證券分析師徐碧云投資咨詢資格編號：S10605230700022025年3月17日l執行器：驅動關節活動，電驅動已成主導。執行器即一體化關節，其本質是將電機的旋轉運動轉化為驅動連桿機構的運動。執行器當前占人形機器人整體成本約55%，性能和成本主要取決于核心零部件。根據動力來源，執行器可分為液壓、氣動和電驅動三類，電驅動憑借成本低、控制精度高和密閉性優等特點，成為主流方案。人形機器人軀干的執行器分為旋轉執行器與線性執行器兩類，不同之處在于傳動機構：旋轉執行器采用減速器，而線性執行器采用行星滾柱絲杠，國內大部分本體廠以旋轉執行器方案為主。從趨勢上看，高性能、智能化、微型化的一體化關節模組是降低人形機器人制造成本的關鍵。l電機：產生驅動轉矩，無框力矩電機應用廣泛。電機是將電能轉換為機械能的動力源，是人形機器人中最常用的驅動器件之一。機器人自由度越高，所需的電機數量越多。電機的種類繁多，不同類型的電機在結構和性能上各有特點，適用于不同的應用場景。無框力矩電機以高轉矩密度、緊湊結構和散熱優勢在人形機器人關節單元方案中廣泛應用。GGII數據顯示，2023年中國無框力矩電機市場規模1.80億元，同比增長19.73%，其中協作機器人市場需求占比約為70%。美國科爾摩根等海外廠商是行業的頭部玩家，步科股份等國內領軍企業與國際領先企業產品仍存在一定技術差距。l減速器：增加扭矩，諧波和精密行星最適配人形。減速器在原動機和工作機或執行機構之間起降低轉速和增加扭矩的作用，主要應用在機械傳動領域。根據原理不同，精密減速器主要分為諧波減速器、RV減速器、擺線針輪減速器、行星減速器等，由于傳動原理和結構等技術特點差異，各類減速器在下游產品及應用領域方面各有側重。本體廠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。鑒于人小型化和輕量化要求高，諧波和精密行星減速器最適配。有望早日商業化落地，國內上游執行器、電機、減速器等核心零部件相關公司也在積極布局，建議關注三花智控、震裕科技、綠的諧波、中大力德、步科股份、臥龍電驅、雙環傳動、雷賽智能、禾川科技、偉創電氣等。l風險提示：1）人工智能技術發展不及預期。2）行業競爭加劇風險2022年9月，特斯拉在AIDay上發布OptimusGen1；2023年12月，Tesla發布了OptimusGen2。OptimusGen1主體共28個自由度，包括14個旋轉自由度、14個線性自由度；OptimusGen2在脖頸處增加2個自由度，全身具備30個自由度。2025年1月CES展上，馬斯克表示特斯拉在2025年2025年春節聯歡晚會上，宇樹科技的16個人形機器人H1亮相，身著秧歌服、手持紅手帕登上舞臺表演扭秧歌，流暢的動作引起觀眾廣泛關注人形機器人產業鏈主要由上游零部件、中游人形機器人本體及下游終端應用等環節組成。從當下看，價值占比高、增量空間大的主關節執行器（簡稱執行器）即一體化關節，又稱為驅動器/關節模組，是人形機器人硬件系統的關鍵部件。執行器是驅動機器人執行機構（手臂、腿部等）運動的組件，其本質是將電機的旋轉運動轉化為驅動連桿機構的運動。根據集邦咨詢的數據，執行器是人形機器人成本最高的部分，占機器人整體成本約55%。執行器的性能和成本主要取決于核心零部件，包括電機（驅動裝置）、減速器（傳動裝置）、編碼器（傳感裝置）、伺服驅動和控制軟件（控制裝置）等。人形機器人產業鏈根據動力來源，執行器可分為液壓、氣動和電驅動三大類：1）液壓驅動適合重載場景，但結構復雜、平穩性差；2）氣動驅動響應快，但噪音大、負載能力有限；3）電驅動憑借成本低、控制精度高和密閉性優等特點，成為主流方案。早期液壓馬達功率密度遠超電機（20世紀9代約100倍），但隨著釹鐵硼等永磁體技術的發展，電機性能大幅提升，功率密度差距已縮小至10倍以內，且整個系統占用波士頓動力早期大型機器人（BigDog、Petman）采用液壓驅動，2013年Atlas、Handle升級為電液混合，2016年Spotmini轉向全電驅動，年新版Atlas徹底采用電驅動方案，標志著行業全面向電機技術迭代。按照運動類型，人形機器人軀干的執行器分為旋轉執行器與線性執行器兩類，旋轉執行器輸出旋轉運動，而線性執行器則是將旋轉運動轉換為直線運動輸出。從各家人形機器人廠商的執行器方案來看，大部分廠商以旋轉執行器為主，不少機器人本體采用全旋轉執行器方案，少數如特斯拉會采用線性執行器。它們動力來源均為無框力矩電機，不同之處在于傳動機構，如特斯拉Optimus的旋轉執行器是“電機+精密減速旋轉執行器是讓機器人的關節進行旋轉運動的裝置，其將電機輸出由高速低扭轉化為低速高扭的旋轉運動，主要用于肩部、髖部、腕部等需要大角度旋轉的關節。目前主要存在高減速比和準直驅兩大技術路線，高減速比方案優點是輸出扭矩大、精度高，適合下肢需要高扭矩的部位；而準直驅方案具有更高的響應速度和效率，更適合肩部、肘特斯拉Optimus全身共部署14個旋轉執行器，分布于肩部（6個）、腕部（2個）、髖部（4個）、軀干（2個），配置為：無框力矩電機+諧波減速器+力矩傳感器+編碼器+驅動器+交叉滾子軸承+角接觸球軸承。Optimus采用的旋轉關節執行器示意圖執行器技術歷經變革：1983年剛性執行器（TSA）實現高精度但結構復雜；1995年彈性執行器（SEA）引入柔性緩沖，犧牲響應速度；2016年準直驅執行器（QDD/PA）融合二者優勢，以直驅電機+低減速比傳動實現輕量化、低成本及毫秒級響應。從代表廠商的執行器方案可知，主要采用剛性驅動器（TSA）方案和準直驅驅動器（PA/QDD）方案。鑒于成本、技術性能以及軟硬件耦合等多方面因素，各家人形機器人廠商在驅動器部件選用上有所不同。準直驅適配消費級高動態場景（智元A1），TSA仍用于工業級高精度任務（特WalkerX有有//////有//有無/1/有有無////有有//桿/有有/線//Optimus有有線Technologies//////AgilityRoboticsDigit//），準直驅關節模組執行器摒棄傳統力/力矩傳感器，采用電流環開環力控技術，基于電機輸出力矩與電流成正比的物理特性，通過監測電機繞組電流變化，解算電機扭矩，進而感知機器人與外界的交互力。該技術優勢在于：1）結構上，無需額外傳感器，使得執行器結構緊湊，降低整體成本，減少系統復雜度與故障點，提升可靠性與維護便利性。2）性能方面，調整電流即可實現對力的精準控制，能快速響應外部指令；低傳動比減速器的運用，帶來低慣性，使執行器對外力響應更直接，保障機器人動態性能與安全性。準直驅執行器結構類型無刷電機類型無刷電機+高傳動比減速器（諧波）+高剛性力矩傳感器雙位置傳感器（編碼器）應變片原理或電流+彈性體+低傳動比減速器結構配置傳感器方案三個位置傳感器（編碼器）一個位置傳感器（編碼器）力矩測量方式編碼器或應變片原理控制特點復雜、精度低，機器人整機的運動控制比較難實現簡單、精度一般功率特點無功率調制功率調制好無功率調制扭矩密度高高外部沖擊減緩性差好好能量效率功率一般技術成熟度相對完善成熟主流研究中發展崛起中性能優勢技術成熟，輸出能力強關節結構簡潔，硬件可靠性高；本體剛度高，測量力通頻帶寬；實現成本低，能耗低；高頻響應，可做到高精度控制，抗沖擊能力強性能缺陷存在溫漂、零漂，實際使用中需頻繁標定，動態物理交互性能差；關節結構復雜，硬件可靠性低（如諧波減速器易受沖擊損壞），生產工藝復雜；實現成本高在本體高剛度、測量高精度和實現低成本這三個維度很難取得平衡。一般剛度較小，高頻力矩響應性能較弱，通頻帶較窄力測量精度低，串聯復雜減速箱傳動環節，靜摩擦力建模難，在高減速比關節中測量微小扭矩不靈敏；小減速比減速器，能量輸出密度不足），機器人關節技術正向智能化、微型化、模塊化方向發展，一體化關節模組通過集成驅動器、電機、減速器及傳感器等核心部件，實現緊湊設計，顯著提升安裝便捷性與維護效率。其優勢包括：1）性能提升：優化設計增強精度、速度、負載能力及安全性；2）成本優化：標準化生產降低單位成本；3）場景拓展：適配工業機械臂、服務機器人及人形機器人等多領域。人形機器人興起推動關節模組需求升級，其旋轉關節模組雖與協作機器人方案部分重疊，但對扭矩密度、動態響應等指標要求更高，需強化定制化開發能力，研制高性能的關節模組亦是降低人形機器人制造成本的關鍵，可以縮短供應鏈環節，降低本體企業研發成本，并可提升產品易用性及靈活性。鈦虎機器人一體化關節模組“十四五”規劃將機器人產業列為發展重點，此后各部門陸續發布人形機器人創新發展指導意見等政策文件，聚焦供應鏈與關鍵零組件自主開發能力。據TrendForce調查，三花智控、恒立液壓、新劍傳動、兆威機電等不僅對中國市場需求可穩定供貨，也已打入海外大廠供應鏈或進入送樣階段。人形機器人領域核心零部件的國產化將顯著優化成本、性能及可靠性，奠定量產基礎。國內宇樹科技等整機廠商已推出成熟產品，配合零部件廠商通過技術創新和規模化生產，推動執行器成本下降與性能提升，加速人形機器人產業化進程。資料來源：前瞻產業研究院，各政府官網，平安證券研究所資料來源：前瞻產業研究院，各政府官網，平安證券研究所2024H1各產品營收貢獻2024H1國內外營收貢獻2024H1各產品營收貢獻2024H1國內外營收貢獻三花智控成立于1994年，2005年在深交所上市，公司主營業務為機械電子控制部件和組件類產品的研發、生產和銷售，根據產品應用領域主要分為制冷空調電器零部件和汽車零部件業務。制冷空調電器零部件業務主要產品包括四通換向閥、電子膨脹閥、電磁閥、微通道換熱器、Omega泵等；汽車零部件業務主要產品包括熱力膨脹閥、電子膨脹閥、電子水泵、新能源車熱管理集成組件等。同時公司積極布局機器人產業，重點聚焦仿生機器2024年1-9月，公司實現營業收入205.63億元，同比上升8.36%；實現歸母下游應用領域：制冷空調電器（空調、冰箱、冷鏈物流、洗碗機等）、新獲客：主要采用直銷模式。典型客戶：制冷空調電器領域主要面向開利、大金、格力、美的、海爾、松下、夏普等客戶，汽車領域的客戶包含奔馳、寶馬、通用、比亞迪、理想等車廠，以及法雷奧、電裝、馬勒等Tier1。電機是指依據電磁感應定律將電能轉換為機械能的一種電磁裝置，通常由定子和轉子兩部分組成，主要作用是產生驅動轉矩，作為動力源。關節電機為人形機器人各種動作和姿態的實現提供動力，具備減速、傳動、提升扭矩等功能，驅動關節和執行器，是機器人的核心硬件。人形機器人的自由度決定電機需求的數量，機器人自由度越高，所需的電機數量越多。在實際應用中，電機的種類繁多，不同類型的電機在結構和性能上各有特點，適用于不同的應用場景。常用的電機類型包括永磁同步電機、永磁直流電機、空心杯電機、步進電機和無框力矩電機等。目前用于人形機器人的電機類型主要是用于關節處的無框力矩電機和用于靈巧手的空心杯電機。性能步進電機無框力矩電機永磁同步電機空心杯電機控制精度取決于相數和拍數，兩相混合式步進電機的步距角一般取決于電機結構和編碼器，高精度的無框力矩電機控至更高精度取決于編碼器，高性能的永磁同步電機能達到0.1°甚至更高精度高性能的空心杯電機能達到0.1°甚至更高精度低頻特性低速時易出現低頻振動現象扭矩產生相對平滑，無顯著的扭矩脈動具有良好的低頻特性具有良好的低頻特性矩頻特性具有高扭矩輸出，且隨著頻率增加，扭矩性能逐漸具有較高的轉矩密度，使其在高速運行時仍然能夠輸出較大的扭矩具有較高的功率密度，溫升低，效率高過載能力一般不具有過載能力具有較強的過載能力具有較強的過載能力具有較強的過載能力運行性能開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現失步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖現象失步或過沖現象閉環控制，一般不會出現失步或過沖現象閉環控制，一般不會出現失步或過沖現象速度響應性能（從200~400毫秒幾毫秒到十幾毫秒20~50毫秒<28毫秒停轉時轉矩達到峰值，保持力矩較大，可以在不使用剎車的情況下保持在停止位置在無外部扭矩作用下能夠保持穩定的轉速懸停狀態下能夠保持穩定的輸出，為懸停運動提供懸停狀態下能夠保持穩定的輸出，為懸停運動提供強大的支持結構簡單，成本較低結構相對簡單，成本高結構相對簡單，成本高結構相對簡單，成本高人形機器人對電機有以下三點關鍵要求：1）高效率，因靠電池供電，需低能耗、低摩擦，能適應苛刻工況和過載；2）高動態，驅動器慣性要低，電機響應時間需短；3）高功率密度，電機要高速、高扭矩且小巧緊湊輕巧。無框力矩電機是以輸出扭矩的大小為性能指標的一種力矩電機，以輸出大扭矩為核心優勢，采用無外殼結構，定子與轉子直接集成至軸承系統。其特點包括高轉矩密度、優異散熱性、中空走線設計及緊湊輕量化，適配中低速高扭矩場景。相比有框電機，具備更強的定制靈活性和功率密度，適用于小體積、低慣量、高效能的應用場合，在有限空間內提供強大的動力輸出，適合高度集成化的復雜人形機器人系統。無框力矩電機常用于人形機器人線性關節和旋轉關節。如特斯拉Optimus的14個線性執行器與14個旋轉執行器均使用它。國產的宇樹H1、遠征A1、小米Cyberone、優必選X1、傅里葉GR-1等機器人關節單元也如此。以Optimus為例，其上肢關節方案類似協作機械臂，采用無框電機+諧波減速器的旋轉關節方案，即無框力矩電機+諧波減速器+高低速雙編碼器+抱閘+力矩傳感器+輸出端交叉滾子軸承。GGII數據顯示，2023年中國無框力矩電機市場規模1.80億元，同比增長19.73%力矩電機市場規模有望超過2億元，在未考慮人形機器人市場的情況下，到Optimus核心部件價值量占比估算無框力矩電機作為關鍵部件，其磁路與工藝設計深刻影響著電機的轉矩密度與功率密度。由于無框力矩電機存在編碼器芯片、磁路設計等高技術壁壘，且需一體化集成到機器人關節內部，定制化需求強烈，實現穩定量產頗具挑戰。從市場格局來看，美國科爾摩根、德國威騰斯坦、瑞士MaxonMotor等海外廠商是行業的頭部玩家，其中科爾摩根憑借長期的技術沉淀以及市場先發優勢，以TBM系列為代表性產品，在產品核心性能指標和市場份額上占據顯著優勢。國內的步科股份、昊志機電、雷賽智能等國內企業經過多年發展不斷創新，產品關鍵參數與國外的差距逐步縮小，但與國外高端產品相比仍有提-電機運動控制性能高度依賴編碼器的分辨率與精度，編碼器實際上是一種傳感器，通過檢測位置、速度、加速度等信息實現閉環控制，直接影響運動精度、穩定性和響應速度。編碼器種類繁多，按照輸出類型可分為絕對和增量兩種;按照檢測工作原理，分為磁性編碼器、光學編碼器、電容編碼器等，磁性（抗干擾強）和光學（精度高）兩類目前應用較為廣泛。編碼器的技術壁壘集中于芯片、碼盤的精密制造工藝，高端市場長期由海德漢、多摩川等外資廠商主導，其產品以高可靠性、長壽命著稱。根據華經產業研究院數據，2022年我國編碼器市場中多摩川、海德漢、西克和堡盟占據了50%以上的市場份額，行業集中度較高。國產企業如禹衡光學、匯川技術、禾川科技、大族電機等正加速突破，但核心元件工藝復雜度高，進口依賴仍是主要挑戰。編碼器類型工作原理主要組成部分化極線度向步科股份成立于1996年，2020年11月在上交所科創板上市，主要從事工業自動化及機器人核心部件與數字化工廠軟硬件的研發/生產/銷售及相關技術服務，目前已擁有人機界面、可編程邏輯控制器、伺服系統、步進系統、低壓變頻器等完整的工業自動化核心部件產品線，覆蓋工業自動化控制主要領域。在機器人領域，公司為工業移動機器人（AGV/AMR）、協作機器人、泛服務機器人、仿生機器人、工業機器人等行業客戶提供運動步科股份自2015年開始研發無框力矩電機，2016年推出首代產品，并于2022年完成第三代產品的迭代升級，2024年前三季度出貨量約1.5萬臺，目前第四根據業績預告，步科股份2024年實現營業收入5.49億元，同比增長8.45%；實現歸母凈利潤4,932.04萬元，同比下游應用領域：機器人、醫療影像設備、機器物聯網、通用自動化、物流等。獲客：采取直銷與經銷并重的銷售方式。客戶：在醫療影像領域，成為西門子醫療、聯影醫療等巨頭的全球戰略供應商；在移動機器人等領域，為眾多機器人行業客戶提供產品及解決方案，在減速器又稱減速機，在原動機和工作機或執行機構之間起降低轉速和增加扭矩的作用，主要應用在機械傳動領域。由于多數機械設備不適宜用原動機直接驅動，通常減速器把電動機、內燃機等高速運轉的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的，并傳遞更大的扭矩，以實現原動機和執行機構之間的傳動。根據DIGITIMES的數據，減速器在一定程度上決定工業機器人的精度和負載，是工業機器人核心零部件之一，占工業機器人成本的35%左右。工業機器人零部件成本占比減速器種類及型號繁多，按照控制精度劃分，減速器可分為一般傳動減速器和精密減速器。一般傳動減速器控制精度低，僅能滿足機械設備基本的動力傳動需求，而精密減速器回程間隙小、精度較高、壽命長、運行可靠穩定，是機械傳動裝置中實現精準控制的關鍵基礎部件。根據原理不同，精密減速器主要分為諧波減速器、RV減速器、擺線針輪減速器、行星減速器等，由于傳動原理和結構等技術特點差異，在下游產品及應用領域方面各有所側重、相輔相成。根據中商產業研究院，全球機器人領域中，RV減速器、諧波減速器的銷量占比均為40%左右。各本體廠基于不同減速器的特征、成本等因素考量，采用不同的減速器方案。鑒于人形機器人對減速器小型化和輕量化要求高，諧波和精密行星減速器最適配。減速器類別結構特點應用領域結構示意圖171，傳動效率高達諧波減速器主要由剛輪、柔輪、波發生器三個基本構件組成，是一種靠波發生器使柔輪產生可控的彈性變形波，通過其與剛輪的相互作用，實現運動和動力傳遞的傳動裝置。在輕負載精密減速器領域內，諧波減速器憑借其體積小、傳動比高、精密度高等優勢，占據該領域的主導地位。根據中商產業研究院的報告，2022年中國諧波減速器市場規模約21億元，預計2025年有望達到33億元，CAGR達16.3%。日本的哈默納科、日本新寶等企業技術水平處于行業領先地位。國內部分企業通過技術攻關、生產工藝的改進，在減速比、輸出轉速、傳動精度等方面和海外品牌差距明顯縮小，對國外品牌已基本可以實現一定的進口替代。2022年中國諧波減速器市場競爭格局中，哈默納科市場份額最大，占比38%，其次是綠的諧波，市場份額為26%，來福諧波以8%的份額位居第三。2022年中國諧波減速器市場格局行星齒輪傳動機構主要由行星齒輪、行星架和太陽輪構成。行星齒輪傳動結構是傳動效率最高的齒輪傳動結構。由于結構原因，單級行星減速器減速比一般不小于3，最大一般不超過10，且一般不超過3級。根據QYResearch的統計數據，2022年全球行星減速器銷售額為12.03億美元，其中中國境內銷售額為5億美元，2029年全球行星減速器銷售規模達22.31億美元，期間CAGR約9.2%，中國市場規模達11.49億美元，期間CAGR約12.6%。精密行星減速器供給格局相對更分散，根據智研咨詢，目前我國精密減速機市場一半以上的精密行星減速機產品由日本新寶、湖北科峰、紐氏達特、精銳科技和利茗制造生產，其中日本新寶的市場份額最大，占比20%；湖北科峰在中國市場排名第二，其占比為12%。RV減速器由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成，具有大體積、高負載、高剛度、結構緊湊、定位精度高、傳動比大等特點，其在重負載精密減速器領域內具有一定主導地位，是工業機器人中應用范圍最廣泛的精密減速器。根據中商產業研究院的報告，2021年我國RV減速器市場規模約42.9億元，同比增長50%，2025年RV減速器市場規模有望達到60億元。環動科技招股書顯示，2020年，納博特斯克在國內機器人RV減速器市場占有率為54.8%，具有絕對優勢，不過我國本土企業競爭力不斷提升，2023年環動科技市占率達到18.89%，且僅次于納博特斯克，而納博特斯克市場占有率下降為40.17%，未來國產替代仍有較大的提升空間。2023年中國機器人RV減速器市場格局各產品營收貢獻各產品營收貢獻公司主要產品中大力德成立于2006年，2017年8月在深交所上市，公司從事機械傳動與控制應用領域關鍵零部件的研發、生產、銷售和服務，公司從2008年開始研發減速器，目前已經批量銷售行星減速器、RV減速器、諧波減速器。公司以精密減速器、減速電機等核心零部件及智能執行單元組件為主要產品，形成了“減速器+電機+驅動”一體化的產品架構，為各類工業自動化和智能制造設備提供安全、高效、精密的動力傳動中大力德2024年前三季度實現營業收入7.42億元較上年同期下降9.79%，歸屬于上市公司股東的凈利潤5,693.73萬元，較上年同期下降0.68%。獲客：公司采取“直銷+經銷”的營銷模式，主要銷售市場為華東、華南等