机器人行业轻量化深度报告：机器人轻量化大势所趋，镁合金-PEEK材料加速应用

机器人轻量化深度报告机器人轻量化大势所趋，镁合金&PEEK材料加速应用证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分1首席证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002zhouersh@dwzq.com.cn证券分析师：钱尧天执业证书编号：S0600524120015qianyt@dwzq.com.cn2025 年 6 月 12 日21. 人形机器人为何需要实现轻量化？ 轻量化设计就是在满足机器人功能和性能要求的前提下，通过优化结构、选用轻质材料、改进制造工艺等手段，尽可能地减轻机器人的重量。通过轻量化减重，人形机器人可以实现更长的续航以及更高的运动动态响应速度。当前人形机器人主机厂普遍将“轻量化”作为迭代核心之一，通过自研高扭矩密度电机、拓扑优化结构、一体化伺服模组、碳纤维及复合材料等手段持续降低整机质量，头部人形机器人厂商的机器人产品迭代大多伴随着整体重量的减轻。目前机器人轻量化主要采用铝合金、镁合金（或铝镁合金）、碳纤维和高性能工程塑料PEEK等材料，但单一材料难以兼顾强度、刚性、成本与加工工艺。我们判断未来趋势是镁合金、碳纤维、PEEK等多材料协同应用，按功能分区优化设计。2.镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升 镁合金密度仅为铝合金的2/3，却在比强度、减震性、电磁屏蔽性和加工性能等方面展现出综合优势。尤其适用于对轻量化、吸能性和成型效率要求较高的结构件。过去镁合金高成本、成型工艺复杂性与耐蚀性三大问题制约其工业化落地，价格与工艺的同步改善助推镁合金渗透率提高。价格方面：2021年前镁铝价格比长期高于1.5，镁材渗透动力不足；近年来伴随镁材价格走弱，镁铝比降至接近1.0，价格压力逐步缓解。工艺方面：半固态镁合金压铸工艺提高镁合金加工工艺安全性，复合涂层工艺提高镁合金抗腐蚀与抗氧化能力，镁合金使用性能不断提高。近年来压铸机龙头企业纷纷布局半固态镁合金压铸设备，星源卓镁采购了伊之密的镁合金压铸设备用于生产新能源汽车零部件，博奥镁铝采购海天金属的镁合金压铸设备用于加工仪表盘横梁支架。埃斯顿与宝武镁业合作推出了镁合金打造的工业机器人，整体减重11%，节拍提升5%，能耗降低10%，性能表现优异。我们判断镁合金未来有望逐步渗透人形机器人部件。3. PEEK材料：综合性能优异，有望应用于核心关节零部件 PEEK具有机械特性好、阻燃性好、耐磨、耐腐蚀、耐水解性、耐热、耐剥离以及生物相容等一系列特点。与金属材料相比，PEEK 性能全面胜出。PEEK比强度大，在满足强度要求的前提下，可以大幅度减小材料本身的自重，此外 PEEK 在绝缘性、耐化学性方面均优于普通金属。目前制约PEEK材料大规模使用的主要因素为成本较高，原因在于：①PEEK材料生产工艺复杂，扩产难度高且周期长，供给端无法快速放量降本；②核心原材料氟酮市场空间小竞争格局集中，企业降价意愿低。人形机器人打开PEEK材料应用场景，其成本有望逐步下探，我们判断PEEK材料可最先用于人形机器人核心部件中的以塑代钢。4.投资建议 镁合金压铸领域建议关注【旭升集团】【宝武镁业】【星源卓镁】，PEEK材料领域建议关注【中研股份】【沃特股份】【新瀚新材】【中欣氟材】。5. 风险提示 人形机器人量产不及预期，PEEK材料降本不及预期，宏观经济风险。投资要点：3目录1.人形机器人为何需要实现轻量化？2.镁合金：成本下探&压铸工艺渐近成熟，镁合金渗透率有望逐步提升3.PEEK材料：综合性能优异，有望应用于核心关节零部件4.投资建议与风险提示1.1轻量化：机器人领域的降本增效密码⚫ 新能源汽车轻量化可显著提升续航：根据星源卓镁招股说明书，车重对新能源车续航影响较大，相同带电量情况下，汽车减重10%能够提升7%的续航能力。⚫ 人形机器人实现轻量化的意义：1）续航：与新能源车通过减重提升续航相同，机器人减重同样可以提升续航能力。“首届机器人半程马拉松挑战赛”中天工Ultra采用碳纤维材料进行减重，显著提升了续航能力，并在比赛中夺冠。2）响应速度：通过轻量化设计，机器人各个关节以及躯干实现减重，可以降低人形机器人各个关节在运行时的转动惯量。转动惯量越低，人形机器人电机实现加速与减速所需扭矩更低，在运动中就表现为更高的动态响应速度。试验车总重量（kg）行驶里程（km）行驶里程对比重量对比118576增加7%减重10%131771--144867减少6%增重10%表：车重对新能源车续航里程的影响图：马拉松比赛夺冠的天工Ultra进行了轻量化设计数据来源：中国电子报，星源卓镁招股说明书，东吴证券研究所45Tesla Optimus宇树科技智元优必选产品名称Gen1Gen2H1G1远征A1远征A2灵犀X1灵犀X2Walker XWalker C图片发布时间2022年9月 2023年12月2023年2025年2月 2023年8月 2024年8月 2024年8月 2025年3月 2021年7月 2025年1月重量73kg63kg47kg35kg55kg69kg33kg35kg63kg43kg轻量化发展从73kg减至63kg（↓13.7%），采用碳纤维复合材料、拓扑优化结构，减少冗余设计；Gen-2关节集成度更高，能耗降低自研高扭矩密度电机直驱，取消液压系统；G1胸腔采用航空级碳纤维+钛合金部件，整机35kg（比H1↓25.5%）远征A1初始55kg，灵犀X1降至33kg，采用轻量化腿部模组和新型复合材料，提升能效比，重心更低、运动更稳定Walker C仅43kg，比Walker X（63kg）轻量化显著，采用一体化伺服模组和轻质外壳材料设计，适配商用服务场景图：主流厂商轻量化发展1.2机器人轻量化已是大势所趋⚫ 随着人形机器人向通用人工智能平台和真实环境应用不断推进，整机的结构重量成为制约运动性能、能效比、续航时长和场景适应性的关键因素。当前主流厂商普遍将“轻量化”作为迭代核心之一，通过自研高扭矩密度电机、拓扑优化结构、一体化伺服模组、碳纤维及复合材料等手段持续降低整机质量。数据来源：各公司官网，东吴证券研究所6轻量化材料密度（g/cm3）熔点（℃）导热率（W/mK）比强度（δ/ρ）屈服强度（Mpa）抗拉强度（Mpa）市场价格（元/千克）合金镁合金1.859854-61191130-160150-25040-50铝合金2.759510057160200-45055-60钕铁硼7.62650~7001.05-1.44**60-100135-250工程塑料PEEK1.3-1.453340.2-0.47314297300-400PPS1.32800.25-03570*86.2100-500UHMWPE0.935130-136***890090-100PA1.15210-2900.2-0.46*50-80*10-20ABS1.031980.993*9610PC1.232700.1995*11813碳纤增强PEEK1.6347*约钢材的43倍*120-138*碳纤维1.5-2800-1000100-155*6002000-7000120-150钢材普通钢7.81-7.851370~151540-60100-400*1500