐波 减速 器原 理.11 图 16 2017-2025 年全 球机 器人谐 波减 速器 市场 规模 情况.14 图 17 行星 滚柱 丝杠.15 图 18 线性 关节 使用 行星 滚珠丝 杠.16 图 19 滚柱 丝杠 可替 代滚 珠丝杠 和液 压传 动.16 图 20 行星 滚柱 丝杠 应用 领域广.17 图 21 公司 营收 及同 比变 化趋势（亿 元）.19 图 22 公司 归母 净利 润及 同比变 化趋 势（亿元）.19 图 23 公司 营收 同比 变化 趋势（亿 元）.20 图 24 公司 归母 净利 润同 比变化 趋势（亿元）.20 图 25 公司 部分 产品 示意 图.21 图 26 公司 营收 同比 变化 趋势（亿 元）.22 图 27 公司 归母 净利 润同 比变化 趋势（亿 元）.22 图 28 公司 工装 夹具 产品 示意图.22 图 29 公司 营收 及同 比变 化趋势（亿元）.23 图 30 公司 归母 净利 润及 同比变 化趋 势（亿元）.23 图 31 公司 营收 及同 比变 化趋势（亿元）.23 图 32 公司 归母 净利 润及 同比变 化趋 势（亿元）.23 表格目录 表 1 人形 机器 人具 有场 景 通用性.5 表 2 谐波 减速 器与 RV 减 速器对 比.12 表 3 谐波 减速 器与 普通 减 速器相 比优 势明 显.13 表 4 全球 谐波 减速 器竞 争 格局.14 表 5 公司 九大 平台 线.18 表 6 拓普 集团 运动 执行 器 市场空 间测 算（亿元）.19 表 7 三花 智控 运动 执行 器 市场空 间测 算（亿元）.20 行业 深度报告 证券研究 报告 1 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 1 特斯拉 发布人 形机器人，宏伟蓝图 计划尽 显 1.1 马 斯克 伟大 畅想 概 念机：2021 年8 月，马斯克在首届 AI DAY 上发布特斯拉人形机器人Tesla Bot。原 型机：2022 年特斯 拉 AI DAY 上，人形机器人 Optimus 首次亮相。从步态行走技术来看，Tesla Bot 在2022 年4 月 完成第一次步态行走，其后在6 月、8 月、9 月持续完善行走功能。从功能来看，2022 年10 月，Tesla Bot具备了一定的抓取、搬运、上下料功能。原型机 新 版 本：特斯拉 2023 年度股东大会上，马斯克现场 展 示 了Optimus 最新的流畅行走、协同行走、识别并 记忆周边环境等功能，并能在工厂中执行简单 任务。本 次股东大会上，Optimus 展示了双手处 理复杂 任务的能力，这是当前人形机器人较难做到的一部分。图 1 特斯拉 Optimus 示意图 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 仅 6 个 月 时 间 Tesla Bot 从 概 念 走 向 现 实，随后 8 个月实现 最新版本 Optimus 推出，多版本 迭代速度快，最新一版 Optimus 体现出：1）精准控制力：Tesla Bot 电机转矩控制精密度提高，能够在运动过程中执行多种任务，包括视觉分类积木和简单瑜伽动作。2）精 确神经 网络 视觉 能力：目前特 斯拉 汽车 的 FSD(全自 动驾驶)系统和人形机器人的底层模块已经打通，人形机器人可以使用 FSD 构建强 大的视觉系统。Optimus 拥有了自我校准手臂和腿部的能力，仅使用视觉和关节位置编码器，可在空间中精准定位自己的肢体。行业 深度报告 证券研究 报告 2 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 2 特斯 拉 Optimus 电机转矩 控制精密度高 图 3 特斯拉 Optimus 探索并记 忆环境 资料来源：特斯拉机器人 推特官方账号，首创证券 资料来源：特斯拉机器人推特 官方账号，首创证券 远期 规 划宏大，长 期 价值 有望 超越电 动车。人 形机器人是通用型机器人，将在工厂、服务业、家 庭等各个场景替代人工。马斯克 在2023 特斯拉股东大会上 对于人形机器人的长期空间做出了乐观的预测，他强调：“如果按 照人和机器人的数量为 2：1 比例的话，机器人的需求会远远超过车，特斯拉的长期价值，其大部分价值将是擎天柱。”1.2 解构 Optimus 1.2.1 硬件：Optimus 具有 28 个自由度，可 演绎多 高难度动作 特斯拉人形机器人借鉴汽车设计经验，将从传感到融合、再到充电管理都汇集到这一系统内。机器人躯干处搭载了 2.3kWh、52V 电池包，集成充电管理、传感器和冷却系统。机械结构上，Optimus 拥有 28 个身体执行器，模拟人类关节与肌肉形态，形成旋转关节和线性关节演绎类人动作;灵巧手中 单手拥有 6 个执行器，11 个自由度，采用金属肌腱带动机器人精确抓住小而薄的物体。图 4 Optimus 硬件构造 行业 深度报告 证券研究 报告 3 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 图 5 6 种执行器设计 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 1.2.2 软件：FSD 自动驾驶+Dojo 大脑，与电车共享 数据源 特斯拉FSD 系统已储备 海 量 数 据，人 形 机 器 人 与电车共享数据源。电车 传 回 的 数 据 与 场 景 仿 真 生 成 的 数 据 共 同 构 成 特 斯 拉 FSD 系 统 的 数 据收集。特斯拉打通了FSD 和机器人的底层模块，实现了一定程度的算法复用，Optimus 可共享已有的大量 FSD 数据。2022 年 FSD beta 测 试 版 本 使 用量已 由 2000 辆车提升到 16 万 辆 车。特 斯 拉 计 划 于 22 年 底 向 全 部 地 区 推出 FSD beta，目前测 试版软件的累计行驶里程已经突破 4000 万英里，至 22年底 数据量将大幅提升，有 望超过1 亿英里。行业 深度报告 证券研究 报告 4 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 6 特斯拉已储备海量数据 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 Tesla 超算Dojo 发布，可 进行 大规模 AI 训练，加速FSD 迭代。Optimus大 脑 使 用 超 算 集 群 Dojo,Tesla AI 公布 7 月 Dojo 已正式投产，Dojo 加入了更多计算模块以换取更高的算力和效率，特斯拉算力将进入快速增长期。每个 Dojo 集成了120 个训练模块，内置 3000 个D1 芯片，将有超过100 万个训练节点。特斯拉推特官方账号 TESLA AI 预计，2024 年 2 月特斯 拉的算力规模将进入全球前五，2024 年 10 月特斯拉的 算力总规模将达到 100 Exa-Flods，相当于 30 万块 英伟达 A100 显卡的算 力总和。Dojo 能够处理庞大数据量，一方面 加 速 特 斯 拉 的 Autopilot 和 FSD 系 统 的 迭 代，另 一 方 面 为Optimus 提供算力支持。图 7 超级计算平 台 Dojo 算力 提升 趋势 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 行业 深度报告 证券研究 报告 5 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 1.3 多重 优势，看好人形 机器 人 广阔 蓝海 市场 政 策支 持，通用人 工智能 发展 有望 加 速。北京 市发布 北京市促进通用人工智能创新发展的若干措施(2023-2025 年)(征求意见稿)，其中提出探索具身智能、通 用智能体 和类脑智能等 通用人工 智能新路径，包括推动 具身智能系统研究及 应用，突 破机器人在开 放环境、泛化场景、连 续任务等 复杂条件下的感知、认知、决策技术。行 业演 变，推 动具 身智能 发展。5 月 17 日，英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在 ITFWorld2023 半导体大会表示，人工智能 下一个浪潮将是“具身智能”。同时他也公布了Nvidia VIMA 多模 态具身人工智能系统，能够在视觉文本提示的 指导下执 行复杂的任务。具身智 能 是将智能算 法与机器 人的感知、行动和环 境交互等 能力结合，使 机器人以 更自然、更智 能的方式 与周边环境进行交互并完成任务。马斯克也表示通用型 AI 算法未来将长期支持的 特斯拉 机器人发展。因此，人形机器人 能够和具 身智能非常好 地结合，是具身智能的终极形态。产 品端 原型机 方案 基本确 立，特斯拉 迈出关 键的 第一 步。特斯拉人形 机器人原型机方 案基本确 立，后面进入 验证和小 批量量产阶段，有望快 速迎来量产落地,机器人行业将迎来整体性机会。我们认为特斯拉人形机器人的优势在于：1）广泛To C 市场：人形机器人 基于通 用大模型 计算学习，不限制固定应用领域，运转时可 根据指令生成 相关代码 并 自主学习周 遭环境。从专用到通用场景的升级，人形机器人有望打开机器人应用场景，远期市场空间大。2）迭 代 和 进 化 速 度 快：特斯拉 人 形 机 器 人 和 自 动 驾 驶 汽 车 都 使 用 占 用 网络 遵循“感知-认知-决策-执行”的 运 行 逻 辑,数 据 引 擎 自 成 闭 环，驱动迭代开发。3）降 本 能 力 强：与电车 技术 同 源利于 降本，成 熟供 应 链可直接迁移。2 优势一：广泛 To C 市场，人形机器人赛道 远期市场规模达万 亿 2.1 人 形机 器人 具有场景 通用 性，可 广泛 运用 多 种工 作场景 人 形机 器人打 开通 用场景 大门，在 特种工 作场景 具有 不可替 代性。相比工业机器人，人形机器 人使用场景具 有通用性，理论上能完 成所有人 类进行的非标任务，可被赋予 更多商业价值。人形机 器人的优势在 于具有较 高的行动灵活性和较 强的环境 适应能力，并 具有直接 交互对话能力，可运用 在多种场景和广泛 C 端市场，在特种工作场景具有不可替代性。表 1 人形机器人具有场景通用 性 行业 深度报告 证券研究 报告 6 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 优点 原因 可 编程 机器人的控制需 要一系列技术手段，包括机器人控制系统的设计、机器人的精确定位、机器人的动力学模型建立、机器人的控制算法设计等。拟 人化 人形机器人能够和具身智能非常好地结合，是具身智能的终极形态 通 用性 较高的行动灵活性和较强的环境适应能力，可执行危险、重复或枯燥的工作 资料来源：人民网，首创证券 2.2 AI 赋 能，多 场景 远期 空间 大 AI 赋能 感知 能力、思考 和决 策能力，机 器人更 加通 用。1）感知：一方面，大模型的强拟合能力使得人形机器人在进行目标识别、避障、三维 重建、等任务时 拥有 更高的精 确度；另一方 面，大模 型基于海量数 据，提升 场景泛化效果。2）思考和决策：大 模型让机器人拥有常识，从而具备通用性去完成各种任务，彻底改变通用机器人实现的模式。图 8 大模型神经网络训练数量 增加 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 人 形机 器人 商 业化 未来可 期，蓝海 市场 远 期空间 大。根据优必选招股书，预期 2026 年全球人形 机器人解决方案市场规模将达到 80 亿美元。高工机器人产业研究所（GGII）预计，2026 年全球人形机器人在服务机器人中的渗透率有望达到 3.5%，市场规模超 20 亿美元，到2030 年，全球市场规模有望突破200 亿美元。行业 深度报告 证券研究 报告 7 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 3 优势二：数据引擎自成 闭环，迭代进化速 度快 3.1 纯 视觉 解决 方案，硬 件造 价低，技术 门槛高 特 斯拉 采用纯 视觉 解决方 案，技术 突破造 就高壁 垒。纵观国内外自动驾驶公司 解决方案 主要分 为两大路线：1）特斯 拉纯视觉方案；2）其 他公司多模态（雷达、相机）融合 方案。特斯拉Optimus 将会使用“Occupancy Network”占用网络 从纯 视觉方案 出发解决通用 障碍物检 测 来识别可行 动区域。占用网络是一种新的 三维重建 方法，可隐式 地将三维 曲面表示为深 度神经网 络分类器的连续决策边界。占用网络优势如下：1）硬件造价低，技术门槛较高 2）通用障碍物检测具备良好的泛化能力 3）视觉图像相较于雷达更为 精确，数据源角度上限更高 通过占用网络，特斯拉可以把一些当前场景下遮挡静止物体和动态物体也用体块来表 示出来，这样就增加 了 特斯拉 的 视野域，让特 斯拉可以 对接下来路径规划有了更多信息。图 9 FSD 自动驾驶系统采用占 用网络模型 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 3.2 强 化自 动标 注+训练 能力，海量 数据 集自成 闭环，追求 高效 强 化自 动标注 和训 练能力，数据 集 自 成闭环。对于深度学习，为了让模型不断扩张感 知领域，就需要不断将 路面上可 能出现目标类 别添加数 据集来重新训练模型。数据引 擎是特斯拉数 据驱动系 统的一部分，另外两个 部分分别为自动标注系统和仿真系统。1）通过数 据引擎，采 集到 的高价 值数据 将被 送到 自动标 注系统 快速的生成corner case 数据集，用来迭代神经网络模型。通过这一数据 行业 深度报告 证券研究 报告 8 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 集，特斯拉得以建成数据闭环。2）通过如 此循环，特 斯拉 能够借 助量产 车队 的扩 张，收 集并训 练更多的 corner case，从而逐步化解长尾难题，而这又要求特斯拉具备更高效的数据标注及训练能力。3）为了从 海量数 据中 高效 率筛选 优质数 据进 行训 练，特 斯拉采 用人工+自动标注的方式，建立了针对海量原始视频数据的视频训练库。这一训练 库的优 势在 于将 数据直 接提供 给云 端进 行训练，进一 步提升了训练效率。图 10 数据引擎自成闭环 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 特 斯拉 的数据 闭环 追求高 效。不仅 对数据引擎、自动标注和仿真系统效率的不断提升，且与感知、算力系统拟合，使数据闭环提效的同时做到降本。4 优势三：与电车技术 同 源利于降本，成熟 供应链可直接迁移 4.1 与 电车 技术 同源，降 本核 心为中 国零 部件供 应链 特斯拉已有技术积淀可在人形机器人中复用，软件和电池基本都有成熟 的供 应链或 能够 自制，但核 心硬件 零部 件需要 外采。根据 OFWeek 数据显示，减速器、伺服、控 制器占工业机器人成本的比例分别为 35%、20%、15%。特斯拉已有技 术积淀可 在人形机器人 中复用，Optimus 采用与特斯 拉 自动驾驶汽车相同的计算硬件，比如 Optimus“大脑”运行在 Tesla SoC（系统级芯片）上，导航用的 Autopilot 系统和电动车上类似。其成熟的汽车产业链可直接迁移至机器人端，有利于大幅降低制造成本。行业 深度报告 证券研究 报告 9 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 11 特斯拉 Optimus 与车共 用底层模块 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 5 产业链梳 理：快速响应+降本增效，国产供 应链 增量机会 在人形机器人商业化的大趋势下，国产高性价比的零部件优势凸显。在行业拐点、政 策催化、市场主题的共 同催化下，机器人行业 将迎来整 体性机会。我们认为 国内产业 链机遇主要在 硬件端，国内部分汽车 零部件企 业积极拓展业务，布局机器人产业关键零部件环节，有望在产业 高速增长期受益。图 12 机器人上中下游示意图 资料来源：绿的谐波招股书，wind，首创证券 5.1 Optimus 价值量 拆解，核心 为 精 密减速 机、行星滚 柱丝 杠、空 心杯 电机 和编 码器 全 身共 40 个 关节执 行器，躯 干部分 28 个。特斯拉机器人全身共使用 40 个关节执行器，其中 手部执行器 12 个为空心杯关节，躯干部分共28 个，主要分为旋转和线性两大类 各14 个。行业 深度报告 证券研究 报告 10 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 机 器人 躯干执 行器 核心零 部件 为精密 减速 机、行 星滚 珠丝杠 等。1）精密减速器是连 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。2）行星滚珠丝杠为核心传动部件，直接影响设备精度和稳定性。5.2 旋 转执 行器 核心部件：谐 波减速 器 5.2.1 谐波减速器由波发生 器、柔轮和刚轮三部 分构 成 旋 转执 行器由 角接 触轴承、谐波 减速 器、交 叉滚 子轴 承、编 码器、无框电 机和 力矩 传感 器等 组成。谐波减速器是机器 人的核心传动部件，可 用于 降低伺服电机的 高转速，通过齿轮减速 比放大伺 服电机的原始 扭矩，并 提供高刚性保持、高精度定位。图 13 旋转关节执行器拆解 资料来源：maxon 官网，首创 证券 谐 波减 速器 由波发 生器、柔轮 和刚 轮三部 分构成。1）波发生器：由柔性轴承与椭圆 形凸轮组 成，波发生器 通常安装 在减速器输入 端，柔性 轴承内圈固定在凸轮上，外圈通过滚珠实成弹性变形成椭圆形。2）柔轮：带 有外齿圈的柔性薄壁弹性体零件，通常安装在减速器输出端。3）刚轮：带有 内齿圈的刚性圆环状零件，一般比柔轮多两个齿轮，通常固定在减速器机体上。行业 深度报告 证券研究 报告 11 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 14 谐波减速器拆解 资料来源：来福谐波官网，首创证券 谐波 减速 器通常 采用波 发生 器主动、刚 轮固定、柔 轮输出 形式。1）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，使其长轴处柔轮轮齿插入 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 的脱开 状态。从啮合到脱开的 过程之 间则处于啮出或 啮入状 态。2）当波发生器连 续转动时，迫使柔轮不 断产生变 形，使两轮轮 齿在进行 啮入、啮合、啮出、脱出的过 程中不断改变 各自的工 作状态，产生 了错齿运 动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。图 15 谐波减速器原理 资料来源：来福谐波官网，首创证券 5.2.2 广泛应用于轻负载，优势显著 谐 波减 速器体 积小、重量 轻、传动 比大，广泛应 用于 轻负载 领域。谐波减速器和 RV 减速器广 泛应用于精密减速器行业。RV 减速器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，与谐波减速器相比：1）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。且在 输出力矩相同 时，谐波 减速器 行业 深度报告 证券研究 报告 12 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 的体积可减少 2/3，重量可减轻 1/2，在机器人小臂、腕部、手部等部件具有优势。2）RV 减速器：具有传动比范围大、精度较稳定、疲劳强度较高，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。RV减速器 因重量重、外形尺寸较大，无法向轻负载领域发展。此外，RV 减速器零部件数量多、制造和装配难度大，不利于大规模生产。表 2 谐波减速器 与 RV 减速器 对比 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，组成的零部件较多。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 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 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 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 5,000-8,000 元/台 1,000-5,000 元/台 背 向间隙 60 arc sec 20 arc sec 传 动效率 80%75%温升 45 40 噪声 70db 60db 减 速比 30-192.4 30-160 额 定转矩下 使用寿 命 6,000h 8,000h 额 定输出转 矩 101-6,135 N m 6.6-921 N m 行业 深度报告 证券研究 报告 13 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 扭 转刚性 20-1,176 N m/arc min 1.34-54.09 N m/arc min 资料来源：wind，首创证券 表 3 谐波减速器与普通减速器 相比优势明显 优点 原因 体 积小，重 量轻 与普通减速器比，谐波减速器的体积可减少2/3，重量可减 少 1/2 结 构简单，零件数 量少 谐波减速器只有 三个基本部件：波发生器、柔轮和刚轮。输入与输出轴同轴，结构简单，安装方便 传 动速比大 单级谐波减速器 齿轮传动速度比大多在70-320，多级传动速比可 达 3000 多 承 载能力高 谐波齿轮传动过程中同时啮合的齿数较多，同时啮合的齿数可达总齿数的 30%以上，承载能力高 传 动精度高 谐波齿轮传动中啮合的齿数多，误差均匀化，即多齿啮合对误差有补偿作用，因此传动精度高。当齿轮精度等级相同时，传动误差仅为普通圆柱齿轮传动的 1/4 左右。同时，可以使用微量变化波发生器的半径来增加软轮的变形，使齿间隙非常小，甚至可以实现无侧间隙啮合。因此，谐波齿轮减速器传动空间小，适用于反向旋转。传 动效率高，运动 平稳 柔轮齿在传动过程中径向移动均匀。即使输入速度很高，轮齿的相对滑动速度仍然很低。因此，轮齿磨损小，效率高（可达 69%-96%)。两侧工作，无冲击，运动平稳 运 动可以传 递到封 闭空间 谐波传动可以利 用柔轮的柔性特性传递到封闭空间，其他传动无法比拟 资料来源：川铭精工，首创证券 5.2.3 海外企业垄断，市场 空间复合增速达 19%谐 波减 速器 应 用领 域广泛，市场 空间 增速快。谐 波减速机应用领域广泛，市场空间广阔，目前以 各种机器人为 主，除机 器人外，谐波 减速机还 广泛运用于数控机床、光伏设 备、医疗器械、半导体 设备、航空航 天等其他 领域。据 华经产业研究院 统计，2021 年全球机器人下游谐波减速器市场规模为23 亿元，预计 2022 年 达到 29 亿元，2025 年 接近 49 亿元，2022-2025 年市 行业 深度报告 证券研究 报告 14 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 场空间 CAGR 为19.1%左右。图 16 2017-2025 年全球机器人 谐波减速器市场规模情况 资料来源：华经产业研究院，首创证券 全 球龙 头为日 本哈 默纳科，全 球市占 率超 80%。谐波减速器最初用于 美国航天运动控制，谷川齿轮将其引入日本并量产，于 1970 年成立哈 默纳科。产品 包括精密 减速机（谐波减速器、减速器组 件和行星减速 器）和机 电一体化产品（执行器、控制 器）。哈默纳科技术迭代、产品矩阵丰富、海 外版图扩张，垄断了全球谐波减速机市场份额。据新思界产业研究中心数据，2020 年哈默纳科全球市占率 超82%。表 4 全球谐波减速器竞争格局 企 业名称 简要 哈 默纳科 成立于 1970 年，总部位于日本 东京，是日本东京证券交易所上市公司（6324.T），主要从事谐波减速器、机电一体化产品、精密行星减速器等的生产和销售，是整体运动控制的领军企业，其生产的谐波减速器被广泛应用于各种传动系统中，在全球工业机器人领域中有着较高的市场占有率。日 本新宝 成立于 1952 年，总部位于日本 京都，是日本电产公司（6549.T）旗下子公司，主要从事精密减速机、变速机的开发、生产和销售。中 技克美 成立于 1994 年，注册资 本 4,000 万元，位于北京市，在 2017 年于全国中小企 业股份转让系统挂牌（871601.OC），主营业务 包括谐波传动产品、谐波传动机电产品的制造和研发。行业 深度报告 证券研究 报告 15 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 资料来源：wind，首创证券 5.2.4 国产厂商受益增量需 求，持续进口替代 特斯拉机器人的旋转关节需要更轻量、小型、集成化的传动装置，全身 14 个旋转关节中各使用 1 个谐波减速器。按单个 谐波减速器1300 元计算，当特斯拉机器人实现100 万产量时，谐波减速器新增市场规模达到182 亿元。国产厂商受益于技术进步，加大减速器投资，部分厂商有望实现进口替代。5.3 线 性执 行器 核心部件：行 星滚柱 丝杠 5.3.1 行星滚珠丝杠将旋转 运动和直线运动相互 转化 行 星滚 柱丝杠 可将 旋转运 动和 直线运 动相 互转化，具有 承载 力强、体积小 和高 精度 等特 点。特斯拉机器人线性执行器 采用 电机、行星滚珠丝 杠、力矩传感器和位 置传感器 方案。行星滚 柱丝杆主 要由丝杆、螺 母和滚柱 组成，在主螺纹丝杠的周围行星式地布置了 6-12 个螺纹滚柱，将电机的旋转运动转换为丝杠或螺 母的直线 运动。同时把 传统滚珠 丝杠式的点接 触变换成 了精度与承载力更高的线/面接触，能够在极端环境下承受重载上千个小时，具有较强承载力。图 17 行星滚柱丝杠 资料来源：道臣天津自动化有限公司 官网，首创证券 行业 深度报告 证券研究 报告 16 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 图 18 线性关节使用行星滚珠 丝杠 资料来源：特斯拉 AI DAY 2022，首创证券 行 星滚 柱丝杠 可替换 滚珠 丝杠 和 传动 液压 传动方 式。1）替代滚珠丝杠：不需要滚珠返 回器，可 规避噪音。且 行星滚柱 丝杠 拥有更多 啮 合点，在恶劣工况具备更优刚度和承载能力。2）替代液压传动：采用行星滚柱丝杠，总体积缩减，规避漏油问题，拆装维修简单。可有效实现电控化、易替换。图 19 滚柱丝杠可替代滚珠丝 杠和液压传动 资料来源：杭州新剑机电传动股份有限公司 官网，首创证券 5.3.2 行星滚柱丝杠精确、稳定与高效操控优势 明显 行星滚柱丝杠优势明显，利于Optimus 进入工厂精确、稳定与高效的操作。1）精度保持性 好：相 比较旋转关 节，直 线关 节中的行星 滚柱丝 杠通 过预压螺母的形 式，易实 现传动零背隙，而旋转 关节的减速器 则需通过 繁琐工 行业 深度报告 证券研究 报告 17 请 务必仔细 阅读本 报告最 后部分 的重要法 律声明 艺去保证；2）刚度强：相较于谐 波减速器 的柔轮，行星 滚柱丝杠 由于线/面接 触，刚度保持性好，更加利 于上肢精巧平 稳操作；在相同丝杠直 径下承载 能力提高6 倍，相同负载下比 滚珠丝杠节省 1/3 空间、寿命提高14 倍、工作 环境温度范围提高 2 倍，提升了刚度和抗冲击能力。3）旋 转 速 度 大和 加 速度 大：能够提供更高旋 转速度和加速 度，转速 可达16000r/min，直线速度2m/s，加速度3g。4）耐冲击能力强：行 星丝杠的耐 冲击性 好于 滚珠丝杆，远好于 谐波 传动，原因为 谐 波每次的 受力齿数较少，柔轮壁 厚薄，容易断 齿与筒裂。而行星丝杠受力均匀，寿命长；5）能量效率高：腿部由于行星 滚柱丝杠 的自 锁
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