人形机器人深度解析

人形机器人供应链来看，灵巧手、丝杠、减速器、传感器、电机、控制器等都是值得重点关注的高价值环节，本文将对各大核细分环节进行逐一拆解。

一、人形机器人关节（关节部分整体成本占比约55%，主要包括旋转关节、直线关节以及灵巧手。）

1、旋转关节（旋转关节主要包括驱动器、无框力矩电机、谐波减速器、编码器、机械离合器、轴承等，14个旋转关节合计占比约14.1%。）

无框力矩电机：无框力矩电机产业链上游原材料中，磁性材料主要包括钢铁、铜、铝等用于制造电机的定子和转子；编码器用于将电机的机械运动转换为电信号，实现精确控制；中游是电机制造环节；下游广泛应用于机器人、医疗设备、航空航天、光学以及其他技术要求较高的领域中。 根据科尔摩根披露信息，其关键原材料包括钕铁硼磁材、SS400系列钢材、电工钢、铜材、树脂、集成电路板等。

在特斯拉人形机器人14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。

主要制造商包括科尔摩根（美国）、威腾斯坦（德国）、尼得科（日本）、派克汉尼汾（美国）、MAXONMOTOR（瑞士）等。 国内无框电机主要参与者包括步科股份、昊志机电、伟创电气、禾川科技等。 步科股份进度较为靠前，已成功推出具有温度控制稳定、尺寸小、功率密度高等优势第三代无框电机可以对标国际领先产品，部分型号具备一定优势，产品在高端人形机器人领域广泛应用。 昊志机电的无框力矩电机转矩波动≤1%，更利于机器人力矩控制，能够提供3.5倍过载能力，可应用于协作机器人、轻型机器人、人形机器人等多个领域。 编码器市场长期被海外企业占据，例如海德汉、多摩川、雷尼绍等。本土领先供应商包括禹衡光学（奥普光电）、长春汇通（汇川技术）、宜科电子，苏州捷之硕等，其中禹衡光学在国内处于领先地位、技术水平能够和外资竞争，市占率约7.7%。谐波减速器：减速器是人形机器人用量价值较大的零部件，成本占比高达35%。14 个旋转关节均采用谐波减速器，手部 12个自由度采用行星齿轮箱。谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成。 日系龙头哈默纳科垄断谐波减速器市场，全球份额超 80%。我国谐波减速器市场较为集中，前五大厂商出货量占比超六成。绿的谐波、双环传动、中大力德引领国产替代

同川科技也自主研发出具有完全自主知识产权的谐波减速器，并已实现批量生产。汉宇集团通过收购同川科技，涉足谐波减速器领域。昊志机电在谐波减速器领域形成了完整的产品族谱，已经攻克了齿形设计、凸轮廓设计、齿轮表面处理等关键技术，建立了谐波减速器测试标准及检测体系，其谐波减速器产品也包含波发生器这一关键部件。 来福谐波的产品线覆盖全面，包括谐波减速器、关节模组及精密零部件三大板块，其中波发生器作为谐波减速器的核心部件，也是来福谐波的重要产品之一。大族激光旗下子公司杉川谐波拥有自主研发能力和先进的生产技术，已自研生产了多个系列的谐波减速器产品，包括HMCS、HMHD、HMHS、HMCD等四大系列，共200余款谐波减速器伺服驱动器人形机器人全身共 40 个关节执行器，均为电机驱动方案，驱动方式来看，主要是基于主控系统→控制器→驱动→传动→执行→传感反馈的逻辑。 国内伺服驱动主要厂商包括汇川技术、禾川科技、雷赛智能、埃斯顿、蓝海华腾、鸣志电器等。轴承人形机器人需要的轴承种类多且数量大。 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。 人形机器人灵巧手预计 使用 24 个滑动轴承、24 个球轴承和 36 个滚针轴承。 国内轴承环节主要布局厂商包括五洲新春、长盛轴承、力星股份和国机精工等。

2、直线关节（人形机器人直线关节也包括上述旋转环节中的驱动器、无框力矩电机、编码器，新增的部分在于增加了行星滚柱丝杠/梯形丝杠，以及轴承主要是深沟球轴承和四点接触轴承。14个直线关节合计成本占比约35.4%。）

丝杠丝杠是将旋转与直线运动互相转化的传动元件，按设计结构角度分为梯形丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。人形机器人直线关节总共选用14个行星滚柱丝杠。 行星滚柱丝杠是人形机器人零部件最高价值环节，成本占比约28.6%。以特斯拉Optimus为例，单个行星滚柱丝杠的单价约为1500元/个，单台人形机器人中行星滚柱丝杠的总价值约在2.1万元以上。 丝杠主要分类：

从行星滚柱丝杠产业格局来看，瑞士GSA公司是全球第一大行星滚柱丝杠制造企业，在中国市场份额高达52%，占据国内市场主要份额。国内目前已布局行星滚柱丝杠的主要企业有北特科技、恒立液压、贝斯特、双林股份、五洲新春、新剑传动、南京工艺、鼎智科技、KGG等。

3、灵巧手（灵巧手主要包括驱动器、空心杯电机/无刷有齿槽电机、编码器、精密行星减速器、行星齿轮箱、蜗轮蜗杆等，2个手部关节成本合计占比约5.5%。）

空心杯电机/无刷有齿槽电机：驱动系统是机器人的关键部件，是使机器人发出动作的机构。机器人驱动方式可分为液压驱动、气体驱动和电机驱动三种。 空心杯电机作为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。空心杯电机是一种微型伺服直流电机，采用的是无铁芯转子，消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，其电枢绕组为空心杯线圈，是一个空心的杯状结构。特斯拉Optimus灵巧手采用6电机驱动，需要使用12个空心杯电机。 空心杯电机的主要组成部分包括空心杯绕组、转子组件、传感器组件、法兰、轴承、磁轭等，核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备等。

全球市场格局方面，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。 国内以鸣志电器和鼎智科技产品为例，空心杯产品已应用于军工、医疗、半导体等高端领域，且可以定制不同规格产品，并能以“编码器+控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”方案形式提供产品。 根据公开资料显示，鸣志电器目前已实现量产销售。公司主要通过两次并购掌握核心技术：收购美国LinEngineering、瑞士TechnosoftMotionAG，后者在空心杯的驱动控制领域始终保持全球领先的技术水平。 横向对比同型号MAXON和鸣志电器的空心杯电机产品，鸣志电器在空载转速、最大连续转矩等核心指标上与海外顶尖厂商差距不断缩小。 鼎智科技的空心杯电机已经基本成熟，并处于中小批量供货阶段，自研的空心杯电机绕线设备实现了全自动批量生产，鼎智科技于2019年被江苏雷利收购，成为其控股子公司。 工控领域头部厂商伟创电气也切入机器人领域，布局空心杯电机、无框电机等产品。伟创电气自主研发空心杯电机，在空心杯电机领域的13mm款产品可以达到空载转速85000rpm，最大输出功率58W，最大额定转矩7Nm，效率可达90%。适用于灵巧手10mm的空心杯电机模组已经取得小批量订单。 微传动头部企业兆威机电转矩直流电机和无刷空心杯电机均已形成系列产品，用于人形机器人等领域，正开展4mm直径无刷空心杯电机攻关，以突破国外技术壁垒；8mm永磁步进电机实现自动化量产，且积极布局3.4mm和4.4mm等更难度产品。拓邦股份是国内最早从事伺服研发的企业之一，目前在工业机器人领域已实现伺服驱动及空心杯电机的产品应用，其中空心杯无刷电机CB2060无负载转速为12000-70000r/min，额定负载转速达到9000-58000r/min，扭矩15-80mN.m。雷赛智能空心杯电机采用马鞍型全自动绕线技术、一次成型，对标全球最优空心杯电机技术水平，空心杯电机产品提供EC标准型、ECH高转速、ECT大转矩三大系列，已经成功应用于人形机器人灵巧手、协作机器人关节、AGV/AMR移动机器人等领域。精密行星减速器精密行星减速器主要由太阳轮、行星轮、内齿圈三大核心部件构成。 全球精密行星减速器供给主要玩家包括日本新宝、纽卡特等国外巨头占比45%，国内科峰智能、纽氏达特和威腾斯坦等厂商引领国产替代，中大力德、南方精工、江苏雷利、丰立智能等厂商也有行星减速器技术布局。

二、感知系统（机器视觉的产业链中，上游主要有光源、镜头、工业相机、工控机、图像处理软件等机器视觉组件设备的提供商；产业中游包括基于视觉应用软件的应用系统（检测、测量、定位、识别系统等）以及各类视觉设备；产业链下游主要为各行业的产线综合解决方案供应商终端行业。）

工业相机：是机器视觉系统的核心部件，相当于人眼的视网膜，成本占比约 27%。据公开信息显示，目前国内厂商奥普特、海康机器人（海康威视子公司）、大恒图像和华睿科技（大华股份子公司）、埃科光电等厂商均已具备工业相机生产能力。

图像采集卡：图像采集卡是构建完整的机器视觉系统的重要部件，其功能是建立和前端相机中的连接，管理相机控制信号，从相机中获取数据，并将其转换成计算机能处理的信息。国内图像采集卡和图像处理器环节中包括大恒图像、维视图像、凌云光、埃科光电、北京君正、富瀚微等也在加速布局。

光源：光源的作用是照亮目标并突出可视化特征。与民用照明光源相比，机器视觉的光源在照度、均匀性和稳定性三个核心指标上有较高的要求。国内厂商中奥普特是市占率最大的企业，主要参与厂商还包括沃德普和纬朗光电、大族激光、义众实业等。

3D视觉：作为机器人感知的前沿和核心手段，根据成像原理的不同，3D视觉感知技术主要包括飞行时间（ToF）法、结构光法等。当前产业链各环节国产进程不断深入，奥比中光、海康威视、奥普特、凌云光等正在成为国产替代头部厂商。

图像处理软件及算法平台：机器视觉系统中，软件以及系统是核心，能为整套方案带来更高的产品溢价。国内软件和算法环节代表厂商包括凌云光、深科达、商汤科技、虹软科技和云从科技等率先入局。

机器视觉设备和集成：除了自主研发、生产标准化的机器视觉核心部件，机器视觉厂商也深度结合下游实际场景，以整体解决方案的模式提供成套系统。

全球机器视觉高端市场由海外品牌主导，基恩士、康耐视两大巨头合计全球市占率超60%。国内机器视觉设备环节主流供应商包括天准科技、凌云光、奥普特、矩子科技、精测电子、赛腾股份、奥比中光、劲拓股份、先导智能、瑞芯微等；系统集成商主要布局者有凌云光、精测电子、依图科技、智泰科技、维视图像、格林深瞳等。

人形机器人感知系统包括摄像头、IMU、关键力矩传感器、六维力矩传感器、触觉传感器等，合计成本占比约25.8%。

人形机器人三大核心传感器：触觉传感器、视觉传感器和力/力矩传感器 1.触觉传感器主要分为柔性、和刚性（MEMS为主）。市场主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。柔性触觉传感器相关布局厂商包括汉威科技、申昊科技、帕西尼感知、柯力传感、苏试试验、中科纳芯、墨现科技、康斯特、力感科技和钛深科技等。 2.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。全球机器视觉市场以美国康耐视和日本基恩士为代表的厂商占据全球超 50%的市场份额。 国内机器视觉行业以海康威视、大恒科技、天准科技、凌云光为代表的中国本土机器视觉厂商已在核心零部件技术与独立软件算法等方面进行大力投入；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%；奥普特拥有完整的机器视觉核心软硬件产品；此外，IMU能够实时测量人形机器人在三维空间中的角速度和加速度，该领域主要布局厂商有敏芯股份和芯动联科等。 禾赛科技推出了面向机器人领域的迷你3D激光雷达JT系列产品，采用禾赛第四代自研芯片，拥有全球最广的360° x 187°超半球视野，为机器人提供零盲区的三维感知能力。 速腾聚创推出了全球首款机器人全固态数字化激光雷达E1R，搭载数字化SPAD-SoC芯片和2D VCSEL芯片，可以支持各类型移动机器人在不同光照条件场景中穿梭作业。 奥比中光最新研发的dToF（直接飞行时间）激光雷达传感器芯片LS635，集成了高性能SPAD像素以及高性能数据处理模块的激光雷达传感器芯片，采用行业最先进的3D堆叠工艺的背照式SPAD-SoC芯片，已应用于机器人、无人机和自动驾驶等场景。 3.力/力矩传感器使机器人在执行操作时能够自主调整其姿态，从而确保操作的稳定性和精确度。根据传感器的安装位置，力控方式可分为末端力控和关节力控两种。按照测量维度的不同，力传感觉器可以分为一维至六维力传感器。 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。 六维力传感器相关布局厂商包括宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、昊志机电、柯力传感、东华测试、海伯森、瑞尔特等。

三、控制系统（控制器是机器人的大脑，主要负责发布和传递动作指令。）

人形机器人采集并处理多种模态数据，执行机构复杂程度远高于工业机器人，对控制器实时算力、集成度要求高。 目前人形机器人厂商多为自行采购上游零件，集成以实现对自家机器人的适配，控制算法和控制器的设计是机器人运动控制的核心和壁垒，可能会延续工业机器人厂商负责本体制造+控制器部分的产业链分工。 该环节国内主要参与厂商包括汇川技术、新时达、英威腾、雷赛智能、埃夫特、新松机器人、埃斯顿等。四、PEEK材料行业概览（机器人常用的轻量化材料包括镁合金、铝合金、碳纤维复合材料、工程塑料等。）在当前“以塑代钢”和“轻量化”的大背景下，PEEK材料作为一种高分子新材料，以其优异的性能用于在中高端领域逐步替换金属材料的使用。 PEEK（聚醚醚酮）材料是金字塔尖的特种工程塑料，具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、自润滑等特性，其绝缘性和耐化学性方面均优于普通金属。密度约为铝合金的一半，能够实现轻量化，同时保持高强度和刚性。

根据公开披露数据对比，特斯拉、优必选、智元等机器人平均重量约在58Kg。其中齿轮和关节用1kg纯PEEK材料，肢体中用8kgCF/PEEK，预计单台机器人对PEEK消耗量为6.6kg。相比金属材料，PEEK骨架能够减重40%，同时保持足够的强度和刚性，满足机器人的负载和灵活性需求。

PEEK属于合成树脂，产业链上游是化学原料和化学纤维制造行业，原材料主要包括氟酮（最关键）、对苯二酚、二苯砜和碳酸钠等，添加剂包含碳纤维、玻璃纤维和PTFE；中游包括PEEK颗粒、PEEK粉末、PEEK增强颗粒等PEEK产品制造；下游为各类终端领域。 氟酮（DFBP）是合成PEEK的关键原材料，其纯度和品质直接影响PEEK的产品质量。氟酮合成工艺复杂价格高昂，每生产1吨PEEK需要消耗约0.7-0.8吨氟酮单体。 根据公开资料，2023年国内主要氟酮由新瀚新材和营口兴福供应，产能分别为4200和2000吨。 2023年中欣氟材和新瀚新材分别新增5000、2500吨氟酮进入试生产阶段，2025年全国氟酮总产能有望达1.37万吨。 此外，对苯二酚是PEEK聚合反应的主要原材料，占粗粉成本比例15%左右；碳酸钠成本占比仅占1%，且为大宗化学品，由PEEK带来的弹性较小。 该环节对进口产品不存在依赖，国内主流对苯二酚生产厂商包含南京华虹化工、南京新化原和上海棋成原力化工等公司。 碳纤维、玻璃纤维和PTFE占PEEK复合增强类产品成本约20%，占全部产品成本比例约5%。 玻璃纤维随全球需求转移至中国后，逐步实现国产替代，目前碳纤维需求也正在往中国转移，吉林系、宝旌系、上海石化、中复神鹰、中简科技、恒神股份和光威复材等厂商引领国产替代。 PEEK材料市场中游生产进入门槛高，当前全球PEEK生产厂商呈现“一超多强”的竞争格局。英国威格斯是全球最大的PEEK生产商，其次是比利时索尔维和德国赢创，三家企业的产能占比超过全球总产能的80%。 目前我国PEEK的研发集中在高校、科研院所和极少数企业之中。主要产能集中在中研股份、浙江鹏孚隆、吉大特塑料等公司。中研股份是全球第四大PEEK生产商，是继英国威格斯、比利时索尔维和德国赢创之后全球第4家PEEK年产能达到千吨级的企业，也是目前PEEK年产能和产量最大的中国企业，现已超越英国威格斯成为中国市场销量最大的公司，在国内市场引领进口替代。 国内PEEK产业链上下游各环节布局厂商还包括南京聚隆、华密新材、富恒新材、双一科技、崇德科技、聚赛龙、同益股份、双林股份、汉宇集团、沃特股份、金发集团、万润股份、南京首塑、君华特塑等。 为更好服务行业，工业机器人小编特建立机器人集成商群，出示名片，加微信：13810274816。