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（报告出品方/作者：东方证券，姜雪晴、袁俊轩）

1 汽零产业链易进入人形机器人产业链

1.1 预计特斯拉人形机器人规模化量产在即

2024 年，国内外头部的机器人企业基本完成人形机器人的整机开发，进入试点测试和小规模量产 阶段，下一步的关注重点将转变至人形机器人的规模化量产进度。预计特斯拉作为全球领先的智 能汽车公司，其在训练数据、算力规模、应用场景以及制造能力等方面具备较强的综合优势，有 望在行业内率先实现人形机器人大规模量产。 人形机器人的 AI 模型大规模训练依赖庞大的数据集，与语言模型以及自动驾驶等领域相比，训练 人形机器人需要的数据更复杂，涵盖图像、语音、文本、视频、机器人与环境交互产生的动作等， 并需要不同光照、复杂地形、人类行为等多样场景下的数据，构建泛化性更强的模型以应对复杂 的现实环境。另一方面，语言模型的训练能够借助于海量的互联网数据，而机器人 AI 模型训练所 需的高质量数据是严重短缺的，训练数据匮乏已成为人形机器人技术发展的核心瓶颈之一。

目前获取人形机器人模型训练数据的方法主要分为三种：（1）基于真实本体采集，即需要人工 数据采集员利用遥控操作、动捕技术等手把手示教，获取机器人真机操作数据。通过这种方式获 取的数据质量最高，但成本高昂；（2）仿真合成数据，即在虚拟的 3D 仿真环境里通过 AI自行生 成训练数据，这种方式能够大幅降低成本，但对于机器人训练而言，合成数据与真实世界仍存在 较大差异，且存在降低模型性能的风险；（3）通过互联网获取人类动作视频或图像数据，这类 方式的特点是能轻易获得海量数据（维权），但均为单一模态、非结构化且无标注的二维图像或视频信息， 数据质量较差。对于人形机器人企业而言，长期而言仿真合成数据将成为获取数据的重要手段， 但现阶段通过真实本体采集数据仍然是效果最好的方案，能够大规模获取真实本体数据的企业也 将可能在人形机器人技术迭代及产品落地中占得先机。 特斯拉在 2023 年 5 月发布的视频中即展示了其通过遥操作功能训练人形机器人的片段，2024 年 8 月，特斯拉发布了机器人数据收集操作员的招聘信息，预计特斯拉已具备行业内较为领先的真 实本体数据规模。另一方面，特斯拉在自动驾驶领域的数据积累及数据处理能力也将为 Optimus 赋能，例如特斯拉拥有高效的数据标记管道，能够从车队中获取大量现实世界的驾驶数据，通过 实时数据不断改进其自动驾驶模型，这种数据标记及持续学习的方法同样应用于 Optimus。预计 领先的数据规模及数据处理能力将成为特斯拉的数据护城河，推动特斯拉 AI 模型能力实现快速迭 代。

算力是人形机器人 AI 训练和运行的基础，在训练阶段，AI 模型的参数学习需要进行海量的数据推 理及大规模矩阵运算；在运行阶段，机器人需要实时处理传感器数据、运行 AI 模型并做出高效决 策，部分的复杂任务还需要借助边缘计算设备或云端算力进行处理，保障机器人能够及时的响应 并完成任务，以上训练和运行过程需要强大的算力支持。 特斯拉是全球算力规模领先的企业之一，据特斯拉公告，2024 年 4 季度特斯拉在奥斯汀工厂完成 了超级计算集群“Cotex”的部署，Cotex 由约 5 万个 H100 GPU 组成；截至 2024 年末，预计特 斯拉已拥有近 9 万个 H100 GPU 的等效算力，强大的算力规模将成为特斯拉的坚实后盾，为人形 机器人 AI 模型快速迭代及 Optimus 的流畅运行提供保障。

应用场景是人形机器人规模化落地的重要环节，对于汽车行业而言，汽车制造中的总装环节工艺 相对复杂、非标准化，工业机器人难以完成，自动化程度较低，而人形机器人具备更高的灵活度 和自由度，能够模仿人类动作和姿态完成部分非标准化的搬运、板件安装、内饰安装等工作，助 力车企实现降本增效。汽车制造成为当前人形机器人应用的重要场景之一，国内外头部的机器人 企业已陆续将机器人投入到汽车工厂中进行试点测试。 特斯拉在 2024 年 5 月发布视频，展示了 Optimus 在汽车工厂中分拣电池、行走、执行工厂任务 的能力；根据特斯拉规划，预计 2025 年将有数千到 1 万台 Optimus 在汽车工厂进行测试。与竞 争对手相比，特斯拉拥有多个产能可观的汽车工厂，能够在汽车工厂中快速大规模部署人形机器 人，不需要与外部伙伴达成复杂的合作协议，实现训练效率的领先；在自身工厂测试人形机器人 也有助于及时发现并当场解决人形机器人的功能缺陷，使 Optimus 实现快速高效的优化升级；此 外，Optimus 在完成汽车生产工作时也将提升特斯拉的生产效率、降低人力成本，实现技术和利 润双升的正向循环。

1.2 人形机器人与智能汽车部分相通，汽零产业链更易进入形 机器人产业链

人形机器人与智能汽车在软硬件领域具备较多的共通点，特斯拉在多个领域实现了人形机器人和 智能汽车的软硬件协同，其在智能汽车领域的深厚积累为布局人形机器人提供了天然的竞争优势。 硬件方面，特斯拉的汽车硬件能力在 Optimus 充分沿用：Optimus 采用了纯视觉方案，搭载 3 颗 基于 AutoPilot 技术的摄像头，与特斯拉自动驾驶系统上使用的摄像头类似；Optimus 与 FSD 的 HW 平台主控芯片均采用了特斯拉自研的 Soc 芯片；Optimus 采用了与特斯拉汽车类似的动力电 池，并沿用了汽车电池的冷却系统。此外，Optimus 关节执行器上的丝杠、齿轮、轴承等核心部 件均已在汽车上得到应用。 软件方面，人形机器人和自动驾驶汽车处理任务的本质均为“感知-决策-规划”的过程，两种在 模型及算法上存在一定的共通性。特斯拉将 FSD 采用的神经网络模型迁移至 Optimus，使其实现 并复用了较多计算机视觉模型及决策算法，构建出人形机器人的算法系统，使其能够根据传感器 输入做出快速的端到端决策。 特斯拉在汽车领域构建了完善、成熟的产业链，借助产业链内的公司，特斯拉能够大规模获取高 质量的机器人零部件，为其实现人形机器人规模化落地奠定基础。另一方面，与特斯拉在汽车领 域长期合作的零部件公司也将更有可能进入特斯拉人形机器人产业链，预计这些公司跟随特斯拉 机器人规模提升而实现业绩增长的确定性更强。

2 汽车产业链与机器人产业链比照，寻找确定性强的 机会

从 2024-2025年的股价走势看，由于人形机器人的规模化落地进度不及预期，2024年市场主要关 注丝杠、减速器、无框电机等部分核心零部件的前期布局及试样情况，对相关公司给予了更高的 估值溢价，而已在早期披露进展的关节执行器相关公司则处于调整期。以机器人关节执行器供应 商拓普集团、三花集团以及丝杠供应商双林股份、北特科技为例，从 2024 年 1 月 2 日至 2024 年 12 月 31 日，拓普集团、三花集团股价累计涨跌幅分别为 2.8%、-15.9%，而双林股份、北特科技 股价同期累计涨幅分别为 157.4%、165.5%，2024 年丝杠等核心零部件相关公司的市场表现显著 优于执行器总成相关公司。 2025 年市场对机器人产业链的关注方向转向定点落地确定性。美国时间 2025 年 1 月 7 日，2025 CES 全球消费电子展开幕，特斯拉、英伟达等公司发布对于具身智能及人形机器人的最新规划， 带动人形机器人概念再次成为市场焦点，2025 年初至今人形机器人相关标的股价开始持续走高。 从 2025 年 1 月 2 日至 2025 年 2 月 7 日，拓普集团、三花智控股价累计涨幅分别达 53.5%、 54.6%，两者均在 2025 年 2 月份创下历史股价新高，同期双林股份、北特科技股价累计涨幅分别 为 36.5%、31.8%，2025 年开年市场对于拓普集团、三花智控给予了比人形机器人行业整体更高 的估值溢价。在此轮上涨中，市场普遍预期人形机器人将于今年步入规模化量产阶段，主要关注 方向由前期布局开始转向定点落地的确定性。

我们通过人形机器人与汽车行业零部件供应体系的对比，分析人形机器人各类零部件供应商的增 长确定性。 与汽车行业类似，人形机器人零部件供应体系形成了由多层级供应商组成的金字塔式架构。关节 执行器总成是人形机器人的核心系统总成，关节执行器供应商直接面向人形机器人企业供货，可 类比汽车行业的一级供应商；关节执行器总成由减速器/丝杠、无框电机、轴承、传感器等零部件 组成，这些零部件的供应商不直接向人形机器人企业供货，而是面向关节执行器一级供应商，可 类比汽车行业的二级供应商；机器人产业链的二级供应商通常需要向上游采购金属、电子元器件 等原材料，这些原材料的供应商可类比汽车行业的三级供应商。 根据汽车行业的特点，一级供应商数量较少，需要通过整车厂商的认证，并具备能够与整车厂商 联合开发的能力，通常整车厂商将率先确定一级供应商并不会轻易更换，因此一级供应商与整车 厂商的合作稳定性相对较强。二级供应商、三级供应商数量较多，同质化竞争较为激烈，需要通 过一级供应商间接进入整车厂商的供应链。

根据公司公告，拓普集团、三花智控在人形机器人领域的主要产品为关节执行器总成，且两家公 司均在汽车领域作为一级供应商与特斯拉等整车公司长期合作。对于人形机器人产业链而言，预 计拓普集团、三花智控等一级供应商在机器人产业链中地位相对更高，更有可能与特斯拉等下游 机器人客户形成长期稳定合作，获取项目定点并在后续取得业绩增长的确定性更强，因此在此轮 机器人产业链上涨中率先获得了估值溢价；在一级供应商确定之后，预计具备较强竞争力的人形 机器人二级供应商、三级供应商也能够通过一级供应商获取定点项目，间接进入特斯拉等人形机 器人企业的配套体系，具备较高的增长确定性。

3 人形机器人产业链：规模化量产后有望盈利、估值 双升

3.1 人形机器人产业链价值量分析

在 2022 年特斯拉 AI DAY 上，马斯克公布了首款人形机器人原型机 Optimus，根据展示 Optimus 机器人重约 73 千克，Optimus 大脑搭载一个 Tesla SOC（FSD 超级计算机芯片及相关电子设备 置于电池组后的躯干），整机电池组为 2.3kWh 可供一整天的工作需求。在 Optimus 所有硬件结 构中，预计其中的 28 个旋转/线性执行器和灵巧手价值量较高且具备较大的国产替代空间。

旋转执行器。旋转执行器采用高扭矩密度、低摩擦设计，可以模拟人类关节的运动，适合需 要灵活性和多自由度运动的场景。其主要包括无框力矩电机、谐波减速器、力矩传感器、轴 承、编码器、驱动器等部件，特斯拉共公布了 20 N·m（0.55kg）、110 N·m（1.62kg）、 180 N·m（2.26kg）三种不同扭矩的旋转执行器。

线性执行器。线性执行器提供直线推拉力，具备高精度的位置和力控制能力。其主要包括无 框力矩电机、行星滚柱丝杠、力传感器、轴承、编码器、驱动器等部件，有 500N （0.36kg）、3900N（0.93kg）、8000 N（2.20kg）三种不同规格的线性执行器，以应用 于机器人小臂、大臂、腿部等不同位置。

灵巧手。特斯拉 Optimus Gen 1 灵巧手拥有 6 个执行器（大拇指 2 个，其余 1 个）和 11 个 自由度（6 个主动+5 个被动），采用空心杯关节+蜗轮蜗杆+绳驱方式；2023 年 12 月特斯 拉 Optimus Gen 2 发布，新的灵巧手表面安装了触觉传感器，自由度仍为 11 个；2024 年 10 月“We Robot”发布会上，特斯拉展示了全新灵巧手模型。下一代灵巧手具有 22 个自由度，自由度大幅提升导致机器人手部空间不足，特斯拉将灵巧手驱动装置全部移至前臂。根 据模型，新一代灵巧手或将采用微型丝杠+腱绳的传动方式，我们预计 Optimus 下一代灵巧 手执行器或将提升至 17 个。

目前 Optimus 人形机器人正处于量产前夕，现有技术无法适配人形机器人，相关核心零部件如丝 杠、力传感器、电机等存在较高的技术壁垒且尚未实现量产，当前时点 Optimus 生产成本较高。 以丝杠为例，据中国信通院 2024 年 12 月报告，Optimus 整机包含 4 根梯形丝杠（约 100 元/副） 及 10 根行星滚柱丝杠（约 10000 元/副），约占机器人总成本的 10%。 Optimus 大规模量产后成本有望显著下降。马斯克认为 Optimus 人形机器人硬件整体质量和复杂 度远低于汽车，在未来人形机器人大规模部署后成本将降至 2-3 万美元，当 Optimus 年产量达到 100 万辆时马斯克预计其生产成本将会低于 2 万美元。在更长的时间维度下，特斯拉 Optimus 机 器人的目标成本将会更低。

我们以马斯克 2025 年 1 月 30 日在特斯拉 2024 年四季度财报电话会上的讲话作为最新指引，假 设 Optimus 机器人年产量在 100 万台时成本低于 2 万美元，对 Optimus 人形机器人主要零部件成 本进行估算。根据估算，特斯拉 Optimus 人形机器人灵巧手价值量最大，占整个机器人比重 29.9%；旋转执行器和线性执行器价值量分别占机器人总价值的 23.3%和 22.8%。除上述三大项 外，特斯拉 Optimus 在手腕、脚踝处安装的六维力传感器同样具备较高的价值量。

3.2 执行器：作为 Tier 1 配套价值量大、确定性强

在执行系统中，机器人关节是联结机器人各运动部分的机构，根据关节的运动方式可以分为旋转 关节和线性关节。 为了驱动关节运动，机器人关节需要安装关节执行器（Actuator）。关节执行器也被称为一体化 关节，是人形机器人硬件系统中的关键部分，主要负责驱动和控制机器人各个关节和部件的运动， 将电能转化为机械能，可以类比为人体肌肉驱动关节运动。机器人旋转关节对应的旋转执行器通 常由无框力矩电机 + 谐波减速器 + 力矩传感器 + 交叉滚子轴承 + 角接触轴承 + 驱动器 + 编码器 （位置传感器）等主要部分组成，其基本工作原理为无框力矩电机提供旋转动力，经由谐波减速 器减速后输出合适的力矩传递到关节部位，完成指定的旋转运动。编码器实时监测位置和速度信 息，力矩传感器测量扭矩，反馈给控制系统进行调整，从而确保执行器在不同负载下稳定、精准 地工作。 机器人线性关节对应的线性执行器主要由无框力矩电机 + 行星滚柱丝杠 + 力传感器 + 四点接触轴 承 + 滚柱轴承 + 驱动器 + 编码器（位置传感器）等主要部分组成。其基本工作原理为无框力矩电 机在接收到控制信号后开始旋转，电机的旋转通过行星滚柱丝杠传递，丝杠的旋转推动执行杆沿 直线运动。在控制方面，编码器反馈位置信息，力传感器反馈负载信息，控制器根据这些数据调整电机的转速和扭矩，从而实现精确的直线运动。特斯拉 Optimus 线性执行器具备空间利用率高 （可纵向布局）、高负载（可稳定起降半吨重的钢琴）、低能耗（具备自锁能力）等优点。 特斯拉根据机器人不同部位的运动特性为 Optimus 设计了 6 种不同规格的执行器，包括 3 种规格 的旋转执行器和 3 种规格的线性执行器。结合相关资料，我们预计特斯拉 Optimus 人形机器人 14 个旋转执行器分布如下：肩部 6 个（3*2，XYZ 三轴旋转，控制大臂相对躯干运动）、肘部 2 个 （1*2，控制小臂整体旋转）、腰部 2 个（2*1，XZ 轴旋转，控制上半身）、髋部 4 个（2*2，XZ 轴旋转，控制大腿）。14 个直线执行器分布：大臂 2 个（1*2，控制肘部弯曲运动）、小臂 4 个 （2*2，控制手掌活动）、大腿 4 个（2*2，膝关节四连杆结构，前线性执行器控制膝盖弯曲；后 线性执行器控制大腿抬落）、小腿 4 个（2*2，控制脚掌运动）。

Optimus 执行器具有模块化和高度集成化的特点，一体化关节模组设计可以降低机器人整体重量， 缩短机器人组装过程，简化供应链管理流程。机器人执行器供应商可以类比为汽车 Tier 1 供应商， 汽车 Tier 1 供应商直接向整车厂供应成品或者模块化解决方案，其通过整车厂准入认证后参与零 部件项目的联合开发和制造过程。Tier 1 具备较强的研发、管理能力和产品综合竞争力，主机厂 与 Tier 1 供应商关系紧密，一旦进入供应链体系后通常不会轻易更换。 特斯拉 Optimus 人形机器人产业链中执行器 Tier 1 具有配套价值量大、市场空间广、竞争相对有 限、确定性较强等特点： 价值量大。汽车零部件众多，相关 Tier 1 供应商数量大，单车价值量一般在千元至万元级别。 而机器人结构相对精简，执行器部分价值量高，预计将占到 Optimus 机器人价值量的 40% 以上。 市场空间广。从短期来看，2025 年作为人形机器人爆发元年，资本市场愿意给予较高的估 值；从中期维度来看，马斯克给出了 2027 年 50 至 100 万台的销量指引，这还不包括其他 机器人厂商销量预期；从长期维度看，人形机器人价格或将低于汽车价格，若具身智能在未 来取得突破，将打开更为广阔的市场空间。

竞争相对有限。执行器是机器人运动的核心部件，技术要求高，特斯拉需要执行器 Tier 1 具 备深厚的研发能力和技术积累来配合完成 Optimus 产品的研发、试制、迭代、量产。参与 Optimus 机器人的早期研发和设计阶段的厂商相对有限，市场竞争相对较小。此外，机器人 和汽车零部件研发生产存在共通之处，预计特斯拉倾向于在汽车产业链供应商中选择具备上 述资质的合作伙伴。 确定性较强。目前 Optimus 正进入量产前夕，国内众多厂商纷纷入局机器人零部件行业，丝 杠、减速器、电机等机器人零部件 Tier 2 的竞争态势尚未明朗。从另一方面来看，中国主机 厂逐步发力人形机器人行业，未来人形机器人市场竞争或将加剧，预计特斯拉在短期内轻易 更换 Tier 1 的可能性相对较小。

三花智控和拓普集团在机器人执行器方面布局时间早，具备全球化布局、敏捷开发以实现产品快 速迭代、大规模生产制造能力和丰富的电机研发制造经验，同时也是特斯拉汽车一级供应商，有 望成为特斯拉 Optimus 人形机器人执行器 Tier 1。三花智控和拓普集团目前正积极布局人形机器 人执行器行业，并取得了相应的进展。从时间上看，三花智控和拓普集团均在早期就开始部署人 形机器人执行器业务。2022 年三花智控对机器人展开持续研究和产品开发工作，拓普集团布局人 形机器人的运动执行器，并拟在墨西哥新设全资子公司以生产机器人执行器等产品；从进度上看， 三花已与绿的谐波、峰岹科技等公司签署了合作协议，人形机器人机电执行器研发团队已扩充至 超过 170 名成员。拓普则表示已多次向客户送样，2023 年及 2024 年第一季度分别送样 0.02 万套 和 0.02 万套，实现收入 185.43 万元和 204.15 万元。 目前越来越多的公司参与人形机器人研发、量产进程，预计当前时点来看三花智控和拓普集团确 定性较高。同时基于特斯拉 Optimus 人形机器人大规模量产后供应链安全的角度，未来不排除有 其他厂商进入特斯拉 Optimus 执行器供应链体系的可能性。

3.3 丝杠：进入壁垒较高，市场空间较大

丝杠是一种机械传动装置，主要作用是将旋转运动（如电机输出）转换为直线运动。丝杠主要由 一根带有螺旋槽的丝杠轴和可移动的螺母组成，螺母与丝杠的螺纹相互啮合，在围绕丝杠轴线转 动的同时可以实现沿丝杆轴方向的水平移动，实现动力传递与位置控制。丝杠目前广泛应用于数 控机床、自动化生产线、工业机器人、航空航天、医疗器械、汽车制造等领域。 在人形机器人的实际应用中，丝杠主要可以分为梯形丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠三种类型。 梯形丝杠螺纹形状呈梯形，属于滑动丝杠，其制作工艺相对简单，具备成本低、结构紧凑、自锁 性能好等优点，但传动效率较低，精度不高。 滚珠丝杠由丝杠轴、螺母（含循环滚珠）、轴承和密封件组成，相比于梯形丝杠，滚珠丝杠采用 滚珠滚动摩擦代替传统的滑动摩擦，因此其传统效率远高于梯形丝杠，同时具备较高的导程精度。 行星滚柱丝杠由丝杠、行星滚柱、保持架、内齿轮和螺母等组成，其工作原理类似于太阳系中行 星围绕太阳旋转的模式，通过行星滚柱在丝杠和螺母之间滚动实现传动。行星滚柱丝杠相比于滚 珠丝杠具备更强的承载能力，其导程精度、使用寿命、工作噪音等指标更优。但行星滚柱丝杠的 工艺要求和设备壁垒较高，现阶段一根行星滚柱丝杠价格在 1-2 万元之间。

2023 年全球滚珠丝杠市场规模约为 19.6 亿美元，中国滚珠丝杠市场规模约为 20.5 亿元人民币。 整体来看中国滚珠丝杠行业市场集中度较高，CR5 为 45.5%，CR10 达 75.2%，且主要被台资和 外资垄断。2023 年台资企业（上银、银泰、TBI）占比约 31.1%，日资企业（NSK、THK、黑田、 SHUTON 等）占比约 28.8%，欧盟企业（斯凯孚、伊维莱、力士乐等）占比约 17.8%，国产厂商 （南京工艺、汉江机床、汇川技术等）占比约 22.3%。2023 年中国滚珠丝杠下游应用场景主要为 机床、注塑机、通用自动化、半导体、汽车等。目前欧美及日系厂商主要偏高端市场，台资和国 产厂商主要面向中低端市场，随着国产厂商不断入局，后续国产化进程有望加速。

由于行星滚柱丝杠加工难度大，生产成本高，因此市场规模小于滚珠丝杠。2023 年中国行星滚柱 丝杠市场规模约为 1.38 亿元，其中外资规模约 1 亿元，占比 73%；国产厂商占比 27%。行星滚 柱丝杠下游应用场景主要包括数控机床、机器人与生产线、汽车线控、军工装备、航空航天等领 域。目前中国本土企业在产品精度和稳定性方面较外资领先企业仍有一定差距，但人形机器人对 行星滚柱丝杠精度要求不是特别苛刻，国产厂商替代空间广阔。 人形机器人打开滚珠/行星滚柱丝杠广阔市场空间。根据 Tesla AI Day，特斯拉 Optimus 人形机器 人搭载 14 个线性执行器，需要用到至少 10 支行星滚柱丝杠；特斯拉 Optimus 新一代灵巧手自由度大幅提升至 22 个，或将搭载微型丝杠。特斯拉目标 2027 年实现人形机器人 50-100 万台的年 产量，滚珠/行星滚柱丝杠作为人形机器人价值量的核心部件，即使考虑量产降本因素也有望实现 数十亿元至上百亿元的新增市场规模。

滚珠丝杠和行星滚柱丝杠作为高精度的机械传动装置，其对加工工艺要求和技术壁垒较高，我们 以人形机器人中价值量较高的行星滚柱丝杠为例进行分析。行星滚柱丝杠加工流程较长，核心部 件均为小螺距的精密螺纹件，其工件材料、热处理方式、磨削工艺、刀具选择、加工误差等因素 都会对最终结果产生影响，可能产生质量不稳定、精度差、使用寿命不能满足要求等问题。 目前行星滚柱丝杠生产工艺中的难点在于： 1） 加工精度。精度是衡量行星滚柱丝杠性能的重要指标，行星滚柱丝杠公差等级划分定义根据 JB/T 12604-2016，公差决定因素为 300mm 螺纹长度的允许行程变动量，可以划分为 P1、 P2、P3、P4、P5、P7、P10 七个精度等级，其中 P1 精度等级最高，P10 精度等级最低。 一般而言人形机器人所需的精度等级在 P2 到 P4 之间（JIS 标准 C3-C5），该精度要求属于 中高端丝杠，是对精度有一定要求并且希望成本可控的选择。

2） 工件材料及热处理工艺。行星滚柱丝杠具备高转速、高承载的特点，在丝杠的工作过程中， 丝杠、滚柱以及螺母螺纹之间会产生连续的摩擦、震动。高转速下长时间的工作会使得行星 滚柱丝杠发热，出现接触面磨损、热变形、疲劳等后果。因此在工件材料选择中需要综合考 虑材料的强度、耐磨性、耐热性和易加工性，常见材料主要有铬、锰合金、氮化钢等。另外，热处理也是改善材料性能的关键，主要包括预备热处理（退火、正火、调质、时效处理）和 最终热处理（淬火、回火、化学热处理）等环节，不当的热处理工艺会导致降低丝杠使用寿 命。工件材料的纯度、配方以及热处理工艺的选择涉及大量“Know How”内容，构成一定 的竞争壁垒。 3） 精加工工艺。行星滚柱丝杠螺纹牙硬度较高，故通用采用磨削方法进行加工。螺纹磨削是一 种高精度加工工艺，利用砂轮替代铣刀进行切削，根据行星滚柱丝杠的不同部位，可以分为 外螺纹磨削（丝杠和滚柱）和内螺纹磨削（螺母）。特斯拉 Optimus 人形机器人采用反向式 行星滚柱丝杠，反向式行星滚柱丝杠可使 Optimus 人形机器人直线传动结构更紧凑，但反向 式行星滚柱丝杠的螺母较长且为内螺纹，加工时需要考虑螺旋升角，磨杆会与螺母产生运动 干涉。砂轮在磨削过程中呈细长悬臂状态，极易因刚性不足而产生颤振，导致加工精度难以 控制。整体来看，内螺纹的精加工工艺是目前行星滚柱丝杠送样过程中最核心的壁垒。 4） 大规模量产能力。解决了前述工艺问题后，还需要解决的是行星滚柱丝杠大规模量产问题。 由于行星滚柱丝杠精度高，单根丝杠加工时间长，购置足够的高端机床并搭建产线进行大规 模量产以满足百万台特斯拉 Optimus 人形机器人（每台机器人搭载至少 10 根行星滚柱丝杠） 的需求，以及提升产品合格率、实现降本将会是下一个竞争壁垒。

目前国内企业在行星滚柱丝杠研发生产方面陆续取得突破。相比于外资供应商，国产丝杠零部件 公司迭代速度相对更快，与客户的快速响应能力更强，量产的降本空间也更加充足。近段时间以 来，随着人形机器人概念持续发酵，丝杠产业入局者数量不断增加，一方面体现了我国制造业供 应链优势，参与者的增加势必会加快整体国产丝杠厂商的研发创新进程和产业链协同，提升国产 替代的确定性；另一方面，若以 2027 年作为特斯拉 Optimus 人形机器人量产元年，考虑丝杠产 品研发、验证、量产周期，留给相关企业的时间并不多。丝杠企业的核心竞争力在于产品性能和 后续量产能力，能率先进入特斯拉人形机器人供应链体系的公司将具备极大的先发优势。 参考特斯拉新能源汽车供应链，预计丝杠公司可以类比汽车 Tier 2 供应商，能够 1）进入线性执 行器和灵巧手总成 Tier 1 供应链体系或具备相关配套能力；或 2）与特斯拉直接对接，配合特斯 拉进行丝杠的研发和量产工作的公司后续进入特斯拉 Optimus 人形机器人产业链确定性较强。

3.4 减速器：核心传动部件，国产化趋势显著

减速器是由多个齿轮组成的传动零部件，是连接动力源及执行机构的中间机构，具备改变转速、 传递转矩、提高控制精度等作用。按照控制精度划分，减速器可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较低，用于满足机械设备基本的传动需求；精密减速器具备传动比 大、精度高、承载能力强、回程间隙更小、寿命长等特点，广泛应用于航空航天、医疗器械、高 端机床、机器人等领域。在机器人领域应用的精密减速器主要包括谐波减速器、RV减速器和精密 行星减速器三类。 谐波减速器是利用谐波传动技术实现运动传递的精密减速器，主要由带有内齿圈的刚性齿轮（刚 轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个基本构件组成。与其他的精密减速器相比， 谐波减速器具备运动精度高、传动比大、质量小、体积小、回差小等特点，且能够在密闭空间和 介质辐射工况下正常工作。谐波减速器因其轻便、小巧的特性通常应用于机器人小臂、腕部、手 部等轻负载部位。

RV减速器由一个行星齿轮减速器前级和一个摆线针轮减速器后级组成，采用至少两根以上偏心轴 连接二级减速机构，结构较为复杂。RV减速器在摆线针轮减速器基础上实现了改进，具备高承载、 高刚性、高疲劳强度、减速比范围大、精度较为稳定等优点，但体积、质量较大，通常应用于机 器人机座、大臂、肩部等重负载部位。 行星减速器主要由行星齿轮、行星架、太阳轮等构成，其为传动效率最高的齿轮传动机构。根据 《微电机用齿轮减速器通用技术条件》（GB/T11281—2009），传动精度小于等于 15′的行星 减速器即为精密行星减速器。精密行星减速器具备高传动效率、高刚性、高精度、高扭矩、体积 小、重量轻、寿命长等特点，且价格显著低于谐波减速器、RV减速器，在新能源设备、高端机床、 智能交通等领域得到广泛使用，在机器人领域通常应用于腿部、髋部等部位。

人形机器人主要应用谐波减速器、行星减速器，尚未形成一致的技术路线。在人形机器人领域， 减速器主要应用于旋转关节模组及灵巧手等部位，从减速器方案来看，特斯拉、优必选、智元机 器人、宇树科技等国内外人形机器人企业大多使用谐波减速器和/或行星减速器的技术方案；RV 减速器由于体积质量较大、成本较高，目前尚未被人形机器人企业采用，但其具备高扭矩、高刚 度、大负载等优点，后续不排除将在下肢、髋部等重负载部位使用 RV 减速器的可能。 根据 Tesla AI Day，特斯拉 Optimus 在手臂、腿、躯干和颈部等部位搭载了 14 个旋转执行器，对 应 14 个谐波减速器；Optimus 灵巧手则采用了行星减速器，根据最新 Optimus Gen 3 方案，手部 自由度将从 11 个提升至 22 个，对应的单手行星减速器数量或将提升。 预计人形机器人将为减速器行业带来广阔市场空间。据统计，2023 年全球谐波减速器、RV 减速 器及精密行星减速器市场规模均在百亿元以内；据华经产业研究院，2023 年中国谐波减速器、 RV 减速器及精密行星减速器市场规模分别为 24.3 亿元、50.22 亿元、35.36 亿元。作为人形机器 人的核心传动部件，预计单个人形机器人将使用十多个到数十个减速器，远期十万至百万数量级 的人形机器人将有望为减速器行业提供数十亿至数百亿级的市场空间。

随着国内机械设备制造业发展及工业自动化需求释放，近年来国内减速器企业迎来快速崛起机遇， 技术实力、量产能力持续提升，产品性能与国外领先水平差距不断缩小，国产减速器逐步实现了 对国外领先企业的进口替代。 谐波减速器领域，2021 年全球谐波减速器龙头哈默纳科在国内谐波减速器市场所占份额达 35.5%， 位列首位；日本新宝市场份额 7.4%，位列第四，两大日系厂商合计市场份额达 42.9%。国内厂商 中，绿的谐波、来福谐波、大族传动、德福机器人市场份额处于领先，其中绿的谐波以 24.7%的 市场份额位列第二；2024H1 哈默纳科在国内谐波减速器市场所占份额为 35.6%，日本新宝市场 份额下降至 6.0%，两大日系厂商合计市场份额下降至 41.6%，国产谐波减速器逐步实现对日系厂 商的替代。

RV 减速器领域，全球 RV 减速器龙头纳博特斯克市场份额明显领先，2022 年纳博特斯克在国内 工业机器人领域的市占率达 50.9%，住友以 4.7%的市占率位列第四，两大日系厂商合计市场份额 超过 55%；国内厂商中，环动科技以 13.7%的市占率位列第二，飞马传动、秦川机床、中大力德 等公司亦占据一定市场份额。2023 年纳博特斯克在国内工业机器人领域的市占率下降至 40.2%， 住友市占率下降至 3.9%，两大日系厂商合计市场份额下降至约 44%，与此同时，环动科技市占率大幅提升至 18.9%，飞马传动、智同科技、六环传动、中大力德等公司市占率亦较 2022 年有 所提升，RV 减速器国产化趋势较为显著。

精密行星减速器领域，日系（新宝）、德系（纽卡特、威腾斯坦）、台系（精锐科技）在全球市 场占据领先地位，科峰智能是唯一能够进入全球市场份额前五的中国内地厂商。在国内精密行星 减速器市场，新宝以 20.4%的市场份额处于领先，中国内地厂商科峰智能、纽氏达特及台湾厂商 精锐科技、利茗亦占据一定市场份额，整体而言精密行星减速器行业集中度低于谐波减速器、RV 减速器，国内厂商已在中国精密行星减速器市场占据可观份额。

近年来较多国内企业积极布局机器人减速器领域，部分公司完成人形机器人谐波减速器、行星减 速器样品开发并开始布局产能。与哈默那科、纳博特斯克等国外头部供应商相比，国内减速器供 应商具备更高的产品性价比以及更快的响应速度，在工业机器人领域逐步实现国产替代；人形机 器人市场空间较工业机器人更为广阔，人形机器人企业为实现规模扩张将具备更强的迭代及降本 诉求，预计国内减速器供应商同样有望在全球人形机器人领域获取市场份额，打开新增长空间。 从机器人产业链角度，减速器是人形机器人关节执行器及灵巧手的核心零部件之一，减速器供应 商可类比汽车产业链的 Tier 2 公司。随着特斯拉 Optimus 即将进入量产阶段，预计关节执行器和 灵巧手模组总成的 Tier 1 供应商即将确定，后续将逐步进入减速器等 Tier 2 供应商定点阶段，预计与特斯拉以及 Optimus 关节执行器、灵巧手供应商关系紧密、完成或正在送样的减速器公司进 入 Optimus 产业链的确定性更强。

3.5 电机：无框力矩电机供应商确定性机会较大，关注灵巧手 电机边际变化

人形机器人中主要应用无框力矩电机、空心杯电机和无刷电机。无框力矩电机主要应用于 Optimus 人形机器人执行器中。不同于传统电机，力矩电机是一种以提供高力矩为主要特性的电 机，其主要用于提供大扭矩而非高转速，因此适合需要精确控制速度和位置的应用场景。相较于 有框力矩电机，无框力矩在结构上摒弃了外部框架的设计，仅保留了传统电机中转子和定子两大 部分（没有轴、轴承、端盖）。无框力矩电机转子是内圈组件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构 成，可直接安装在机器轴上；定子则是外圈组件，刚齿叠片上包裹着能产生电磁力的铜绕组。无框力矩电机“去框架化”的设计实现了与人形机器人关节的深度集成，定子通过环形结构可直接 嵌入关节外壳中，其具备结构紧凑、集成度高、质量轻、适配性强、灵敏度高、扭矩密度大等特 点。

无框力矩电机下游应用主要以机器人为主，定制需求强，因此当前市场规模较小，竞争格局较为 分散。2023 年全球无框力矩电机市场规模约为 6.57 亿美元（约 47 亿人民币），其中中国市场规 模约为 2 亿元人民币。中国市场无框力矩电机下游需求主要以机器人为主（协作机器人、运动机 器人、四足机器人等），产品以定制为主，导致市场竞争分散。从技术方面来看，目前无框力矩 电机在人形机器人中应用难点在于转矩密度提升、电机易升温和成本控制。外资无框电机供应商 在性能及优化电磁封装尺寸方面优于本土企业，产品参数有一定差距但相关技术壁垒已被打破， 国产无框电机供应商依靠价格优势可以与外资进行市场竞争。

预计未来 Optimus 人形机器人量产将带来无框力矩电机新的下游需求，新增市场规模广阔。整体 来看无框力矩电机技术难度相对较小，国产供应商有望凭借供应链优势完成相关技术突破，并利 用成本和规模优势获取较高的市场份额，预计国产无框力矩电机供应商确定性机会较大。

特斯拉 Optimus 人形机器人灵巧手方案持续迭代，其中第一代和第二代灵巧手采用空心杯电机。 2022 年特斯拉 AI Day 公布了第一代灵巧手方案，采用空心杯电机+蜗轮蜗杆的设计方案，单手具 备 11 个自由度，配置 6 个空心杯电机（大拇指 2 个，其余四指各一个）；2023 年底特斯拉发布 Optimus Gen 2，第二代灵巧手响应速度更快，十指新增触觉传感器，但整体设计方案与第一代 差别不大，仍然是 11 个自由度。2024 年特斯拉发布了新一代灵巧手，手部设计方案改变，单手 自由度由 11 个增加至 22 个。根据特斯拉 We Robot 会议现场展示的新一代灵巧手模型，其电机 驱动系统集成位置由原先的手掌移动至前臂部分。

空心杯电机采用了无铁芯转子和杯状绕组设计结构，使得其尺寸较小，直径通常不超过 40mm， 同时具备体积小、重量轻、响应快、能量转化率高等特点，适用于对电机有结构和高灵敏要求的 行业。2023 年我国空心杯电机市场规模约为 11.38 亿元，下游应用主要为医疗、物流、工业自动 化、航空航天、机器人等领域。我国空心杯电机市场集中度高且主要由外资占有，2023 年外资占 比约为 88%，主要厂商 Maxon、Faulhaber、Portescap等占据了绝大部分份额。目前空心杯电机的核心技术壁垒在于定子/转子的自支撑绕组技术上，国内厂商在设计、制造工艺方面仍需攻关， 目前参与生产企业以小批量出货为主。

空心杯电机的无铁芯设计使得其重量和转动惯量大幅降低，能够在有限的空间内提供较高的功率 输出，具备优异的动态响应性能。Optimus 第一代和第二代灵巧手设计将电机置于手掌处，其空 间紧凑，同时需要灵敏和高精度控制，因此适合使用空心杯电机。目前特斯拉尚未公布 Optimus 新一代灵巧手的具体设计情况，但根据已知模型可以看到特斯拉将电机驱动部分由手掌移至小臂 前部。我们认为这一变化意味着灵巧手对电机的减量需求和空间限制降低，同时自由度提升意味 着对电机数量需求的增加，考虑到空心杯电机当前价格较为昂贵，特斯拉新一代灵巧手或将搭载 空心杯电机 / 无刷有齿槽电机以实现降本。 特斯拉 Optimus 灵巧手电机的潜在变化有望减少国内供应商与外资供应商的技术差距，提升国产 替代的可能性。关注以往在空心杯电机/微型电机方面有所布局的企业，并跟踪特斯拉新一代灵巧 手的边际变化。

3.6 六维力传感器：成本有望下降，市场格局或将重塑

在人形机器人领域，传感器是人形机器人实现类似人类感知作用的关键器件，人形机器人借助传 感器，能够实现对自身状态以及外界环境的感知，为人形机器人实时决策和运动控制提供实时反 馈，是实现具身智能的关键。人形机器人传感器主要分布于关节及头部位置，以特斯拉 Optimus 为例，根据特斯拉 2022 AI Day 发布会，Optimus 采用视觉感知方案，使用 3 颗 AutoPilot 摄像头 作为视觉感知系统传感器；Optimus 关节部位共有 14 个旋转执行器和 14 个线性执行器，每个旋 转执行器将搭载 2 个位置传感器（编码器）和 1 个一维力矩传感器，每个线性执行器将搭载 1 个 位置传感器和 1 个一维力传感器；根据特斯拉展示视频，预计 Optimus Gen 2 将在手部执行器十 指处使用触觉传感器，并在手腕、脚踝位置新增六维力传感器。综合而言，预计 Optimus 关节部 位将搭载超过 80 个传感器，有望为传感器行业带来较大的增量市场空间，其中六维力传感器或将 成为增长弹性最强的传感器部件。

力传感器是能够感受并度量重力、压力、拉力、扭力等力学量并将其转换为可用信号的传感器， 根据测量维度，力传感器可分为一至六维传感器，其中一维传感器、三维传感器、六维传感器最 为常见。一维力传感器用于测量方向与作用点固定的力，代表产品如称重传感器、压力传感器等。 三维力传感器能够同时测量力在三维空间 XYZ 轴的三个分力，用于测量作用点固定，但方向在三维空间中随机变化的力；当力的作用点偏离传感器时，三维力传感器在承受三个分力的同时还要 承受三个分力矩的作用，测量结果将出现较大的偏差。 六维力传感器是维度最高的力传感器，能够精确测量力在三维空间 XYZ 轴三个方向的分力及分力 矩信息。对于方向与作用点均随机变化的力，六维力传感器能够解耦各方向力和力矩间的干扰， 获得高精准度的测量结果。与其他力传感器相比，六维力传感器精度更高、力学反馈最全面，目 前主要应用于机器人与自动化、高端机床、汽车测试、航空航天等高精尖领域。 在人形机器人领域，六维力传感器主要安装于人形机器人的手腕和脚踝处。可以提升机器人手部 操作的精细化、柔性化程度，并提升足部行走的稳定性，逐渐成为高性能人形机器人的主流配置。 2023 年 12 月发布的 Optimus Gen 2 在手腕和脚踝处新增了 4 个六维力传感器，实现了更为精确 的力度控制以及更强的平衡控制能力。

受限于技术壁垒高、自动化生产程度低，目前六维力传感器价格单价高达 2.4-2.6 万元，尚未形成 显著的规模效应，市场规模仍然较小。据 QYR，2023 年全球六维力传感器市场规模为 2.25 亿美 元；据 MIR，2023 年中国六维力传感器出货量为 9450 台，对应市场规模为 2.35 亿元。 六维力传感器市场集中度较高，国产份额持续提升。据 QYR，全球六维力传感器的市场份额前五 厂商分别为 ATI、Schunk、Advanced Mechanical Technology、宇立仪器、Kistler，前五厂商占 全球市场份额超过 52%，其中 ATI 的全球市场份额达 36%。在国内市场，外资品牌在产品性能及 知名度上仍占有一定先发优势，但以宇立仪器、蓝点触控、坤维科技等为代表的国内公司持续进 行技术迭代，凭借性价比及服务效率优势追赶外资品牌，市场份额持续提升。据 MIR，2020 年至 2023 年国内厂商市场份额由 19.1%提升至 32.1%，2023 年国内市场份额前五厂商中宇立仪器、 蓝点触控、坤维科技分列第二、四、五位。 随着人形机器人即将进入批量化生产阶段，预计六维力传感器的需求量将从千台级别快速提升， 规模效应下六维力传感器生产成本将具备较大的下降空间，人形机器人远期数十万级到百万级的 需求量将有望推动六维力传感器单价从 2.5 万元降低至数千元级别；另一方面，预计全球及国内 六维力传感器市场格局或将重塑，进入 Optimus 等头部人形机器人企业供应链的厂商将率先获得 规模化量产机会，取得较为显著的先发优势。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

（转自：未来智库）