減速機(减速机行业研究：机器人零部件最大单品，“关节”定义仿生自由度)

Posted 2023-06-01

篇首语：卧疾丰暇豫，翰墨时间作。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了減速機(减速机行业研究：机器人零部件最大单品，“关节”定义仿生自由度)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

減速機(减速机行业研究：机器人零部件最大单品，“关节”定义仿生自由度)

（报告出品方：申万宏源研究）

1. 减速机定义机器人“自由度”，价值量高

1.1 减速机是机器人的“关节”，价值量占比最高

减速器是工业机器人的关节，作用在于降低转速、增加扭矩，保证机器人平稳精确运行。工业机器人主要由控制器、伺服和减速器三大零部件构成。这三个部件搭配共同实现机器人可控、平稳、精准地完成标准动作，每个部件都缺一不可。（1）控制器：作为机器人的“大脑”，通过硬软件结合来控制机器人的运动位置、姿态和轨迹；（2）伺服电机：作为机器人的“驱动力“，根据控制器发出的命令输出力矩，动态控制机器人的速度和位置；（3）减速器：伺服电机一般输出的转速高、力矩小，不能满足机器人本体的运动需求，需要通过减速器来降低转速、增加力矩。

减速器是机器人本体中成本占比最高的环节。减速器位于机器人产业链的上游零部件环节，产业链中游是机器人本体制造，下游是集成应用。根据高工机器人数据，工业机器人总成本中减速器占比最高，占 32%，其次伺服、外壳和控制器分别占比 20%、18%、15%。

1.2 产品形态：RV 减速器和谐波减速器各有优势，互为补充

精密减速器以 RV 减速器和谐波减速器为主。减速器种类繁多，根据传动类型可分为蜗杆减速器、行星减速器、齿轮减速器。工业机器人使用的精密减速器通常包括 RV 减速器、摆线针轮行星减速器、谐波减速器、精密行星减速器、滤波齿轮减速器等。工业机器人本体厂商通常会根据精度、速度、体积大小等的不同需要，组合搭配不同类型的减速器。其中，RV 减速器和谐波减速器应用最多。 RV 减速器与谐波减速器各有优劣，相互互补。RV 减速器刚性好、抗冲击能力强、传动平稳、精度高，适合中、重负载应用，通常用于多关节机器人的机座、大臂、肩部等重负载环节，应用场景包括汽车、运输、港口码头等；谐波减速器体积小、零部件数量少，同样具有精度高、传动比的特点，适合小型、中低负载应用，通常用于机器人小臂、腕部和手部，应用场景包括 3C、半导体、食品、注塑、磨具、医疗等。

1.3 使用量：取决于机器人关节数量，呈增加趋势

减速器使用数量取决于“自由度“的数量。通常来说，六轴机器人使用 6 个谐波/RV 减速器，协作机器人使用 6-7 个谐波减速器，SCARA 机器人使用 3 个谐波/RV 减速器,并联/DELTA机器人使用1 个谐波减速器，人形机器人的腿部+手臂+腰部+颈部共使用15-40 个减速器，每条腿各配置 6 个谐波减速器，使用量随着肢体使用量和复杂度的提高而提高。根据负载、体积、速度、精度的要求，机器人本体厂商在 RV 减速器、谐波减速器或者其他类型减速器中进行选择及搭配组合应用。

减速器的平均使用数量有望增加。根据 GGII 数据，2020 年多关节机器人、SCARA 机器人、协作机器人和坐标机器人的市场占比分别为 63%、30%、4%和 3%，多关节机器人使用 6 台减速器，大大拉动了减速器的需求量；协作机器人可以与人近距离互动，协助生产，目前尚处于起步阶段，每台机器人搭配 7 台谐波减速器，将形成较大增量需求；人形机器人在特斯拉、戴森等企业的拉动之下，有望从概念阶段加速进入产业阶段，其“自由度”相比工业机器人大幅增加，对应的减速器需求规模可观。

1.4 核心指标：参数仅供参考，无形指标决定产品优劣

国内众多品牌的减速器参数指标已基本达到海外龙头的同等水平。用来挑选和评价减速器的性能指标主要包括减速比范围、传动精度、传动效率、扭转刚性、启动转矩、额定扭矩、滞后损失/空程、噪音等。根据各公司官网公布的同类型产品性能参数，我们发现，内资品牌的 RV 减速器在精度、效率、过载、扭转刚性、噪声等大部分参数上基本与日本品牌纳博特斯克持平，在传动效率、减速比范围上略有差距；内资品牌的谐波减速器在精度、效率、温升、噪声、减速比、重量等参数上与日本品牌哈默纳科基本持平，在允许输入最高转速、最大冲击扭矩上略有差距。总体而言，国内品牌减速器的性能参数已基本与纳博与哈默纳科持平。那么为什么后者长期在下游市场占据垄断地位？是因为参数之外的无形指标才是真正的壁垒。

“用了才知道”，无形指标更为关键。机器人本体厂商在选购减速器时，会参考客户给出的指标参数，但是产品的使用寿命、可靠性、一致性等只有在使用之后才能反馈与评价。尽管各个品牌之间的参数指标差异不大，但是在实际运行中，部分减速器会产生不稳定、寿命短、易损坏等现象，与初始的指标参数偏离，进而对整个机器人的运行造成很大影响。因此，对于减速器产品而言，客户的下单数量、复购率才是真正检验产品竞争力的核心指标。

2. 卡位优质赛道：高成长、高景气、高壁垒

2.1 高成长性：机器换人大势所趋，潜在市场空间大

2.1.1 工业机器人应用广泛，潜在市场空间巨大

工业机器人是 RV 减速器及谐波减速器最主要的下游应用领域，因此工业机器人行业的高速成长为精密减速器市场贡献了最大增量。工业机器人降本提效，用途广泛，具有巨大的潜在增长空间。工业机器人也称机械臂，可代替人完成部分重复性、高危险的作业，包括上下料、装配、焊接、点胶、包装、搬运等，在汽车制造业、金属加工、3C 电子、食品饮料等行业均有广泛应用。2020 年全球在用工业机器人 301.5 万台，近六年来保持 10%+的同比增速。2021 年全球工业机器人销量 48.7 万台，同比+26.77%，其中亚洲市场、欧洲、北美为主要市场，分别占比 73%、16%和 10%。中国市场发展势头正旺，连续多年贡献最大增量，2021 年中国工业机器人销量 26.1 万台，同比增长 54%，近五年 CAGR 高达 25%。

在劳动力结构性缺口+劳动力成本上升+机器人成本下降+制造业自动化升级等多方面推动之下，工业机器人的发展前景依旧广阔。 ① 在劳动力人数逐年下滑+结构性缺口背景下，机器换人成为必然选择。从劳动力总人数来看，劳动力数量呈现逐年下滑趋势，新出生人口不足，未来劳动力市场存在缺口的形势将更为严重。根据国家统计局数据，2021 年中国劳动力人口数量占比 62.5%，劳动年龄人口的数量和比重自 2012 年 9 年连降。当下年轻人对工作重复性高、工作环境恶劣行业的就业意愿减弱，再加上人口红利的消退，部分行业“招工难”“用工荒”“人员流失” 等现象日益加剧，制造业企业不得不采用工业机器人进行替代。

② 劳动力成本上升，机器人成本下降，机器替人经济性凸显。2020 年，全国就业人员平均工资达 9.74 万元/年，同比增长 7.6%。其中，采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应，建筑业等第二产业的平均工资水平连续十年增长，2010-2020 年制造业生产工人年薪由 4.64 万元增长至 8.28 万元，基本翻倍，人力成本的大幅增加压缩了企业的利润空间，选择成本更低的机器人成为重要解决途径之一。同时，随着工业机器人的技术进步、零部件国产化和规模化生产，平均销售价格持续下降，机器替换人工可以大幅节省制造成本。根据《2020 年中国工业机器人产业发展白皮书》，2020 年工业机器人平均价格为 21.66 万元，能够在工厂中服役 10 年，每年分摊成本 2 万元，通常一个工业机器人可以代替 4 个操作工人，一个工人年薪 8 万元，则单位机器人每年可为公司节省 22 万元，降本效果十分显著。

③ 我国制造业自动化升级，带动自动化设备需求释放。德国、日本等制造业强国已实现精细化生产，生产、检测、包装、仓储全流程自动化程度高，以保障产品的稳定性和可靠性。相比之下，我国制造业的自动化水平较低，多处于产业链中“低附加值”环节中。目前我国制造业发展模式已从粗放式转向精细化、高附加值制造，制造业向制造业、智能化方向发展，拉动工业机器人等自动化设备的需求释放。

随着工业机器人的市场空间不断打开，精密减速器需求也逐步释放。我国制造业向自动化方向升级，机器人密度向制造业发达国家靠拢，我国工业机器人需求量有望持续增加，从而带来这部分精密减速器的增量需求。根据我们测算，2022 年国内谐波减速器、RV 减速器的市场规模分别为 20 亿元、43 亿元。

核心假设：① 根据国际机器人协会 IFR 数据，我国制造业机器人密度 2020 年 246 台 /百万工人，相比韩国、新加坡等 800-900 台/百万工人仍存在较大差距，预计未来五年机器人密度依然保持较快增速，假设 21-22 年增速 30%，23-25 增速放缓 20%；② 根据国家统计局数据，15-20 年我国城镇制造业就业人数复合年增速为-3%，假设未来五年增速保持在-3%；③ 根据 IFR 报告，假设工业机器人 10 年更换；④ 根据前述分析，我国工业机器人中多关节机器人（4 个谐波减速器+2 个 RV 减速器）占比 63%、SCARA 机器人（3 个谐波减速器/RV 减速器）占比 30%，假设单个工业机器人平均使用谐波减速器数量 3 个，RV 减速器 2 个。④ 根据绿的谐波招股说明书，谐波减速器价格 1000-5000 元/台，RV 减速器 5000-8000 元/台，并参考网上价格数据，假设谐波减速器和 RV 减速器单价为 2000 元/台、6500 元/台。推导过程：① 国内工业机器人保有量=制造业机器人密度×制造业人数，② 国内工业机器人需求量=新增需求+替代需求；③ 减速器市场规模=工业机器人需求量×单个机器人的减速器使用量×单价。最终推算得出，2022 年谐波减速器、RV 减速器需求量分别为 99 万台、66 万台。

2.1.2 传统领域逐渐渗透，拓展新增长曲线

精密减速器用途广泛，传统领域有望逐步渗透。除工业机器人之外，精密减速器还还可用于其他应用场景，包括机床、半导体设备、医疗机械。由于 RV 减速器和谐波减速器具有精度高、减速比高的特点，可提升工业设备的精细化程度，进而提高产品的可靠性和稳定性，在制造业升级的趋势之下有望在部分领域取代传统的行星减速器。全球减速器龙头积极寻找新应用场景，带动行业增量需求。根据纳博特斯克官网，RV 减速器在半导体设备、运输、检测仪器中均有应用，应用场景不断拓展。根据哈默那科公告显示，其收入增长的驱动力不断切换，从 2000 年开始半导体设备、面板生产设备、医疗器械陆续贡献增量收入、2020 年之后服务机器人和航空领域是公司目标拓展领域。

2.2 高景气度：机器人浪潮延续，订单饱满，供不应求

2020 年以来工业机器人供需两旺，景气度由低转高再回落。生产端，根据国家统计局数据，2021 年中国工业机器人产量各月均实现同比正增长，增速明显加快。销售端，根据 GGII 数据，2021 年 Q1-Q4 同比增速分别为 93%/68%/38%/52%，增速持续维持在较高水平。机器人的旺盛需求拉动减速器需求量快速增长。

2022 年 Q2 疫情影响机器人生产与交付，需求订单依然强劲。生产端，根据国际统计局数据，2022 年 Q2 工业机器人产量呈现负增长，系华东区域疫情严峻，对零部件、工业机器人的生产交付均造成一定影响。销售端，需求订单依然饱满。从日本机器人订单和生产数据来看，2022 年 Q1 日本机器人订单额增速 104%，生产额增速仅 4%，存在较大供需缺口；从全球龙头机器人厂商的订单数据来看，2022 年 1 季度，发那科、ABB、安川电机、库卡的工业机器人订单额增速分别为 23%、56%、33%、32%，销售额受到零部件短缺和交付困难的影响，增速分别为 6%、-14%、9%、-6%，订单积压量持续上升。随着疫情逐步放开，国内外供应链恢复正常，工业机器人的生产交付速度有望回升，带动核心零部件减速器的需求同步回升。

2.3 高壁垒：技术门槛高，市场高度集中

2.3.1 从组成结构与减速原理看技术难点

（1）谐波减速器：结构简单紧凑、体积小

谐波减速器结构简单紧凑，原理精妙。谐波减速器由刚轮、柔轮、波发生器三个基本构件组成，结构简单、紧凑。其减速原理为：波发生器转动时，迫使柔轮变形，柔轮的齿不断由啮合转向啮出，由啮出转向脱开，由脱开转向啮入，由啮入转向啮和，从而使柔轮发生相反方向旋转，当波发生器转过一周，柔轮相对于刚轮在相反方向上转过两者的齿数差。传动比为刚轮齿数/刚轮与柔轮的齿数差。刚轮和柔轮一般差 2 个齿，即当波发生器转动一周，柔轮向相反方向转动 2 个齿的角度。

谐波减速器的优势为体积小、精度高、传动比大，劣势为负载能力较弱、疲劳寿命较短。谐波减速器的特点包括：① 体积小、质量小。谐波减速器的组成部分仅有三个，相较于 RV 减速器零部件数量至少减少 50%，体积和质量减少 1/3，最小的谐波减速器甚至仅有 2cm，在空间范围极小的场景中具有优势。② 运动精度高。由于刚轮和柔轮的多齿同时啮合，因此齿距误差较小，可以达到极高的位置精度和旋转精度。③ 传动比大，减速范围大。波发生器每转动一周，柔轮转动2 个齿的角度，因此传动比可以达到极大，达到 50-100。 ④ 负载能力较弱。由于柔轮在减速过程中不停发生形变，过大的负载将导致柔轮变形不均匀，并且柔轮本身很薄，在反复高频的运动中容易变得脆弱，因此负载能力较弱，不适用于重负载领域。⑤ 疲劳寿命较短。谐波齿轮传动中柔轮每转发生两次椭圆变形，极易引起材料的疲劳损坏，损耗功率大。

谐波减速器的难点主要在于齿形设计、材料、加工设备、工艺和一致性。谐波减速器的组成结构和减速原理均显而易见，但依然被日本厂商哈默那科垄断数十年之久，国内外鲜有其他专业厂商可以生产。技术难点具体包括：① 齿形设计：由于谐波减速器的传动原理为两个齿轮之间的啮合运动，且柔轮不断发生形变，因此齿轮的高度、宽度、形状等设计对减速性能较大影响。传统齿形为渐开线齿轮设计；哈默那科早期设计出 IH 齿形；绿的谐波采用三次谐波理论，创新研发 P 型齿，从而改良了精度与刚度。② 材料：柔轮不断形变传递力矩，对材料的一致性、载荷、精度、疲劳寿命都有较大挑战，普通的金属和合金难以达到要求。③ 加工设备：柔轮很薄，厚度约 100μm，加工和切割要求高，高精度数控磨床、滚齿机均需要进口，而日本高精度机床对我国有限制。④ 加工工艺：柔轮的加工和切割要求高，有一些过程仍然依赖于员工的经验积累。⑤ 一致性：在规模化量产情况下，降低次品率，保持产品的一致性水平有很大难度。

（2）RV 减速器：结构复杂、精度高、刚度高

RV 减速度设计更复杂，零部件数量多于谐波减速器。RV 减速器由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构、第二级摆线针轮行星减速机构两部分构成。其减速原理为：伺服电机的旋转从输入齿轮传递至正齿轮，按输入齿轮与和正齿轮的齿数比进行减速；曲柄轴直接与正齿轮相连接，以与正齿轮相同的转速旋转；如果曲柄轴旋转，则安装在偏心部的 2 个 RV 齿轮也进行偏心运动。另一方面,在外壳内侧的针齿槽中设有以等距离排列的针齿，其数目比 RV 齿轮的齿数多 1 个；如果曲柄轴旋转 1 圈，RV 齿轮在与针齿接触的同时进行 1 圈的偏心运动；结果，RV 齿轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向上旋转 1 个齿数的距离；该旋转通过曲柄轴传递至输出轴，得到减速，减速比为针齿数。总减速比为第 1 减速部的减速比与第 2 减速部的减速比之积。

RV 减速器具有传动比大、刚度大、精度高、承载能力强、寿命长等优点。RV 减速器具有以下特点：① 传动比大。采用一齿差或少齿差传动，摆线针轮传动的传动比大小取决于摆线针轮的齿数，齿数越多，传动比越大；② 扭转刚度大。输出结构为两端支撑的行星架，用行星架左端的刚性大圆盘输出，大圆盘与工作结构用螺栓联结，扭转刚度较大；③ 运动精度高、传动效率高。摆线针轮行星减速装置中的传动零件刚度高、接触应力小，零件加工和安装精度易于实现高精度，使得摆线针轮传动的效率很高；④ 承载能力较大。摆线针轮传动同时啮合的齿数要比渐开线外齿传动同时啮合的齿数多，因此承载能力较大；⑤ 寿命更长。摆线轮和针轮的轮齿均淬硬、精磨，比渐开线少齿差传动中内齿轮的加工性能更好、齿面硬度更高，使用寿命更长。

RV 减速器相比谐波减速器结构更为复杂，对加工精度和工艺要求更为严苛。因此，即使 RV 减速器的原理早已公开，且未有专利保护，但依然被日企垄断。其技术难点具体为： ① 加工精度：结构复杂，实际工况中 RV 减速器需要反复精确定位，相当于不断启动和刹车，保持精度不衰减，如果精度低将会造成产品的磨损。② 加工工艺：各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度，这些工艺总装公差将会造成产品的磨损和寿命。③ 一致性：作为精密零部件，单个产品达到较高性能难度不高，但规模化量产的产品均达到标准性能是极大挑战。

2.3.2 技术密集型行业，行业集中度高，下游客户极少自研

RV 减速器与谐波减速器被两家日本品牌长期垄断。在 RV 减速器领域，纳博特斯克一家独大，地位牢固。根据纳博的年报，2021 年其在全球市场的市占率 60%。21 年底哈默那科的 RV 减速器产能 95 万台，22 年底预计扩产至 106 万台，远高于国内中大力德、环动科技等产能总和 74 万台。在谐波减速器领域，哈默那科占据垄断地位，22 年 3 月哈默那科的谐波减速器产能 150 万台（不含车载），加上车载 222 万台，而国内绿的谐波、来福等品牌产能之和仅 140 万台。

机器人本体厂商基本选择外购，原因主要有三：① 减速器在机器人中具有重要作用，决定了机器人运行的平滑度、稳定度，如果机器人本体厂商采用价格低廉的减速器，会牺牲机器人性能，降低产品竞争力，因此愿意支付较高溢价；② 减速器是机械结构件，技术壁垒较高，精密减速器更是需要常年累月的技术和经验积累，新进入者难以进入；③ 机器人本体厂商的优势在于运动控制和集成应用，并不擅长精密加工，即使自主研发减速器，其性能很难超过专业的减速器厂商，因此直接外采是最佳选择。

3. 人形机器人未来可期，打开精密减速机天花板

3.1 特斯拉宣布推出人形机器人，引发技术遐想

特斯拉高调宣布人形机器人，今年 9 月 30 日将展示原型机。2021 年 8 月，在特斯拉首次人工智能日（AI Day）上，马斯克宣布推出特斯拉机器人 Tesla Bot，它将替代人类去做危险的、重复的、无聊的任务，并用 PPT 的形式展示了 Tesla Bot 的外形设计、技术参数和 AI 技术。2022 年 1 月，马斯克在财报电话会议上表示“开发人形机器人将是今年最重要的工作”、“随着时间推移，特斯拉机器人业务甚至有超越汽车业务的潜力”。2022 年 4 月，据彭博社称，马斯克在接受采访时说 Tesla Bot-Optimus（擎天柱）最早将于 2023 年投入生产。2022 年 6 月，马斯克在推特上表示，Tesla Bot 原型机将于 2022 年 9 月 30 日 AI Day 现身，引发全球的关注与热议。

AI 技术：视觉：眼睛是 Autopilot cameras，技术来自特斯拉汽车的自动辅助驾驶系统，汽车共搭载 8 个摄像头人工智能：胸腔内是特斯拉 FSD computer 软硬件系统（Full Self-Driving，自动辅助驾驶），作为机器人的“器官”，以训练自动驾驶系统 AI 的方式训练机器人的 AI，并搭配使用多摄像头视觉架构的深度神经网络架构，包括规划、自动标注、仿真、DOJO 训练。根据 AI 大会上介绍，特斯拉 DOJO 是史上最快的 AI 训练计算机，同等功耗下比现有计算机性能提升 4 倍、能效提高 1.3 倍。

总结来说，Tesla Bot 将是一款外形几乎与人类等同的机器人，全身关节处搭载机电结构实现灵活活动，采用自动驾驶的视觉、芯片、算法等方案，实现机器人在真实场景中的适用性。由于 Tesla Bot 设计接近人形，意味着在不考虑技术实现程度和人类接受度的条件下，Tesla Bot 可以在广泛的工业和生活场景中，代替人类实现各种各样的劳动作业。本次技术革新值得期待。

3.2 人形服务机器人产业化进程加速

目前产业化落地的人形机器人寥寥无几。当前全球人形机器人玩家较少，已实现产业化应用的公司包括日本本田、日本丰田（已停产）、美国波士顿动力、美国敏捷机器人、中国优必选等。现有人形机器人在 AI 人工智能、机械传动、外形材料、成本控制等方面仍然面临较大的挑战，所以尚未有真正意义上的人形机器人商业化落地。

全球巨头入局有望加速产业发展。除了特斯拉以外，2022 年戴森宣布未来十年推出可以做家务的人形机器人，戴森总工程师 Jake Dyson 表示“和可穿戴设备一样，机器人也是戴森的未来”。特斯拉与戴森在 AI 智能技术、动力系统、驱动系统、控制系统等方面具有多年研发及产业化经验，拥有全球最优秀的科研人才和实验室，有望突破人形机器人的发展瓶颈，加速实现产业化应用。

3.3 谐波减速器有望成为主流传动技术

谐波减速器更轻、薄、小，有望成为主流传动技术。目前较为成熟的减速传动机构包括谐波减速器、RV 减速器和行星减速器，其中谐波减速器体积最小、重量最轻、减速比最高，适合同于空间狭小、重要要求高、低于 20kg 负载的场景中，而 RV 减速器和行星减速器体积大、重量大，一般用于重负载场景。从 Tesla Bot 公布的参数来看，体重 56.7kg，负载 20kg，四肢为类似人体的细长型，全身搭载 40 个机电结构，对总重量要求较高。从现有的优必选 Walker 的配置来看，双腿合计 12 个关节处均采用谐波减速器。因此，谐波减速器是最有可能应用的减速器类型。人形机器人自由度倍增，减速器数量同步倍增，蕴藏巨大增量需求。人形机器人相比工业机器人，从“单臂”变为“四肢”+“身体”+“头部”，驱动部件数量倍数增加，且额外增加 AI 人工智能、机器视觉、传感器等部件。通常来说，驱动部件占 50%，包括伺服、电机、减速器等，价值量占比较高。理论上来说，机器人一个自由度对应一个伺服+减速器，仅考虑人形机器人的腿、胳膊、腰、颈，共有 2×6+2×6+2+1=25 个自由度，对应需要至少 25 个减速器，相比多关节机器人 6 个减速器大幅增加。人形机器人的巨大发展空间叠加减速器需求量倍数增长，潜在的增长空间巨大。

4. 垄断格局有望重塑，国产化趋势正在形成

4.1 现状：我国精密减速器长期依赖进口，受制海外

过去我国工业机器人减速器依赖进口，国产品牌难以突破，导致我国机器人产业链发展受制于人。背后的原因在于：① 以四大家族为首的工业机器人行业格局稳固，而四大家族与纳博和哈默那科深度绑定，导致我国本土企业难以切入供应链。发那科、安川、库卡、 ABB 四大家族的成长过程同样是汽车制造业的自动化升级过程，由于汽车行业对供应商要求极高，认证周期极长，且长期不更换，因此四大家族市场份额日益稳固。四大家族的机器人的减速器全部外购自纳博特斯克和哈默那科，彼此在长期合作中形成深刻的绑定关系，我国本土企业难以取得商业化应用的机会。 ② 精密减速器技术门槛较高，且依赖于国内制造业的资源禀赋，我国企业难以突破技术封锁。类似于轴承的“卡脖子“，RV 减速器和谐波减速器的生产同样需要高性能的材料、精密的加工制造设备和加工工艺。日本的自动化行业已发展 50 余年，高精度机床的性能达到全球最领先水平，生产人员积累了深厚的工艺经验；而我国自动化行业起步较晚，短时间内难以实现产业链的全面提升。

4.2 政策扶持+技术突破，产业链短板加速补齐

政策扶持全产业链补足短板，摆脱海外的技术限制。2016 年，机器人产业发展被写入“十三五”规划，而后中央及地方密集出台相关政策。政策覆盖全产业链环节、零部件性能、产业目标等全方面，助力我国机器人全产业链快速崛起，逐渐减少我国与发达国家之间的差距。2021 年 12 月《“十四五”机器人产业发展规划》提出：到 2025 年整机综合指数达到国际先进水平，关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平；机器人产业营收年均增速超 20%；制造业机器人密度实现翻番；到 2035 年机器人成为经济发展、人民生活、社会治理的重要组成。

4.3 国产品牌份额快速提升，国产替代趋势正在形成

现在我国工业机器人减速器国产化趋势正在形成。一方面，我国国产机器人的市场打开，在降本需求下给国内减速器厂商更多机会。在国内自动化浪潮下，国产机器人厂商迎来发展机遇，涌现出埃斯顿、汇川技术、新时达、埃夫特等国产优质机器人公司，由于哈默那科的谐波减速器价格高昂，在降本压力下选择采用价格较低的国产减速器（价格低≠ 品质低），国产减速器的需求得以释放。另一方面，关键零部件的攻坚克难是我国工业机器人产业政策的重点之一，在政策驱动+技术研发的推动下，我国精密减速器快速进步，实现弯道超车。根据 GGII 统计，2014-2021 年，工业机器人精密减速器中国产品牌市场份额由 11.36%提升至 40.63%。

RV 减速器和谐波减速器的国产品牌份额快速提升。根据 GGII 报告，中国工业机器人 RV 减速器市场中，2020 年日本品牌纳博特斯克占比 54.80%、住友占比 6.60%，国产品牌环动科技、中大力徳、南通振康、珠海飞马、秦川分别合计占比 26.71%；2021 年纳博特斯克占比 51.77%、住友占比 4.86%，略有下降，环动科技、珠海飞马、中大力徳、南通振康、智同和秦川合计占比 33.22%。中国谐波减速器市场中，2020 年日本品牌哈默那科占比 37%，新宝占比 9%，国产品牌绿的谐波、来福、福德、大族的占有率为 21.03%、 6.09%、4.73%、4.06%；2021 年哈默那科的占比 35.51%，新宝占比 7.4%，均略有下滑，绿的谐波、来福、同川、大族、福德的占有率为 24.72%、7.69%、5.7%、4.45%、4.24%。国产品牌的市场份额均有所提升。谐波减速器国产替代的进程相对更快。谐波减速器的设计相对简单，国产厂商可以通过原创性的形状设计来弥补材料、加工精度和工艺等方面的不足，实现弯道超车，而 RV 减速器组成复杂，对材料、加工精度和工艺有更高要求，国产厂商或需要更长时间实现技术突破。

5. 从海外龙头看减速机厂商成长路径

5.1 哈默那科：谐波减速器长期领跑者

哈默那科是谐波传动领域的绝对领跑者。1953 年，美国 C.W.Musser 教授应用谐波传动原理，发明制造了第一台谐波齿轮减速机；1960 年美国 USM 公司首次成功投入应用谐波传动减速器，后来日本长谷川公司取得 USM 生产许可；1970 年，长谷川与 USM 各出资 50%在东京成立哈默那科，并将谐波减速器的命名为“HarmonicDrive”，逐渐形成一种减速器类别。截至目前，哈默那科一直是谐波传动领域的绝对领跑者，市占率在 60%以上。2022 年公司（会计年度）实现收入 572 亿日元，折算约 29 亿元人民币，其中减速器业务和机电一体化产品分别为 24 亿元、5 亿元。

由于产品高度聚焦持续迭代，与客户形成深度绑定关系，并通过海外扩张和下游拓展不断培育的新成长曲线，因此哈默那科在谐波减速器领域保持领先： ① 公司业务聚焦谐波减速器领域，持续进行产品迭代进化。1988 年开发出 IH 齿形的谐波减速器 CSS 系列，与传统的渐开线齿轮设计相比，精度、刚度和寿命均提升一倍；1991 年开发出更节省空间和成本的 CSF 系列，后续从三个方向提升性能：① 高负载及高可靠性： 1999 年推出 CSG 系列；② 更高减速比：1999 年推出减速比 30 系列；③ 小型化、轻量化：2011 年推出的 CSD 系列厚度缩小 30%~50%，目前 CSG 和 CSF 系列产品的重量已减轻 30%。经过数十年产品开发，目前谐波减速器形成八个系列，上千种类型，可以满足下游客户的多样化需求 ② 四大家族深度绑定。公司是四大家族的独家供应商，同纳博一样，与四大家族形成供应商客户关系，更是战略合作关系。 ③ 海外扩张+下游拓展，不断突破增长天花板。哈默那科逐步扩张海外版图，开拓美国、欧洲、中国市场。除工业机器人领域外，公司还持续拓展协作机器人、半导体设备、FPD 生产设备等，不断形成新的增长曲线；产能方面，公司目前有两个日本工厂、一个德国工厂和美国工厂，2018 年产能 95 万台，2022 年 3 月 150 万台（加上车载共 222 万台）， 23 年 3 月将达到 200 万台（加上车载共 300 万台）。

5.2 纳博特斯克：RV 减速器龙头，一家独大数十年

“冰冻三尺，非一日之寒”。纳博特斯克系帝人公司与纳博克两家公司合并成立，RV 减速器业务源于帝人公司。帝人公司 1944 年以纺织机械起家，1955 年开始涉足飞机零部件生产、机床制造，1985 第一次研制出 RV 减速器，开始小批量生产，1986 年，由于产品性能优异，市场使用反馈良好，应用领域开始拓展，帝人公司开始大批量投产；2003 年帝人公司与纳博克共同成立控股公司纳博特斯克，并于东京交易所上市，截至 2014 年累计生产达到 500 万台。经过几十年的技术精研和客户合作，RV 减速器产品不断进行迭代与改进，纳博在 RV 减速器领域一直保持绝对领先地位，目前全球市占率 60%。经过数十年年发展与重组，公司涉足业务领域十分广泛。公司的主营业务包括 RV 减速器、液压机械、铁路车辆/飞行/船舶/商务车制动装置、自动门和包装机等。2021 年，公司实现收入 3621 亿日元（约 177 亿元人民币），其中 RV 减速器收入 775 亿日元，占比 25%。哈默那科与纳博特斯克的相似之处在于，他们都是精密减速器的最早进入者，甚至是发明创造者，并在各自领域长期占据垄断地位，不同之处在于，纳博的业务较分散，哈默那科的业务聚焦。

纳博特斯克长期占据 RV 减速器垄断地位，有以下原因： ① 产品性能指标优异，种类多样，可满足客户多样化需求。纳博作为 RV 减速器的发明者，并从 1940s 年起开始积累加工制造、精密零部件生产，因此其生产的减速器性能优越，具备高扭矩、高刚性、高耐过载冲击载荷、高精密和低回程间隙等特性。此外，纳博的 RV 减速器种类齐全，并组合电机形成一体化产品，RV 系列针对工业机器人的多关节、 SCARA，RF 系列针对并联坐标机器人，RD、RA、GH 等系列针对机床，RVP、RS、RD 等协力针对焊接工作台和变位机。 ② 长期绑定四大家族，掌握核心客户资源。根据纳博年报，其主要客户为四大家族发那科、安川、库卡、ABB 和川崎重工，彼此保持长期合作关系，也正因此四大家族的机器人能够实现高速度、高精度、高稳定性，双方既是供应商与客户，也形成了战略绑定。 ③ 产能稳步扩大，以满足下游需求。纳博的工厂主要在日本，小部分在中国。2016 年产能共 64 万台，2017 年增加至 70 万台，2020 年扩产至 84 万台，21 年底达到 95 万台，22 年日本和中国各有新增产能 10 万台和 1 万台，预计 22 年底产能将达到 106 万台。

6. 重点公司分析

6.1 绿的谐波：突出重围，打破垄断的国内龙头

绿的谐波是国内谐波减速器龙头，是国内外工业机器人企业的核心供应商。为了填补我国高端精密谐波减速器领域的空白，公司创始人从 2003 年开始深入研究谐波啮合理论， 2011 年公司首台谐波减速器样机送往检测，2013 年开始上市销售，2014 年至今公司逐步拓展埃夫特、Universal Robot、埃斯顿等国内外知名机器人客户。目前，绿的谐波的产能达到 30 万台/年，在国内谐波减速器市占率已上升至 24%。产品竞争力+高壁垒带来高毛利+高净利，高研发费用巩固产品竞争优势。在下游工业机器人高景气度的拉动之下，精密减速器行业需求爆发，2021 年公司实现收入 4.43 亿元，同比增长 105%；归母净利润 1.89 亿元，同比增长 131%。公司的毛利净利双高，2021 年毛利率 53%，净利润率 43%，远高于机械行业平均水平。公司的研发支出占比保持在 10%上下的水平，持续的高研发投入巩固产品的竞争优势，形成正向循环。

公司在国内谐波减速器领域打破了哈默那科的技术封锁，实现国产替代，主要来自两个方面：① 创始人独创“P”型齿并申请技术专利，齿形的改进使得齿轮可承受较大扭矩、减少断裂失效风险、提高寿命，提高减速器的性能和可靠性；② 公司前身恒加金属从事精密机械加工 20 余年，包括热处理、锻造等，主要客户为 ABB、那智不二越、阿法拉伐等国外高端装备制造企业，因此公司在基础工艺件设计方面有深厚积累，保证了材料等可靠性、稳定性，为减速器大规模量产奠定基础。国内工业机器人需求持续扩张，公司产能逐步释放，市占率稳步提升，加速实现谐波减速器的国产替代进程。1）公司谐波减速器产品已比肩国际最领先的水平，且更具性价比优势，目前已进入头部厂商供应链中，打破海外技术封锁，形成替代趋势；2）截至 2021 年底谐波减速器产能 30 万台，依然处于供不应求状态，募投项目产能将于 2024 年完全释放，产能达到 60 万台，市占率有望进一步提升；3）公司通过自研+外延收购的途径，业务逐步向全产业链横纵双向延伸，产品已覆盖谐波减速器、旋转执行器、谐波数控转台、伺服系统、工业自动化服务和电液伺服，未来有望形成新增长曲线，打开成长的天花板。

6.2 双环传动：RV 减速器技术储备深厚，蓄势待发

双环传动专注于机械传动齿轮制造，品类齐全，也是国内少数能够生产 RV 减速器的厂家之一。公司于 1980 年创立，专注于机械传动齿轮领域，目前产品已覆盖传统汽车、电动汽车、高铁轨道交通、非道路机械、摩托车及沙滩车、电动工具及工业机器人等多个领域。2013 年公司开始研制 RV 减速器，2015 年承担国家“863 计划”课题“机器人 RV 减速器研制及应用示范”，并定增募集资金 3.65 亿元用于 RV 减速器产业化项目，2020 年公司设立子公司环动科技，专门经营工业机器人精密减速器业务。2021 年公司实现收入 53.91 亿元，同比增长 47%；归母净利润 3.26 亿元，同比增长 537%。2021 年减速器及其他收入为 2.67 亿元，同比增长 30%，占收入比重 4.95%。中重载机器人需求旺盛，RV 减速器供需缺口持续扩大，公司作为 RV减速器新进入者，技术储备深厚，产品系列齐全，国产替代需求助力其打开国内市场。1）公司 RV 减速器产品型号已达到 40 余种，载荷范围 6-1000kg，基本实现工业机器人减速器产品全覆盖，已具备大规模国产替代的基本条件；2）公司的产品价格为进口产品的 30%~50%，性价比优势明显，已拓展埃夫特、机器人、埃斯顿等国内知名工业机器人客户，随着国产机器人份额提升，公司的市占率有望进一步提升。

6.3 中大力德：减速机+减速电机一体化领头企业

中大力德是国内综合性精密减速器厂商，并具备减速机+减速电机一体化优势。公司创世团队 2000 年开始研制齿轮电机，2006 年正式成立中大力德，开发生产小型齿轮减速电机，2008 年开始生产伺服电机用高精度行星齿轮减速器，2012 年开发工业机器人用 RV 减速器，2016 年开始研制谐波减速器。公司产品覆盖减速电机、精密减速器、驱动器和智能执行单元三大类，其中精密减速器产品包括行星减速器、RV 减速器与谐波减速器，产品线齐全。2021 年公司实现营业收入 9.53 亿元，同比增长 25%；归母净利润 0.81 亿元，同比增长 16%，其中减速器收入 2.54 亿元，占比 27%。公司 RV 减速器产品齐全，在自动化领域规模化应用多年，受益于国内工业机器人 RV 减速器需求持续增长，公司该业务收入有望快速增长。1）公司从美国、日本、德国等国家进口精密加工设备和检测设备，RV 减速器的性能与质量得到有效提高，且已形成 RVE、 RVC、RVA 三大系列若干谱系，21 年 RV 减速器产品出货 3 万台，产能充足，在下游需求的拉动下出货量有望快速提升；2）公司具备减速器、伺服电机、驱动器的制造能力和一体化集成能力，在非标准化定制方面优势明显。

6.4 汉宇集团：控股同川科技，谐波减速器发展势头迅猛

汉宇集团是专用排水泵供应商，其子公司同川科技近一年发展迅猛。同川科技于 2012 年成立，研发机器人控制系统，2014 年被客户汉宇集团 60%收购，2016 年加大工业机器人核心部件包括谐波减速器的研发投入，2019 年开始对外发布谐波减速器产品， 2020-2021 年实现产业化应用和批量出货。同川科技作为谐波减速器领域的新进入者，有望在行业爆发期实现快速发展。1）公司开发拥有自主知识产权的谐波减速器技术方案，独创最大啮合率齿形技术、减少运动冲击凸轮技术实现优异的精度保持寿命，产品兼顾了性能和耐用度，有望复制“弯道超车”成长路径；2）凭借具有竞争力的产品，公司发展势头迅猛，市场份额快速提升，根据 GGII 数据，2020 年国内谐波减速器市场中，同川在国内厂商中榜上无名，2021 年的市场份额快速提升至 5.7%。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站