人形机器人行业深度研究系列九-人形机器人轻量化：产业化前夕的进修课，应用为重

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业证券分析师：曾朵红、谢哲栋；研究助理：许钧赫执业证书编号：S0600516080001、S0600523060001、S0600123070121联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-601997982025年7月12日人形机器人轻量化：产业化前夕的进修课，应用为重——人形机器人深度研究系列九2◆轻量化是人形机器人商业化前夕的进修课。轻量化可以解决当前人形机器人行业的几大痛点—续航、散热、零部件性能不达标、灵活度不足等，因此特斯拉、优必选等主流主机厂正在发力。从路径上看，主要分为结构轻量化（参数优化/拓扑优化/形态优化/集成化来实现“0成本”轻量化）及材料轻量化（轻金属、工程塑料等）。由于轻量化之路刚刚开始，基于材料本身设计结构仍处早期，结构轻量化受制于技术路径未收敛及企业跨界能力有待提升等因素进展较慢，材料轻量化是当前的主流路径。◆工程塑料—PEEK：工程塑料金字塔的顶端。PEEK材料位于工程塑料金字塔的顶端，性能优异，具有机械特性好、耐热等级高、耐腐蚀、加工特性优异等特点，主要应用于航空航天及汽车、电子电器等领域。24年PEEK价格高达约30万元/吨，原材料氟酮为主要来源（成本占比50%），价格达12万元/吨，主要系氟酮和PEEK工艺&产能为铸就较高壁垒，其中PEEK的熔指、黏度、结晶性等核心指标的平衡以及后期进一步改性优化性能，过程冗长，变量多且难以控制。需求端，24年全球/中国PEEK市场空间为61/19亿元，预计2027年将达85/28亿元，CAGR分别为11%/13%。供给端，21年海外三大巨头（威格斯、索尔维、赢创）市占率合计达86%，中研股份仅8%。◆金属材料—镁合金：成熟应用，经济性凸显。镁合金是优质的轻质合金，具备比强度高、延展性好、抗电磁干扰能力强等有点，在汽车轻量化中已成熟应用。价格端，截至5月镁价处于低位，镁铝价格比仅0.87（价格比=1.29，镁铝成本基本一致），在轻量化的同时实现降本。应用端，宝武镁业和埃斯顿联合推出镁合金工业机器人“ER4-550-MI”，实现减重11%，能耗降低10%，节拍提升5%，同时在减震、电磁屏蔽和散热方面有所提升，而在人形机器人中镁合金能耗降幅有望更多，在骼、外壳等部件应用可期。◆工程塑料—尼龙PA：柔韧性优异，应用成熟。PA6和PA66是具有优异抗冲击性和柔韧性的工程塑料，需求成熟稳定，2018-2023CAGR不足5%，PA6格局分散，2022年产能CR4不足25%，PA66较为集中，CR3（神马股份、英威达、华峰集团）达75%。应用端，PA在汽车发动机、燃油供给系统、电气系统、底盘系统等已大量成熟应用，同时碳纤维增强后在工业机器人谐波减速器刚轮及第七轴驱动系统中的丝杠。◆人形机器人轻量化：材料为辅，应用为重。在整机重量分布中，关节模组占比较大（约40%），结构件次之（约30%），外壳占比仅10%，因此：1）谐波减速器：PEEK刚轮是减重首选，头部厂商已有专利布局，新进入者已发布相关产品（科达利子公司25年4月发布多款Peek材料谐波减速器）；2）滚柱丝杠：采用PEEK减重效果突出，可通过碳纤/玻纤改性增强，在强度和刚性层面达到要求，但加工难度大，精度&效率均难以保证；3）无框电机：轻量化的路径包括材料选择/集成化/磁路优化/制造工艺，其中核心是磁材选择和磁路设计；4）壳体及结构件：需要刚性&韧性共同提供支撑及保护，但相对核心传动部件来说，性能要求较低，镁合金工艺成熟且性价比突出，短期推广可行性大，尼龙PA具备高强度&柔韧性&耐腐蚀性，长期2C端有望放量，当前1X Technologies即采用编制尼龙作为外壳。综合测算下，百万台人形机器人（旋转&线性关节）中，PPS/改性PEEK/镁合金/改性尼龙市场空间分别为1/20/3/3亿元。综合考虑市场空间、竞争格局、技术难度：PEEK>镁合金>尼龙。◆投资建议：轻量化是人形机器人商业化前夕的进修课，材料轻量化是当前的主流路径，轻量化应用推荐标的：科达利，建议关注：肇民科技、恒勃股份， PEEK建议关注：中研股份、新瀚新材、中欣氟材， PA尼龙建议关注：南山智尚，镁合金推荐标的：旭升集团，建议关注：宝武镁业。◆风险提示：人形机器人销量不及预期，竞争加剧，价格下降2摘要目录PART2 结构轻量化：方案确定后的0成本优化3PART3 材料轻量化-镁合金PART1 轻量化：人形机器人量产前夕的进修课PART6 产业链标的梳理PART4 材料轻量化-PEEKPART5 材料轻量化-尼龙PART7 投资建议&风险提示4PART1 轻量化：人形机器人量产前夕的进修课◆ 轻量化是人形机器人商业化前期前夕的进修课。轻量化可以解决当前人形机器人行业的几大痛点—续航、散热、零部件性能不达标、灵活度不足等：◆ 提高续航：通过减少重力势能&转动惯性实现静态&动态功耗降低，进而提升续航；◆ 零部件要求降低：减重可以减少轴承、连接件的称重与摩擦，电机功率需求降低等；◆ 提升灵活度：降低零部件惯性，控制更加灵活，进而提升通用性；◆ 易于搬运：当前机器人需要两位成年男性搬运，减重后可单人搬运，易于推广。数据来源：机器人大讲堂，东吴证券研究所5轻量化：人形机器人商业化前夕的进修课图：轻量化优势优势原理提高续航重力势能减少，惯性减少-能耗降低零部件要求降低电机功率需求减少，驱动器算法难度降低，散热要求降低提升灵活度控制部件重量减轻，电机控制更加灵活易于搬运当前机器人需两位成年男性搬运，不利于推广◆ 轻量化产业趋势确定，当前主流主机厂正在发力。特斯拉于AI Day 2022发布Optimus首个原型机，身高1.72米，体重73kg，而2023年12月特斯拉发布第二代人形机器人，在增加颈部两个自由度及迭代为11自由度灵巧手外，全身质量由73kg减少为63kg，实现行走速度提高30%。此外，在北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松赛事中，青心Orca I 、行者二号、天工Ultra等均进行轻量化设计，减少跑步时冲击力并提升续航。数据来源：各公司官网，东吴证券研究所6轻量化：产业趋势确定，多家主机厂正发力图：主流人形机器人历代产品性能对比参数特斯拉优必选宇树科技产品Optimus Gen1 Optimus Gen2Walker（第二代）Walker XH1G1（入门版）发布时间2022年9月2023年12月2019年1月2021年7月2023年8月2024年5月身高（cm）172172145130180130体重（kg）736377634735自由度404032371932最大行走速度（米/秒）较上一代提升30%0.833.32续航（h）2-48222◆ 轻量化的两种路径：当前人形机器人轻量化的路径可以分为结构轻量化和材料轻量化——◆ 结构轻量化：通过参数优化/拓扑优化/形态优化/集成化来实现“0成本”轻量化；◆ 材料轻量化：当前主流的方式是采用镁铝合金或“以塑代钢”实现性能达标下的密度降低；◆ ——由于轻量化之路刚刚开始，基于材料本身设计结构仍处早期，未来可期。数据来源：东吴证券研究所绘制7轻量化：可分为结构轻量化和材料轻量化图：轻量化路径轻量化结构轻量