當(dāng)前特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)在即。根據(jù)馬斯克在最新連線采訪中的規(guī)劃，特斯拉人形機(jī)器人Optimus的產(chǎn)量目標(biāo)如下：
2025年：生產(chǎn)數(shù)千臺Optimus人形機(jī)器人，這些機(jī)器人將在特斯拉工廠內(nèi)進(jìn)行初步測試。
2026年：如果一切進(jìn)展順利，特斯拉計(jì)劃將Optimus人形機(jī)器人的產(chǎn)量提高至2025年的10倍，即生產(chǎn)5萬到10萬臺。
2027年：計(jì)劃將產(chǎn)量再次提高至2026年的10倍，即生產(chǎn)50萬到100萬臺。
此外英偉達(dá)和OpenAI等巨頭也開始下場進(jìn)入人形機(jī)器人賽道。
英偉達(dá)在今年的CES國際消費(fèi)電子展上攜14款人形機(jī)器人亮相，其中6款來自中國，包括智元遠(yuǎn)征A2、星動紀(jì)元Star1、銀河通用G1、宇樹H1及小鵬Iron等。英偉達(dá)還計(jì)劃在2025年上半年推出最新一代的人形機(jī)器人緊湊型計(jì)算機(jī)——Jetson Thor，旨在為人形機(jī)器人提供強(qiáng)大的計(jì)算平臺。
OpenAI近期正式官宣加入實(shí)體機(jī)器人賽道，當(dāng)前正在招聘硬件環(huán)節(jié)電氣工程傳感工程師、實(shí)體機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)工程師等關(guān)鍵崗位的人才。
當(dāng)前特斯拉Optimus硬件方案相對明確，全身包含28個執(zhí)行器，分旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器2大類型6種規(guī)格。其中旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器采用“電機(jī)+精密減速器”結(jié)構(gòu)，線性執(zhí)行器采用“電機(jī)+滾柱絲杠結(jié)構(gòu)”。
減速器、電機(jī)、絲杠、傳感器等核心零部件環(huán)節(jié)在Optimus的成本中占比較高，是具有較高價值的環(huán)節(jié)，值得重點(diǎn)關(guān)注。
本文重點(diǎn)梳理人形機(jī)器人核心減速器三大環(huán)節(jié)：諧波減速器、行星減速器和RV減速器。
減速器上游包括原材料供應(yīng)，如銅材、鋼材等金屬材料，以及軸承、箱體等零部件和生產(chǎn)設(shè)備。
中游生產(chǎn)制造核心環(huán)節(jié)包含通用減速器、專用減速器和精密減速器等不同類型的減速器產(chǎn)品，這一核心環(huán)節(jié)匯聚了眾多專業(yè)減速器生產(chǎn)企業(yè)，如國內(nèi)各環(huán)節(jié)頭部代表廠商綠的諧波、雙環(huán)傳動、中大力德等。
減速器主要分為三種類型：諧波減速器、行星減速器和RV減速器。
減速器在人形機(jī)器人的具體應(yīng)用包括：
關(guān)節(jié)傳動：在人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位，如肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)等，減速器被廣泛應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)精確的傳動和控制。例如，諧波減速器因其體積小、重量輕、傳動比大等特點(diǎn)，常被用于這些需要精細(xì)操作的部位。
集成應(yīng)用：行星減速器等類型的減速器被集成于伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，以實(shí)現(xiàn)更緊湊、高效的傳動系統(tǒng)減速器制造整體是“系統(tǒng)工程”。
負(fù)載支撐：對于負(fù)載較大的關(guān)節(jié)部位，如腿部、腰部和肘部等，RV減速器因其較高的承載能力和穩(wěn)定性而被廣泛采用。
整體來看，諧波方案傳動比大、體積小；行星方案體積小、壽命高；RV方案精度高、疲勞強(qiáng)度高。
人形機(jī)器人軀干執(zhí)行器通常有旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器兩類，其中旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的合作更為普遍，許多機(jī)器人本體甚至采用全旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的方案。
特斯拉在AIDAY上展示了六種軀干執(zhí)行器，其中旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器分別有20Nm/110Nm/180Nm三種力矩等級，對應(yīng)小/中/大三種功率。
根據(jù)特斯拉、智元、宇樹、傅利葉、優(yōu)必選的人形機(jī)器人減速器方案，各廠商基于不同減速器的特征、成本等因素的考量，采用不同的減速器方案。
以特斯拉-OptimusGen2為例，選擇旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均使用諧波減速器，靈巧手（單只）帶有6個自由度，腿部和手臂分別有超過5個自由度；整體大約需要14個諧波減速器。
優(yōu)必選人形機(jī)器人主要采用諧波減速器，同時自研諧波+行星減速器；智元遠(yuǎn)征A1機(jī)器人采用諧波一體關(guān)節(jié)，以及自研帶行星減速器的關(guān)節(jié)電機(jī)；宇樹自研自產(chǎn)G1的關(guān)節(jié)模組，共有3種類別，帶雙編碼器的行星減速器關(guān)節(jié)模組最大瞬時扭矩140Nm；傅利葉人形機(jī)器人采用諧波+行星減速器方案。
圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)
整體來看，在人形機(jī)器人精密減速器中，諧波減速器因優(yōu)秀的性能成為首選，行星減速器則作為諧波減速器的有效補(bǔ)充方案在某些場景下得以應(yīng)用。
諧波減速器
諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪和剛輪三大零部件組成。
通過柔輪變形產(chǎn)生的周期性波動來實(shí)現(xiàn)剛輪輪齒與柔輪輪齒之間的少齒差內(nèi)嚙合，從而完成運(yùn)動與動力的傳遞。
柔輪：是諧波減速器核心部件，其外齒與鋼輪內(nèi)齒不斷進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出和脫開的往復(fù)循環(huán)。其采用40Cr合金鋼制造，例如40CrMoNiA、40CrA，目前柔輪材料大多依賴從國外進(jìn)口。國內(nèi)廠商方面，翔樓新材料精密冷軋和熱處理領(lǐng)域核心技術(shù)引領(lǐng)國產(chǎn)替代。目前其諧波減速器柔輪材料已經(jīng)送樣給綠的諧波，是國內(nèi)唯一一家通過綠的諧波產(chǎn)品檢驗(yàn)并進(jìn)入驗(yàn)廠環(huán)節(jié)的柔輪材料供應(yīng)商。
剛輪：多采用球墨鑄鐵制造，能夠提供良好的韌性、耐磨性。
波發(fā)生器：由柔性軸承與橢圓形凸輪組成，目前國內(nèi)諧波減速器廠商已經(jīng)開始加速軸承的國產(chǎn)化進(jìn)程，以綠的諧波為例，其諧波減速器用軸承以自產(chǎn)為主，外購軸承主要為特定型號的深溝球軸承。
產(chǎn)業(yè)壁壘較方面來看，諧波減速器生產(chǎn)壁壘較高，技術(shù)、設(shè)備與人員均存在難點(diǎn)。
諧波傳動技術(shù)包括總體結(jié)構(gòu)、柔輪、剛輪、凸輪、柔性軸承、交叉滾子軸承、齒形、波發(fā)生器等多個分支，從專利申請數(shù)量的角度來看，總體結(jié)構(gòu)、波發(fā)生器等是諧波減速器技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)。
競爭格局方面，諧波減速器呈現(xiàn)寡頭壟斷高度集中的格局。
全球份額比國內(nèi)市場更集中，日本哈默納科是諧波減速器全球和國內(nèi)的最大供應(yīng)商，在諧波減速器領(lǐng)域長期保持領(lǐng)先地位。
目前國產(chǎn)諧波減速器已基本可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，綠的諧波市場份額僅次于哈默納克并率先打破海外廠商壟斷局面。
綠的諧波產(chǎn)品圖示：
圖片來源：綠的諧波官網(wǎng)
國內(nèi)同川科技也自主研發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的諧波減速器，并已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。漢宇集團(tuán)通過收購?fù)萍?，涉足諧波減速器領(lǐng)域。
昊志機(jī)電在諧波減速器領(lǐng)域形成了完整的產(chǎn)品族譜，已經(jīng)攻克了齒形設(shè)計(jì)、凸輪廓設(shè)計(jì)、齒輪表面處理等關(guān)鍵技術(shù)，建立了諧波減速器測試標(biāo)準(zhǔn)及檢測體系，其諧波減速器產(chǎn)品也包含波發(fā)生器這一關(guān)鍵部件。
來福諧波的產(chǎn)品線覆蓋全面，包括諧波減速器、關(guān)節(jié)模組及精密零部件三大板塊，其中波發(fā)生器作為諧波減速器的核心部件，也是來福諧波的重要產(chǎn)品之一。
大族激光旗下子公司杉川諧波擁有自主研發(fā)能力和先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，已自研生產(chǎn)了多個系列的諧波減速器產(chǎn)品，包括HMCS、HMHD、HMHS、HMCD等四大系列，共200余款諧波減速器，產(chǎn)品在傳動效率和精度保持性和壽命等方面均達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
02
行星減速器具有高精度傳動的特點(diǎn)，其齒輪嚙合緊密，摩擦損失小，能夠減小齒輪系的傳動誤差，提高機(jī)器人的運(yùn)動精度。
行星減速器常主要為人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)提供動力支持。
例如，在機(jī)器人的腿部、髖部等關(guān)鍵部位，行星減速器能夠確保機(jī)器人在執(zhí)行行走、跳躍等復(fù)雜動作時擁有足夠的動力和穩(wěn)定性。
行星減速器的結(jié)構(gòu)主要包括中心太陽輪、行星齒輪、內(nèi)齒圈。
工作時中心太陽輪驅(qū)動內(nèi)部受力旋轉(zhuǎn)，帶動行星齒輪在內(nèi)齒圈軌道內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依賴齒輪之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的減小，行星架作為輸出軸，將減速后的運(yùn)動傳遞給負(fù)載。
資料來源：科峰智能
精密行星減速器對生產(chǎn)過程的工藝及核心技術(shù)掌握及產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)能力要求較高。
頭部廠商往往具備兩方面優(yōu)勢并保證其市場地位：一是設(shè)計(jì)能力壁壘，包括模塊化、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、精度等方面的設(shè)計(jì)能力；二是工藝技術(shù)能力壁壘，新進(jìn)入者的專職工藝技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足、人員欠缺。
國際領(lǐng)先的單級精密行星減速器的精度可在1′以內(nèi)，保持高精度的穩(wěn)定使用壽命達(dá)到2萬小時，且產(chǎn)品一致性較高。
精密行星減速器供給格局相對更分散，全球CR3接近40%左右。
相對諧波減速器，行星減速器市場技術(shù)門檻相對較低，各家行星減速器的可選尺寸范圍較大，從性能角度來看，國內(nèi)廠商與海外廠商產(chǎn)品并無顯著差距。
由于市場競爭較為激烈，因此并沒有明顯的市場主導(dǎo)企業(yè)。
全球主要是日本新寶、紐卡特等國外巨頭，國內(nèi)科峰智能市場份額約5%左右；三大龍頭日本新寶、科峰智能、紐氏達(dá)特整體份額可以占到45%左右，中大力德、精銳機(jī)電、寧波東力等廠商也在行星減速器領(lǐng)域有所布局。
RV減速器結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，相較于諧波減速器具有更高的技術(shù)和投資門檻。
盡管國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)能夠批量生產(chǎn)RV減速器，但整體來在這一領(lǐng)域核心技術(shù)尚未完全掌握。
當(dāng)前本土RV減速器品牌主要仍聚焦在本土機(jī)器人品牌的中低端和中低負(fù)載產(chǎn)品系列。
市場格局方面，國內(nèi)RV減速器相對集中，兩大龍頭占據(jù)超過一半市場份額。
國產(chǎn)RV減速器已實(shí)現(xiàn)初步的國產(chǎn)替代，除雙環(huán)傳動外，珠海飛馬、智同科技、中大力德、南通振康、秦川機(jī)床、六環(huán)傳動等也是該領(lǐng)域具有實(shí)力的廠商。
目前我國超100家本土企業(yè)涉足精密減速器生產(chǎn)，企業(yè)數(shù)量逐漸增多，且技術(shù)和研發(fā)實(shí)力逐步提升。后續(xù)在主機(jī)廠降本訴求以及合作響應(yīng)需求下，國產(chǎn)替代有望趨勢逐漸明晰。
從長期視角觀察，隨著特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)在即，產(chǎn)業(yè)趨勢明確，后續(xù)有望大幅提升核心零部件的需求，從而進(jìn)一步帶動國內(nèi)廠商滲透率和市場份額提升。（來源樂晴智庫精選）
圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)
