人形机器人系列专题之新型减速器:摆线减速器有望成为人形机器人新的迭代方向.pdf

核心观点
当下人形机器人已走过产品定义阶段,向功能实现、商业化落地方向演进,围绕软硬件的升级优化及二者的适配和耦合成为后续的迭代重心。目前多数人形机器人产品已逐步完成基本功能实现阶段(基础运动、轻负载),但距大规模商用和家用场景落地仍有一定提升空间,预计后续迭代的方向主要围绕软(模型泛化能力)和硬(方案优化升级),以及软硬件的耦合等方面。硬件方面,我们预计后续的迭代方向主要包括高负载、轻量化、高散热和低能耗、稳定性和灵活性、低成本等方面去做进一步迭代升级。
摆线/新型减速器较行星精度更高+较谐波负载能力更强,有望用于人形机器人关节。当前人形机器人关节模组以行星、谐波减速器方案为主;1)行星方案:结构简单、成本低,但背隙大影响精度,且采用多级结构会增大体积重量;2)谐波方案:精度高,但柔轮反复变形导致抗冲击性、寿命与可靠性相对不足,限制其高负载场景应用(Optimus下肢依赖负载能力的丝杠)。摆线减速器方案(或升级迭代版本)具减速比大、传动效率高、传动精度高、承载能力强、成本相对适中等特点,较行星精度更高、较谐波负载能力更强、较传统RV体积重量更小。若对摆线方案进行迭代升级,有望使其适配一定的需求场景,有望成为人形机器人减速器迭代的新方向之一。
摆线/新型减速器有望在人形机器人下肢→腰髋→其他关节部位实现逐步搭载,空间有望超140亿元。目前摆线减速器主要用于环保、电力、化工等领域,据QY Research,未考虑人形需求下2029年全球空间有望达170亿元;人形领域,随摆线(新型)减速器在结构、材料、零件等的优化升级,有望在人形关节上实现逐步渗透:从负载需求最高的下肢(或用丝杠),到高负载要求的腰髋环节,再到肩部、手肘、手腕等环节,从而打开增量空间,初步估算2030年人形机器人用新型减速器市场空间有望超140亿元人民币。
摆线减速器壁垒高,车端齿轮玩家以及具备RV减速器能力禀赋的玩家有望切入。摆线减速器由摆线轮、针轮、偏心轴、轴承等零件组成,设计与工艺均复杂,且往往需磨齿机、磨床、热处理等精密加工设备,且其迭代升级也需要较多研发投入,具较高的行业壁垒,我们认为在车端减速器/差速器齿轮(磨齿、锻造等加工能力+工程化能力强+优质主机厂资源)和RV减速器(摆线与RV技术同源+构成类似)等方面有禀赋的玩家有望顺势入局。
风险提示:行业进展不及预期,技术发展不及预期。
投资建议:车端齿轮玩家及具备RV减速器能力禀赋的玩家具备先发优势。看好技术升级迭代下人形机器人发展,推荐在RV/行星/摆线等减速器方案有所储备的公司双环传动、豪能股份、福达股份、精锻科技、蓝黛科技等。

精密减速器:匹配转速、传递转矩,机器人旋转关节核心零部件
总结:减速器主要用于匹配转速和传递转矩,精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长,稳定性高,在人形机器人等高端领域有明确应用场景。谐波减速器传动比大,精度高、体积小,在人形机器人小臂、腕部等部位有较强优势;精密行星减速器体积小、寿命高,一般单级减速比小;RV减速器具备高精度、大速比、高刚性、高疲劳强度特点。整体来看,减速器在人形机器人等高端领域有明确应用需求(以特斯拉Optimus为例,预计规模化量产后减速器占单台人形机器人成本约15%-20%)。摆线针轮减速器是使用外摆线作为齿廓的少齿差行星传动减速器,主要由输入机构、摆线轮、针轮及输出机构等部件组成。摆线针轮减速器具有结构紧凑、体积小、重量轻、减速比大、传动效率高、传动精度高、承载能力强等特点,但在设计与工艺方面均较为复杂,且需磨齿机、磨床、热处理等设备。
减速器是一种在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的减速传动装置。当电机的输出转速从主动轴输入后带动小齿轮转动,小齿轮带动大齿轮运动,而大齿轮齿数多、转速慢,带动输出轴输出,从而起到输出减速、增大扭矩的作用。按精度划分,减速器分为一般传动减速器和精密减速器,一般传动减速器控制精度低,可满足机械设备基本的动力传动需求;精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长,更加可靠稳定,可应用于机器人等高端领域。精密减速器主要分为谐波减速器、行星减速器、RV减速器、摆线针轮减速器等。

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