人形机器人材料需求系列报告之四:减速器材料:工艺优化正当时-民生证券
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2025-05-16 21:02:04

➢ 精密减速器是机器人的核心部件。精密减速器在人形机器人的动力传输系统 中扮演着至关重要的角色,是连接伺服电机与机器人关节的关键部件。其主要作 用是将伺服电机输出的高转速、低扭矩的动力,转换为低转速、高扭矩的动力, 以满足机器人关节对扭矩和转速的需求。

➢ 谐波减速器为主,精密行星减速器为辅。精密减速器包括谐波减速器、RV 减 速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器等。随着移动机器人部分关节因体 积、重量等边界条件限制,需要采用轻量化的技术路径,谐波减速器凭借体积小、 质量小、减速比大、扭矩密度较高、轴向尺寸小等特点以及能在密闭空间、介质

辐射的工况下正常工作等优点应用广泛;而精密行星减速器主要应用在精度要求 较低的部位,其刚性更高、寿命更长且价格更便宜。

➢ 谐波减速器对材料要求更高。谐波减速器通过柔性构件来实现机械传动,国 内谐波减速器失效的主要表现为齿轮磨损后导致传动精度严重下降,这对柔轮和 刚轮的材料性能提出了更高的要求,需要有高韧性、高强度和高耐磨性。

➢ 柔轮:精冲技术有望降本增效。由于长期连续承受交变载荷,发生周期性变 形,柔轮应具有良好的韧性、强度以及优良的切削性能。可以通过优化柔轮结构 参数、齿形参数和制造精度等措施,或改善材料的显微组织以及提高力学性能来 提高柔轮的质量。精密冲压是在普通冲压工艺的基础上发展起来的一种物料加工 方法,可以获得精密优质的零件,在汽车行业中已有成熟的应用。由于精冲工 艺制板精度高、生产效率高、质量好、适合大批量生产产品,有望为柔轮等机器 人材料降本增效。

➢ 刚轮:球墨铸铁轻量化替代。为保证谐波减速器承载能力、服役寿命,柔轮 材料采用的高强钢,其硬度通常高出与之啮合的刚轮 3-7HRC,因此刚轮往往更 容易磨损,导致传动效果变差甚至减速器失效。球墨铸铁具有易切削、自润滑, 耐磨的优异特性,在减重 5%~10%的同时,球墨铸铁的硬度、耐磨性更强,在刚 轮材料中是对传统合同钢的良好替代。

➢ 机器人放量在即,特钢需求迎来新的应用场景。人形机器人量产在即,2025 年特斯拉计划生产数千台人形机器人,2027 年产量有望超过 50 万台。人形机器 人自由度大增,特斯拉 Optimus 二代单台谐波减速器用量 16 个,而传统多关节 机器人平均仅使用 3.5 个,谐波减速器需求有望大增。按照中期 100 万台、远期 1000 万台规模测算,谐波减速器用钢材市场规模分别为 19.15、191.5 亿元。按 20%的技术替代率,精冲钢/球墨铸铁市场规模拉动分别为 3.83、38.3 亿元。

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