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1、證券研究報告：機械設備|深度報告 2023 年 11 月 26 日 市場有風險，投資需謹慎 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 行業投資評級行業投資評級 強于大市強于大市|維持維持 行業基本情況行業基本情況 收盤點位 1448.01 52 周最高 1606.0 52 周最低 1343.43 行業相對指數表現行業相對指數表現（相對值）（相對值）資料來源：聚源，中郵證券研究所 研究所研究所 分析師:劉卓 SAC 登記編號:S1340522110001 Email: 研究助理:傅昌鑫 SAC 登記編號:S1340123050006 Email: 近期研究報告近期研究報告 人形機器人系列專題（二）：產業

2、鏈標的梳理-2023.11.19 人形機器人系列專題人形機器人系列專題（三）（三）：鏈條在人形機器人：鏈條在人形機器人中的應用中的應用 投資要點投資要點 高精度的傳動控制使得機械傳動被廣泛應用高精度的傳動控制使得機械傳動被廣泛應用。傳遞動力主要有三種基本方式：機械傳動、電力傳動和流體動力傳動（含氣壓傳動及液壓傳動）。機械傳動是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機件傳遞動力和進行控制的，其優點是傳動準確可靠、傳動效率高，實現回轉運動的結構簡單，同時可以傳遞較大扭矩。鏈傳動相較于其他傳動有其特定優勢區間。鏈傳動相較于其他傳動有其特定優勢區間。根據應用場景的不同需求，才能選擇出最為適合的機械傳動形式。通過對比

3、各類機械傳動的特點，我們能夠注意到，鏈傳動應用在傳動速度低、負載/扭矩大、傳動效率要求高、輸入輸出中心距較遠、工作環境惡劣等場景下表現優異。人形機器人應用場景天然需求靈活的運動性能。人形機器人應用場景天然需求靈活的運動性能。人形機器人的運動性能作為最直觀的產品表現，是消費者首要關注的部分?；诖?，下游應用場景對于人形機器人產品的設想中，天然包含了“能夠做到像人類一樣靈活運動”的潛在需求。人形機器人所需要的運動性能應人形機器人所需要的運動性能應當是力大身輕、能耗小、反應快，其運動核心集中在下半身。當是力大身輕、能耗小、反應快，其運動核心集中在下半身。一個強大的執行器應當滿足以下幾個標準：（1）具

4、備高的輸出自重比（2）具備低的輸出代價（3）具備高的力響應速度。對于人形機器人的下肢傳動執行，主要有兩大類實現方法，一種是以液壓執行器為核心的液壓驅動，一種是以電機為核心的電驅動。采用液壓驅動能夠使得人形機器人的運動性能強勁，但由于其成本居高不下，難以商業化。在液壓方案短期內無法克服規?；瘑栴}的情況下，后續廠商如特斯拉、小米、優必選等大多轉向了穩定性、性價比更高的電機驅動方案。行業內對傳動部件選擇各異，尚未有鏈傳動確定方案。我們認為，特斯拉我們認為，特斯拉OptimusOptimus 主要依靠執行器的方案，希望得到的是能夠規?；慨a、成主要依靠執行器的方案，希望得到的是能夠規?；慨a、成本可控

5、、結構可靠、低耗能的機器人，因此對于類似波士頓動力本可控、結構可靠、低耗能的機器人，因此對于類似波士頓動力 AtlasAtlas的高動態、高響應速度并非核心訴求。的高動態、高響應速度并非核心訴求。鏈傳動憑借特性可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景鏈傳動憑借特性可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景。作為力矩的根本來源，電機扭矩密度在系統中總是至關重要。在電機扭矩密度不斷提升的情況下，鏈傳動等小減速比傳動部件的需求將得到拓展。小減速比傳動部件一般是行星減速器、帶/鏈傳動、連桿機構等，鏈條相比其他傳動部件，其特點在通用機器人天然需要替代的枯燥重復、危害健康等行業工況中具備優勢。鏈傳動方案替換的切

6、入場景鏈傳動方案替換的切入場景：（一）為追求人形機器人優秀的運動性能，部分技術方案中將執行器置于關節遠端，該情況下鏈傳動或成為最優解。（二）鏈傳動的替代場景還存在于機器人上半身手臂時，采用了兩級鏈傳動+手肘處肌腱傳動的方案。此外，日本椿本鏈條預-8%-6%-4%-2%0%2%4%6%8%10%12%2022-112023-022023-042023-072023-092023-11機械設備滬深300 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 2 計 2024 年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈，應用場景為先進醫療設備及機器人。鏈傳動方案可用于人形機器人的降本。鏈傳動方案可用于人形機器人的降本。行星滾柱絲杠

7、海外產品售價高，國產尚未規?；?，仍需等待國內廠商量產降本。鏈條傳動成本相對較低，在滿足性能及技術要求的情況下控制成本效果顯著。風險提示：風險提示：人工智能及大模型發展不及預期風險；核心零部件降本不達預期風險；人形機器人商業化應用不理想風險；政策支持落地力度不達預期風險。zV8YfU9UfZeZsQnNqRpRrR8OcMbRtRoOpNpMjMmNrQlOtRyQ6MrQrRNZmMmONZrMtQ 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 3 目錄 1 1 當前人形機器人傳動執行方案比較當前人形機器人傳動執行方案比較 .5 5 1.1 1.1 高精度的傳動控制使得機械傳動被廣泛應用高精度的傳動控制使

8、得機械傳動被廣泛應用 .5 5 1.2 1.2 鏈傳動相較于其他傳動有其特定優勢區間鏈傳動相較于其他傳動有其特定優勢區間 .6 6 1.3 1.3 人形機器人應用場景天然需求靈活的運動性能人形機器人應用場景天然需求靈活的運動性能 .8 8 1.4 1.4 行業內對傳動部件選擇各異，尚未有鏈傳動確定方案行業內對傳動部件選擇各異，尚未有鏈傳動確定方案 .1111 2 2 鏈傳動：特定場景下的成本優選鏈傳動：特定場景下的成本優選 .1313 2.1 2.1 鏈傳動憑借特性可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景鏈傳動憑借特性可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景 .1414 2.2 2.2 鏈傳動方案

9、替換的切入場景鏈傳動方案替換的切入場景 .1414 2.3 2.3 鏈傳動方案可用于人形機器人的降本鏈傳動方案可用于人形機器人的降本 .1616 3 3 風險提示風險提示 .1717 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 4 圖表目錄圖表目錄 圖表圖表 1 1：機械傳動同電氣傳動、流體動力傳動性能對比機械傳動同電氣傳動、流體動力傳動性能對比 .6 6 圖表圖表 2 2：常用機械傳動的形式、特點及應用常用機械傳動的形式、特點及應用 .7 7 圖表圖表 3 3：AtlasAtlas 靈活敏捷的運動能力展示靈活敏捷的運動能力展示 .8 8 圖表圖表 4 4：人形機器人下肢執行方案對比人形機器人下肢執行方

10、案對比 .9 9 圖表圖表 5 5：AtlasAtlas 的液壓驅動裝置的液壓驅動裝置 .1010 圖表圖表 6 6：OptimusOptimus 通過硬件仿真之后簡化成的六種執行器通過硬件仿真之后簡化成的六種執行器 .1111 圖表圖表 7 7：OptimusOptimus 膝關節使用的連桿傳動機構膝關節使用的連桿傳動機構 .1111 圖表圖表 8 8：特斯拉特斯拉 OptimusOptimus 方案與鏈傳動方案比較方案與鏈傳動方案比較 .1212 圖表圖表 9 9：UCLAUCLA 人形機器人人形機器人 ARTEMISARTEMIS 的下肢結構圖的下肢結構圖 .1515 圖表圖表 1010

11、：傅利葉人形機器人傅利葉人形機器人 GRGR-1 1 實物結構圖實物結構圖 .1515 圖表圖表 1111：日本椿本鏈條預計日本椿本鏈條預計 20242024 年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈 .1616 圖表圖表 1212：全球代表性行星滾柱絲杠企業產品布局對比全球代表性行星滾柱絲杠企業產品布局對比 .1717 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 5 1 1 當前人形機器人傳動執行方案比較當前人形機器人傳動執行方案比較 1.1 1.1 高精度的傳動控制使得機械傳動高精度的傳動控制使得機械傳動被廣泛應用被廣泛應用 傳遞動力主要有三種基本方式：機械傳動、電力傳動和流體動

12、力傳動（含傳遞動力主要有三種基本方式：機械傳動、電力傳動和流體動力傳動（含氣壓傳動及液壓傳動）氣壓傳動及液壓傳動）。一般需要根據每種傳動方式的基本特點來正確地選擇適合的傳動方式。電力傳動是利用電力設備并調節電參數來傳遞動力和進行控制的。其主要優點是能量傳遞方便，信號傳遞迅速，標準化程度高，易于實現自動化等。其缺點是運動平穩性差，易受外界負載的影響，慣性大，起動及換向慢，成本較高，受溫度、濕度、振動、腐蝕等環境因素影響較大。為了改善其傳動性能，有些場合往往與機械（機電傳動）、氣壓或液壓傳動結合使用。氣壓傳動是用壓縮空氣作為工作介質進行能量傳遞和控制的。其優點是結構簡單，成本低，易于實現無級調速，

13、阻力損失小，防火防爆，對工作環境適應性好。其缺點是由于空氣易壓縮，負載對傳動特性的影響較大，工作壓力低，只適用于小功率傳動。液壓傳動是以液體作為工作介質進行能量轉換、傳遞和控制的。其優點是功率/質量比及力/質量比大，控制靈活，響應速度快，能實現無級調速，控制方便容易實現自動化，液壓元件易于通用化、標準化，使用壽命長等。其缺點是作為工作介質的液體泄漏導致污染，液體的可壓縮性、溫度影響及管路彈性變形等導致難以實現嚴格的傳動比、傳動效率較低，液壓元件制造精度高價格貴，且在封閉系統內工作故障難以處理。機械傳動是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機件傳遞動力和進行控制的，能夠轉變原動機輸出的動力及運動形式以滿足工

14、作機的需求，實際運用中常見多種基本傳動機構組合使用以構成機械傳動系統。其優點是傳動準確可靠、傳動效率高，實現回轉運動的結構簡單，同時可以傳遞較大扭矩，制造容易、操作簡單、維護方便等。其缺點是一般不能進行無級調速，遠距離傳動較困難，結構復雜成本高等。因此，機械傳動主要用于中低速、傳動比要求精確的工作場景中。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 6 圖表圖表1 1：機械傳動同電氣傳動、流體動力傳動性能對比機械傳動同電氣傳動、流體動力傳動性能對比 傳動特性傳動特性 機械傳動機械傳動 機電傳動機電傳動 電力傳動電力傳動 流體動力傳動流體動力傳動 傳動方式傳動方式 氣壓傳動氣壓傳動 液壓傳動液壓傳動 功率功

15、率/質量比質量比 小 小 小 中等 大 轉矩轉矩-轉動慣量比轉動慣量比 小 小 小 中等 大 響應速度響應速度 低 中等 中等 低 高 可控性可控性 差 中等、好 中等 中等 好 負載剛度負載剛度 中等 差 差 差 大 調速范圍調速范圍 小 中等、大 中等 小 大 資料來源：液壓元件與系統（第 4 版）（劉銀水、李狀云），中郵證券研究所 根據傳動原理的差異，可將機械傳動分為摩擦傳動、嚙合傳動、推壓傳動根據傳動原理的差異，可將機械傳動分為摩擦傳動、嚙合傳動、推壓傳動三類。三類。其中，摩擦傳動包括帶傳動、繩傳動等；嚙合傳動包括齒輪/齒輪機構傳動（圓柱齒、錐齒、行星齒等）、蝸桿傳動、螺旋傳動、鏈傳動

16、、同步帶傳動等；推壓傳動包括凸輪/棘輪/槽輪機構、連桿機構等。1.2 1.2 鏈傳動相較于其他傳動有鏈傳動相較于其他傳動有其其特定優勢區間特定優勢區間 根據應用場景的不同需求，才能選擇出最為適合的機械傳動形式。根據應用場景的不同需求，才能選擇出最為適合的機械傳動形式。最主要需要考慮的是執行系統中驅動力的情況、傳導到各關節點之后需要實現的運動形式/方向/速度、運轉工況等核心方面。其他還需考量的有工作傳遞的功率大?。X輪傳動帶/鏈傳動蝸桿傳動），傳動效率，結構布置與外廓尺寸（傳動尺寸緊湊：齒輪傳動、蝸桿傳動，傳動距離較遠：帶/鏈傳動），傳動部件運轉環境（工作環境惡劣一般用鏈傳動），輸出運動的精度，

17、位置結構和尺寸等。各主要傳動形式的特點及應用場景選擇如下表。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 7 圖表圖表2 2：常用常用機械機械傳動的形式、特點及應用傳動的形式、特點及應用 資料來源：機械分析應用基礎（第 2 版）（李會文、皮云云），中郵證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 8 通過對比各類機械傳動的特點，我們能夠注意到，鏈傳動應用在傳動速度鏈傳動應用在傳動速度低、負載低、負載/扭矩大、傳動效率要求高、輸入輸出中心距較遠、工作環境惡劣等場扭矩大、傳動效率要求高、輸入輸出中心距較遠、工作環境惡劣等場景下景下表現優異表現優異，而在安裝空間較小、需求傳動平穩性高（鏈傳動瞬時傳動比不固定）、

18、需要輸出直線運動等場景則不甚合適。1.3 1.3 人形機器人應用場景人形機器人應用場景天然需求靈活的運動性能天然需求靈活的運動性能 人形機器人的運動性能作為最直觀的產品表現，是消費者首要關注的部人形機器人的運動性能作為最直觀的產品表現，是消費者首要關注的部分。分。人形機器人未來的具體應用場景雖尚未明晰，但能夠講人類從枯燥、骯臟或危險的環境中解放出來的通用型機器人，被許多人視為機器人領域的最終目標。從裝配線上的機械臂，到空中漫游的送貨無人機，專用機器人在過去幾十年間徹底改變了各行各業，為人們的生活帶來了巨大便利，然而多功能的通用型機器人依舊不見蹤跡?；诖?，下游應用場景對于人形機器人基于此，下游

19、應用場景對于人形機器人產品的產品的設想設想中，中，天然包含了“能夠做到像人類一樣靈活運動”天然包含了“能夠做到像人類一樣靈活運動”的潛在需求。的潛在需求。事實上，人形事實上，人形機器人的發展也正向著追求更靈活、更敏捷的運動性能努力機器人的發展也正向著追求更靈活、更敏捷的運動性能努力，用以替代特定生產線特定環節的工業機器人普遍是四軸 SCARA 或是六軸機器人，即有 4 個、6個自由度，特斯拉展示的 Optimus 工程樣機身體上有 28 個關節自由度，手部還有 11 個自由度，而真實的人體光手部就有 27 個自由度，全身自由度超過 200個，目前的人形機器人在靈活度上還望塵莫及。對于運動敏捷方

20、面，我們看到例如波士頓動力（Boston Dynamics）的 Atlas 由液壓驅動，能夠跑酷、360后空翻等極限運動，身手敏捷大幅向人類靠近。圖表圖表3 3：AtlasAtlas 靈活敏捷的運動能力展示靈活敏捷的運動能力展示 資料來源：Boston Dynamics 官網，中郵證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 9 人形機器人所需要的運動性能應當是人形機器人所需要的運動性能應當是力大力大身輕、能耗小、反應快身輕、能耗小、反應快，其運動，其運動核心集中在下半身核心集中在下半身。波士頓動力研發的 Atlas 展現出來的運動能力令人嘆為觀止，甚至可以說樹立了人形機器人的業界標桿。類似于

21、人類身體中大腦控制肌肉，對于復雜的人形機器人系統來說，就是將復雜的控制算法通過執行器來體現，其中“大腦”是控制算法，而“肌肉”則是執行器，想要達到優秀的運動能力二者缺一不可。我們這里僅討論執行器相關，一個強大的執行器應當滿足一個強大的執行器應當滿足以下幾個標準：以下幾個標準：（1 1）具備高的輸出自重比）具備高的輸出自重比，即輸出同樣的力，執行器的重量越輕越好；（2 2）具備低的輸出代價）具備低的輸出代價，即輸出同樣的力，執行器需要的能量消耗越少越好；（3 3）具備高的力響應速度）具備高的力響應速度，即執行器能夠快速的根據需求輸出力，響應延遲越低越好。一般來講，考慮到人的下肢力量是遠大于上肢力

22、量的。健康的人都能毫不費力地站立，通過下肢支撐起整個身體的重量，但大多數普通人不經過訓練是很難倒立的，主要原因就是因為人類的上肢力量比下肢弱很多，所以人形機器人的運動核心通常也集中在下半身。對于人形機器人的下肢對于人形機器人的下肢傳動執行，傳動執行，主要有兩大類實現方法，一種是以液壓主要有兩大類實現方法，一種是以液壓執行器為核心的液壓驅動，一種是以電機為核心的電驅動。執行器為核心的液壓驅動，一種是以電機為核心的電驅動。根據 UCLA 的近期發表的論文Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot（Zhu,Taoyuanmin），在研究開發 UCLA 的人形機

23、器人 ARTEMIS 的過程中，將人形機器人下肢設計實現的方案做了大致分類，具體如下：圖表圖表4 4：人形機器人下肢執行方案對比人形機器人下肢執行方案對比 資料來源：Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot（Zhu,Taoyuanmin），中郵證券研究所 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 10 采用液壓驅動能夠使得人形機器人的運動性能強勁，但由于其成本居高不采用液壓驅動能夠使得人形機器人的運動性能強勁，但由于其成本居高不下，難以商業化。下，難以商業化。液壓驅動方面目前主要是波士頓動力，其效果及影響力均走在前列，其他諸如 Moog 和 IIT 共同研發的

24、液壓執行器系統等。波士頓動力Atlas 選用了功率大的液壓驅動，能夠以極低的損耗輸出相當大的力，執行器重量較低，且單一動力源可以拓展接多個液壓執行器，本身就是中低速執行機構也符合人形機器人的輸出速度。波士頓動力通過在液壓驅動方面積累的大量專利，制造出一個非常緊湊的液壓驅動裝置，重 5kg、功率 5kW，里面有電動泵儲液罐、電池、過濾器、電子設備和一個冷卻系統，憑借 28 個液壓驅動器完成各種爆發力強的雜技動作。以舊版 Atlas 為例，其輸出最大的關節是腿部的膝關節和髖關節，分別達到了 890Nm 和 840Nm，轉速大約是 115rpm。但是，即便液壓驅動擁有前述諸多優點，也存在無法回避的缺

25、點：（1）液壓系統能量效率不高；（2）系統零件數量多，且對于超高集成度的液壓執行器，常規機加工切削已無法滿足要求，需要使用 3D 打??；（3）實現液壓力的高響應比較復雜，液壓的伺服控制需要獨立的電機伺服泵和力傳感器.這些因素導致液壓方案制造成本居高不下，難以走出實驗室、走向商業化。圖表圖表5 5：AtlasAtlas 的液壓驅動裝置的液壓驅動裝置 資料來源：智東西，中郵證券研究所 在液壓方案短期內無法克服規?；瘑栴}的情況下，后續廠商在液壓方案短期內無法克服規?；瘑栴}的情況下，后續廠商如特斯拉、小如特斯拉、小米、優必選等米、優必選等大多大多轉向了穩定性、性價比更高的電機驅動方案轉向了穩定性、性價

26、比更高的電機驅動方案。在電機驅動方案中，伺服驅動器將位置、速度、扭矩告訴伺服電機，伺服電機將接收到的電壓信號轉換為扭矩及轉速，減速器可以增加扭矩，優化低速運動的平穩性。雖然扭矩密度遠低于液壓驅動，但電機驅動可以通過搭配高減速比的減速器來加以補足，其現有技術已能滿足機器人的多數運動需求，同時擁有能量轉化效率、易維護、低成本、零件規整等優勢。這一驅動方式通過位置、速度、力矩 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 11 來實現對機器人的閉環控制，使精度更高。在機器人系統中，伺服電機能做到“說停就停、說走就走”，讓執行系統能夠“絕對服從”控制系統的命令。1.4 1.4 行行業內業內對傳動部件對傳動部件選擇

27、各異，尚未有鏈傳動確定方案選擇各異，尚未有鏈傳動確定方案 由于產品應用定義不同、作用關節位置不同，執行器在物理指標、執行任務強度和功率等方面均不相同。為了探索最優的執行器方案，入局機器人的廠為了探索最優的執行器方案，入局機器人的廠家多選擇定制執行器的路線。家多選擇定制執行器的路線。特斯拉特斯拉（OptimusOptimus）圖表圖表6 6：OptimusOptimus 通過硬件仿真之后簡化成的六種執行器通過硬件仿真之后簡化成的六種執行器 圖表圖表7 7：OptimusOptimus 膝關節使用的連桿傳動機構膝關節使用的連桿傳動機構 資料來源：特斯拉 AI Day，中郵證券研究所 資料來源：特斯

28、拉 AI Day，中郵證券研究所 特斯拉 Optimus 共有 28 個運動關節，針對每個關節都有最優的執行器方案，但考慮到規?；a的成本控制，又對全部關節做了擬合優化，最終得到了不同規格的 3 種旋轉執行器和線性執行器。旋轉執行器（永磁電機+諧波減速器）主要分布于肩髖等需要大角度旋轉的關節，線性執行器（無框電機+行星滾柱絲杠）分布于膝肘等擺動角度不大的單自由度關節和腕踝兩個雙自由度但是體積緊湊的關節。這樣的設計安排或許同這樣的設計安排或許同 OptimusOptimus 實用化的設計理念相吻合，實用化的設計理念相吻合，我們認為，我們認為，特斯拉希望得到的是能夠規?；慨a、成本可控、結構可靠

29、、低耗特斯拉希望得到的是能夠規?；慨a、成本可控、結構可靠、低耗能的機器人，充一次電工作一整天，因此對于類似波士頓動力能的機器人，充一次電工作一整天，因此對于類似波士頓動力 AtlasAtlas 的高動的高動態、高響應速度態、高響應速度并非核心訴求并非核心訴求。Optimus 的下肢基本采用線性執行器，提供支撐和承力，其優勢主要有以下兩點：（1）空間利用率高。線性執行器可以縱向布局，最大限度地利用大腿內部空間，布置體積更大的電機同時提供更大推力，Tesla AI Day 上展示了單臺執行器輕松吊起一臺鋼琴；（2）線性執行器的螺桿傳動機構通過合理設計可以具備自鎖能力，下半身不動時可以自動鎖定姿態

30、，不耗能，形成一個低功耗且穩定的底部支架。最終的執行器方案將得到的是傳動精度高、輸出力強、低 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 12 能耗高負載，但響應速度慢、高動態運動能力欠佳的產品類型，后續期待通過規?；a、減少零部件類型等方式降低成本。圖表圖表8 8：特斯拉特斯拉 OptimusOptimus 方案與方案與鏈傳動方案比較鏈傳動方案比較 特斯拉特斯拉 OptimusOptimus 方案方案 鏈傳動可能的方案鏈傳動可能的方案 下肢使用的傳動下肢使用的傳動部件部件 旋轉執行器（諧波減速器）、線性執行器（梯形絲杠/行星滾柱絲杠）、四連桿機構 高扭矩電機+部分執行器位置遠離關節，加入鏈條替代其他

31、小減速比傳動部件 優勢之處優勢之處 1）垂直狀態下可自鎖，節能 2）空間利用率更高，能夠選取更大的電機 3）傳動精度高，工作穩定性好 1）減小腿部末端慣性，有效提升運動性能 2）降低單臺成本 3）惡劣工況下正常運轉 存在弊端存在弊端 1）行星滾珠絲杠單價昂貴 2）下半身慣性過大難以靈活行動 1）只能用于兩個旋轉運動之間的傳動 2）工作過程中可能有噪音 最終目標最終目標 能夠規?；慨a、結構可靠、低耗能、滿足日常需求的家用機器人 能夠做到像人類一樣靈活運動、高動態響應的類人機器人 資料來源：中郵證券研究所 1X Technologies1X Technologies（N NEOEO）作為 Ope

32、nAI 領投的人形機器人廠商，自 2014 年成立開始，就專注于開發具有高度靈活性和可擴展性的人形機器人。1X Technologies 的旗艦產品是EVE，一款擁有兩臂、兩眼和四輪底盤的機器人，可以在各種環境中執行多種任務，如巡邏、監控、搬運等。1X Technologies 目前在研發一款名為 NEO 的雙足機器人，預計將于 2024 年發布。1X 對于執行器系統的創新點在于堅持研發無齒輪的方案。公司認為機器人復制人類的靈活性和效率的巨大難點在于齒輪傳動的使用，盡管齒輪提供動力，但是它們也會增加重量、降低自然動力、阻礙敏捷性。人形機器人如果采用傳統技術（齒輪比約為 80：1），其慣性可能相

33、當于腳上負重 24kg，而 1X 的無齒輪系統能夠降低慣性至 0.5kg，同時 1X 還成功開發出無需使用齒輪即可實現約 80%人類肌肉力密度的電機。智元機器人智元機器人（遠征遠征 A1A1）2023 年 8 月，智元機器人發布其首款人形機器人遠征 A1，遠征 A1 身高175cm，重量 55kg，整體為類人造型。在硬件設計上，全身有超過 49 個自由度，搭載了諧波一體關節、直線推桿、無刷行星伺服、空心杯電機等驅各類執行器。這些執行器讓它就像有了人類關節一樣，具有做各種動作的靈活性。該 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 13 機器人搭載的 Power Flow 關節電機，峰值扭矩 350Nm，

34、重量 1.6kg，配有水冷循環散熱。腿部采用反曲膝設計，相對于正曲膝設計，可以幫助機器人有更多操作空間，更適合干活。靈巧手的設計，擁有 12 個主動自由度，5 個被動自由度，采用驅動內置。另外還有配有基于視覺的指尖傳感器，可以分辨操作物的顏色、形狀、材質等。遠征 A1 不止是足式的，還可以輪式的。機器人靈巧手，也支持自主更換。宇樹科技宇樹科技（H1H1）2023 年 8 月中旬，宇樹科技發布旗下首款通用人形機器人產品 H1，采用輕量化材料設計，整體重量只有 47kg，整身擁有 19 個自由度，行走姿態輕盈穩健，為適配大負載，高密度，大功率的需要，宇樹專門為 H1 人形機器人設計了扭矩密度更高的

35、 M107 關節電機，峰值扭矩達到了 360Nm，而髖關節電機扭矩則為 220Nm，踝關節為 45Nm，手臂關節則為 75Nm。目前 H1 人形機器人行走速度可以達到 1.5m/s，潛在運動能力可達 5m/s。在續航方面，H1 人形機器人搭載15Ah 電池，最大電壓 67.2V，可滿足連續 1 小時的運動續航標準。達闥科技達闥科技（XR4XR4）2023 年 8 月，達闥機器人在世界機器人大會上發布了人形雙足機器人 XR4（七仙女）。XR4 是一款達闥云端大腦賦能的、面向全場景應用的全尺寸、全功能通用人形雙足機器人，高 165cm，重 65kg，全身采用輕質高強度的碳纖維復合材料，擁有 60

36、多個智能柔性關節，采用并聯驅動結構和高扭矩密度電機，峰值扭矩高達 600Nm。傅利葉智能傅利葉智能（GRGR-1 1）2023 年 7 月 6 日，傅利葉智能在 2023 世界人工智能大會上發布 GR-1 通用人形機器人，該機器人采用自研 FSA 高性能一體化執行器，擁有強大且靈活的運動性能。與傳統概念型產品不同，傅利葉智能表示，本次發布的 GR-1 通用人形機器人已具備商業化落地的能力。GR-1 身高 1.65 米，體重 55 公斤，全身自由度達 40 個，最大關節模組峰值扭矩可達 300Nm，步行速度可達到 5km/h，負重 50kg。GR-1 采用電驅動技術，能夠滿足機器人的運動需求，具

37、備高度的精確性和靈活性。傅利葉方面表示，相較液壓驅動，電驅技術性價比更高，有著商業規?；慨a優勢，同時在節能和資源利用方面也具有優勢。在 GR-1 通用人形機器人上，傅利葉智能采用了自主研發的 FSA 高性能一體化執行器系列，能夠確保 GR-1 通用人形機器人在行動過程當中的靈活性，在落地的商業化任務場景下，具備力量、穩定性、負載適應能力以及安全性與可靠性。2 2 鏈傳動：鏈傳動：特定場景下的成本優選特定場景下的成本優選 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 14 2.1 2.1 鏈傳動鏈傳動憑借憑借特性特性可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景可適用于高扭矩電機及高運動性能要求場景 人形機器人下

38、肢傳動執行存在多種方案人形機器人下肢傳動執行存在多種方案。UCLA 近期發表的論文Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot（Zhu,Taoyuanmin）中將人形機器人下肢設計實現的方案做了大致分類（見圖 4），第一種是高減速比伺服執行器（High-Geared Servo Actuator），由高功率直流無刷電機+大減速比傳動部件+力矩傳感器構成。第二種是串行彈性執行器（Series-Elastic Actuator），把第一種末端的力矩傳感器換成了彈簧以保護對于驅動系統的沖擊。第三種是本體感覺執行器（Proprioceptive Actuator）

39、，由高扭矩電機+小減速比傳動部件構成。第四種則是由液壓泵+液壓缸組成的液壓驅動方案，由于輸出速度基本與機器人運動速度匹配，所以幾乎用不到傳動部件。大減速比傳動部件一般是諧波減速器或 RV 減速器等，小減速比傳動部件一般是行星減速器、帶/鏈傳動、連桿機構等，并沒有哪種傳動部件適用于所有場景。采用第三、四種技術方案采用第三、四種技術方案的人形機器人通常具備更高的運動性能。的人形機器人通常具備更高的運動性能。國內外各廠商的執行器方案顯示出國內外各廠商的執行器方案顯示出電機扭矩密度電機扭矩密度有望有望不斷提升，鏈傳動等不斷提升，鏈傳動等小減速比傳動部件的需求將得到拓展。小減速比傳動部件的需求將得到拓展

40、。電機產生扭矩的代價是電流以及電流引起的銅損（歐姆損耗），而持續的大功率銅損又會導致電機溫度上升而達到上限無法再維持扭矩，這便是制約電機扭矩的主要原因。高扭矩的密度電機，能以更低銅損產生更高的扭矩，因此同樣銅損下，在達到溫升極限時具有更大的扭矩能力。當一個電機扭矩密度高時，電機在極限情況下的爆發力更強，產生同當一個電機扭矩密度高時，電機在極限情況下的爆發力更強，產生同樣扭矩所消耗的銅損更小。樣扭矩所消耗的銅損更小。如果專注于人形機器人等以輸出扭矩為主導的工況如果專注于人形機器人等以輸出扭矩為主導的工況之下，將之下，將具有更高的效率具有更高的效率、更好的續航以及更低的發熱。更好的續航以及更低的發

41、熱。從前文中盤點的國內外各廠家執行器方案中也能看出，行業普遍追求人形機器人產品下肢的輸出扭矩提高以增強其機動性能。而鏈條相比其他傳動部件，更適合負載大速度低的情況，可以用在較遠距離的傳動，在高溫、油、酸等惡劣條件下工作穩定，對軸和軸承的損耗小。這些特點在通用機器人天然需要替代的枯燥重復、危害健這些特點在通用機器人天然需要替代的枯燥重復、危害健康等行業工況中具備優勢?？档刃袠I工況中具備優勢。2.2 2.2 鏈傳動方案鏈傳動方案替換的切入替換的切入場景場景 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 15 圖表圖表9 9：UCLAUCLA 人形機器人人形機器人 A ARTEMISRTEMIS 的下肢結構圖的

42、下肢結構圖 圖表圖表1010：傅利葉人形機器人傅利葉人形機器人 G GR R-1 1 實物實物結構結構圖圖 資料來源：Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot（Zhu,Taoyuanmin），中郵證券研究所 資料來源：傅利葉官網，中郵證券研究所 為追求人形機器人優秀的運動性能，部分技術方案中將執行器置于關節遠為追求人形機器人優秀的運動性能，部分技術方案中將執行器置于關節遠端，端，該該情況下鏈傳動或成為最優解情況下鏈傳動或成為最優解。Design of a Highly Dynamic Humanoid Robot（Zhu,Taoyuanmin）中設計分

43、析的 UCLA 機器人 ARTEMIS，還有傅利葉的新品人形機器人 GR-1，均采用的這種技術設計，即在需要大負載的下半身設計中，考慮到關節之間相互干擾，以及機器人運動平衡的問題，他們將執行器從原本直接安裝在相應關節位置，關聯膝關節的執行器改換到向近端移動至髖部，關聯踝關節的執行器轉移至膝部。這樣處理之后，機器人腿部末端的部件減少慣性減少，更有利于快速步行和節能。而當執行器放置在髖部/膝部但控制膝/踝關節時，輸入點與輸出點之間的中心距較長，齒輪傳動、絲桿傳動無法滿足需求，之間的傳動部件使用連桿機構或者帶/鏈傳動就更為合適。其中，關節旋轉角度在 180之內的話可以考慮使用連桿機構，但角度過大時連

44、桿機構可能會遇到奇點問題失靈，所以角度過大時需要鏈傳動。鏈傳動的替代場景也不僅僅局限于前面說到的，執行器與控制關節之間距鏈傳動的替代場景也不僅僅局限于前面說到的，執行器與控制關節之間距離較長的情況。離較長的情況。例如，根據 IEEE 上刊登的文獻Design of a Myoelectric Transhumeral Prosthesis（Daniel A.Bennett et al.），在設計機器人上半身手臂時，采用了兩級鏈傳動+手肘處肌腱傳動（tendon drive）的方案。目前各類技術方案均處于試探性的階段，故未來或有其他新增鏈傳動替代場景。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 16 圖表

45、圖表1111：日本椿本鏈條預計日本椿本鏈條預計 20242024 年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈 資料來源：日本椿本年報，中郵證券研究所 日本椿本鏈條預計日本椿本鏈條預計 20242024 年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈年推出世界上最小的超緊湊滾子鏈，應用場景為先，應用場景為先進醫療設備及機器人。進醫療設備及機器人。根據日本椿本鏈條 2023 年報中稱，公司正在開發世界上最小的超緊湊滾子鏈，目標是在 2024 年發布。該鏈條節距僅有 1.905 毫米，每米重量不到 20 克，但將達到難以想象的強度，其中凝聚了椿本積累多年的技術精華。材料預計會采用不銹鋼材質的鏈條，

46、適用于腐蝕及溫度變化大的作業環境，目標應用領域為先進的醫療設備及機器人技術。2.3 2.3 鏈傳動方案可用于人形機器人的降本鏈傳動方案可用于人形機器人的降本 行星滾柱絲杠海外產品售價高，國產尚未規?；?，仍需等待國內廠商量產行星滾柱絲杠海外產品售價高，國產尚未規?；?，仍需等待國內廠商量產降本。降本。海外市場行星滾柱絲杠龍頭廠商產品單價在 2 萬左右，以特斯拉Optimus 的技術方案為例，單臺機器人全身共計 14 個線性執行器，其中小臂上的 4 個線性執行器使用的是梯形絲杠，腿部等其余位置的 10 個線性執行器中應用行星滾柱絲杠，這樣大致估算下，即便海外產品有一定幅度的降價，僅絲杠部分的成本就已

47、經超過特斯拉 Optimus 的量產目標價 2 萬美元了?？紤]到執行器部分的成本占人形機器人硬件總成本的 80%左右，而執行器中包含電機、編碼器、控制器等諸多其他零部件，采用行星滾柱絲杠的技術方案未來成本壓縮的空間仍較大，靜待國產廠商達到量產階段。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 17 圖表圖表1212：全球代表性行星滾柱絲杠企業產品布局對比全球代表性行星滾柱絲杠企業產品布局對比 公司公司 制造工業制造工業 尺寸系列尺寸系列 產品應用產品應用 價格水平價格水平 EwellixEwellix（schaefflerschaeffler）研磨 齊全 工業 行業基準 RollvisRollvis 研磨

48、 齊全 軍品和工業 低 10%-15%GSAGSA 研磨 齊全 軍品和工業 低 20%-25%RexrothRexroth 軋制 較齊全 工業 低 10%-20%資料來源：前瞻產業研究院，中郵證券研究所 鏈條傳動成本相對較低，在滿足性能及技術要求的情況下控制成本效果顯鏈條傳動成本相對較低，在滿足性能及技術要求的情況下控制成本效果顯著。著。如果后續終端產品采用高扭矩電機+小減速比傳動部件的方案，或者將執行器與控制關節設置較遠，鏈條傳動將能打開應用空間。以 RS online 上經銷的日本椿本鏈條代表產品 RS80 的售價來看，平均單價約為 97.58 元/個，與行星滾柱絲杠價格相去甚遠，即便椿本

49、 2024 年的新產品售價上漲，仍可預見到較大的成本控制空間。3 3 風險提示風險提示 人工智能及大模型發展不及預期風險；核心零部件降本不達預期風險；人形機器人商業化應用不理想風險；政策支持落地力度不達預期風險。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 18 中郵證券投資評級說明中郵證券投資評級說明 投資評級標準 類型 評級 說明 報告中投資建議的評級標準：報告發布日后的 6 個月內的相對市場表現，即報告發布日后的 6 個月內的公司股價（或行業指數、可轉債價格）的漲跌幅相對同期相關證券市場基準指數的漲跌幅。市場基準指數的選?。篈 股市場以滬深 300 指數為基準；新三板市場以三板成指為基準；可轉債市場

50、以中信標普可轉債指數為基準；香港市場以恒生指數為基準；美國市場以標普500 或納斯達克綜合指數為基準。股票評級 買入 預期個股相對同期基準指數漲幅在 20%以上 增持 預期個股相對同期基準指數漲幅在 10%與 20%之間 中性 預期個股相對同期基準指數漲幅在-10%與 10%之間 回避 預期個股相對同期基準指數漲幅在-10%以下 行業評級 強于大市 預期行業相對同期基準指數漲幅在 10%以上 中性 預期行業相對同期基準指數漲幅在-10%與 10%之間 弱于大市 預期行業相對同期基準指數漲幅在-10%以下 可轉債 評級 推薦 預期可轉債相對同期基準指數漲幅在 10%以上 謹慎推薦 預期可轉債相對

51、同期基準指數漲幅在 5%與 10%之間 中性 預期可轉債相對同期基準指數漲幅在-5%與 5%之間 回避 預期可轉債相對同期基準指數漲幅在-5%以下 分析師聲明分析師聲明 撰寫此報告的分析師（一人或多人）承諾本機構、本人以及財產利害關系人與所評價或推薦的證券無利害關系。本報告所采用的數據均來自我們認為可靠的目前已公開的信息，并通過獨立判斷并得出結論，力求獨立、客觀、公平，報告結論不受本公司其他部門和人員以及證券發行人、上市公司、基金公司、證券資產管理公司、特定客戶等利益相關方的干涉和影響，特此聲明。免責聲明免責聲明 中郵證券有限責任公司（以下簡稱“中郵證券”）具備經中國證監會批準的開展證券投資咨

52、詢業務的資格。本報告信息均來源于公開資料或者我們認為可靠的資料，我們力求但不保證這些信息的準確性和完整性。報告內容僅供參考，報告中的信息或所表達觀點不構成所涉證券買賣的出價或詢價，中郵證券不對因使用本報告的內容而導致的損失承擔任何責任?？蛻舨粦员緢蟾嫒〈洫毩⑴袛嗷騼H根據本報告做出決策。中郵證券可發出其它與本報告所載信息不一致或有不同結論的報告。報告所載資料、意見及推測僅反映研究人員于發出本報告當日的判斷，可隨時更改且不予通告。中郵證券及其所屬關聯機構可能會持有報告中提到的公司所發行的證券頭寸并進行交易，也可能為這些公司提供或者計劃提供投資銀行、財務顧問或者其他金融產品等相關服務。證券期貨投

53、資者適當性管理辦法于 2017 年 7 月 1 日起正式實施，本報告僅供中郵證券客戶中的專業投資者使用，若您非中郵證券客戶中的專業投資者，為控制投資風險，請取消接收、訂閱或使用本報告中的任何信息。本公司不會因接收人收到、閱讀或關注本報告中的內容而視其為專業投資者。本報告版權歸中郵證券所有，未經書面許可，任何機構或個人不得存在對本報告以任何形式進行翻版、修改、節選、復制、發布，或對本報告進行改編、匯編等侵犯知識產權的行為，亦不得存在其他有損中郵證券商業性權益的任何情形。如經中郵證券授權后引用發布，需注明出處為中郵證券研究所，且不得對本報告進行有悖原意的引用、刪節或修改。中郵證券對于本申明具有最終

54、解釋權。請務必閱讀正文之后的免責條款部分 19 公司簡介公司簡介 中郵證券有限責任公司，2002 年 9 月經中國證券監督管理委員會批準設立，注冊資本 50.6 億元人民幣。中郵證券是中國郵政集團有限公司絕對控股的證券類金融子公司。公司經營范圍包括：證券經紀；證券自營；證券投資咨詢；證券資產管理；融資融券；證券投資基金銷售；證券承銷與保薦；代理銷售金融產品；與證券交易、證券投資活動有關的財務顧問。此外，公司還具有：證券經紀人業務資格；企業債券主承銷資格；滬港通；深港通；利率互換；投資管理人受托管理保險資金；全國銀行間同業拆借；作為主辦券商在全國中小企業股份轉讓系統從事經紀、做市、推薦業務資格等

55、業務資格。公司目前已經在北京、陜西、深圳、山東、江蘇、四川、江西、湖北、湖南、福建、遼寧、吉林、黑龍江、廣東、浙江、貴州、新疆、河南、山西、上海、云南、內蒙古、重慶、天津、河北等地設有分支機構，全國多家分支機構正在建設中。中郵證券緊緊依托中國郵政集團有限公司雄厚的實力，堅持誠信經營，踐行普惠服務，為社會大眾提供全方位專業化的證券投、融資服務，幫助客戶實現價值增長，努力成為客戶認同、社會尊重、股東滿意、員工自豪的優秀企業。中郵證券研究所 北京 郵箱： 地址：北京市東城區前門街道珠市口東大街 17 號 郵編：100050 上海 郵箱： 地址：上海市虹口區東大名路 1080 號郵儲銀行大廈 3樓 郵編：200000 深圳 郵箱： 地址：深圳市福田區濱河大道 9023 號國通大廈二樓 郵編：518048