人形机器人行业深度报告：人形轻量化大势所趋，镁合金-“以塑代钢”是核心

人形轻量化大势所趋，镁合金&“以塑代钢”是核心——人形机器人行业深度报告证券分析师：黄细里执业证书编号：S0600520010001证券分析师：郭雨蒙执业证书编号：S0600525030002二零二五年七月九日证券研究报告请务必阅读正文之后的免责声明部分2报告核心观点◼人形机器人轻量化大势所趋，原材料+工艺设计为核心。轻量化可解决人形机器人续航不足、灵活度较低、散热能力差等多项问题，主要路径可分为结构优化、零部件性能提升、原材料替换三大类。其中，从特斯拉Optimus角度出发，原材料替换或为短期主流，其主要将传统铝合金、不锈钢等替换为镁合金、高性能工程塑料（PEEK、PPS）等。◼镁合金电磁屏蔽&散热效率更高，降本增效明显。镁合金优势明显：1）镁合金减重效果优于铝合金，当前镁铝原材料价格比持续维持低位，镁合金成本优势凸显；2）半固态工艺解决镁合金耐腐蚀性问题，且人形机器人零部件体积重量远低于汽车，设备壁垒更低；3）工业机器人已有应用，产品&工艺具有一定可迁移性。◼工程塑料密度极低，机械强度、韧性与稳定性优异，轻量化趋势下的塑料革命打开市场增量空间。我们重点关注了PEEK/PPS/PPA的应用，主要原因为：1）PEEK：可应用于关节轴承、减速器齿轮等，国产替代趋势明显，市场稳步增长，下游聚焦高价值应用；2）PPS：可应用与电机端盖、传感器外壳等，工业化技术成熟，产能自给率逐年提升；3）PPA：可应用于结构支架、连接器等，国内企业持续发力，逐步产业化。通过测算材料经济性，我们初步进行市场价值量排序：PEEK>PPA>PPS，人形机器人的落地有望为工程塑料将带来十亿量级市场空间。◼投资建议：关注镁合金压铸头部企业【宝武镁业】、【星源卓镁】，推荐人形机器人轻量化关节件企业【旭升集团】；关注工程塑料头部企业【肇民科技】、【沃特股份】、【中研股份】。◼风险提示：人形机器人产业化落地进程不及预期；人形机器人技术路线变更；原材料成本上涨超预期；新材料替代风险。3目录1.从下游整机看机器人轻量化趋势2.成本下行&技术突破为镁合金输入新动力3.高性能工程塑料掀起“以塑代钢”革命4. 投资建议及风险提示41. 从下游整机看机器人轻量化趋势5◼ 从下游主机厂角度出发，同系列产品轻量化趋势明显：1）优必选Walker C在身高增加33cm的基础上将重量降低了20kg；2）天工Ultra的整机重量为55kg，较天工1.2MAX降低5kg；3）特斯拉Optimus从最初的Gen 1的73kg降低至Gen 2的63kg。1.1. 人形机器人轻量化成为主要趋势表：人形机器人部分产品的重量迭代优必选（Walker系列）Tesla（Optimus系列）天工机器人产品Walker XWalker CGen1Gen2天工1.2MAX天工Ultra产品图发布时间2021年2025年2022年2023年2024年2025年重量63kg43kg73kg63kg60kg55kg身高130cm163cm173cm/173cm180cm数据来源：各公司官网，澎湃新闻，焉知汽车，IT之家，东吴证券研究所6◼ 从新能源汽车角度出发，整车重量与续航呈负相关，此现象依然适用于机器人。与工业机器人不同，人形机器人体积更小，所搭载的电池包更小，而当前人形机器人的续航仅为2小时，无法适配大部分应用场景，因此对轻量化提出了更高的要求。卓益得人形机器人通过减重40%，将续航时间提高至6小时。◼ 人形机器人自重与性能挂钩，轻量化势在必行：1）过高的自重会影响人形机器人的灵活度，使其无法满足精细化场景需求；2）过高的自重会导致人形机器人关节处的电机及其余零部件的负载压力过大，使得电机发热现象严重及零部件磨损加大，进一步影响人形机器人的使用寿命。1.2. 轻量化可解决人形机器人“痛点”问题图：新能源汽车重量与续航的关系图：卓益得机器人数据来源：沐风机械，卓益得机器人官网，上海科技，东吴证券研究所7◼ 人形机器人实现轻量化主要可通过结构优化、零部件替换、原材料替换三个角度出发。➢ 结构优化主要可通过集成化设计、仿生结构设计、去冗余设计来降低所需零部件数量。其中，主流的方案为拓扑优化，如天工Ultra在腿部连杆等多处承力结构进行材料分布优化，在不影响整机性能的情况下大幅降低自重。➢ 零部件替换主要通过采用更高性能的产品实现，如采用更高效率和功率密度的电机，使得其能够在较小的体积和重量下输出较大的功率，进而降低所需电机数量。➢ 原材料替换主要通过采用质量更轻的材料来打造人形机器人，如铝合金、镁合金、高性能工程塑料等，主要替换部位为机器人外壳、精密零部件等。其中，精密零部件的原材料更换应用较多，如科盟创新采用PEEK材料打造谐波减速器，减重61%。1.3. 人形机器人轻量化主要路径数据来源：人形机器人发布，科盟创新机器人官微，高工人形机器人，东吴证券研究所图：拓扑优化可大幅降低零部件重量图：科盟创新基于PEEK材料的谐波减速器产品8◼ 从特斯拉角度看，轻量化主要从原材料角度出发。当前，人形机器人用量较多的轻量化材料为铝合金，但方案或将切换。Optimus Gen2手臂部位采用连续碳纤维增强 PEEK（CF/PEEK）复合材料，相比传统铝合金和不锈钢，重量减轻70%，整机重量降低10kg。◼ 原材料替换主要逻辑为采用更低密度的金属材料。碳纤维、镁合金、高性能工程塑料的密度都显著低于不锈钢、高强度钢、铝合金等主流轻量化材料为基准。从性能角度看，高性能工程塑料、镁合金与铝合金的屈服强度和比强度相差无几，原材料替换时对结构强度的影响可以忽略不计；碳纤维材料的屈服强度和比强度远高于其他轻量化材料，但受限于成本无法大规模应用。因此，镁合金及高性能工程塑料或为主流替换方案。1.4. 原材料替换大有可为数据来源：趣味材料与结构，思瀚研究院，人形机器人产业通，东吴证券研究所表：各类轻量化材料参数对比金属材料产品密度(g/cm3)屈服强度/拉伸强度(Mpa)比强度(MPa/((g/cm3))不锈钢304821526.9高强度钢-7.8800+-铝合金6061-T62.7276102.2钛合金Ti-6Al-4V4.43840187.4碳纤维-1.5-1.81500-5000830-3300镁合金AZ31B1.78220123.6高性能工程塑料PEEK1.3-1.5200-300130-23092. 成本下行&技术突破为镁合金输入新动力10◼过去牵制镁合金大规模应用的因素为工艺和经济性。以汽车领域为例，大规模使用的轻量化材料以铝合金、高强度钢为主，镁合金用量较小，碳纤维材料主要用于高端车型（超跑等）。此外，镁合金电磁屏蔽效能较铝合金可提升约30%，可有效保护机器人内部电路免受干扰，叠加更高的散热效率，故而相较于汽车赛道，镁合金更适配人形机器人。◼从轻量化角度看，铝合金的上位替代为镁合金、碳纤维材料等。其中，镁合金密度为铝合金的2/3，过去原材料成本较高，且工艺复杂；碳纤维材料虽能大幅降低产品重量，但成本高昂使得终端产品的价格定位较高，无法大批量应用。而当前，镁合金原材料成本下行以及镁合金制造工艺的不断拓展和优化，使得镁合金性价比逐渐凸显，过去的牵制因素有望得到优化。2.1. 为什么看好镁合金的应