摆线针轮减速器打开重载场景应用 [page::1][page::2][page::3]

• 相比现有谐波和行星减速器，摆线针轮具备更高承载力和更强抗冲击能力，适合高负载的腰髋、膝盖关节。

- 摆线针轮减速器通过小型化设计，体积可降至传统RV减速器三分之一，满足人形机器人轻量化需求。

• 传动效率高达90%-95%，单级减速比6-119，动态响应快于多级行星方案，保证敏捷运动能力。

- 谐波减速器虽然精度高，但抗冲击性弱，使用寿命短；行星减速器负载强但精度不足，易受冲击影响。

轻量化材料与加工工艺创新推进 [page::5][page::6][page::7][page::8]

| 轻量化材料 | 密度 (g/cm3) | 熔点 (℃) | 比强度 | 市场价格 (元/kg) | 代表优势 |
| -------- | -------- | -------- | ------ | ------------- | ------------ |
| 镁合金 | 1.8 | 598 | 高 | 40-50 | 低密度，高比强度，汽车领域验证稳定 |
| PEEK | 1.3-1.45 | 334 | 优 | 300-400 | 优异机械性能，耐腐蚀，热稳定性高，但成本高，制造壁垒大 |
| 改性工程塑料 | - | - | - | - | 柔韧性强，应用广泛，碳纤增强提升性能 |

• 镁合金采用半固态压铸技术降低加工风险并提升产能，未来市场潜力达数十亿规模。

- PEEK虽性能卓越，制约因素为复杂合成工艺与高昂原材料氟酮成本。

• MIM加工技术适合形状复杂且批量较大的零件，如连杆与连接件，具备推广潜力。

- 中国为全球最大MIM市场，2022年规模超90亿元，占全球30%以上。

传感器技术迁移推动可靠性升级 [page::10]

• 旋转变压器传感器具备高精度、无接触、长寿命、抗震动及抗油污干扰等优势。

- 该类传感器已成为新能源汽车主流驱动电机位置传感器，具备良好产业链基础。

• 预计在对可靠性要求更高的人形机器人关节（如盆骨、下肢）率先替代光电编码器，成为新增长点。

- 以特斯拉Optimus为例，机器人单机搭载编码器数量达54个，提供潜在旋变传感器替代空间。

风险提示与展望 [page::0][page::11]

• 下游需求不及预期以及技术路线不确定性是主要风险因素。

- 技术路线是否收敛将影响企业研发及产能投入的有效性。

• 报告视角聚焦硬件层面创新，为推动人形机器人产业化进程提供专业判断。

中金 | 人机系列03：量产背后的硬件创新——深度剖析报告

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一、元数据与报告概览

• 标题：《人机系列03：量产背后的硬件创新》

- 作者：刘中玉、郭威秀 等，中金研究团队

• 发布机构：中金公司（中国国际金融股份有限公司）

- 发布时间：2025年9月26日（更新日志显示有2025年9月25日报告原文）

• 核心主题：围绕全球及中国人形机器人从“原型验证”向“量产筹备”阶段跨越的关键硬件创新，主要关注减速器、轻量化材料、加工工艺与传感器技术的多矩阵创新，反映了人形机器人硬件领域的最新进展与挑战。

报告核心观点：

• 人形机器人产业迈入量产转折期，硬件创新在轻量化、抗冲击和重载性能方面技术进展显著；

- 面向高负载下肢、腰髋等关键关节，摆线针轮减速器由于承载能力高、抗冲击性能强开始受到重视，有望取代传统的谐波和行星减速器；

• 轻量化材料（如镁合金与PEEK工程塑料）与新型加工工艺（MIM）为续航提高与成本控制提供突破口；

- 多传感器技术融合，特别是旋变传感器在高可靠性、高抗干扰环境中的应用前景广阔；

• 技术路线尚未收敛，量产节奏和下游需求仍存在不确定性风险。

报告没有明确给出评级与目标价，但对行业发展路线及关键技术创新进行了系统梳理及评估，旨在帮助产业链上下游及投资人把握人形机器人量产背后的硬件创新趋势。[page::0,1]

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二、逐节深度解读

2.1 引言与行业现状

全球人形机器人行业正经历从原型机测试阶段向小批量量产阶段的转折，2026年被视为关键节点，以特斯拉Optimus Gen3量产为主要标志。中国人形机器人运动能力加速提升，在2025年世界人形机器人运动大会上集中体现产业成果。

硬件瓶颈聚焦：

• 传动系统：高负载、抗冲击与轻量化三者难以兼得，现有谐波和行星减速器面临性能短板；

- 续航：机器人整体重量限制使续航受制，需从材料科学、加工工艺端协同创新以达成“以轻代重”目标；

• 精度检测：动态环境下传感器的鲁棒性亟需提升，新能源车高端驱动电机中已普及的旋变传感器是可行路径。

作者强调，当前市场较多企业已在准备硬件的量产试化阶段，即从多批次、小批量生产走向持续迭代创新。[page::1]

2.2 新型减速器：摆线针轮减速器的突破

• 技术原理：摆线针轮减速器基于摆线针齿啮合、少差齿原理，电机驱动偏心轴使摆线轮反向自转，从而实现大减速比（单级6-119），无需多级叠加。

- 现有方案短板：
- 谐波减速器：虽然精度极高，但柔轮反复变形导致抗冲击性弱，寿命受限，尤其下肢承载场景寿命缩短至数千小时，远低于工业机器人标准。
- 行星减速器：使用三级啮合设备，传动间隙和背隙大，精度不足且冲击条件下衰减明显，控制难度大。

• 摆线针轮优势：

- 大扭矩承载能力，兼具抗冲击性；
- 结构可小型化（体积约为传统RV减速器1/3），适应机器人高负载关节尺寸限制；
- 高传动效率（85%-92%），响应快于多级行星结构。

• 不足：历史上体积、重量较大，结构复杂，难以直接适配人形机器人。

报告列举了多种文献、专利及企业创新方案，推动摆线针轮减速器向轻量化、集成化发展，通过拓扑优化和多组元集成等设计思路实现了重达30%的减重。多个代表企业（动易科技、禾川科技、智同科技、双环传动、中大力德等）正积极布局摆线针轮减速器相关产品，产品矩阵逐步丰富，已在部分国内外知名机器人产品上线实现应用。[page::2-4]

2.3 轻量化材料与加工工艺创新

• 材料突破：

- 镁合金：密度仅为铝的2/3，钢的1/4，轻量化潜力巨大，应用从汽车拓展至人形机器人外壳、关节结构件。半固态压铸技术的采用降低了燃烧爆炸风险和加工复杂度。宝武镁业等头部企业已展开合作，验证降低机器人整机重量11%、提高节拍5%、降低能耗10%。
- PEEK工程塑料：
- 机械性能优异，强度和刚性接近金属，耐腐蚀、热稳定；
- 价格昂贵（氟酮原料价约12万元/吨），生产工艺复杂，高纯度控制难度大；
- 逐步被特斯拉等厂商引用于减速器和丝杠的轻量化改进。
- 改性工程塑料（例如PA66、碳纤维增强PEEK等）作为成本敏感部件的解决方案，适用于非结构性承重位置。

• 加工工艺创新—MIM（金属注射成型）：

- 结合粉末冶金和注射成形优势，适合形状复杂小型零件和中等批量生产；
- 成本随零件复杂度几乎不变，相比传统机加工、压铸更具优势；
- 与人体机器人连杆、连接件精度及成本要求相匹配；
- 目前中国约占全球MIM市场30%，市场约百亿元且高速增长（CAGR 11.64%），为产业扩张提供可持续动力。

报告明确指出：未来人形机器人结构件设计将根据功能区域区分材料与加工工艺，精度要求高的连接件适合MIM加工，强度和刚性要求高的壳体部件可采用镁合金，轻量化和成本敏感件可能采用改性塑料等混材技术。[page::5-9]

2.4 多传感器技术：旋转变压器传感器的应用潜力

• 旋转变压器因其抗高温、耐油污、强震动、高精度及长寿命等特点，成为新能源汽车驱动电机位置传感器的主流选择。

- 在恶劣工况环境与高抗干扰需求（盆骨、下肢）人形机器人关节中，有望替代较为脆弱的光电编码器和磁编码器。

• 市场规模快速扩展，全球旋转变压器市场预计从2021年的37亿美元增长到2028年的104亿美元，年复合增长率15.9%。

- 产业链涵盖磁性材料、绝缘材料、绕线组装、传感器制造以及下游应用，国内厂商如赢双科技、代尔塔等具备竞争力。

据特斯拉Optimus Gen2关节布局，每台机器人约需54个编码器，预计旋转变压器传感器迎来大量需求增长空间。[page::10,11]

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三、图表深度解读

图表1-2：摆线针轮减速器原理与结构图

• 图示详细展示了摆线针轮利用偏心轴驱动摆线轮反转实现大减速比的机械结构，与传统谐波和行星减速器相比，摆线针轮不需要多级叠加实现较大减速，结构紧凑且具备高扭矩承载优势。

- 该结构原理为后续轻量化和集成设计奠定基础。

图表3-4：减速器方案对比与性能指标

• 表格比较了摆线针轮、谐波、行星及RV减速器的减速比、承载能力、传动精度、尺寸、效率、寿命与成本。

- 摆线针轮减速器在承载能力和传动精度上表现出较高水平，传动效率达90%-95%，寿命较长，但成本和体积仍稍大。

• 谐波减速器减速比高，体积小，但抗冲击与寿命不足；

- 行星减速器成本最低但精度较低；

• RV减速器整体性能均衡但体积较大，制造难度高。

- 图示延伸到减速器的适用场景，强调摆线针轮更适合高负载重载工业环境。

图表5-6：轻量化设计文献、专利与企业布局

• 汇总了多项相关专利与技术方案，阐释了集成设计和拓扑优化对减速器体积和重量的影响。

- 企业布局图表显示智同科技、禾川科技、动易科技等国内龙头企业在摆线针轮减速器开发上的活跃程度，反映产业链集中度和研发投入趋势。

• 企业应用细节显示多家企业开始实现小批量供货，验证技术可落地。

图表7：轻量化材料性能参数对比

• 合金与工程塑料、钢材的密度、熔点、导热率、比强度及市场价格一览，清晰表达镁合金相较铝合金和钢的重量优势，PEEK在刚性、强度、耐腐蚀性上的优势及成本压力。

- 比较数据为材料选取提供定量参考。

图表8-9：半固态镁合金压铸设备及工程塑料抗腐蚀性能

• 压铸设备厂家规格、技术特点、客户案例表明产业化初期的硬件支撑情况。

- 多种工程塑料对酸碱及溶剂的耐受能力，展示PEEK优异的化学稳定性。

图表10：PEEK产业链结构图

• 从上游原料（氟酮、对苯二酚）到中游加工及下游应用详细描绘，明确产业链较长且制造壁垒高。

图表11：零部件加工方案对比

• MIM技术与粉末冶金、压铸、CNC机加工在密度、精细度、复杂程度等维度分析，突出MIM适合小型复杂件的优势。

- 强调MIM的成本优势对复杂件尤为明显。

图表12-13：中国金属注射成型市场

• 市场规模同比增长趋势图及细分行业客户结构，手机、智能穿戴、电脑占据主导，为未来机器人精密零件制造提供广阔市场空间。

图表14-15：位置传感器对比与产业链

• 细分光电编码器、旋转变压器和磁编码器优缺点，突出旋转变压器在恶劣环境和高可靠性场景下的优势。

- 产业链涵盖从原材料磁性与绝缘材料供应、制造商到下游汽车、新能源、机器人市场，完整呈现市场逻辑及主体结构。

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四、估值分析

报告主要聚焦产业与技术趋势，对财务估值模型未做详述，行业与公司估值多以未来量产应用带来的市场空间和技术成熟度推断：

• 镁合金机器人结构件市场空间预估达数十亿元规模；

- MIM加工零件因市场复合增长率约11.6%，为核心中上游供应链带来持续成长预期；

• 旋转变压器传感器市场在2028年预计达104亿美元。

报告没有具体目标价与估值敏感性分析，着重披露量产技术路径与产业链布局，提供稳健的基础分析框架。[page::5,7,9,10]

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五、风险因素评估

• 量产节奏不及预期：下游工业应用和消费级人形及四足机器人需求不达预期，将直接影响产业链企业盈利；

- 技术路线不确定性：传动系统（减速器）、传感器、结构件技术方案分散，未达最终收敛，未来技术偏好与标准化可能造成先期投入风险；

• 材料与工艺挑战：镁合金半固态加工的安全性和稳定性，PEEK制造难度与高成本，MIM加工规模化挑战均可能影响应用推广；

- 资本支出与创新速度：研发与产线投入周期较长，技术创新带来资本压力，竞争态势激烈，技术迭代速度可能超出部分企业承受能力。

报告对风险有所提示，但较少量化或缓解策略，重点提醒投资者关注产业链上游技术与市场成熟度的双重落地挑战。[page::0,11]

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六、批判性视角与细节观察

• 报告对摆线针轮减速器寄予厚望，强调其与RV减速器技术同源及集成化潜力，但尚未全面突破体积和复杂性限制，当前多处技术方案仍在验证阶段，且成本区间较谐波和传统行星减速器略高；

- 人形机器人硬件创新空间虽被看好，但市场真正规模化及标准化进展未明，产业链布局呈现较为分散状态，产业集中度及技术路线收敛尚有待观察；

• 轻量化材料和工艺创新如PEEK、MIM等尽管具备先进性，但高投入、高成本特征将限制短期应用范围，需观察下游客户接受度；

- 旋转变压器传感器虽具高性能优势，但相对较高的成本和较大体积可能限制在成本敏感或空间受限的部位普及；

• 报告中提及的技术进步和产业合作多偏重国内企业表现，可能对国际竞争与技术壁垒讨论较少，存在一定的内容局限。

综上，报告虽为行业技术全景提供洞察，但依赖技术判定较多，未过度夸大，仅谨慎提醒风险，整体立场审慎稳健。[page::0-11]

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七、结论性综合

本报告系统梳理了2025年全球及中国人形机器人硬件创新的技术路径和产业趋势，强调了量产阶段硬件技术的质变，而不仅仅是功能叠加。关键洞察包括：

• 摆线针轮减速器凭借大扭矩、高抗冲击、适度精度，特别是通过集成化设计和拓扑优化正成为人形机器人关键高负载关节减速方案，有望替代传统谐波和行星减速器在下肢等场景的应用，驱动相关制造企业研发投入与市场扩张；

- 轻量化材料（镁合金、PEEK、改性塑料）使用，结合半固态镁合金压铸等先进加工工艺，推动机器人负重下降，实现续航提升和响应加速，符合未来工业需求刚性；

• MIM加工工艺突破形状复杂件批量生产瓶颈，适配成本敏感、结构要求复杂的机器人零件制造，发挥规模效应；

- 传感器领域旋转变压器因其优异的工业适应性，尤其在高频动态工况及强干扰环境的人形机器人关节中，正成为可能的技术替代方向，特别是对应编码器的高端增量需求；

• 产业链布局多样且活跃，体现技术与资本联动，市场规模将因量产节奏提升而显著扩张；

- 技术路线的未最终收敛与下游需求的成长速度是当前两大风险，企业和投资需重点关注。

最终，中金研究团队未给出直接评级与估值目标，但通过技术和产业分析，引导行业关注人形机器人从原型机交付向多批量、量产导向迭代创新的硬件基础构建，强调摆线针轮减速器、轻量化材料、MIM工艺与高可靠传感器的协同演进是未来关键突破口。

图表中，摆线针轮减速器性能优异，镁合金与PEEK展示了显著的轻量化潜力，MIM加工为复杂件制造提供支持，旋转变压器在传感器生态中表现突出，这些都是支持技术迭代与产业升维的核心支点。[page::1-11]

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总结

这份《人机系列03：量产背后的硬件创新》报告为人形机器人核心硬件的创新提供了详细的产业链视角和技术解析。通过扎实的技术梳理和企业合作案例，报告显著揭示了硬件创新如何催生人形机器人从“原型”向“量产”转变的阶梯，尤其突出了多项创新产品及技术方案在量产筹备阶段的关键作用。风险提示严谨，不失客观，有助于业内外理解和预判未来产业发展动态。

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报告