人形机器人行业专题三之执行器系统：核心部件，顺势启航-240318-长城证券-44页_3mb

人形机器人执行器系统总结

核心内容

人形机器人作为新一代智能机器人的重要分支，其执行器系统是实现机器人运动控制的核心部件。执行器系统主要包括电机、减速器、丝杠、编码器和力传感器等关键组件，这些组件的性能直接影响人形机器人的整体表现。目前，执行器技术方案经历了从刚性到弹性，再到准直驱的发展阶段，各方案在集成度、控制精度、能量效率等方面各有优劣，应用范围也有所不同。

主要观点

1. 执行器分类与特点

• 刚性执行器（TSA）：结构简单，控制精度高，是当前主流方案，但功率密度较低，难以适应大负载和高运动强度的关节部位。
• 弹性执行器（SEA/PEA/CEA/MEA）：通过引入弹性元件，具有较好的功率调制能力和能量效率，但控制复杂性较高，适用于需要柔顺和安全性的场景。
• 准直驱执行器（PA）：控制方式简单，能量效率高，适合低负载关节，但受限于技术，目前尚未实现完全直驱。

2. 电机：执行器系统的“血管”

电机是执行器的核心动力源，主要分为步进电机、伺服电机和力矩电机。其中，伺服电机因其高精度、闭环控制、高效率等特性，成为人形机器人首选。

• 伺服电机：具有高控制精度、良好的低频和高频特性，适用于机器人高精度运动控制。
• 无框力矩电机：结构紧凑，集成度高，适用于人形机器人关节，是目前执行器系统中广泛应用的电机类型。

3. 减速器：电机与传动装置之间的桥梁

减速器将电机的高转速、低扭矩转换为低转速、高扭矩，是执行器系统不可或缺的组件。

• 谐波减速器：体积小、精度高，适用于小关节，目前由日本哈默纳科和纳博特斯克占据主导地位，但国内企业如绿的谐波也在快速追赶。
• RV减速器：高负载、大传动比，适用于重载关节，但制造工艺复杂，国内尚不能完全替代进口。
• 精密行星减速器：结构简单、刚性和耐磨性好，适用于传统工业机器人。

4. 丝杠：直线执行器的传动装置

丝杠将减速器的扭矩转换为线性往复运动，分为普通丝杠和精密丝杠，其中滚珠丝杠和行星滚柱丝杠具有更高的精度和负载能力，是高端机器人应用的主流。

• 滚珠丝杠：具有高精度、高负载能力，广泛应用于机器人关节。
• 行星滚柱丝杠：结构更紧凑，适合高精度和高负载应用，未来市场潜力大。

5. 编码器与力传感器

• 编码器：用于反馈位置信息，目前光电编码器技术更成熟，磁编码器成本更低，未来具有发展潜力。
• 力传感器：用于反馈力矩信息，六维力传感器是当前研究重点，其结构设计是技术突破的关键。

关键信息

1. 技术趋势

• 执行器系统从刚性向弹性、准直驱方向发展，集成度、控制精度和能量效率逐步提升。
• 无框力矩电机因高精度、高集成度和高可靠性成为人形机器人首选。
• 磁编码器因其低成本和未来前景，逐渐受到关注。

2. 市场与产业

• 全球市场：人形机器人执行器系统市场规模预计将在未来几年快速增长，尤其在无框力矩电机和行星滚柱丝杠等细分领域。
• 国内市场：伺服电机、谐波减速器和RV减速器市场正在快速成长，但整体技术水平仍落后于国外，依赖进口。
• 主要企业：绿的谐波、中大力德、哈默纳科、纳博特斯克、特斯拉、优必选等企业在相关领域占据领先地位。

3. 投资建议

• 执行器相关标的：三花智控、拓普集团、步科股份、昊志机电、绿的谐波、双环传动、中大力德、鼎智科技、恒立液压、贝斯特、奥普光电、柯力传感等。
• 市场前景：人形机器人有望先在工商业普及，逐步拓展至家用和公共领域，成为千亿美元级蓝海市场。

风险提示

• 技术研发不确定性：执行器系统涉及多学科交叉，技术突破存在不确定性。
• 降本进程不及预期：关键部件成本下降可能影响整体商业化进程。
• 商业化落地不及预期：人形机器人尚未实现大规模商业化，可能影响相关企业的业绩。
• 三方数据失真风险：市场数据可能存在偏差，影响投资判断。

图表与数据参考

• 图表 5：机器人执行器发展历程
• 图表 10：几种执行器方案性能对比
• 图表 26：全球无框力矩电机市场规模
• 图表 27：三种精密减速器性能对比
• 图表 37：我国行星减速器市场规模
• 图表 41：我国谐波减速器市场规模
• 图表 46：我国RV减速器市场规模
• 图表 48：丝杠分类

作者与联系方式

• 分析师：荣泽宇、刘鹏、陈玥桦
• 执业证书编号：S1070523040002、S1070520030002、S1070122080057
• 邮箱：rongzeyu@cgws.com、liupeng@cgws.com、chenyuehua@cgws.com