毕马威发布的最新报告称，2024年全球人形机器人市场规模达到20.3亿美元，预计到2029年将达到132.5亿美元，年均复合增长率约45.5%。“投融资方面，中国具身智能的投融资市场正呈现热潮调整、恢复向好的趋势。2024年具身智能融资共182笔，金额为140.5亿元，出现复苏现象。”
毕马威指出，“作为具身智能子赛道，人形机器人因丰富的应用场景与技术发展潜力，其融资表现逆势增长，融资规模从2020年的15.8亿元升至去年的72.3亿元，年均复合增长率为35.6%。”
2025年人形机器人行业进入小批量量产阶段，全球将有数千台人形机器人进入工厂场景训练。硬件端核心零部件提升有望成为人形机器人泛化性提升的核心推动力。
人形机器人零部件概览
以特斯拉人形机器人Optimus为例，其量产BOM成本中运动系统成本最高，约占70%以上。灵巧手是人形机器人上最重要的末端执行器，占比约32%。灵巧手特指模仿人类手部结构和功能，是用于实现机器人与环境交互的关键部件，主要实现人形机器人对物体的灵活抓取和精细操作。从结构来看，灵巧手的结构设计核心三要素是驱动、传动、传感。一般由手掌、手腕、手指、关节、驱动器、传感器等部分组成。核心零部件包括空心杯电机、微型丝杠、腱绳、力矩传感器、触觉传传感器以及灵巧手总成等。
资料来源：特斯拉X平台线性执行器是将旋转运动转换为直线运动，或者直接产生直线运动的装置。主要用于人形机器人的腕、肘、膝和踝等关节，以及需要直线运动的部件，如手臂的伸展、腿部的移动等。旋转执行器是让机器人的关节进行旋转运动的装置。主要用于人形机器人的肩、髋等关节，以及需要旋转运动的部件，如手臂的旋转、头部的转动等。线性和旋转两大执行器的共同点在于动力来源（无框力矩电机）、传感器（编码器、力矩传感器），不同之处在于传动机构分别是行星滚柱丝杠和减速器。旋转执行器采用“电机 精密减速器”结构，线性执行器采用“电机 滚柱丝杠结构”。线性/旋转执行器核心零部件包括无框力矩电机、滚柱丝杠、减速器、传感器、轴承等。
人形机器人不同执行器零部件构成图示：
01 减速器
减速器是连接电机与转动装置之间的桥梁，能够降低转速并增大扭矩。人形机器人用减速器可类比汽车变速箱，是价值占比较高的核心精密零部件之一。按照应用场景，人形机器人减速器分为谐波减速器、精密行星减速器、RV减速器三类。关节传动：在人形机器人的关节部位，如肘关节、腕关节等，减速器主要用以实现精确的传动和控制。例如，谐波减速器因其体积小、重量轻、传动比大等特点，常被用于这些需要精细操作的部位。集成应用：行星减速器等类型的减速器被集成于伺服电机、步进电机等执行机构中，以实现更紧凑和高效的传动系统。负载支撑：对于负载较大的关节部位，如腿部、腰部和肘部等，RV减速器因具有较高的承载能力和稳定性而被广泛采用。
特斯拉关节执行器分布：以特斯拉-OptimusGen2为例，选择旋转关节均使用谐波减速器，整体大约需要14个谐波减速器。谐波减速器是旋转执行器的核心，由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成。柔轮：谐波减速器核心部件，其外齿与钢轮内齿不断进行啮入、啮合、啮出和脱开的往复循环。其采用40Cr合金钢制造，例如40CrMoNiA、40CrA，目前柔轮材料大多依赖从国外进口。国内厂商方面，翔楼新材料精密冷轧和热处理领域核心技术引领国产替代，是国内唯一一家通过绿的谐波产品检验并进入验厂环节的柔轮材料供应商；长盛轴承的谐波减速器专利中，柔轮部分采用了金属杯环和注塑壳的组合结构，其中金属杯环固定设置在注塑壳内，并设置有至少一个通孔，这种设计既保证了柔轮的强度和刚度，且降低了制造成本。刚轮：多采用球墨铸铁制造，能够提供良好的韧性、耐磨性。波发生器：由柔性轴承与椭圆形凸轮组成，目前国内谐波减速器厂商已经开始加速轴承的国产化进程，以绿的谐波为例，其谐波减速器用轴承以自产为主，外购轴承主要为特定型号的深沟球轴承。例如，五洲新春拥有日本阪村与瑞士哈特贝尔的高速镦锻机，适合大批量生产深沟球轴承。从行业壁垒来看，谐波减速器方案需用到力矩传感器做力控，结构和成本更加复杂，且数理模型、齿形设计和材料加工壁垒高。国内厂商绿的谐波的核心团队从2003年开始研究谐波减速器，率先打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断，已经建立起自身的技术壁垒，目前已经拓展至机电一体化等产品，与埃斯顿、新时达、三花智控等众多厂商合作。行业发展趋势来看，减速器呈现微型化、一体化发展趋势，微型谐波减速器降本后有望应用于灵巧手。全球谐波减速器龙头哈默纳科和国内绿的谐波等谐波减速器领先企业加码微型谐波减速器的相关研发。精密行星减速器主要为人形机器人的关节提供动力支持。单级传动比都在10以内，一般行星减速器在1~3级的范围，微型行星减速器可以做到5级。RV减速器结构和制造工艺复杂，相较于谐波减速器具有更高的技术和投资门槛。市场格局方面，RV减速器相对集中，两大龙头占据超过一半市场份额。国产RV减速器已实现初步的国产替代，除双环传动外，珠海飞马、智同科技、中大力德、南通振康、秦川机床、六环传动、泰隆集团、斯微特等也是该领域具有实力的厂商，且具备大负载机器人减速器的定制化能力。巨轮智能、苏轴股份、埃夫特、钱江机器人等一些厂商在该领域也有所布局。
资料来源：宇树科技官网
02 丝杠
在人形机器人中，丝杠是将旋转运动转换为直线运动的核心部件。特斯拉人形机器人迭代，最大的边际变化是丝杠用量增加，特斯拉Gen3灵巧手应采用“腱绳 丝杠”的传动方案，以及“电机 微型丝杠”的主动关节方案。行星滚柱丝杠是人形机器人环节中的高价值和高壁垒环节。相较于传统的滚珠丝杠，行星滚柱丝杠的特点在于其使用了含螺纹的多个滚柱体，提高了承载能力。特斯拉人形机器人Optimus的行星滚柱丝杠全球仅有两家供应商，分别是德国舍弗勒和新剑传动。目前国内近百家人形机器人企业中，使用丝杠方案的厂商非常少，行业渗透率有望大幅提升。丝杠供应链国内替代头部厂商包括新剑传动、南京工艺等。2024年12月，新剑传动年产100万台人形机器人及汽车行星滚柱丝杠产业化项目开工，成为全球第一家公布大规模量产的企业。南京工艺国产行星丝杠市场份额位列国产厂商第一，有国内规格最全的精密滚动功能部件产业化基地。当前丝杠工艺主要采用车削 磨削结合，行业趋势来看“以车代磨”趋势显著，多家丝杠公司开始采用车削工艺提高加工效率。公开资料显示，浙海德曼等企业具备与国外同行竞争的实力，在丝杠加工方案中取得重要进展；秦川机床在数控磨床、滚珠丝杠等均有布局，其汉江机床子公司通过募投滚柱丝杆项目进一步提升产能；日发精机研发的数控螺纹磨床是丝杠加工的核心设备，已与部分客户达成战略合作。
03 腱绳
特斯拉人形机器人第三代灵巧手模型。采用“线性执行器模块 腱绳模块”，线性执行器从Gen 2的手掌转移到Gen 3的手臂，手掌体积更小。
资料来源：《腱驱动空间多指灵巧手感知与控制关键技术研究》高分子材料（超高分子量聚乙烯纤维/UHMWPE）综合性能相对较强，应用更多，但成本相对较高。领先的材料供应商包括荷兰 DSM、美国 Honeywell 等。不锈钢材料性能相对偏弱，技术工艺提升后有望广泛应用于机器人领域。公开资料显示，国内厂商大业股份、南山智尚、同益中、恒辉安防等厂商在相关材料领域有所布局。
04 电机
电机作为人形机器人核心零部件，是重点突破的核心技术之一。电机将电能转化为机械能的设备，用于产生旋转运动或线性运动。空心杯电机是灵巧手的关键部件之一，助力灵巧手完成弹钢琴或穿针引线等动作。空心杯电机技术含量高、生产难度大，核心技术壁垒集中在线圈绕组。全球市场中，瑞士Maxon、德国Faulhaber、瑞士Portescap等处于行业第一梯队，并已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。新进入者的技术积累较浅，难以达到人形机器人领域的高效率等要求。特斯拉人形机器人Optimus14个线性执行器和14个旋转执行器中都使用了无框力矩电机。其技术壁垒主要为磁路和工艺设计，需要一体化设计并集成到机器人关节内部，定制需求强，稳定量产难。
05 传感器
传感器是人形机器人感知系统重要元器件，主要有力/力矩传感器、触觉传感器、视觉传感器、编码器、惯性传感器等几大方向。
资料来源：特斯拉人形机器人对灵巧手要求高，触觉传感器是重要增量方向。触觉传感器目前处于发展早期，当前市场主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。力矩传感器用于实时监测执行器的运行状态，为控制系统提供关键信息，确保机器人的动作精度。六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最高维度的力觉信息，并给出最为全面和精准的力觉数据。该环节目前成本和壁垒都较高，可以批量化供应的企业较少。未来整机厂可能通过算法等方式减少使用量，降本后有望打开空间。机器视觉是人工智能最重要的前沿技术之一，其底层逻辑在于为机器植入“人眼与大脑”，使机器可代替人工来对被检测物品做测量与判断。按被测物理量划分，可分为加速度传感器（加速计）和角速度传感器（陀螺仪）。将加速度计与陀螺仪整合，可以得到惯性测量单元（IMU）。IMU能测量机器人的加速度与角速度，助力跟踪机器人姿势和运动状态，国内有华依科技等厂商在该领域有所布局。MEMS惯性传感器全球市场份额集中在霍尼韦尔、ADI等巨头手中，国内以芯动联科等为代表的高性能MEMS传感器有一定市占率。
06 轴承
轴承主要应用于旋转关节执行器关节连接（包括与减速器、电机等配合使用）的轴承包括角接触轴承、交叉滚子轴承等。全球市场格局来看，德国舍弗勒主要生产滚针轴承及液压顶杆等，日本不二越主要生产中小型球轴承，NSK主要生产小型低噪音轴承，TIMKEN主要生产英制圆锥滚子轴承。国内高端轴承市场基本被全球八大轴承企业垄断，本土企业正在加速突围。例如，国内厂商中五洲新春已成功研发机器人谐波减速器柔性薄壁轴承等；长盛轴承为宇树科技提供关节轴承和滑动轴承等核心零部件，并联合开发丝杠项目；光洋股份自研机器人减速器用交叉滚子轴承表面防腐镀黑铬技术；国机精工集中于高中端产品，人本股份、龙溪股份、万达轴承等也在各自技术领域有所发展。根据花旗银行11月发布的最新预测称，到2050年，全球人形机器人市场规模将达7万亿美元，全球人形机器人数量将达到6.48亿台。目前我国在机器人产业链的相关零部件企业数量逐渐增多，且技术和研发实力逐步提升。后续在主机厂降本诉求以及合作响应需求下，国产替代有望趋势逐渐明晰。从长期视角观察，特斯拉人形机器人量产在即，同时国内厂商布局加速，有望为国产机器人产业链带来更大市场空间。
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