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人形机器人产业链全景解析
股市情报：上述文章报告出品方/作者：乐晴智库精选；仅供参考，投资者应独立决策并承担投资风险。
人形机器人产业链全景解析
时间：2025-02-19 13:22
上述文章报告出品方/作者：乐晴智库精选；仅供参考，投资者应独立决策并承担投资风险。
国内机器人厂商宇树科技创始人王兴兴近期参加民营经济座谈会后表示，今年年底之前，整个AI的人形机器人会达到一个新的量级。作为AI应用最强赛道之一，人形机器人商业化进程正在全面提速。特斯拉计划在2025年量产数千台Optimus机器人，并投入工厂进行测试。被誉为“地表最强机器人”的Figure-02人形机器人近期发货，送往第二个商业客户，标志着人形机器人进入商业化交付阶段。Meta正在大力投资AI驱动的人形机器人，并且已经开始与包括宇树科技和FigureAI在内的机器人企业商谈相关合作。宇树科技近期申请的“四足机器人（福虎生威）”外观专利已获授权，此外近期算法完成了升级，可实现流畅的舞蹈表演；“天工”机器人成为全球首例可在室外连续攀爬多级阶梯的人形机器人。当前全球人形机器人进入0-1爆发前夜，产业链各环节有望迎来全面机遇。
01
人形机器人，又称仿生人，是旨在模仿人类外观和行为的机器人尤其特指具有和人类相似肌体的种类。通常设计有类似人类的四肢、头部、躯干等身体部位，并且能够执行一些人类日常的活动或任务，如行走、抓取物体、进行简单的交流等。根据中国机器人产业联盟等单位联合发布的《智能机器人智能化等级评价规范》，标准设立“综合智能等级”和“要素智能等级”两大类别。智能水平细分为五个等级：L1（基础型）、L2（半交互型）、L3（交互型）、L4（自主型）、L5（自适应型）等5个等级。从当前机器人技术的发展趋势来看，大多数机器人处于L1到L3的智能化等级范围内，即基础型、半交互型或交互型。
02
人形机器人发展历程
人形机器人的发展历程始于1972年，日本早稻田大学创建首个全尺寸人形机器人WABOT-1。进入21世纪，本田推出ASIMO，标志着人形机器人在行走和平衡上的进步。随后波士顿动力的Atlas机器人展示了强大的运动和人工智能能力。2022年9月：特斯拉在AIDay上首次发布TeslaBot人形机器人Optimus，此后特斯拉开始引领全球人形机器人发展浪潮。国内人形机器人进程：
2012年3月，优必选成立，成为国内第一家人形机器人企业。2016年，优必选Alpha1S机器人在央视春晚舞台亮相，这是国内人形机器人首次在大型公开场合亮相，引起广泛关注。2016-2022年，云深处、小米、乐聚机器人等多家企业相继入局。2017年，浙江大学博士朱秋国创立云深处科技；2021年，小米正式成立机器人事业部，正式进军人形机器人领域；2022年秋季新品发布会上，小米正式亮相了首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne（“铁大”）。2023年2月，智元机器人成立。8月，智元发布第一代通用型具身智能机器人原型机—远征A1。2023年，宇树科技正式发布首款通用人形机器人Unitree H1，是国内第一台能够跑的全尺寸通用人形机器人，标志着宇树科技正式进入人形机器人领域。2024年8月，云深处科技在世界机器人大会上首次公开了人形机器人Dr.01。2024年11月，小鹏汽车在广州正式发布了自主研发的全新AI人形机器人Iron，标志着小鹏汽车正式进入人形机器人领域。
资料来源：宇树科技公众号
03
人形机器人产业链
人形机器人产业链主要由上游零部件、中游人形机器人本体和集成系统以及下游终端应用等环节组成。上游核心零部件包括谐波减速器、无框力矩电机、空心杯电机、行星滚柱丝杠、编码器、传感器、轴承等；中游是人形机器人的设计、制造和测试过程；下游人形机器人应用领域，包括工业制造、仓储物流、商业以及家庭使用等。从人形机器人的产业链图谱来看，主要核心部件包括：仿生机械结构核心部件、传感感知、认知决策系统、控制交互系统、本体集成、应用共六个方面构成。
资料来源：特斯拉AI Day，Vehicle，中航证券、行行查
04
人形机器人三大执行器
从人形机器人核心价值分布来看，三大执行器（线性执行器、旋转执行器、灵巧手）占人形机器人主要零部件价值量的73%。执行器又称关节模组，是人形机器人硬件系统的关键部件，负责驱动和控制机器人各个关节和部件的运动，使其能够模拟人类的运动和行为。线性执行器是将旋转运动转换为直线运动，或者直接产生直线运动的装置。主要用于人形机器人的腕、肘、膝和踝等关节，以及需要直线运动的部件，如手臂的伸展、腿部的移动等。线性执行器采用“电机 滚柱丝杠结构”，将电机输出的旋转运动转化为“伸缩”式直线运动，主要结构包括电机（无框力矩电机）、传动部件（行星滚柱丝杠、轴承）、传感器（力/力矩传感器、编码器）。主要用于人形机器人的肩、髋等关节，以及需要旋转运动的部件，如手臂的旋转、头部的转动等。旋转执行器采用“电机 精密减速器”结构。将电机输出由高速低扭转化为低速高扭的旋转运动，主要构成包括电机（无框力矩电机）、传动部件（谐波减速器、轴承）、传感器（力矩传感器、编码器）、驱动器。灵巧手是人形机器人上最重要的末端执行器，是模仿人类手部结构和功能，是用于实现机器人与环境交互的关键部件。特斯拉人形机器人新一代灵巧手变化最大的地方在于灵巧手自由度提升，单手由11个自由度提升至22个自由度，主动自由度由6个提升至预计17个。灵巧手采用了三级传动方案。一级传动：行星齿轮箱，用于减速和放大扭矩，提高传动效率和精度。二级传动：高精度的丝杠（如行星滚柱丝杠），将旋转运动转化为直线运动，有效提升了灵巧手的精度和载荷能力。三级传动：腱绳方案，由于手臂模组到手指的距离较远，腱绳传动方式适应远距离传动，可以灵活布置，传动柔性也很好。
特斯拉人形机器人灵巧手展示：
执行器环节布局厂商众多，部分布局厂商中，2024年11月，兆威机电推出了其最新科研成果—手指集成驱动的高可靠灵巧手，采用了独特的单关节驱动技术，整手配备了17个主动执行单元，单只手指自由度大于等于3个；捷昌驱动组织申报并获得了浙江省2024年度“领雁”研发攻关计划项目立项，项目名称为“高推力密度电动线性致动器关键技术研究项目”，主要内容是负责人形机器人线性执行器的研发并产业化。埃夫特与国家先进制造产业投资基金、芜湖市科创基金共同出资，设立了启智(芜湖)智能机器人有限公司，研发的内容包括但不限于：自主人形机器人开发、灵巧手项目、IDE项目、EBOX项目等；富临精工拟1.1亿元投建机器人智能电关节模组研发及生产基地项目。
杭齿前进启动了浙江省“尖兵”科技计划项目，针对人形机器人旋转关节和直线关节组件，将突破“驱动—传动—传感”一体化关节集成技术难题；祥鑫科技与广东省科学院智能制造研究所签署了《合作协议书》，联合共建“祥鑫科技股份有限公司-广东省科学院智能制造研究所人形机器人关键零部件联合技术创新中心”，致力于研发人形机器人智能化解决方案，包括但不限于灵巧手、轻量化机械手臂等。
05
人形机器人核心零部件
人形机器人零部件主要由丝杠、无框力矩电机、减速器、力传感器、空心杯电机及轴承构成。从成本占比看：丝杠（18%）>微型电机（18%）>减速器（12%）>力传感器（7%）≈无框电机（7%）。从壁垒看：行星滚柱丝杠>六维力矩传感器>谐波减速器>微型电机>无框电机。
丝杠
丝杠是人形机器人中将旋转运动转换为直线运动的核心部件。特斯拉人形机器人迭代，最大的边际变化是丝杠用量增加，特斯拉Gen3灵巧手应采用“腱绳 丝杠”的传动方案。国际上丝杠精度标准之一为JIS标准（日本、韩国和中国台湾等地广泛使用）。根据JIS标准，丝杠的精度等级从C0到C10不等。综合人形机器人算法、传感能力及降本维度考虑，人形机器人丝杠精度需达到C5级。梯形丝杠虽然结构简单、成本较低，但在精度上较低；滚珠丝杠以其高速度和高精度闻名，成本适中，广泛应用于各种场景。行星滚柱丝杠的精度在三种丝杠中最高，但成本也相对较高。行星滚柱丝杠由丝杠、螺母、滚柱等多个核心部件组成的精密传动机构，相较于传统的滚珠丝杠，行星滚柱丝杠的特点在于其使用了含螺纹的多个滚柱体，提高了承载能力。其静载为滚珠丝杠的3倍，寿命为滚珠丝杠的15倍，能够承受更高的静态负载和动态负载。根据功能特点，行星滚柱丝杠可分以为标准式、反向式、循环式和差动式四种。其中，反向式滚柱丝杠一体化、小型化程度高，便于集成为机电集成装置，有望成为特斯拉Optimus机器人关节量产方案的主流选择。预估量产后单台机器人关节行星滚柱丝杠价值量占比约15%-25%。行星滚柱丝杠市场格局方面来看，当前在全球范围内应用有限，具备规模化量产能力的企业极少。德国舍弗勒是全球精密丝杠的领军企业，旗下有GSA、Rollvis（收购）、Ewellix（收购）等多个品牌深耕于行星滚柱丝杠领域，瑞士GSA是舍弗勒旗下的高端行星滚柱丝杠品牌。
目前国内近百家人形机器人企业中，使用丝杠方案仅为个位数，渗透率有望大幅提升。丝杠供应链国内替代头部厂商包括新剑传动、南京工艺等。特斯拉人形机器人Optimus的行星滚柱丝杠全球仅有两家供应商，分别是德国舍弗勒和新剑传动。2024年12月，新剑传动年产100万台人形机器人及汽车行星滚柱丝杠产业化项目开工，成为全球第一家公布大规模量产的企业。南京工艺国产行星丝杠市场份额位列国产厂商第一，有国内规模最大、规格最全、质量最优的精密滚动功能部件产业化基地。五洲新春通过新剑传动向特斯拉送样行星滚柱丝杠产品，并已在2024年定期送样300-400根丝杠，三季度达到每月3000 根的爬坡产量。双林在人形机器人滚柱丝杠方面已经完成正式研发立项，目前样件制作和设备投资等项目进度按计划快速推进中；贝斯特设立的全资子公司宇华精机专门承载高端装备革新滚动功能部件项目，包括高精度滚珠丝杠副、高精度滚动导轨副等产品的制造，还与三花智控等合作伙伴达成合作。丝杠加工设备方面，总体工艺制造精度高，加工流程包括热处理、车削、铣削、磨削等核心工序，涉及圆锯机、热处理设备、车床、铣床、磨床等设备。当前丝杠工艺主要采用车削 磨削结合，行业趋势来看“以车代磨”趋势显著，多家丝杠公司开始采用车削工艺提高加工效率。浙海德曼等企业具备与国外同行竞争的实力，在丝杠加工方案中取得重要进展；秦川机床在数控磨床、滚珠丝杠等均有布局，其汉江机床子公司通过募投滚柱丝杆项目进一步提升产能；日发精机研发的数控螺纹磨床是丝杠加工的核心设备；已与部分客户达成战略合作。
电机是人形机器人的动力输入来源，负责将电能转换为机械能，驱动机器人的关节和肢体进行精确运动。用于人形机器人的电机类型有无框力矩电机和空心杯电机等。空心杯电机是人形机器人灵巧手末端执行器的核心零部件，是目前性能最优的电机方案之一。其核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。全球市场中，瑞士Maxon、德国Faulhaber、瑞士Portescap等处于行业第一梯队，并已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。新进入者的技术积累较浅，难以达到人形机器人领域的高效率等要求。无框力矩电机常用于线性关节和旋转关节，特斯拉人形机器人Optimus14个线性执行器和14个旋转执行器中都使用了无框力矩电机。无框电机是无框架式永磁电机，核心优势是输出力矩大、结构紧凑，散热性好，采用无框电机的机器通常效率更高、重量更轻。由于无框力矩电机的中空结构便于走线，因此适用于集成度较高的人形机器人。无框力矩电机目前存在较高的技术壁垒，需要一体化设计并集成到机器人关节内部，定制需求强，稳定量产难。全球市场呈头部集中的格局，海外厂商科尔摩根、威腾斯坦、Maxon等是头部玩家。步科股份自2015年开始研发无框力矩电机，2016年推出首代产品，并于2022年完成第三代产品的迭代升级，第三代无框力矩电机采用无框中空设计，已达到国际一流水平；雷赛智能研发的第二代FM2系列无框电机，针对国产无框力矩电机的痛点，采用了新一代磁路优化和灌封工艺技术，实现了超低温升、超高密度、超长续航三大优势。
减速器
人形机器人用减速器可类比汽车变速箱，是核心精密零部件之一。特斯拉目前公开的Optimus全身有12个旋转关节，对应12台谐波减速器需求。谐波减速器在人形机器人的作用主要体现在其高精度、高扭矩和小型化的特点上。微型谐波减速器小型化优势突出，制造设备和工艺与常规产品不同，制造难度大，价格高。全球减速器龙头哈默纳科已开发集成微型谐波减速器、无刷伺服电机、编码器于一体的微型执行器，应用于灵巧手上，单手指用量为2-3台。新型行星减速器背隙可降至1弧分以下，有可能替代谐波减速器方案。日本哈默纳科的谐波减速器与行星减速器技术领先，并开发出搭载微型谐波减速器的灵巧手，在减速器领域位居全球前列。
传感器
传感器是人形机器人感知系统重要元器件，主要有力/力矩传感器、触觉传感器、视觉传感器、编码器几大方向。力矩传感器用于实时监测执行器的运行状态，为控制系统提供关键信息，确保机器人的动作精度。六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最高维度的力觉信息，并给出最为全面和精准的力觉数据。六维力传感器目前成本和壁垒都较高，可以批量化供应的企业较少。未来整机厂可能通过算法等方式减少使用量，降本后有望打开空间。触觉传感器目前处于发展早期，当前市场主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。机器视觉是人工智能最重要的前沿技术之一，其底层逻辑在于为机器植入“人眼与大脑”，使机器可代替人工来对被检测物品做测量与判断。奥比中光在中国服务机器人3D视觉传感器领域市占率超过70%，构建了“全栈式技术研发能力 全领域技术路线布局”的3D视觉感知技术体系。人形机器人3D视觉解决方案已经与部分人形机器人客户完成了适配工作，如宇树、优必选、普渡、高仙、擎朗、云迹、猎户星空等。凌云光联合宇树科技提出针对机器人研发训练的具身智能解决方案，该方案以公司自主研发的动捕系统FZMotion为基础，面向包含人形机器人的多场景应用。
轴承
轴承主要应用于旋转关节执行器关节连接（包括与减速器、电机等配合使用）的轴承包括角接触轴承、交叉滚子轴承等；谐波减速器需要用到柔性轴承、滚针轴承等。国内高端轴承市场基本被全球八大轴承企业垄断，中国企业正在加速突围。从轴承市场竞争格局看，德国舍弗勒主要生产滚针轴承及液压顶杆等，日本不二越主要生产中小型球轴承，NSK主要生产小型低噪音轴承，TIMKEN主要生产英制圆锥滚子轴承。国内厂商五洲新春已成功研发机器人谐波减速器柔性薄壁轴承等；长盛轴承为宇树科技提供关节轴承和滑动轴承等核心零部件，并联合开发丝杠项目；光洋股份自研机器人减速器用交叉滚子轴承表面防腐镀黑铬技术；国机精工集中于高中端产品，人本股份、龙溪股份、长盛轴承等也在各自技术领域有所发展；万达轴承在研项目人形机器人专用薄壁轴承，目前处于手工样品研制阶段。根据摩根士丹利最新发布的《人形机器人100：绘制人形机器人价值链图谱》，其中企业覆盖了驱动器、传感器、电池等核心硬件。这些已确认涉足人形机器人领域的公司中，有高达73%的企业位于亚洲，而中国更是其中的佼佼者，占据了56%的比例。在全球人形机器人产业链中，中国的份额高达63%，特别是在“身体”环节，中国集成的企业占比达到了45%。
在AI浪潮爆发背景下，国产人形机器人从上游零部件到中游本体制造厂商，正在迎来全产业链机遇。
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