电力设备与新能源行业人形机器人深度研究系列八：谐波减速器，差齿传动，持续进化

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业电新首席证券分析师 ：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn电动车首席证券分析师 ：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn联系电话：021-601997932025年5月30日谐波减速器：差齿传动，持续进化——人形机器人深度研究系列八2摘要数据来源：东吴证券研究所◆ 减速器的技术壁垒高度集中于齿形设计、材料制备、精密加工及设备：谐波减速器对使用寿命、传动精度、传动效率、刚度、升温、噪声等性能指标要求高，海外哈默纳克各方面性能领先于国内厂商。齿形设计方面，哈默纳科IH齿形专利形成垄断，国内厂商通过P齿形、LS齿形等自主方案实现突破，但啮合效率与寿命仍存差距；材料端，柔轮需采用40Cr合金钢等具备高疲劳强度与纯净度的特种材料，杂质控制水平将影响寿命；工艺设备端，谐波减速器属于精密加工，主流采用滚齿或插齿工艺，设备依赖于进口。◆ 人形机器人驱动爆发增长，2027年谐波减速器或现供需拐点：传统工业领域（工业机器人占83%）2024年需求约200万台，年增速8-10%，相对稳定；人形机器人单机谐波用量平均10个+，在特斯拉、Figure AI等引领下，2027年全球人形销量或超50万台，对应谐波需求600万台，叠加传统需求总量达880万台。供给端，2025年全球有效产能500万台（哈默纳科220万+绿的50万），产能利用率不足50%，但2027年需求激增或致供给缺口超20%，且远期谐波全球空间近2千亿。◆ 竞争格局加速重构，国产替代主导人形增量需求，率先绑定海外客户弹性大：2024年哈默纳科全球份额58%（收入口径），国内形成明显梯队，绿的全球份额为15%，为第一梯队；来福、大族、同川、中技克美处于第二梯队，全球份额1-5%；而中大力德、瑞迪、国茂、昊志机电处于第三梯队，在传统领域，已形成销售规模。近年新进入者蜂拥而至，聚焦人形领域，积极拓展客户，看好具备优秀制造基因、技术基础、客户优势的厂商。主流型号谐波价格1-2k/台，价格呈小幅下降趋势，未来仍有明显下降空间，但降本空间大，谐波制造成本占比超50%，规模化后，可维持25-35%。由于海外人形公司谐波用量多，率先进入海外供应链厂商，业绩弹性大。◆ 投资建议：人形机器人产业爆发确定性强，2027年谐波减速器或供不应求，看好率先绑定龙头客户，特别是海外大客户企业，并看好技术和工程化能力强的新进入，未来可在行业获一席之地。推荐标的绿的谐波（国内谐波龙一，海外客户对接进展快）、科达利（工程化能力强、且具备客户基础）、斯菱股份（工艺协同）、双环传动（协同、客户优势）、中大力德（多种减速器协同），并建议关注中鼎股份、美湖股份、大族激光、汉宇集团、瑞迪智驱、隆盛科技、国茂股份、翔楼新材、昊志机电、丰光精密、丰立智能等。◆ 风险提示：人形机器人销量不及预期，竞争加剧，价格下降3目录PART1 设计、材料、工艺、设备造就谐波减速器高壁垒PART2 人形机器人带来谐波需求爆发，产业方兴未艾PART3 深度绑定海外人形客户，成长空间广PART4 投资建议&风险提示4PART1 设计、材料、工艺、设备造就谐波减速器高壁垒◆ 减速器是旋转执行器的核心部件，分为谐波减速器、行星减速器、RV减速器，人形多使用前二者。减速器是一种机械传动装置，其主要功能是降低转速并增加扭矩。减速器可分为谐波减速器、行星减速器和RV减速器，其中人形机器人主要使用谐波减速器和行星减速器。其中，谐波减速器体积小、重量轻、精度高，但软轮抗冲能力差、寿命有限、成本较高。行星减速器虽精度有限，但承载力和抗冲击力好于谐波。◆ RV减速器优化后未来有望用于人形部分关节。RV减速器主要用于工业机械臂，摆线减速器为RV一种，摆线轮与针齿啮合的原理，天生具备大扭矩和抗冲击性，目前已经过厂商优化，大幅缩小体积、提高精度。数据来源：绿的谐波招股说明书，哈默纳克官网、东吴证券研究所5谐波减速器：人形机器人旋转执行器的核心部件图：谐波减速器 VS 行星减速器 VS RV减速器谐波减速器行星减速器RV减速器体积小重量轻传动比中（单级70-500）传动效率低（75-90%）精度高（0.1-1弧秒）承载力低价格（1000元-1500元）体积大重量高传动比高（50-1000）传动效率中（85-90%）精度中（1弧分以内）承载力高价格（3000元-5000元）体积小重量轻传动比低（单级10以内）传动效率高（95%）精度低（3弧分以内）承载力中价格（300元-500元）人形机器人关节机器狗、人形机器人关节工业机器人◆ 谐波减速器构成相对简单，由柔轮、刚轮和波发生器组成，传动原理为柔轮和刚轮间的错齿运动。谐波减速器的核心是柔轮的弹性变形和齿轮啮合的错齿运动，传动过程为通过波发生器让柔轮变形，柔轮外齿与刚轮内齿依次啮合来实现减速。◆ 最常见为双波传动，即柔轮比刚轮少两个齿，如刚轮200齿，柔轮198齿，电机带动波发生器转动一圈，柔轮旋转2/200圈，反方向错位2个齿，此时减速比达到100。通过调整柔轮和刚轮的相对齿数，可以获得不同的减速比，单极传动可达70-500，某些装置可达1000，多级传动可达30000以上。数据来源：来福谐波官网，哈默纳克官网，电子元件技术网，东吴证券研究所6结构：由柔轮、刚轮和波发生器组成，为错齿运动图：谐波减速器结构组成图柔轮波发生器刚轮图：谐波减速器的运动原理波发生器：由椭圆形的凸轮和滚动轴承组成，通过自身的旋转使柔轮产生可控的弹性变形柔轮：是一个薄壁圆筒形的外齿轮，能够产生较大的弹性变形刚轮：是一个内齿圈，通常固定在机壳上，齿数比柔轮多2个齿运动原理：由通过波发生器让柔轮变形，然后与刚轮啮合来实现减速。一般为固定刚轮，利用电机带动波发生器，柔轮长轴两端的外齿与刚轮内齿啮合而短齿外齿脱开，转动过程中，椭圆凸轮迫使柔轮不断变形，使得柔轮外齿同刚轮内齿依次啮合。◆ 谐波减速器关键性能指标为使用寿命、传动精度、传动效率、刚度、升温、噪声等。哈默纳科性能行业最优，使用寿命可达10年以上，传动平稳性高，噪音和震动较小，抗冲击能力强，而国内厂商多数使用寿命在2-3年，高温高转速下存在噪音、漏油等问题。哈默纳科在材料热处理、齿形设计(IH齿形专利)、精密加工、润滑技术等方面领先，在全球市占率约50-60%，在高端市场占比超70%。数据来源：哈默纳克官网，绿的谐波官网，来福谐波官网，东吴证券研究所7性能要求：长寿命、高精度、稳定运行，HD性能领先表：谐波减速器关键性能及厂商差异指标哈默纳克绿的谐波二线厂商常用减速比高减速比：重载低速场景（关节机器人）低减速比：告诉轻载场景30:1~320:130:1~200:130:1~160:1直径小直径与大直径生产难度大最小外直径6mm最小外直径6-8mm最小外直径8-10mm传动精度输出轴实际位置与理论的偏差，单位角分（arcmin）≤1arcmin（高端可小于0.3）1-3arcmin3-5arcmin传动效率影响能耗与发热80-90%75-85%70-80%扭矩刚度抵抗扭矩变形的能力，刚度越高，振动越小10-50Nm/arcm