机器人系列报告（七）：人形机器人旋转执行器技术全梳理_47页_2mb

人形机器人旋转执行器技术全梳理总结

核心内容

人形机器人旋转执行器是机器人传动系统中的关键部件，主要负责将能量转化为机械运动，实现机器人的关节控制。根据运动类型、能量来源和驱动方式，执行器可分为旋转执行器、直线执行器、液压、气动和电机执行器，以及刚性、弹性、准直驱执行器。目前，电机驱动的刚性或半刚性执行器是人形机器人中常用的方案。

主要观点

• 旋转执行器：是人形机器人实现关节运动的核心组件，主要由减速器、电机、控制器、编码器、力/力矩传感器和轴承等组成。
• 减速器：是执行器中不可或缺的部件，主要用于降低转速、提高扭矩。根据其结构和性能，主要分为谐波减速器、RV减速器、摆线针轮行星减速器和精密行星减速器。
• 电机系统：以伺服电机和无框力矩电机为主。无框力矩电机因其结构紧凑、重量轻、无机械摩擦、免维护等特性，成为人形机器人中更优选择。
• 编码器：用于检测旋转角度、线性位移和速度等运动参数，是伺服系统闭环控制的重要组成部分。光式编码器适用于高精度场景，磁式编码器则更适合恶劣环境。
• 轴承：在机器人关节、减速器和电机中广泛应用，主要为滚动轴承，包括深沟球轴承、角接触球轴承、交叉圆柱滚子轴承和柔性轴承等，用于支撑旋转轴、减小摩擦。

关键信息

旋转执行器核心零部件

• 减速器：包括谐波减速器、行星减速器等，用于降低转速、增大扭矩。
• 电机：通常为力矩电机或伺服电机，具有高精度、高效率、高可靠性。
• 控制器：用于控制电机的运行，实现关节的精确运动。
• 编码器：用于反馈位置、速度等信息，是伺服系统闭环控制的关键。
• 力/力矩传感器：用于检测关节所承受的力和力矩。
• 轴承：用于支撑旋转轴，减小摩擦，提高传动效率。

旋转执行器设计方案

减速器对比

编码器类型与性能

编码器性能对电机控制的影响

• 编码器用于伺服系统的闭环控制，提供实时位置和速度反馈。
• 编码器在伺服系统中占比约11%，是系统成本构成的一部分。
• 国内编码器在精度和综合性能上仍低于进口产品，但正逐步提升。
• 磁式编码器由于其抗干扰能力强，逐渐在人形机器人领域获得更多应用。

轴承分类与应用

• 滚动轴承：包括深沟球轴承、角接触球轴承、交叉圆柱滚子轴承、柔性轴承等，适用于高转速、高负载、高精度等场景。
• 滑动轴承：分为流体润滑、非完全流体润滑和无润滑轴承，适用于特定工况。
• 谐波减速器中需同时使用刚性轴承和柔性轴承，分别用于承受轴向、径向和倾覆力矩等不同方向的载荷。

行业规模与市场前景

• 行业规模：当前股票家数为464只，总市值约3535.7亿元，流通市值约2866.6亿元。
• 市场规模预测：全球力矩电机市场规模预计从2022年的4.87亿美元增长至2027年的7.15亿美元，年复合增长率约为8.01%。
• 人形机器人带动市场空间：在悲观、中性、乐观假设下，无框力矩电机市场空间分别为56亿、112亿和168亿元。

行业与公司

主要上市公司

风险提示

• 人形机器人产业化不及预期：技术发展和市场需求的不确定性可能影响行业发展。
• 技术路线与技术迭代风险：不同厂商采用不同的技术路线，可能存在技术迭代导致的设备更换。
• 行业竞争加剧风险：随着人形机器人产业的快速发展，市场竞争将更加激烈。

结论

人形机器人旋转执行器及其核心零部件在产业爆发中将受益，行业规模将大幅扩大。国内厂商在成本优势和技术能力上具备竞争力，有望在高端市场中占据一席之地。随着技术的进步和市场需求的提升，无框力矩电机、磁式编码器等核心部件的市场空间将不断拓展，为行业带来新的增长点。