人形机器人产业系列报告（三）-人形机器人关节-从Optimus选型看关节的发展-中泰证券_45页_2mb

人形机器人关节：从Optimus选型看关节发展分析

核心观点

人形机器人关节选型需综合考虑平衡性、动态运动控制、高负载等因素，通常采用混合驱动方案。特斯拉Optimus采用14个旋转自由度和14个线性自由度，其关节设计体现出对高扭矩密度和精密控制的追求。

• 旋转驱动器主要应用于高扭矩关节，如肩部、腰部、髋部等，采用“电机+减速器”结构，主要分为刚性、弹性、准直驱三种方案。其中，刚性驱动器技术成熟，适合工业场景，但成本较高；准直驱方案具备高动态响应和低成本优势，适合小型机器人；弹性方案则提升柔顺性但控制复杂。
• 线性驱动器适用于旋转角度小、负载大的关节，如肘部、膝部、踝部等，通常采用“电机+丝杠”结构，无需减速器。丝杠类型包括滚柱丝杠、滚珠丝杠和T型丝杠，其中滚柱丝杠具备高负载、高精度优势，滚珠丝杠性价比高，适用于小负载场景，T型丝杠虽具备自锁性能但精度和效率较低。

关键技术与选型依据

旋转驱动器

• 扭矩需求：人形机器人关节需要高扭矩输出，因此必须搭配减速器。
• 减速器类型：
  • 谐波减速器：高减速比，适合精密控制，但力矩透明度低，需搭配力/力矩传感器。
  • 行星&类RV减速器：低减速比，高刚性，适用于大负载场景，成本较低，具有发展潜力。
• 电机选择：外转子电机相比内转子电机，扭矩密度更高，是人形机器人关节的优选。

线性驱动器

• 丝杠选型：
  • 滚柱丝杠：适用于高负载关节，如大腿和小腿，具有高精度、高负载能力。
  • 滚珠丝杠：精度高，性价比好，适合小臂等中低负载关节，有望替代部分滚柱丝杠以降低成本。
  • T型丝杠：具备自锁性能，但精度和效率较低，应用受限。
• 自锁性：非必要条件，可通过加装制动装置实现，滚柱/滚珠丝杠在多数场景下可满足需求。

关键零部件分析

减速器

• 谐波减速器：需求量最大，用于Optimus的14个自由度，国内厂商如绿的谐波、中大力德、双环传动等具备一定竞争力。
• 行星&类RV减速器：具备经济性优势，适用于大负载关节，国内厂商如优必选、傅利叶等已在部分关节采用。

丝杠

• 滚柱丝杠：具备高负载和高精度，适用于腿部等大负载关节。
• 滚珠丝杠：产品成熟度高，成本优势显著，适用于小臂等中低负载关节。
• T型丝杠：应用受限，主要因精度和效率不足。

球墨铸铁

• 作为机器人减速器的核心材料，球墨铸铁具有低成本、轻量化、低温升等优势，恒工精密在该领域具备技术领先优势，已开始小批量供应RV减速器相关部件。

推荐标的

主机厂

• 特斯拉
• 优必选

关节总成

• 三花智控
• 拓普集团

减速器

• 绿的谐波
• 中大力德
• 双环传动

丝杠

• 贝斯特
• 恒立液压
• 长盛轴承

球墨铸铁

• 恒工精密

盈利预测与估值

风险提示

• 人形机器人发展不及预期
• 市场竞争加剧
• 零部件成本高导致需求不足
• 信息更新不及时
• 政策支持力度减弱
• 行业规模测算偏差
• 技术发展不及预期

投资评级说明

重要声明

本报告基于公开资料和实地调研，反映了作者的研究观点，力求独立、客观和公正。本公司不对报告内容的准确性、完整性或预测的正确性做出任何担保。市场有风险，投资需谨慎。