人形機器人執行器之旋轉關節：擺線減速器的卡位價值與產業化應用

2025 年底，人形機器人行業正處于商業化落地的關鍵推進階段，其核心運動單元 “執行器” 的技術路線與部件迭代，已成為決定產品性能、成本及規模化能力的核心變量之一。

在執行器體系中，旋轉關節憑借較高確定性、控制算法相對簡單、成本低于線性執行器的特點，已成為宇樹、優必選等國內企業人形機器人產品的主流方案；而準直驅驅動器因融合剛性與彈性驅動器的優勢，更成為近年旋轉關節的主流技術方向。

作為旋轉執行器的核心零部件，精密減速器的性能直接影響旋轉關節的表現：當前主流的諧波減速器（傳動精度高但效率低）、行星減速器（傳動效率高但精度低）均存在適配短板，而擺線針輪減速器憑借精度更高、承載能力更強、體積更小等特性，正逐步適配人形機器人關節場景。據預測，2025-2030 年人形機器人領域精密減速器出貨量將實現 86.1% 的年復合增長率，擺線減速器的應用潛力亟待挖掘。

在此行業節點下，本報告聚焦人形機器人執行器的旋轉關節賽道，重點剖析擺線減速器的應用價值，為行業參與者提供技術與市場參考。

一、旋轉關節是關鍵，準直驅驅動器路線漸成主流

1.1 旋轉關節是人形機器人的關鍵關節

關節執行器也被稱為機器人一體化關節，是左右機器人硬件成本與運動性能的核心部分。作為驅動機器人執行機構運動的組件，它能將電機的旋轉運動轉化為連桿機構的運動，因此也被稱作驅動器或關節模組。據《2024 人形機器人產業鏈白皮書》測算，2023 年旋轉執行器、線性執行器、靈巧手這三大執行器，在特斯拉 Optimus 的價值量占比達到 73%。

線性執行器的作用是將旋轉運動轉換為直線運動輸出，而旋轉執行器則是直接輸出旋轉運動。

目前國內人形機器人的關節多采用旋轉關節方案，優必選、宇樹科技、傅利葉、小米等是該方案的代表廠商。

相較于線性執行器，旋轉執行器的控制算法更為簡單，成本也更低。它可以實現繞單軸的旋轉動作、輸出旋轉運動，幫助人形機器人完成不同角度的轉動，通常被應用在肩關節、腰部、髖關節等需要高扭矩的關節位置。

1.2 準直驅驅動器技術路線逐漸成為旋轉關節主流方案

準直驅驅動器的技術路線正逐步成為旋轉關節的主流選擇。2021 年 4 月丁宏鈺等人在《國內外雙足人形機器人驅動器研究綜述》中提到，準直驅驅動器主要由高扭矩密度電機、低傳動比減速器、編碼器、控制板等部件構成。其核心定義是：依靠驅動器電機的開環力控，無需依賴外力或力矩傳感器，就能感知自身及機器人腳部與外界的交互力，因此也被稱為本體驅動器。該技術的設計初衷，是提升驅動器的扭矩密度、瞬態響應能力與抗沖擊性能，同時降低成本。

準直驅驅動器巧妙融合了剛性驅動器與彈性驅動器的優勢，具備功率密度高、力控帶寬大、抗沖擊能力強等特點，是近年來人形機器人旋轉關節的主流技術方案，已在宇樹科技 H1、小米 Cyberone 等產品中得到應用。它通過優化結構設計與控制算法，在保障關節性能的前提下，有效降低了制造成本與系統復雜度；同時采用低減速比減速器讓整體結構更緊湊，借助電感部件實現力控，節省了力矩傳感器的使用成本。

綜合成本、技術性能、硬件耦合程度等多方面因素，各大人形機器人廠商的執行器方案，主要以剛性驅動器（TSA）和準直驅驅動器（PA/QDD）為主。

1.2 準直驅驅動器技術路線逐漸成為旋轉關節主流方案

旋轉執行器的技術路線主要包含剛性驅動器、彈性驅動器、準直驅驅動器這三類。

2021 年 4 月丁宏鈺等人的《國內外雙足人形機器人驅動器研究綜述》指出，剛性驅動器由電機、高傳動比減速器、編碼器、力矩傳感器、控制板等組成，但受器件工藝與原理的限制，傳統剛性驅動器的功率密度難以達到生物肌肉 500W/kg 的水平，也無法解決機器人受外部沖擊時的部件強度問題，在柔順性表現上較差。

彈性驅動器借鑒了 Hill 肌肉三元力學模型，具備柔順、安全、能量效率高的特性，但它的控制算法相對復雜、硬件成本較高，需要依靠精準的力學建模與先進的控制策略才能實現柔順控制功能，這在很大程度上制約了其產業化應用的推進 —— 截至目前，彈性驅動器尚未在人形機器人領域實現大規模推廣。

二、精密減速器是旋轉關節核心零部件

2.1 精密減速器是旋轉關節核心零部件

減速器是連接電機與執行機構的中間裝置，核心功能是降低轉速、增大輸出扭矩，通常由齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪 - 蝸桿復合傳動機構封裝在剛性殼體內，作為電機與執行機構之間的連接部件。精密減速器是一種高精度、高可靠性的傳動裝置，擁有體積小、重量輕、精度高、穩定性強等特點，能夠對機械傳動實現精準控制，主要應用于機器人、半導體設備、高端機床等高端制造領域。

精密減速器是旋轉關節的核心零部件，旋轉執行器的組成通常包含電機、減速器、編碼器、傳感器、驅動器、軸承等部件。

精密減速器的主要類型包括諧波減速器、行星減速器、RV 減速器、擺線針輪減速器等。

2.2 諧波減速器具有精度高、體積小等優點

諧波減速器由波發生器、柔輪、剛輪這三個部件組成，是一種依靠波發生器使柔輪產生可控彈性變形波，再通過柔輪與剛輪的相互作用，實現運動與動力傳遞的傳動裝置。其結構具體包含：帶有內齒圈的剛性齒輪（即剛輪）、帶有外齒圈的柔性齒輪（即柔輪）、波發生器。它的工作原理是：波發生器作為主動件、剛輪保持固定、柔輪作為輸出件。當波發生器裝入柔輪內部時，會迫使柔輪產生彈性變形并與剛輪嚙合，此時柔輪長軸位置與剛輪輪齒完全嚙合，短軸位置則處于脫開不接觸的狀態；當波發生器持續轉動時，柔輪會不斷產生變形并形成錯齒運動，從而實現波發生器與柔輪之間的運動傳遞。

諧波減速器具備單級傳動比大、體積小、質量輕、運動精度高，且能在密閉空間與介質輻射環境下正常工作的優點。和普通減速器相比，在輸出扭矩相同的情況下，諧波減速器的體積可減少 2/3、重量可減輕 1/2，這讓它在機器人小臂、腕部、手部等部件上具備較強的應用優勢。

2.2 諧波減速器性能的關鍵在于材料和工藝

諧波減速器的性能優劣，核心取決于制作材料與生產工藝。從技術層面看，諧波減速器依靠柔輪的彈性變形傳遞動力，而柔輪在使用過程中容易出現疲勞斷裂，因此對制作材料與生產工藝的要求極高。據 MIR《2025 年中國精密減速器行業發展白皮書》顯示，國內廠商（如綠的諧波）通過技術創新，在產品精度上與外資巨頭哈默納科的差距已較小，但在柔輪壽命方面，哈默納科仍憑借材料與工藝優勢保持領先。

諧波減速器憑借高精度、小體積的優勢，目前在人形機器人領域擁有廣泛的應用前景；而人形機器人對減速器的輕量化有較高要求，國內廠商愛磁科技推出的自消隙塑料諧波，突破了材料限制，顯著提升了輕量化水平，未來在人形機器人領域或將具備競爭優勢。

2.2 諧波減速器市場迅速擴大，國產替代加速

2025-2030 年，中國諧波減速器在人形機器人領域的出貨量年復合增長率（CAGR）將高達 85.7%。據 MIR 測算，2024 年中國減速器在人形機器人領域的出貨量約為 4.3 萬臺；隨著人形機器人產量進一步提升，2025 年該領域的減速器出貨量預計將接近 30 萬臺。長期來看，人形機器人將在工業、服務、戶外勘探等更多場景得到應用，市場對高剛性、長壽命、低回程間隙減速器的需求會持續增強，這將帶動減速器出貨量持續快速增長。2024 年，人形機器人領域諧波減速器與行星減速器的出貨比例為 6:4，其中諧波減速器出貨量近 2.5 萬臺；預計到 2030 年，中國諧波減速器在人形機器人領域的出貨量將達到 370.6 萬臺，2025-2030 年的 CAGR 為 85.7%。

國內企業技術不斷突破，推動諧波減速器市場的國產替代進程加快。當前諧波減速器市場集中度較高，短期內仍由外資主導 ——2023 年哈默納科的市場占有率達 40%；而國內廠商（如綠的諧波）持續實現技術突破，2023 年其市場占有率已達 18%，且份額還在進一步擴大。

2.3 行星減速器：行星輪通過與太陽輪和內齒圈的嚙合實現傳動

行星減速機主要由太陽輪、行星輪、內齒圈、行星架等關鍵部件構成。據 2025 年 4 月馬群鮮等人的《行星減速機行星輪開裂故障診斷分析》所述，行星輪通過與太陽輪、內齒圈的精密嚙合，實現動力的高效傳遞與整體性能的調整。行星輪的結構設計與材質選擇對其性能影響重大：材料通常選用高強度合金鋼，以便有效承載高扭矩與沖擊載荷；在幾何形狀設計上，行星輪的齒廓需要經過極其精密的計算，確保與太陽輪、內齒圈形成最佳嚙合狀態，從而顯著提升傳動效率。此外，滲碳淬火等表面處理技術也被廣泛應用，用以提高行星輪的耐磨性與抗疲勞性能。

2.3 行星減速器：頭部企業集中度高，國產化程度有待提高

據中商產業研究院數據，2024 年全球行星減速器的市場規模約為 13.67 億美元，預計 2025 年這一規模將達到 14.71 億美元。精密行星減速機領域的頭部企業集中度較高，外資企業占據了主要市場份額，國產化進程仍有提升空間。2023 年在十家主要的精密行星減速機企業中，外資企業的市場份額占比達 70%；其中日本新寶的市場份額最大，占比 20%；湖北科峰作為中國市場排名第二、國產品牌中排名第一的精密行星減速器制造商，其市場份額為 12%。

2.4 RV 減速器

RV 減速器的結構主要包含正齒輪、輸入齒輪、RV 齒輪、輸出軸、針齒等部件，由漸開線圓柱齒傳動行星減速器機構、擺線針輪行星減速器機構這兩部分組成。據《智能制造裝備產業專利分析預警報告》，RV 減速器的減速過程分為兩級：第一級減速是執行電機的旋轉運動通過齒輪傳動傳遞給兩個漸開線行星輪，完成初次減速；第二級減速是行星輪的旋轉通過曲軸帶動呈 180° 分布的擺線輪，使擺線輪產生公轉；同時，擺線輪在公轉過程中會受到固定于針齒殼上的針齒作用力，形成與公轉方向相反的力矩，進而實現擺線輪的自轉，以此完成第二級減速。運動的輸出則是通過兩個曲軸使擺線輪與剛性盤構成平行四邊形等角速度輸出機構，將擺線輪的轉動傳遞給剛性盤及輸出盤。

2.4 RV 減速器國產化進程有望加速

2023 年中國 RV 減速器的市場規模約為 50.22 億元。RV 減速器憑借剛性好、抗沖擊力強、傳動平穩、精度高等特點，在中、重負載的工業機器人市場得到了廣泛應用。不過由于其結構復雜、工藝難度大，且生產成本較高，目前市場主要應用于多關節機器人中。未來在人形機器人領域，RV 減速器具備較好的抗沖擊能力，有望應用在人形機器人下半身的 4 個旋轉關節上。

當前 RV 減速機市場被納博斯特壟斷，僅該品牌就占據了中國 70% 的市場份額。不過國內本土企業的技術創新能力持續增強，國產化進程有望加快。目前本土品牌 RV 減速機與外資品牌的主要差距集中在控制精度與穩定性上，未來市場成長空間較大，隨著國產技術的不斷突破，本土品牌的市場占比將逐步提升。

2.5 擺線針輪減速器高承載，結構復雜

精密擺線減速器利用擺線針輪的嚙合原理，通過偏心運動將輸入軸的旋轉轉化為擺線輪的圓周往復擺動，再借助針輪傳遞動力。據 2022 年 3 月林江濤等人的《工業機器人用精密減速器研究現狀》，擺線針輪行星減速器的承載能力較強，因此被廣泛應用于礦山、化工等重型工程機械領域。

擺線針輪減速器的結構由一級行星齒輪傳動、二級擺線針輪傳動共同組成。據 2024 年 6 月翟進的《擺線針輪減速器兩級齒廓修形分析及其對振動特性的影響》，其減速原理為：中心輪輸入帶動行星輪自轉的同時繞中心輪公轉，將轉速傳遞至曲軸，由曲軸帶動擺線輪做偏心運動，最終通過輸出盤輸出轉矩。

2.5 擺線針輪減速器難點主要在齒廓優化設計與修形

擺線針輪減速器的技術難點主要體現在齒廓優化設計與齒廓修形兩方面：

1）齒廓優化設計：需要對擺線減速器的擺線輪齒廓進行優化，降低放縮量，使嚙合間隙更緊湊，以此減少沖擊、平衡載荷，進而提升擺線減速器的壽命。為便于裝配、防止擺線輪卡死，通常需要將擺線輪齒部進行放縮。若放縮量過大，會導致嚙合時擺線輪與針齒的間隙變大，實際運行壽命縮短；同時也會使運轉更不平穩，擺線輪受力不均，運轉間隙增大。

2）齒廓修形：實際運行中，為解決嚙合齒數少、振動大的問題，同時應對制造、加工、安裝過程中產生的誤差，以及使用過程中對潤滑、磨損等方面的要求，需要對嚙合輪齒進行修形。擺線輪的齒廓修形方法主要包括移距修形法、等距修形法、轉角修形法，其中除轉角修正法不能單獨使用外，其余兩種方法既可與其他修正方法聯合使用，也可單獨使用。在這些修形技術中，等距 - 移距組合修形方法結合了傳統等距修形與移距修形的優點，受到廣泛關注。該方法通過精準控制修形量，不僅能提高齒輪的承載能力，還可有效降低運行過程中的振動與溫升，從而顯著提升擺線針輪減速器的整體性能。

2.6 目前主流方案為 “諧波 + 行星”，擺線針輪有望應用于人形機器人

當前人形機器人關節減速器的主流方案是 “諧波減速器 + 行星減速器”，其中上肢關節主要搭配諧波減速器，下肢關節主要搭配行星減速器：上肢關節對減速器的體積、重量、精度要求較高（精度水平要求中等偏高）；下肢關節更關注減速器的扭矩、速度、傳動效率、可靠性與穩定性，對精度的要求相對寬松。上下肢減速器的配置數量比例接近 1:1，即上肢以諧波減速器為主，下肢以行星減速器為主。

擺線針輪減速器相比行星減速器精度更高，相比諧波減速器承載能力更強，有望應用于人形機器人的關節部位。當前人形機器人關節模組仍以行星、諧波減速器方案為主：1）行星方案：傳動效率較高（約 90%），扭矩傳遞剛性良好，但傳動精度較低（180-300 角秒）；2）諧波方案：傳動精度較高（通常≤60 角秒），但傳動效率較低（一般為 65-80%），且受柔輪非線性變形特性的影響，扭矩控制的線性度與響應速度較差。

而擺線減速器具備傳動精度高、承載能力強、體積重量比 RV 減速器更小等特點，有望應用于人形機器人關節。例如科盟創新推出的新型擺線減速器采用了 PEEK 復合材料主體結構，使空間壓縮了 30%，抗沖擊能力提升了 200%，可適配緊湊型高負載任務。

2.6 人形機器人產業進一步打開精密減速器市場空間

2025-2030 年，減速器在人形機器人領域的出貨量年復合增長率（CAGR）將達到 86.1%。據 MIR 預測，隨著人形機器人產能的提升，2025 年諧波減速器與行星減速器在人形機器人領域的出貨量均將大幅增長，其中諧波減速器預計可達近 17 萬臺，行星減速器預計約 12 萬臺。據《2024 人形機器人產業鏈白皮書》，2025 年全球人形機器人領域為減速器帶來的增量市場空間預計約 8.49 億元，到 2030 年、2035 年，這一市場規模將分別增至 43.24 億元、126.75 億元。

三、布局減速器的代表公司

3.1 綠的諧波

綠的諧波是國內諧波減速器領域的龍頭企業。近年來，公司針對人形機器人等行業的新興需求，聚焦諧波減速器的輕量小型化技術突破，在同等出力情況下實現了減重 30% 以上；同時開發出靈巧手適用的微型諧波減速器，顛覆了傳統諧波的加工工藝路線。

綠的諧波也是頭部具身智能機器人企業的核心供應商。2024 年，公司完成了年產 50 萬臺精密減速器擴產項目的智能化產線建設調試與達產工作，并計劃于 2025 年實現產能穩步爬坡，目前該項目已進入全面達產階段，生產效率與產品良率均達到預期目標。近年來，公司在具身智能機器人核心關節部件領域取得重要突破，自主研發的高扭矩密度諧波減速器與一體化關節模組，已在國內具身智能機器人產業鏈占據領先地位，成為多家頭部具身智能機器人企業的核心供應商；同時，公司的精密傳動解決方案已廣泛應用于服務機器人、醫療機器人等高精度場景，進一步鞏固了在機器人核心部件行業的技術優勢。

3.2 中大力德

中大力德以精密減速器、減速電機等核心零部件，以及智能執行單元組件為主要產品，形成了 “減速器 + 電機 + 驅動” 一體化的產品架構。公司陸續推出了精密行星減速器、RV 減速器、諧波減速器等產品，同時推出 “精密行星減速器 + 伺服電機 + 驅動” 一體機、“RV 減速器 + 伺服電機 + 驅動” 一體機、“諧波減速器 + 伺服電機 + 驅動” 一體機等智能執行單元模塊化產品，實現了產品結構升級。2024 年公司開展了 RVE 系列擺線針輪減速器的研發，該產品強化了主軸承與曲軸軸承的強度，能夠在保持原有外形及安裝尺寸不變的前提下，提高承載能力與使用壽命。

3.3 雙環傳動

雙環傳動在機械傳動齒輪制造領域已深耕四十余年，不僅與國內外眾多優質客戶建立了深厚合作關系，還成功進入各細分領域頭部企業的供應鏈體系，積累了一批行業 “巨頭” 級客戶群體。同時，公司具備與國外高端客戶合作開展技術攻關、工藝改進的能力，掌握了齒軸硬齒面加工磨齒技術、齒輪硬齒面加工硬滾技術、齒輪硬車技術等多項核心技術。

其子公司環動科技已布局精密減速器賽道，該子公司主要從事機器人關節高精密減速器的研發、設計、生產與銷售，可為客戶提供覆蓋 3-1000KG 負載機器人的高精密減速器整體解決方案。環動科技的產品包括 RV 減速器、諧波減速器及精密配件，廣泛應用于工業機器人等高端制造領域；其中 RV 減速器是其核心產品，2024 年銷量占比已超過 95%。目前，環動科技已形成精密擺線減速器（RV）、諧波減速器兩大產品類別。

3.4 夏廈精密

夏廈精密以小模數精密齒輪業務為核心，同時拓展了行星滾珠絲杠、精密減速器等業務方向。公司在精密小齒輪、精密減速器，以及加工人形機器人核心零部件的工業母機領域加大了投入，例如布局高精度高效率齒輪與絲杠的加工制造設備、微小模數超硬超細硬質合金滾刀等。

為匹配機器人行業及新興行業對齒輪產品、減速器及其配件的需求，公司已連續多年大力投入研發，并進一步增加了對機器人行業從零件到部件產品的供應量。隨著人形機器人技術的快速發展與商業化進程的加速，全球人形機器人行業將迎來高速增長，作為小模數齒輪領域的龍頭企業，夏廈精密有望借此獲得新的發展機遇。

3.5 投資建議

精密減速器是旋轉關節的核心零部件，當前該領域的國產替代空間較為廣闊。我們認為，隨著人形機器人逐步實現量產，精密減速器的市場空間將得到快速拓展。

基于此，我們推薦投資夏廈精密，同時建議關注綠的諧波、中大力德、雙環傳動、福達股份、精鍛科技、中鼎股份、豪能股份、藍黛科技這些標的。

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