减速器行业深度研究:从人形机器人关节设计看待减速器投资机会

根据传动原理可将减速器分为一般齿比减速和少齿差减速。

根据传动原理可将减速器分为一般齿比减速和少齿差减速。我们从减速器底层设计结构和传动原理出发,将减速器分为一般齿比减速和少齿差减速,一般齿比减速器依靠输入轴小齿轮和输出轴大齿轮的齿差啮合形成减速,传动比一般为其齿数比;少齿差减速一般通过两轮的齿数差通常为 1~4,依靠特殊的传动结构或传动级数,达到较高传动比,主要包括谐波减速器、RV 减速器、行星减速器等。少齿差减速器结构更紧凑,传动精度更高。

从机器人关节驱动单元和关节设计角度出发,行星减速器、谐波减速器和RV 减速器有望先行。通过分析当下仿人机器人驱动单元用减速器方案,发 现除高传动比的谐波减速器较广泛的应用在刚性驱动单元和弹性驱动单元外,在准直驱驱动单元中,配合自身高扭矩密度的电机,多使用低传动比的行星减速器,目前行星减速器已应用于四足机器人和一些小型仿人机器人中。我们结合 Tesla Bot 公布的人形机器人参数,引用相关文献中相似参数产品的关节负载实验结果作为参考,通过从机器人结构关节的性能要求角度出发,寻找人形机器人关节用减速器。文献结论表明末端负载 10kg 的手臂关节输出扭矩应≥30Nm,0.87m 的双足关节输出扭矩要求 50±5Nm。我们通过比对各类减速器输出扭矩情况,认为在保证小尺寸、质量轻的同时能够额定输出较高扭矩的情况下,行星减速器、谐波减速器以及 RV 减速器应用符合条件。

据测算,乐观情况下预计 100 万台人形机器人对应精密行星减速器、谐波减速器和 RV 减速器市场规模有望达 275 亿。以 Tesla Bot 人形机器人为例,我们根据其公布关节自由度,假设其单台行星减速器/谐波减速器/RV 减速器用量分别为 25/20/3 个,对应 Tesla Bot 年产量分别在 100/50/20 万台的情况下,人形机器人用减速器的市场有望分别实现 275/212/123 亿元。

当下减速器市场主要由日系品牌主导,内资减速器品牌国产替代正在进行。精密减速器作为技术密集型行业,材料、加工工艺、加工设备等方面均存在较高技术壁垒,因此先进入者具备先发优势。当下精密减速器市场仍由德日品牌主导,日系龙头哈默纳科、纳博特斯克分别占据谐波减速器、RV 减速器市场 60%以上的市场份额,两者产品定位高端,品牌效应明显,与下游客户厂商深度绑定。但近年来,国内减速器市场国产替代趋势明显,内资品牌不断实现技术突破,同时配合下游需求持续扩充产能,逐渐开始切入下游客户,内资份额开始明显提升。我们通过分析哈默纳科与纳博特斯克的发展历程和竞争优势,判断未来谐波减速器、RV 减速器等产品具备向多元化、轻量化、机电一体化等趋势发展,因此国内紧随该技术趋势的厂商有望受益。

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