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1、捷步刷卡機(jī)

捷步刷卡機(jī)

（報(bào)告出品方/作者：國(guó)金證券，滿在朋、秦亞男）

核心觀點(diǎn)：

減速器具有降低電機(jī)高轉(zhuǎn)速，提升扭矩，加強(qiáng)輸出端負(fù)載能力的作用。按 照傳動(dòng)原理，減速器可分為一般齒比減速和少齒差兩種。相同尺寸下的少 齒差減速器額定輸出扭矩較高，主要包括行星減速器、諧波減速器、擺線 針輪減速器以及 RV 減速器等。

以少齒差減速器為例。精密行星減速器整體結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比較小，可以 通過(guò)雙級(jí)或多級(jí)結(jié)構(gòu)提高輸出扭矩；擺線針輪減速器主要為偏心傳動(dòng)，額 定功率下輸出功率較大；RV 減速器在擺線針輪減速原理的基礎(chǔ)上加上第一 級(jí)漸開線行星傳動(dòng)，在縮小尺寸和重量的同時(shí)，傳動(dòng)比、承載能力更大， 傳動(dòng)效率更高，精度更高；諧波減速器主要依靠柔輪傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 體積小、質(zhì)量小、傳動(dòng)比范圍大、承載能力大等特點(diǎn)。

1.1 減速器主要分為一般齒比減速和少齒差減速兩類

減速器是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的 作用。減速器是由多個(gè)齒輪組成的傳動(dòng)零部件。由于多數(shù)機(jī)械設(shè)備不適宜 用原動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，減速器可將傳動(dòng)設(shè)備在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力，通過(guò)輸入 軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪，以達(dá)到降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩的目的。

不同于當(dāng)下市場(chǎng)簡(jiǎn)單將減速器分為通用減速器、專用減速器和精密減速器， 我們根據(jù)其傳動(dòng)原理將減速器分為兩類：一般齒比減速和少齒差減速。 一般齒比減速：主要依靠輸入軸小齒輪和輸出軸大齒輪嚙合形成的減速， 大齒輪的齒數(shù)一般為小齒輪齒數(shù)的減速比倍。主要包括圓柱齒輪減速器、 蝸輪蝸桿減速器。 圓柱齒輪減速器利用輸入軸小齒輪與輸出軸大齒輪嚙合，小齒輪帶動(dòng) 大齒輪運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速目的； 蝸輪蝸桿減速器是通過(guò)空間交錯(cuò)的蝸輪蝸桿兩軸動(dòng)力傳動(dòng)，以蝸桿為 主動(dòng)件，蝸輪為被動(dòng)件，利用齒輪減速。

少齒差減速：少齒差傳動(dòng)中，兩輪的齒數(shù)差通常為 1~4，依靠特殊的傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)或傳動(dòng)級(jí)數(shù)，達(dá)到較高傳動(dòng)比。少齒差減速器主要包括行星減速器、 三環(huán)減速器、擺線針輪減速器、諧波減速器、濾波減速器。行星減速器是利用驅(qū)動(dòng)源啟動(dòng)太陽(yáng)齒輪，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)， 動(dòng)力從鏈接行星輪的內(nèi)齒輪環(huán)和出力軸輸出，實(shí)現(xiàn)減速；RV 減速器是通過(guò)行星齒輪減速機(jī)構(gòu)作為第一級(jí)減速，外加擺線針輪減 速機(jī)構(gòu)作為第二級(jí)減速，通過(guò)剛性盤與輸出盤連接整體機(jī)構(gòu)，最終將 減速輸出； 諧波減速器是靠波發(fā)生器裝配上柔性軸承使柔性齒輪發(fā)生可

少齒差減速器傳動(dòng)比范圍更廣，相同尺寸下額定輸出扭矩更高。通過(guò)對(duì)當(dāng) 下各類減速器具體性能指標(biāo)進(jìn)行匯總可以看出，一般齒比減速如圓柱減速 器、三環(huán)減速器整體傳動(dòng)比不高，對(duì)應(yīng)單位質(zhì)量輸出的額定扭矩較??；而 單級(jí)行星減速器可以通過(guò)多級(jí)傳動(dòng)的方式來(lái)提升額定輸出扭矩；RV 和諧波 減速器作為精密減速器的典型代表，其輸出扭矩較大，同時(shí)重量、體積更 小；濾波減速器作為技術(shù)研究階段產(chǎn)品，雖然性能較優(yōu)，但整體傳動(dòng)效率 仍然較低，未能大面積商用。

1.2 少齒差減速器的基本結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理

我們針對(duì)少齒差減速器中的精密行星減速器、擺線針輪減速器、RV 減速器、 諧波減速器的基本構(gòu)成和傳動(dòng)原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，便于投資者深刻了 解各類少齒差減速器的特點(diǎn)。 綜合來(lái)看，在常見傳動(dòng)比 50 左右的減速器中，行星減速器輸出扭矩較小， 但整體傳動(dòng)效率較高，可以依托多級(jí)傳動(dòng)的方式提升傳動(dòng)比和增加額定輸出功率；RV 減速器在額定工況下的輸出扭矩大，代表其承載能力更強(qiáng)；相 比之下，諧波減速器整機(jī)體積較小，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率更高，但整體輸 出扭矩不及 RV 減速器；濾波減速器雖然整體性能更優(yōu)，但目前仍未全面 推向市場(chǎng)。

1.2.1 精密行星減速器：小而精傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊

精密行星減速器體積較小，主要由行星輪、太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈組成。其中， 太陽(yáng)輪的軸線位置固定，位于中心；行星輪的軸線變動(dòng)，與太陽(yáng)輪和外齒 圈同時(shí)嚙合，圍繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn)。行星輪的支持構(gòu)件叫行星架， 當(dāng)太陽(yáng)輪受到外力轉(zhuǎn)動(dòng)，與行星齒輪嚙合，最后通過(guò)行星架輸出減速。 單級(jí)精密行星減速器結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比在 10 以內(nèi)。行星減速器具有高剛 性、高精度（單級(jí)可做到 1’以內(nèi)）、高傳動(dòng)效率（單級(jí)在 97%~98%）、高 扭矩/體積比等特點(diǎn)，其多安裝在伺服電機(jī)上用來(lái)降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹 配慣量。

考慮到單級(jí)減速器減速比限制，驅(qū)動(dòng)裝置中可以采用兩級(jí)或多級(jí)傳動(dòng)來(lái)增 大輸出扭矩。兩級(jí)行星減速器即包括兩級(jí)太陽(yáng)輪、兩級(jí)行星輪、兩級(jí)行星 架和內(nèi)齒圈等部件。兩級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)具有相同減速比，因此各級(jí)行星輪和太 陽(yáng)輪均可采用相同模數(shù)和齒數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使兩級(jí)行星輪可共用同一內(nèi)齒圈， 便于加工制造。

1.2.2 擺線針輪減速器：擺線針齒嚙合，偏心傳動(dòng)

擺線針輪減速器是采用少齒差行星式傳動(dòng)原理及擺線針齒嚙合的傳動(dòng)機(jī)械。 擺線針輪輸入部分由輸入軸和偏心套組成，偏心套由兩個(gè)互成 180°的偏 心部分組成，并用鍵與主動(dòng)軸相聯(lián)。減速部分由行星擺線輪和針輪組成， 兩個(gè)奇數(shù)擺線輪錯(cuò)位 180°安裝在偏心套上，與針齒嚙合傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)減速。 輸出部分由輸出軸和柱銷組成。

傳動(dòng)原理：擺線針輪行星傳動(dòng)時(shí)，當(dāng)輸入軸旋轉(zhuǎn)時(shí),通過(guò)偏心軸帶動(dòng)擺線輪 旋轉(zhuǎn),由于偏心軸上的擺線輪與針齒嚙合限制，擺線輪旋轉(zhuǎn)時(shí)既繞自身軸線 自轉(zhuǎn)，又繞輸入軸軸線公轉(zhuǎn)，然后借助 W 輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的低速自轉(zhuǎn) 動(dòng)通過(guò)銷軸，傳遞給輸出軸 ，從而獲得較低的輸出轉(zhuǎn)速。

1.2.3 RV 減速器：兩級(jí)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

RV 減速器與擺線針輪減速器同源，主要有擺線針輪和行星支架組成。RV 減速器是日本納博特斯克最初為機(jī)器人關(guān)節(jié)手臂研發(fā)的，是在擺線針輪行 星傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種剛性齒輪減速器。其主要結(jié)構(gòu)包括輸入軸、 行星輪、曲柄軸、擺線輪、針齒輪和行星架。目前 RV 減速器多采用兩級(jí) 擺線針輪減速機(jī)構(gòu)，由第一級(jí)漸開線行星傳動(dòng)和第二級(jí)擺線針輪行星傳動(dòng) 組成。

傳動(dòng)原理：采用行星架做輸出軸，針齒殼固定的方式傳動(dòng)。在傳動(dòng)過(guò)程中， 電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與輸入軸相連，從而將電機(jī)輸入的轉(zhuǎn)速傳遞到行星齒輪機(jī) 構(gòu)，進(jìn)行一級(jí)減速。然后曲柄軸會(huì)帶動(dòng) RV 齒輪做偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)曲柄軸轉(zhuǎn) 動(dòng)一周，RV 齒輪就會(huì)沿與曲柄軸相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，并通過(guò)輸出軸 輸出，從而實(shí)現(xiàn)大減速比輸出。

相較傳統(tǒng)擺線針輪行星減速器，RV 減速器在縮小尺寸和重量的同時(shí)，傳 動(dòng)比、承載能力更大，傳動(dòng)效率更高，精度更高。根據(jù)測(cè)算，RV 減速器 的傳動(dòng)比可在 31 ～ 171 范圍內(nèi)浮動(dòng)，同時(shí)傳動(dòng)效率可達(dá) 85% ~ 92%，具 有較高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，回差精度穩(wěn)定，不會(huì)隨著使用時(shí)間的延 長(zhǎng)而降低運(yùn)動(dòng)精度。

1.2.4 諧波減速器：柔輪變形，錯(cuò)齒傳動(dòng)

諧波減速器是基于柔輪的彈性變形原理的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由柔輪、剛輪和 波發(fā)生器三個(gè)基本構(gòu)件組成。波發(fā)生器可以按照一定的變形規(guī)律，在運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中產(chǎn)生周期行變形波；柔輪是一個(gè)薄壁構(gòu)建，前段是一個(gè)帶齒的圓環(huán)， 由于柔輪的內(nèi)壁半徑小于波形發(fā)生器的半徑，當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪前段時(shí)， 會(huì)使得柔輪的前段發(fā)生變形，使得柔輪和鋼輪接觸。剛輪是一個(gè)內(nèi)側(cè)帶齒 的結(jié)構(gòu)，由于柔輪和剛輪存在齒數(shù)差，當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪會(huì)和剛輪 產(chǎn)生嚙合作用。

傳動(dòng)原理：利用電機(jī)帶動(dòng)波發(fā)生器，柔輪輸出轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠錯(cuò)齒傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)減 速。以雙波凸輪傳動(dòng)為例，柔輪比鋼輪的齒數(shù)少 2，在實(shí)際使用的過(guò)程中， 會(huì)將波發(fā)生器作為輸入構(gòu)件，剛輪固定，柔輪作為輸出。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，諧波減速器的齒輪處于嚙合和嚙出的狀態(tài)不斷轉(zhuǎn)換之間，波發(fā)生器每 轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，柔輪會(huì)往反方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，當(dāng)波發(fā)生器完整轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，柔 輪會(huì)往反方向轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)齒，從而達(dá)到減速作用。

與傳統(tǒng)一般齒比減速器相比，諧波減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、 傳動(dòng)比范圍大等特點(diǎn)。根據(jù)資料顯示，諧波減速器與具有相同傳動(dòng)比的圓 柱齒輪減速器相比，諧波齒輪減速器的零部件數(shù)量?jī)H為圓柱齒輪減速器的 50%左右，體積和重量均僅為傳統(tǒng)齒輪減速器的 2/3 左右或更小。同時(shí)， 諧波減速器在嚙合過(guò)程中，柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙主要由波發(fā)生器的外輪 廓尺寸，以及兩齒輪的齒形參數(shù)決定，因此傳動(dòng)回差小，最小可為 0。

1.2.5 濾波減速器：過(guò)濾高次公轉(zhuǎn)波，輸出低頻傳動(dòng)

濾波減速器由偏心減速機(jī)構(gòu)、濾波花鍵機(jī)構(gòu)及三向止推軸承組成。偏心減 速機(jī)構(gòu)由內(nèi)齒輪、鋼球、偏心輪、滾動(dòng)軸承組成；濾波花鍵機(jī)構(gòu)由鋼球、 偏心輪、圓柱齒輪和內(nèi)齒輪組成。濾波減速器在諧波減速器基礎(chǔ)上省略了 柔輪，采用剛性結(jié)構(gòu)。

核心觀點(diǎn)：

我們從當(dāng)下人形驅(qū)動(dòng)單元配置減速器的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)除高傳動(dòng)比的諧波 減速器較廣泛的應(yīng)用在剛性驅(qū)動(dòng)單元和彈性驅(qū)動(dòng)單元外，在準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)單 元中，配合自身高扭矩密度的電機(jī)，更傾向于用低傳動(dòng)比的行星減速器， 目前行星減速器已應(yīng)用于四足機(jī)器人和一些小型仿人機(jī)器人中。

我們結(jié)合 Tesla Bot 公布的人形機(jī)器人的身高及負(fù)載等參數(shù)，參考引用《高 扭矩密度仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元研究》、《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究 綜述》等文獻(xiàn)中相似參數(shù)產(chǎn)品的關(guān)節(jié)負(fù)載實(shí)驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果表明末端負(fù)載 10kg 的手臂關(guān)節(jié)輸出扭矩應(yīng)≥30Nm，0.87m 的雙足關(guān)節(jié)輸出扭矩要求 50 ±5Nm。結(jié)合前文各類減速器額定輸出扭矩情況，我們認(rèn)為精密行星減速 器、諧波減速器以及 RV 減速器符合條件。

2.1 從人形關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元看，高/低傳動(dòng)比減速器均有應(yīng)用

鑒于人形機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的特殊性，不同于當(dāng)下市場(chǎng)簡(jiǎn)單挪用工業(yè)機(jī)器人 高傳動(dòng)比諧波減速器或者 RV 減速器的觀點(diǎn)邏輯，我們通過(guò)分析當(dāng)下人形 機(jī)器人用關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元所采用的減速器情況。

人形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元主要包括了剛性驅(qū)動(dòng)、彈性驅(qū)動(dòng)和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)三種， 不同驅(qū)動(dòng)單元配備減速器需求有所差異。根據(jù)文獻(xiàn)表示表示，人形機(jī)器人 的驅(qū)動(dòng)單元主要有剛性驅(qū)動(dòng)單元、彈性驅(qū)動(dòng)單元和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元三種類 型。減速器方面，根據(jù)配合的電機(jī)扭矩不同，大傳動(dòng)比減速器和小傳動(dòng)比 減速器均可使用。

剛性驅(qū)動(dòng)單元一般采用高轉(zhuǎn)速、低扭矩電機(jī)配高傳動(dòng)比減速器，輸出 扭矩大、運(yùn)動(dòng)精度高，但減速器較高的體積和重量導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)單元體積、 重量大，可能無(wú)法滿足仿人機(jī)器人的小型化、輕量化需求。

彈性驅(qū)動(dòng)單元整體與剛性驅(qū)動(dòng)單元一樣采用高傳動(dòng)比減速器，與傳統(tǒng) 剛性驅(qū)動(dòng)單元的區(qū)別在于輸出端和負(fù)載之間采用彈性部件連接，使機(jī) 器人關(guān)節(jié)柔順性得到改善。然而，彈性部件對(duì)高頻運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)性差， 導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)單元系統(tǒng)帶寬低、動(dòng)態(tài)性能差，無(wú)法應(yīng)對(duì)實(shí)際工況的復(fù)雜快 速變化。

準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元大多采用高扭矩密度電機(jī)搭配低傳動(dòng)比減速器，驅(qū)動(dòng) 單元在輸出較高扭矩的同時(shí)還具有重量輕、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)勢(shì)，但運(yùn) 動(dòng)精度不可避免地受到齒輪嚙合回差的影響。

當(dāng)下剛性驅(qū)動(dòng)單元和彈性驅(qū)動(dòng)單元多采用諧波減速器。根據(jù)《國(guó)內(nèi)外雙足 人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》，當(dāng)下以傳統(tǒng)剛性驅(qū)動(dòng)單元為關(guān)節(jié)模組的機(jī)器 人產(chǎn)品中主要采用諧波減速器。當(dāng)下剛性驅(qū)動(dòng)單元整體設(shè)計(jì)方面已經(jīng)較難 有創(chuàng)新，預(yù)計(jì)未來(lái)更多研究集中在電機(jī)和減速器整體優(yōu)化設(shè)計(jì)上。

準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)單元多采用精密行星減速器。準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器依靠驅(qū)動(dòng)器電機(jī)開 環(huán)力控，不依賴于附加力和力矩傳感器，就可以本體感知機(jī)器人外界的交 互。其驅(qū)動(dòng)單元最理想的是采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，但受限于當(dāng)前電機(jī)工藝和 技術(shù)，電機(jī)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器的扭矩密度不能滿足機(jī)器人應(yīng)用需求，因此目前折 中采用電機(jī)加低傳動(dòng)比行星減速器方案。當(dāng)下該種驅(qū)動(dòng)單元已應(yīng)用在四足 機(jī)器人或小型雙足機(jī)器人中。

2.2 從機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)看待減速器要求

人形機(jī)器人減速器選擇應(yīng)滿足兼具輕小化、較高額定輸出扭矩的要求。根 據(jù)《高扭矩仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元研究》，輸出扭矩高的驅(qū)動(dòng)單元往往外形尺 寸更大，但在面向多自由度、小體積仿人機(jī)器人應(yīng)用時(shí)會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)龐大笨 重，嚴(yán)重影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能；而較小體積的驅(qū)動(dòng)單元其扭矩密度較小， 會(huì)導(dǎo)致人形機(jī)器人無(wú)法勝任負(fù)載需求較高的任務(wù)，從而限制機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng) 景。由驅(qū)動(dòng)單元的情況可以看出對(duì)減速器選擇上應(yīng)兼顧輸出扭矩高的同時(shí) 質(zhì)量和尺寸更小的要求。

10kg 末端負(fù)載的仿人機(jī)械臂要求其減速器最大輸出扭矩不低于 30Nm。人 形機(jī)械手臂一般要求其擁有搬運(yùn)貨物和協(xié)助操作工完成裝配等任務(wù)的功能， 根據(jù)仿人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的末端負(fù)載為 10kg 的仿 人機(jī)械臂為例，樣機(jī)的外形尺寸為 88.5mmx35mm，總重量為 0.834kg， 其需要做往復(fù)擺臂運(yùn)動(dòng)，仿真后獲得單個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)最大扭矩為 25.64Nm， 考慮到冗余設(shè)計(jì)，減速器最大輸出扭矩應(yīng)不低于 30Nm。

人形機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)體系復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)多個(gè)自由度，因此對(duì)減速 器數(shù)量和性能要求更大。人形機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)體系，需要做 到平衡和靈活運(yùn)動(dòng)，因此在其腿部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的運(yùn)動(dòng)平衡和控制尤為重要。 根據(jù) Tesla Bot 公布信息，其腿部一共配有 12 個(gè)自由度，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)顯 示，廣東工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一款機(jī)器人中其腿部也包含 12 個(gè)自由度，分 別為髖關(guān)節(jié) 3 個(gè)自由度，包含偏航、翻轉(zhuǎn)、俯仰關(guān)節(jié)；膝關(guān)節(jié) 1 個(gè)自由度， 包含一個(gè)俯仰關(guān)節(jié)；踝關(guān)節(jié) 2 個(gè)自由度，包含俯仰、翻轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。

在與人體比例相仿的腿部環(huán)節(jié)，要求關(guān)節(jié)輸出扭矩至少保證 50±5Nm 左 右。常見的仿人機(jī)器人下半身質(zhì)心通常在膝關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)略高一點(diǎn)的位置， 因此，低功耗、高效率的腿部設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能提高質(zhì)心高度，提高大腿質(zhì)量 占比。根據(jù)《基于準(zhǔn)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)的仿人機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)》所列指數(shù)，其 設(shè)計(jì)的產(chǎn)品腿部長(zhǎng)度為 875mm，胯度 348mm，側(cè)寬 183mm，大腿長(zhǎng) 300mm，小腿長(zhǎng) 350mm，總體與人體比例相仿。測(cè)試得到腿部關(guān)節(jié)輸出 扭矩至少要保證 50±5Nm 左右。

結(jié)合機(jī)器人關(guān)節(jié)對(duì)于重量、尺寸以及輸出扭矩的較高要求，精密行星減速 器、RV 減速器、諧波減速器有望率先用于機(jī)器人關(guān)節(jié)。圓柱減速器、三 環(huán)減速器以及擺線針輪減速器即使將重量、體積等參數(shù)做到很小，但對(duì)于 額定輸出功率將很難滿足要求；低傳動(dòng)比的行星減速器可以通過(guò)多級(jí)傳動(dòng) 的方式來(lái)提升額定輸出扭矩；濾波減速器雖然性能較優(yōu)，但由于還處于技 術(shù)研發(fā)階段，未能大面積商用。因此，從當(dāng)下人形機(jī)器人關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的角度 來(lái)看，行星減速器、諧波減速器以及 RV 減速器有望率先使用。

核心觀點(diǎn)：

人形機(jī)器人用減速器市場(chǎng)，我們判斷行星減速器、諧波減速器以及 RV 減 速器有望率先受益，以 Tesla Bot 人形機(jī)器人為例，我們根據(jù)其各關(guān)節(jié)自由 度情況，假設(shè)其單臺(tái)機(jī)器人關(guān)節(jié)處所用行星減速器/諧波減速器/RV 減速器 用量分別為 25/20/3 個(gè)左右，則在樂觀假設(shè)下，100 萬(wàn)臺(tái) Tesla Bot 人形機(jī) 器人有望實(shí)現(xiàn) 275 億市場(chǎng)規(guī)模。

精密減速器作為技術(shù)密集型行業(yè)，其包括材料、加工工藝、加工設(shè)備等方 面存在較高技術(shù)壁壘，先進(jìn)入者具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。因此當(dāng)下精密減速器市場(chǎng) 仍由德日品牌主導(dǎo)。其中，以哈默納科為主導(dǎo)的諧波減速器市場(chǎng)有望進(jìn)一 步向輕量化、電機(jī)一體化方向發(fā)展；以納博特斯克為主導(dǎo)的 RV 減速器市 場(chǎng)國(guó)產(chǎn)替代趨勢(shì)正在加速。

3.1 人形機(jī)器人減速器賽道為百億級(jí)市場(chǎng)規(guī)模

人形機(jī)器人用減速器的市場(chǎng)有望在 200 億左右。鑒于目前全球工業(yè)機(jī)器人 的銷量為 48.7 萬(wàn)，假設(shè)以 Tesla Bot 為首的人形機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn) 后，假定在樂觀/中性/悲觀情況下，未來(lái) Tesla Bot 產(chǎn)量可以達(dá)到 100/50/20 萬(wàn)臺(tái)。

減速器數(shù)量假設(shè)：考慮到諧波減速器或精密行星減速器自身結(jié)構(gòu)更加緊湊， 較大可能運(yùn)用在人形機(jī)器人小空間關(guān)節(jié)處，根據(jù) Tesla Bot 公布的手臂關(guān)節(jié) 12 個(gè)自由度，腿部關(guān)節(jié) 12 個(gè)自由度，膝蓋 2 個(gè)自由度，每個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)需 要配備一個(gè)減速器，則假設(shè)人形機(jī)器人在頸部、手臂和腿部的關(guān)節(jié)使用到 行星減速器或諧波減速器分別為 20-25 臺(tái)左右；根據(jù)公開參數(shù)，人形機(jī)器 人軀干環(huán)節(jié) 2-4 個(gè)自由度，考慮到 RV 減速器整體承載能力更優(yōu)，較大可 能使用在腰部等大關(guān)節(jié)處，預(yù)計(jì)使用 2-4 臺(tái)。本次空間測(cè)算中，我們假設(shè) 單臺(tái)人形機(jī)器人行星減速器/諧波減速器/RV 減速器用量分別為 25/20/5 臺(tái)。

3.2 行星減速器：市場(chǎng)集中，國(guó)產(chǎn)替代空間廣闊

精密行星減速器整體行業(yè)進(jìn)入壁壘較高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝難度較 大。精密行星減速機(jī)制造是以滲碳鋼（20CrMnTi）為主要材料，產(chǎn)品具有 結(jié)構(gòu)緊湊，回程空隙小、精度較高、驅(qū)動(dòng)功率高，耗能低，減速規(guī)劃廣、 輸出扭矩大、運(yùn)用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是作為高精密產(chǎn)品，產(chǎn)品安裝難度較 大，研發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)企業(yè)的資金、人才、技術(shù)等要求高，在生產(chǎn)時(shí)對(duì)企業(yè) 的工藝、品控等要求高，綜合來(lái)看行業(yè)進(jìn)入壁壘高。

在全球范圍內(nèi)，精密行星減速機(jī)市場(chǎng)主要被少數(shù)幾家企業(yè)所占據(jù)，德國(guó)企 業(yè)處于領(lǐng)先地位，如 德國(guó)紐卡特（ Neugart ）、 德 國(guó) 威 騰 斯 坦 （WITTENSTEIN AG）、德國(guó)賽威傳動(dòng)（SEW Eurodrive）等，其他競(jìng)爭(zhēng) 力較強(qiáng)的還有日本企業(yè)，例如日本住友、日本電產(chǎn)等。

行星減速器伴隨下游市場(chǎng)需求不斷釋放，整體消費(fèi)量呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù) 《2021-2025 年精密行星減速機(jī)標(biāo)桿企業(yè)及競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手專項(xiàng)調(diào)研報(bào)告》顯示， 2020 年全球精密行星減速機(jī)行業(yè)銷量受疫情影響有所下滑，在 365 萬(wàn)臺(tái)左 右，市場(chǎng)規(guī)模 7.5 億美元。伴隨全球經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定復(fù)蘇，以及市場(chǎng)需求釋放，全球精密行星減速機(jī)市場(chǎng)規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大，根據(jù)調(diào)研報(bào)告顯示，預(yù)計(jì) 2025 年將達(dá)到 9.2 億美元，屆時(shí)銷量也將達(dá)到 500 萬(wàn)臺(tái)以上。

3.3 諧波減速器：厚積薄發(fā)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)行時(shí)

3.3.1 產(chǎn)業(yè)化壁壘：柔輪技術(shù)是關(guān)鍵

總體來(lái)看：諧波減速器技術(shù)壁壘較高，在基礎(chǔ)材料、設(shè)計(jì)、加工工藝、加 工設(shè)備等方面均具有較強(qiáng)護(hù)城河，諧波減速器作為技術(shù)密集型行業(yè)，先進(jìn) 入者依靠其工藝技術(shù)和加工經(jīng)驗(yàn)等具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

柔輪是諧波減速器關(guān)鍵部件，在諧波減速器運(yùn)動(dòng)中不斷變形，容易發(fā)生疲 勞斷裂。因此提升柔輪精度、保持壽命已然成為柔輪設(shè)計(jì)和熱處理工藝最 為關(guān)鍵的目標(biāo)，其原材料、齒輪齒形設(shè)計(jì)以及熱處理工藝都會(huì)對(duì)其性能產(chǎn) 生影響。

疲勞斷裂作為柔輪主要失效形式，決定了諧波減速器的使用壽命。在諧波 減速器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，柔輪作為一個(gè)薄壁殼體，受波發(fā)生器和外部載荷的雙 重作用，處于循環(huán)彈性變形的狀態(tài)，既承受彎曲應(yīng)力，又承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力， 很容易發(fā)生疲勞失效，從而直接影響諧波減速器的使用壽命。根據(jù)《諧波 減速器柔輪疲勞斷裂失效分析》表示，傳動(dòng)過(guò)程中應(yīng)力較容易集中在筒部 和膜片部位，從而發(fā)生失效。

柔輪材料的選擇和熱處理工藝尤為重要。國(guó)內(nèi)外柔輪材料較多使用 40Cr 材料，但晶粒和鐵氧體相的不合理會(huì)導(dǎo)致局部微裂紋和尺寸精度的變化， 所以材料方面，選擇的材料要求原始坯料的純度較高，包含的雜質(zhì)和非金 屬夾雜物水平較低。同時(shí)，在熱處理工藝上，針對(duì)柔輪的薄壁變形部位的 熱處理產(chǎn)線需要定制化，保證材料的結(jié)構(gòu)組織一致和晶粒度的合理。以日 本哈默納科的專用材料涵蓋二十余種金屬粉末，具備特定的粒度和配比， 未申請(qǐng)專利的情況下，就形成了產(chǎn)品高性能的護(hù)城河。

柔輪的齒形不同也會(huì)直接決定齒輪的傳動(dòng)性能。柔輪可分為端面、徑向等 多種，齒形作為齒輪最核心的部分，直接決定著齒輪的傳動(dòng)性能。目前諧 波減速器中柔輪最常用的是擺線齒形，完美的繼承了圓弧形齒廓的優(yōu)點(diǎn)， 嚙合性良好，承載能力強(qiáng)，傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)。

各家公司在擺線的基礎(chǔ)上開發(fā)了不同的齒形，例如哈默納科的 IH 齒形、綠 的諧波的 P 齒形以及來(lái)福諧波的δ 齒形。相比傳動(dòng)漸開線齒形，IH 齒形有 效增加柔輪齒槽的齒厚比，顯著增加嚙合齒數(shù)至總齒數(shù)的 30%。齒底應(yīng)力 松弛使得柔輪的疲勞極限得到了極大的改善。同時(shí)嚙合的齒數(shù)的顯著增加 也使扭轉(zhuǎn)剛度提高了約 2 倍。

齒形的復(fù)雜造就加工工藝和加工設(shè)備上壁壘。傳統(tǒng)的擺線齒形可以使用帶 直邊切削刃的插刀進(jìn)行加工，目前大部分的廠商，例如哈默納科、同川科 技、來(lái)福諧波等，采用特殊的刀具機(jī)加工齒形，而綠的諧波則采用線切割 的方式加工齒形，兩種加工方式各有優(yōu)劣。同時(shí)加工設(shè)備方面，當(dāng)下高精 度的加工設(shè)備需要從日、德等國(guó)家進(jìn)口，對(duì)于廠商而言，設(shè)備價(jià)格高，初 期投入大，還可能面臨其他國(guó)家的出口管控。在設(shè)備成本上，領(lǐng)先廠商也 與新進(jìn)入的廠商拉開了差距。

3.3.2 市場(chǎng)格局：厚積薄發(fā)，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)行時(shí)

當(dāng)下國(guó)內(nèi)諧波減速器市場(chǎng)雖仍由日系主導(dǎo)，但內(nèi)資品牌市場(chǎng)份額逐步提升， 國(guó)產(chǎn)期待趨勢(shì)明顯。國(guó)內(nèi)諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，內(nèi)資綠的諧波 率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了諧波減速器的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；．?dāng)前國(guó)內(nèi)諧波減速器市 場(chǎng)已涌現(xiàn)如來(lái)福、大族等優(yōu)質(zhì)廠商，內(nèi)資品牌市場(chǎng)份額正在逐步提升。根 據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，2021 年哈默納科/日本新寶的市占率已降低至 35.5%/7.4% ，而綠的諧波 / 來(lái)福諧波 / 大族傳動(dòng)的市占率提升至 24.7%/7.7%/4.5%，綠的諧波在全球市場(chǎng)上的占有率也達(dá)到了 7%左右。

內(nèi)資企業(yè)加投產(chǎn)能，有望突破市場(chǎng)份額。資金實(shí)力較強(qiáng)的日系精密減速器 廠商在國(guó)內(nèi)擴(kuò)產(chǎn)策略保持溫和，相比之下，內(nèi)資品牌整體擴(kuò)產(chǎn)意愿更強(qiáng)。 以內(nèi)資龍頭綠的諧波為例，2020 年上市前產(chǎn)能僅為 9 萬(wàn)臺(tái)/年，根據(jù)公司 公告披露，截至 2021 年年底，公司產(chǎn)能為 30 萬(wàn)臺(tái)/年，最終產(chǎn)能計(jì)劃為 50 萬(wàn)臺(tái)/年。內(nèi)資品牌紛紛加投諧波減速器，有望加速滲透下游市場(chǎng)，提 高滲透率。

國(guó)產(chǎn)企業(yè)技術(shù)不斷提升，設(shè)備投入不斷加大，產(chǎn)品性能提升。國(guó)內(nèi)企業(yè)以 綠的諧波為代表，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)積累，自主研發(fā)了“P 齒形”， 與國(guó)外主流齒形技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)差異化，并大幅提升了諧波減速器的輸出效 率和承載扭矩?？梢钥闯鰢?guó)內(nèi)外同型號(hào)諧波減速器性能指標(biāo)上已無(wú)明顯差 異。

3.3.3 他山之石：從哈默納科看未來(lái)諧波減速器發(fā)展趨勢(shì)

日系龍頭哈默納科為諧波行業(yè)絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)者。追本溯源，第一臺(tái)諧波減速器 由美國(guó)率先試制成功，1965 年由日本長(zhǎng)谷川齒輪公司生產(chǎn)了諧波齒輪減速 器。在逐步完成諧波產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化后，日本在全球諧波減速器市 場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)份額。1970 年長(zhǎng)谷川齒輪與美國(guó) USM 合資成立哈默納科， 專注于諧波減速器的生產(chǎn)和銷售，當(dāng)下哈默納科已經(jīng)成為諧波行業(yè)的絕對(duì) 領(lǐng)導(dǎo)者。

公司業(yè)績(jī)短期受外部因素影響，預(yù)計(jì)隨著制造業(yè)復(fù)蘇，公司有望恢復(fù)至正 常狀態(tài)?；仡櫣窘迥陿I(yè)績(jī)影響因素：2017 年工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人等行 業(yè)快速發(fā)展帶動(dòng)下游需求提升，哈默納科的營(yíng)收同比提升 80.7%。2019- 2020 年中美貿(mào)易戰(zhàn)、疫情和工業(yè)機(jī)器人行業(yè)收縮使得公司生產(chǎn)進(jìn)入調(diào)整期， 對(duì)公司的業(yè)績(jī)產(chǎn)生了較大的影響，2019 年其營(yíng)收同比降低 44.7%，2020 年公司營(yíng)收水平與 2019 年相當(dāng)，只有 370 億日元左右。2021 年全球新冠 疫情減弱，制造業(yè)復(fù)工，設(shè)備投資增加，哈默納科的營(yíng)收快速增長(zhǎng)，同比 提升 54%，同時(shí)凈利潤(rùn)逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)，達(dá)到 66.4 億日元，折合人 民幣 3.27 億元。

哈默納科打造機(jī)電一體化有望開拓整體運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)。2021 年機(jī)電一體化 已經(jīng)營(yíng)收占比 17.3%，哈默納科早在 1977 年便開始生產(chǎn)銷售機(jī)電一體化 產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)精密減速器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服控制器的部署。公司為了進(jìn) 一步縮小減速器的尺寸，將精密減速器、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、傳感器組成一個(gè) 基本的傳動(dòng)單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)體積的縮小，我們認(rèn)為諧波減速器機(jī)電 一體化有望打開整體運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)。

哈默納科諧波減速器產(chǎn)品持續(xù)迭代進(jìn)化，向高精度、高轉(zhuǎn)矩容量、小型化 和輕量化發(fā)展。哈默納科于 1988 年推出的 CSS 系列產(chǎn)品首次使用公司研 發(fā)的 IH 齒形，產(chǎn)品剛性、強(qiáng)度、 壽命比 傳統(tǒng)漸開線齒輪提升 2 倍以上。 1991 年推出的 CSF 系列軸向長(zhǎng)度縮短 50%，厚度縮減 40%，最大轉(zhuǎn)矩提 升 2 倍。1999 年推出的 CSG 系列首次將產(chǎn)品壽命從 7000 小時(shí)提升至 100000 小時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩在 CSF 系列基礎(chǔ)上再次提升 30%。：2011 年推出 的 CSD 系列厚度縮小 30%~50%，目前 CSG 和 CSF 系列產(chǎn)品的重量已 輕 30%。

哈默納科把握下游多個(gè)應(yīng)用風(fēng)口，機(jī)器人板塊為公司諧波減速器主要應(yīng)用 領(lǐng)域。哈默納科產(chǎn)品下游應(yīng)用廣泛，其諧波減速器從最初的機(jī)床行業(yè)逐步 拓展到工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體、面板、醫(yī)療和航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。其中， 下游行工業(yè)機(jī)器人占比超過(guò) 50%，半導(dǎo)體設(shè)備占比達(dá)到 15%左右。

哈默納科的增長(zhǎng)動(dòng)力多樣，不斷拓寬下游應(yīng)用領(lǐng)域拉動(dòng)公司業(yè)績(jī)提升。在 過(guò)去的五十年間，哈默納科雖然不斷遭受金融危機(jī)和動(dòng)蕩的國(guó)際局勢(shì)，但 是伴隨著工程機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體制造裝置、顯示器、醫(yī)療器械和 航天航空的等下游領(lǐng)域的逐步出現(xiàn)與放量，公司整體的銷售額保持一個(gè)上 升趨勢(shì)，其中 2021 年公司銷售額達(dá) 570 億日元，同比增長(zhǎng) 54%。

哈默納科全球布局，產(chǎn)品供應(yīng)覆蓋全球。哈默納科在亞日美歐“四極”體 系的確立，基本保證了產(chǎn)品的全球供應(yīng)。目前，哈默納科的總部設(shè)立在東 京都品川區(qū)，在日本本土，北美，歐洲都設(shè)有自己的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售中 心。其中日本國(guó)內(nèi)以及東南亞市場(chǎng)由本土公司主要負(fù)責(zé)；中國(guó)市場(chǎng)主要由 哈默納科（上海）商貿(mào)有限公司負(fù)責(zé)提供銷售和技術(shù)服務(wù)；歐洲、非洲、 南亞、南亞、南美市場(chǎng)由德國(guó)子公司 Harmonic Drive SE 負(fù)責(zé)；北美市場(chǎng) 由美國(guó)子公司 Harmonic Drive L.L.C.負(fù)責(zé)。

哈默納科日本工廠擴(kuò)張 7 萬(wàn)臺(tái)月產(chǎn)能，應(yīng)對(duì)下游需求。公司諧波減速器由 穗高、有明工廠，美國(guó) Peabody 工廠以及德國(guó) Limberg 工廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)。 公司產(chǎn)品可以覆蓋美國(guó)、歐洲、中國(guó)市場(chǎng)，并且在日本、美國(guó)、德國(guó)、中 國(guó)、韓國(guó)共設(shè) 11 家子公司，為全球各地的客戶提供銷售和服務(wù)。截至 2022 年 3 月，哈默納科已經(jīng)實(shí)現(xiàn)每月 18.5 萬(wàn)臺(tái)的產(chǎn)能，根據(jù)公司公告， 2022 年 3 月至 8 月產(chǎn)線會(huì)依次搬入，預(yù)計(jì)產(chǎn)能增加 70000 臺(tái)/月，其中生 產(chǎn)機(jī) 40000 臺(tái)/月，車載 30000 臺(tái)/月。按照有明工廠擴(kuò)建的進(jìn)度，預(yù)計(jì) 2022 年 9 月達(dá)到每月 25.5 萬(wàn)臺(tái)的產(chǎn)能。

3.4 RV 減速器：行將致遠(yuǎn)，國(guó)產(chǎn)替代加速來(lái)臨

3.4.1 產(chǎn)業(yè)化壁壘：齒輪加工工藝與設(shè)備是關(guān)鍵

齒輪的制造誤差是決定 RV 減速器傳動(dòng)精度的重要因素。較大的制造誤差 會(huì)導(dǎo)致 RV 減速器出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度低、壽命短、傳動(dòng)的靜態(tài)誤差較大，動(dòng)態(tài) 回轉(zhuǎn)誤差較大等問(wèn)題，為了解決這類問(wèn)題，往往對(duì)齒輪的材料、機(jī)加工藝 以及熱處理等提出了較高的要求。

材料的工藝性能指能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力。由于齒輪需要 經(jīng)過(guò)鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此為了防止齒輪在加工 過(guò)程中出現(xiàn)較大的變形導(dǎo)致制造誤差，往往對(duì)鍛造、切削加工、淬透 性、強(qiáng)度等材料的工藝性能提出要求。

加工過(guò)程中的誤差也是制造誤差的一種，其往往由于刀磨誤差、刀具 安裝誤差、齒輪安裝誤差和機(jī)床自身誤差導(dǎo)致，因此需要廠商加大制 造設(shè)備的投入，提升加工制造能力。

熱處理作為制造誤差中最關(guān)鍵且復(fù)雜的因素，通過(guò)改變齒輪的表面硬 度、芯部硬度、表面深度、延展性、強(qiáng)度等性能并延長(zhǎng)使用中的齒輪 壽命。但有熱處理變形無(wú)法避免，因此對(duì)熱處理工藝和熱處理設(shè)備提 出了較高要求。

RV 減速器齒形加工復(fù)雜，齒輪的修形質(zhì)量以及齒廓幾何精度直接決定 RV 減速器的運(yùn)動(dòng)精度。理論上，標(biāo)準(zhǔn)間隙的擺線齒輪和針齒無(wú)間隙嚙合，但 由于制造和裝配誤差的存在，要求對(duì)擺線輪齒廓進(jìn)行合理的修形彌補(bǔ)這一 誤差，目前主要圍繞修形方法和修形量進(jìn)行研究。

一方面，通過(guò)選擇合適的修形方法，能夠從總體上對(duì)修形后的 RV 減 速器的傳動(dòng)性能提供一定的保障，常見的修形方法有：等距修形，移 距修形和轉(zhuǎn)角修形。

另一方面，通過(guò)優(yōu)化選擇合理的修形量，從而最大可能地獲得多齒共 軛嚙合。過(guò)大的修形量將產(chǎn)生較大的嚙合間隙，從而降低傳動(dòng)精度； 而過(guò)小的修形量將產(chǎn)生不了足夠的嚙合間隙，從而導(dǎo)致傳動(dòng)時(shí)發(fā)生干 涉以至于卡死等現(xiàn)象。

軸承壽命是決定 RV 減速器壽命的重要因素。擺線輪支撐軸承位于曲柄軸 和擺線輪之間，所處空間小，潤(rùn)滑性差，冷卻不足，受力時(shí)很容易到達(dá)軸 承承載最大值而使軸承磨損過(guò)大或破裂。因此擺線輪支撐軸承的壽命直接 影響的 RV 減速器的壽命，影響軸承壽命的因素很多，主要分為四類：材 料、制造工藝、使用條件和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.4.2 國(guó)內(nèi)格局：日系主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn) RV 減速器處于追趕階段

當(dāng)下 RV 減速器仍由日資主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)廠商正在追趕。據(jù) MIR 數(shù)據(jù)，2021 年國(guó)內(nèi) RV 減速器市場(chǎng)中，納博特斯克占據(jù) 53%份額，雙環(huán)傳動(dòng)、中大力 德等國(guó)產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)份額分別達(dá)到 14%/4%。近年來(lái)國(guó)產(chǎn)品牌以資本及技術(shù) 加持，持續(xù)滲透 RV 市場(chǎng)，以雙環(huán)傳動(dòng)和秦川機(jī)床為例，分別深耕中小負(fù) 載/大負(fù)載 RV 減速器，2021 年銷售額均達(dá) 1 億元左右，跨過(guò)盈虧平衡點(diǎn)。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外 RV 減速器發(fā)展歷程來(lái)看，我國(guó) RV 理論起步較晚，當(dāng)下正處 于追趕階段。我國(guó)在 60 年代首次引入擺線針輪減速器，并于 80 年代末才 開始正式研究 RV 理論，相較于國(guó)外落后長(zhǎng)達(dá) 20 年，在過(guò)去的十多年內(nèi)我 國(guó)仍屬于追趕階段。

內(nèi)資品牌廠商產(chǎn)銷提升快速，國(guó)產(chǎn)替代加速到來(lái)。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)減速器產(chǎn)能尚 未飽和，但全球機(jī)器換人節(jié)奏加快，協(xié)同如納博特斯克等日系品牌在國(guó)內(nèi) 擴(kuò)產(chǎn)節(jié)奏緩慢等因素影響，內(nèi)資品牌開始獲得試機(jī)驗(yàn)證并批量化生產(chǎn)的機(jī) 會(huì)，雙環(huán)傳動(dòng)為例當(dāng)前已具備年產(chǎn) 6 萬(wàn)套 RV 減速器產(chǎn)能，秦川機(jī)床披露 當(dāng)前減速器年產(chǎn)能 9 萬(wàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能 18 萬(wàn)臺(tái)，預(yù)計(jì)未來(lái)隨著下游需求增加， 國(guó)內(nèi)廠商有望進(jìn)一步進(jìn)入下游客戶供應(yīng)鏈。

堅(jiān)持自主研發(fā)道路，國(guó)內(nèi)外差距逐漸縮小。國(guó)內(nèi)的廠商以雙環(huán)傳動(dòng)和南通 振康為代表，從 0 到 1 自主研發(fā)，展開減速器動(dòng)力學(xué)研究，在齒形設(shè)計(jì)、 傳動(dòng)精度、回差控制、精度保持等方面從頭開始，雖然進(jìn)入減速器領(lǐng)域較 晚。但在齒輪加工上已經(jīng)積累了深厚的經(jīng)驗(yàn)，隨著廠商不斷加大制造設(shè)備 的投入和檢測(cè)能力的加強(qiáng)，國(guó)產(chǎn) RV 減速器在精度、剛度和噪聲上同納博 特斯克并無(wú)明顯差距，目前已經(jīng)過(guò)客戶的試用和認(rèn)證，開始大批量供貨， 國(guó)產(chǎn)份額開始逐漸上升。

3.4.3 他山之石：從納博特斯克看國(guó)內(nèi) RV 減速器破局之機(jī)

納博特斯克歷史悠久，先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯。納博特斯克以運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為核心， 最早于 1983 年首次提出了 RV 減速器傳動(dòng)理論，并于 1985 年成功發(fā)明了 RV 減速器，于次年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。在過(guò)去的 40 年中，納博特斯克不斷迭代更 新技術(shù)，形成壟斷地位，在交通運(yùn)輸、工業(yè)制造、工程機(jī)械等行業(yè)傳動(dòng)領(lǐng) 域協(xié)同發(fā)展。RV 減速器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全球市占率第一，根據(jù)公司公告，占據(jù)全 球機(jī)器人用 RV 減速器 60%市場(chǎng)份額。

納博特斯克減速器業(yè)務(wù)貼緊下游需求，根據(jù)納博特斯克年報(bào)，2021 年公司 實(shí)現(xiàn)銷售收入 2998 億日元（約 147 億元人民幣），近 5 年?duì)I收 CAGR 為 9.9%，其中精密減速器業(yè)務(wù)訂單量和銷售額均有所增長(zhǎng)，根據(jù)年報(bào)披露， 2021 年精密減速器銷售收入 775 億日元，占比 25%。

納博特斯克長(zhǎng)期占據(jù) RV 減速器行業(yè)領(lǐng)先地位，我們認(rèn)為主要系：1）公司 產(chǎn)品性能指標(biāo)優(yōu)異，種類多樣，可滿足客戶多樣性需求；2）公司長(zhǎng)期綁 定下游核心客戶資源；3）公司產(chǎn)能穩(wěn)定擴(kuò)大，以滿足下游市場(chǎng)需求。高 的要求。

納博特斯克產(chǎn)品性能優(yōu)異，種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。納博特斯克的 RV-E 產(chǎn)品由于其高精度、振動(dòng)小、抗沖擊性強(qiáng)以及較長(zhǎng)的使用壽命深 受廠商喜愛，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了 RV-C 和 RV-N 系列，采用新技術(shù)， 在實(shí)現(xiàn)減重的同時(shí)，緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品扭轉(zhuǎn)剛度。除此之外， 納博特斯還針對(duì)并聯(lián)坐標(biāo)機(jī)器人開發(fā)了 RF 系列，針對(duì)機(jī)床開發(fā)了 RD、 RA、GH 系列，針對(duì)焊接工作臺(tái)和變位機(jī)開發(fā)了 RVP、RS、RD 系列。

納博特斯克長(zhǎng)期綁定核心客戶，下游資源粘性強(qiáng)。根據(jù)納博特斯克年 報(bào)表示，其工業(yè)機(jī)器人主要包括發(fā)那科、安川電機(jī)、川崎重工、KUKA Roboter、以及 ABB ，公司彼此保持長(zhǎng)期合作關(guān)系。機(jī)床方面，公司 客戶包括 Yamazaki、Okuma 和 OMG 等。

納博特斯克長(zhǎng)期綁定核心客戶，下游資源粘性強(qiáng)。根據(jù)納博特斯克年 報(bào)表示，其工業(yè)機(jī)器人主要包括發(fā)那科、安川電機(jī)、川崎重工、KUKA Roboter、以及 ABB ，公司彼此保持長(zhǎng)期合作關(guān)系。機(jī)床方面，公司 客戶包括 Yamazaki、Okuma 和 OMG 等。

結(jié)論：我們認(rèn)為，可以通過(guò)機(jī)加工工藝積累、產(chǎn)品集成化能力兩點(diǎn)判斷 RV 減速器廠商的相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。由于 RV 減速器的加工難度更大，對(duì)設(shè) 備的要求更高，機(jī)加工藝領(lǐng)先的廠商會(huì)在 RV 減速器的賽道上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。 目前國(guó)內(nèi)廠商的機(jī)加設(shè)備大多外購(gòu)，一方面需要花費(fèi)大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)如 何使用設(shè)備，另一方面還需要等待海外設(shè)備交付，等待時(shí)間較長(zhǎng)，有機(jī)加 積累的企業(yè)能夠很快上手，并開始規(guī)模制造 RV 減速器，搶先占據(jù)市場(chǎng)， 制造出高性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品。

4.1 綠的諧波：諧波減速器龍頭，產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯

綠的諧波作為國(guó)內(nèi)較早切入精密傳動(dòng)裝置的龍頭企業(yè)，其產(chǎn)品主要包括諧 波減速器、機(jī)電一體化執(zhí)行器及精密零部件，被廣泛用于工業(yè)機(jī)器人、服 務(wù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、新能源裝備等高端制 造領(lǐng)域。

受益于下游市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)張，公司營(yíng)收開啟高增長(zhǎng)。我國(guó)諧波減速器行業(yè) 處于成長(zhǎng)期階段，市場(chǎng)成長(zhǎng)迅速，當(dāng)下我國(guó)雖然已成為全球最大的工業(yè)機(jī) 器人市場(chǎng)，但以精密諧波減速器產(chǎn)品為代表的核心零部件總體供給量存在 較大缺口，隨著行業(yè)內(nèi)企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的實(shí)現(xiàn)與下游工業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)的 快速發(fā)展，整體來(lái)看，公司營(yíng)收和歸母凈利潤(rùn)持續(xù)高速增長(zhǎng)，2021 年同比 分別增長(zhǎng) 110.48%、130.56%。

綠的諧波產(chǎn)能擴(kuò)張有序推進(jìn)，盈利能力突出。根據(jù)公司公告，截至 2021 年底，公司產(chǎn)能約 30 萬(wàn)臺(tái)，2022 年全年來(lái)看，公司計(jì)劃將產(chǎn)能進(jìn)一步提 升至 50 萬(wàn)臺(tái)或以上，將進(jìn)一步提升公司接單能力。同時(shí)，公司盈利能力較 為穩(wěn)定，整體毛利率基本維持在 47%-53%之間，公司產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有較 強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

公司技術(shù)獨(dú)特性提高減速器產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在國(guó)內(nèi)諧波減速器領(lǐng)域公司打 破哈默那科的技術(shù)封鎖，初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，其設(shè)計(jì)的“P”型齒的改進(jìn) 使得齒輪可承受較大扭矩、減少斷裂失效風(fēng)險(xiǎn)、提高壽命，提高減速器的 性能和可靠性；同時(shí)公司在基礎(chǔ)工藝件設(shè)計(jì)方面具有較深厚積累，其前身 恒加金屬?gòu)氖戮軝C(jī)械加工 20 余年，包括熱處理、鍛造等，為減速器大 規(guī)模量產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前綠的諧波在國(guó)內(nèi)諧波減速器市占率已上升至 25%左右。

4.2 雙環(huán)傳動(dòng)： RV 減速器技術(shù)厚積薄發(fā)，有望打開成長(zhǎng)空間

雙環(huán)傳動(dòng)為齒輪傳動(dòng)部件龍頭企業(yè)，精密齒輪及減速器業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)其主要營(yíng) 收。21 年公司齒輪業(yè)務(wù)收入占比達(dá) 80.4%，包括乘用車齒輪、商用車齒輪、 工程機(jī)械齒輪、電動(dòng)工具齒輪以及摩托車齒輪。其中，乘用車齒輪占比較 高，21 年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 24.39 億元，占比 45.25%。公司產(chǎn)品矩陣豐富，涉及 分類多樣。其車輛齒輪可應(yīng)用于純電、混動(dòng)、商用發(fā)動(dòng)機(jī)、摩托車、沙灘 車等；工業(yè)齒輪應(yīng)用在高鐵、地鐵、電動(dòng)工具角磨機(jī)等領(lǐng)域。

公司在建工程逐步完工，產(chǎn)能釋放，業(yè)績(jī)邁入增長(zhǎng)期。2016-2021 年，公 司營(yíng)收從 17.43 億元增至 53.91 億元，期間 CAGR 為 20.71%；同期歸母 凈利潤(rùn)從 1.8 億元增長(zhǎng)至 3.26 億元，期間 CAGR 為 10.41%。2021 年開 始，公司憑借在高端齒輪領(lǐng)域的持續(xù)深耕，營(yíng)收高速增長(zhǎng)。且隨著在建工 程逐步完工，產(chǎn)能大量釋放，歸母凈利潤(rùn)快速上升。

公司借助高精度齒輪優(yōu)勢(shì)，持續(xù)迭代 RV 減速器系列產(chǎn)品。公司 2012 年開 始布局工業(yè)機(jī)器人 RV 減速器業(yè)務(wù)，對(duì)標(biāo)全球龍頭納博特斯克，不斷提升 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，當(dāng)前公司 RV 減速器已初步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，市占率達(dá) 14%， 排名僅次納博特斯克。2020 年公司設(shè)立子公司環(huán)動(dòng)科技，并將機(jī)器人減速 器業(yè)務(wù)劃歸其下運(yùn)營(yíng)，目前公司已逐步實(shí)現(xiàn) 6-1000kg 工業(yè)機(jī)器人所需精密 減速器的全覆蓋。

公司 RV 減速器營(yíng)收持續(xù)增長(zhǎng)。2012 年公司借助高精度齒輪技術(shù)布局工業(yè) 機(jī)器人 RV 減速器產(chǎn)品，2016 年起實(shí)現(xiàn)小批量量產(chǎn)，當(dāng)下公司 RV 減速器 產(chǎn)銷量、市占率均居于國(guó)產(chǎn) RV 前列，年產(chǎn)能約 6 萬(wàn)臺(tái)。2021 年減速器業(yè) 務(wù)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 2.67 億元，占比 4.95%，毛利率達(dá) 42.6%。

4.3 中大力德：多產(chǎn)品布局，精密減速器領(lǐng)頭企業(yè)

中大力德是國(guó)內(nèi)綜合性精密減速器廠商，產(chǎn)品包括各類減速器、減速電機(jī) 以及智能執(zhí)行單元。2000 年開始研制齒輪電機(jī)，2006 年正式成立中大力 德，開發(fā)生產(chǎn)小型齒輪減速電機(jī)，2008 年開始生產(chǎn)伺服電機(jī)用高精度行星 齒輪減速器，2012 年開發(fā)工業(yè)機(jī)器人用 RV 減速器，2016 年開始研制諧 波減速器。其產(chǎn)品包括機(jī)器人使用的各類減速器、減速電機(jī)及智能執(zhí)行單 元，其精密減速器包括行星減速器、RV 減速器與諧波減速器，公司產(chǎn)品系 齊全。

公司 2018-2021 年?duì)I收復(fù)合增長(zhǎng)率為 16.7%，22H1 受疫情影響，業(yè)績(jī)短 期承壓。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)看，行星減速器在減速器業(yè)務(wù)板塊的收入貢獻(xiàn)最大。 公司減速器業(yè)務(wù)板塊在保證行星減速器穩(wěn)增長(zhǎng)的同時(shí)，戰(zhàn)略重心逐漸向諧 波減速器和 RV 減速器傾斜。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 9.53 億元，同比 增長(zhǎng) 25%；歸母凈利潤(rùn) 0.81 億元，同比增長(zhǎng) 16%，其中減速器收入 2.54 億元，占比 27%。

公司進(jìn)口高端精密加工設(shè)備，21 年已實(shí)現(xiàn) RV 減速器 3 萬(wàn)臺(tái)出貨。公司從 美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家進(jìn)口精密加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備，RV 減速器的性能 與質(zhì)量得到有效提高，且已形成 RVE、 RVC、RVA 三大系列若干譜系， 21 年 RV 減速器產(chǎn)品出貨 3 萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)能充足，在下游需求的拉動(dòng)下出貨量 有望快速提升。

4.4 國(guó)茂股份：國(guó)內(nèi)通用減速器龍頭，進(jìn)軍精密領(lǐng)域

公司為通用減速機(jī)龍頭，產(chǎn)品線豐富，對(duì)應(yīng)下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。公司聚焦 齒輪減速機(jī)、擺線針輪減速機(jī)兩大業(yè)務(wù)條線，通用產(chǎn)品矩陣豐富，目前有 3 萬(wàn)多種零部件類別，已生產(chǎn)出的產(chǎn)品型號(hào)達(dá) 15 萬(wàn)種以上。其中，齒輪減 速機(jī)根據(jù)功率不同分為模塊化減速機(jī)和大功率減速機(jī)。

公司營(yíng)收短期承壓，自動(dòng)化行業(yè)復(fù)蘇有望帶動(dòng)公司業(yè)績(jī)向好。公司 2021 年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收 29.44 億元，同比增長(zhǎng) 34.81%，公司 21 年產(chǎn)品提價(jià)對(duì)沖原材 料成本上漲，齒輪減速機(jī)實(shí)現(xiàn)銷量 36.5 萬(wàn)臺(tái)。22 年 H1 受疫情影響，營(yíng)收 為 13.47 億元，同比增速降至-9.09%。2021 年歸母凈利潤(rùn)為 4.62 億元， 同比增長(zhǎng) 28.66%。預(yù)計(jì) 22 年短期承壓后，受益通用自動(dòng)化行業(yè)復(fù)蘇，公 司 23 年?duì)I收同比增速有望回升。

公司橫向布局精密傳動(dòng)業(yè)務(wù)，目前已具備諧波減速器月產(chǎn) 2500 臺(tái)產(chǎn)能。 2021 年 11 月 17 日，國(guó)茂股份成立國(guó)茂精密傳動(dòng)（常州）有限公司，該公 司收購(gòu)安徽聚隆機(jī)器人減速器有限公司、安徽聚隆啟帆精密傳動(dòng)有限公司 與減速器有關(guān)的部分業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)資產(chǎn)。國(guó)茂精密布局精密減速器板塊，主 營(yíng)諧波減速器、RV 減速器的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。據(jù)公司公告，國(guó)茂精密目 前已具備諧波減速器月產(chǎn) 2500 臺(tái)產(chǎn)能。

公司并購(gòu)萊克斯諾部分業(yè)務(wù)，進(jìn)軍高端減速機(jī)市場(chǎng)。高端減速機(jī)方面， 2020 年，公司全資子公司捷諾收購(gòu)常州萊克斯諾在中國(guó)與齒輪箱有關(guān)的部分業(yè)務(wù)及業(yè)務(wù)資產(chǎn)，以“GNORD”品牌開拓高端減速機(jī)市場(chǎng)。2021 年捷 諾實(shí)現(xiàn)快速放量，銷量迅速突破萬(wàn)臺(tái)，營(yíng)收規(guī)模達(dá)到 1.65 億元。捷諾傳動(dòng) 目前的主要產(chǎn)品系列為 S4 系列齒輪馬達(dá)、CZ 齒輪箱及 ABB 機(jī)器人專用 齒輪箱，主要應(yīng)用于新能源、制藥、橡塑、化工等領(lǐng)域。

高端減速機(jī)擴(kuò)建項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)約 9 萬(wàn)臺(tái)，帶動(dòng)業(yè)績(jī)?cè)隽俊?021 年 3 月，公司根據(jù)當(dāng)前經(jīng)營(yíng)情況及未來(lái)發(fā)展情況，以現(xiàn)金出資方式向子公司 捷諾傳動(dòng)增資 2 億元。當(dāng)前，捷諾傳動(dòng)正穩(wěn)步推進(jìn)高端減速機(jī)擴(kuò)建項(xiàng)目， 基建主體預(yù)計(jì) 2023 年一季度完工，后繼設(shè)備將陸續(xù)進(jìn)廠，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后， 預(yù)計(jì)將形成年產(chǎn)約 9 萬(wàn)臺(tái)高端減速機(jī)產(chǎn)能。隨著下游需求趨于高端化和國(guó) 產(chǎn)替代進(jìn)程加快，捷諾將助力公司逐鹿高端市場(chǎng)。

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