源起基金关注领域——机器人零部件之竞争格局及行业发展
减速器是连接动力源(如电机)与执行机构的中间装置,属于动力传达机构。其核心功能是通过齿轮等传动部件组成的速度转换器,将动力源的高转速降低至执行机构所需的低转速,同时增大输出转矩,从而满足不同场景的动力需求。源起基金本期内容继续为大家介绍精密仪器的其他零件。
机器人零部件的竞争格局分析
1.RV减速器
在全球RV减速器市场中,日本纳博特斯克是行业的领军企业。国内RV减速器市场格局中,除纳博特斯克外,环动科技表现突出,市场占有率已接近20%,展现出显著的国产替代势头。 从市场份额变化来看:
2020年:纳博特斯克在国内机器人RV减速器市场占据绝对主导地位,市占率达54.80%;住友重机占6.60%;环动科技以5.25%的市占率起步。
2021-2023年:环动科技市占率逐年攀升,分别达到10.11%、13.65%、18.89%,稳居国内厂商首位且仅次于纳博特斯克。同期,纳博特斯克市占率降至40.17%,住友重机降至3.91%,国际厂商整体份额持续收缩,凸显环动科技产品的竞争力与国产替代进程的加速。
图:2020-2023年中国机器人RV减速器市占率(数据来源:环动科技)
2.谐波减速器
当前,全球谐波减速器市场仍由主流国际品牌占据主导地位。这些国际厂商不仅供货交期长达数月,且产品对国内机器人生产商的销售价格高于同期国外客户,一定程度上制约了国内机器人企业的发展,使得谐波减速器的国产替代需求尤为迫切。
据华经产业研究院数据显示,日本哈默纳科在国内谐波减速器市场占据约四成份额。以绿的谐波为代表的国产厂商正持续提升市场竞争力,2022年其在中国市场的市占率已达26%,国产替代进程稳步推进。
图:2022年中国谐波减速机竞争格局(数据来源:华经产业研究院)
3. 行星减速器
精密行星减速器市场主要由日系、德系品牌主导,行业集中度相对分散。国内市场方面,国内CR3约41%。其中,日本新宝的市场份额为20%,占比最高,威腾斯坦占比约12%,纽卡特9%,CR3在国内市场地位与全球市场的地位类似。我国从20世纪60年代起开始研制应用行星减速器,在三大精密减速器中开发时间最早,并且相对来说行星减速器的结构较为简单,技术设计壁垒较低,国内自主品牌的市占率正在稳步提升。
图:2022年行星减速器国内市场竞争格局(数据来源:西部证券)
精密减速器行业发展驱动因素
精密减速器的应用场景呈现显著分化:精密行星减速器广泛覆盖高端制造各领域,而谐波减速器、RV减速器则以工业机器人为主要下游市场。从海外龙头企业的收入结构看,哈默纳科2024财年营收中,工业机器人、汽车、半导体设备领域占比分别为31%、23%、15%。 细分至国内厂商:
行星减速器:科峰智能2022年收入中,移动机器人、新能源设备、高端机床分别占比18%、19%、12%,体现其在多领域的均衡布局;
谐波减速器:绿的谐波2023年营收的75%来自工业及服务机器人零部件,凸显对机器人赛道的高度聚焦;
RV减速器:环动科技2023年RV减速器收入占比达95%,且前5大客户(收入合计占比92%)均为工业机器人制造商,业务高度集中于机器人核心部件领域。
(一)工业机器人减速器需求
2023年中国工业机器人减速器市场需求持续扩张,总需求量接近120万台。其中,RV减速器、谐波减速器消费量分别同比增长13.21%、4.64%,市场表现分化。
据GGII数据显示,2019-2023年中国工业机器人减速器总需求量从44.16万台跃升至118.94万台,复合年增长率(CAGR)达28.11%;同期增量需求从35.21万台增长至100.70万台,CAGR高达30.04%,凸显行业高速增长态势。此外,由于减速器存在额定使用寿命(通常5-8年),随着存量设备进入更换周期,未来售后市场的替换需求有望进一步释放。
图:2015-2023 年中国工业机器人减速器需求(万台)(资料来源:GGII,环动科技招股书)
在其他下游行业中,数控机床与半导体设备市场保持稳健增长态势。中商情报网数据显示,2023年中国数控机床市场规模约为4090亿元,同比增幅约7%,预计2025年将提升至4574亿元,期间复合年增长率(CAGR)约为6%。此外,据SEMI统计,2023年中国半导体设备行业规模达2190亿元,较上年增长约8%,行业景气度持续向好。
(二)人形机器人减速器需求
人形机器人减速器的BOM成本占比15%,单机用量14个以上。人形机器人正成为减速器行业的全新增长引擎。回溯减速器龙头企业发展历程,以哈默纳科为例,其下游需求驱动因素历经从机床、工业机器人、半导体设备、显示器设备到高端医疗装备、协作/服务机器人、航空航天的迭代升级。
以Tesla Optimus 机器人为例,单体使用14个谐波减速器。特斯拉Optimus躯干共有28个关节执行器,其中旋转关节14个,包括肩部6个、肘部2个、腰部2个、髋部 4 个。旋转关节由无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器构成,其所使用的谐波减速器规格有3种,对应扭矩分别为20Nm、110Nm、180Nm。
图:Tesla Optimus减速器方案(数据来源:Tesla AI Day 2022)
以宇树科技通用人形机器人Unitree G1为例,该机器人拥有23-43个自由度,关节电机采用行星减速器。
Unitree G1整机可以分为两个版本:
G1基础版23自由度,对应膝关节最大扭矩90Nm、手臂最大负载2kg;
G1-EDU可选23-43自由度,对应膝关节最大扭矩120Nm、手臂最大负载3kg。
图:宇树科技通用人形机器人G1部件示意图(资料来源:宇树科技官网)
近年来,随着全球制造业向智能化转型,为提升生产力并将人类从低附加值、高风险岗位解放,各国纷纷加码人形机器人领域布局。人形机器人因需实现高灵活度运动,其关节数量可达数十个甚至上百个,每个关节的精准控制均依赖精密减速器。这一特性将催生海量需求 —— 仅以单台人形机器人配备 30-50 个减速器估算,潜在市场规模可达数百亿级别,为减速器行业开辟全新增长空间,相关厂商有望凭借技术积累抢占产业升级红利。