人形机器人精密减速器行业深度报告

INTRODUCTION

01

非从本质上讲，减速器是连接动力源（如伺服电机）和执行结构（如机器人关节）的中间传动机构，核心功能是“减速增扭、精准传力”，相当于机器人关节的“动力转换器”。简单来说，伺服电机的输出特点是“高速低扭矩”，每分钟转速可达数千转，但扭矩较小，无法直接驱动机器人关节完成缓慢、有力的动作；而减速器通过内部齿轮、蜗杆等结构的啮合传动，将电机的高速低扭矩输出，转化为执行结构所需的低速高扭矩输出，放大数十倍甚至上百倍的扭矩，实现机器人关节的平稳转动。

点击查看大图：减速器工作原理，图片来自科峰智能招股书

对于人形机器人而言，减速器的作用远不止“减速增扭”。它还需要保证极高的传动精度，确保机器人关节的重复定位精度在±0.005毫米以内，避免出现动作偏差；同时需具备低噪音、长寿命的特质，满足人形机器人长期连续运行的需求——行业标准要求，机器人精密减速器的使用寿命需超过1万小时，才能适配工业场景、家庭场景的长期使用需求。

按照精度和用途划分，减速器可分为通用减速器、专用减速器和精密减速器三类。其中，通用减速器用于普通工业设备，精度较低；专用减速器多为非标产品，适配船舶、冶金等特定行业；而精密减速器因回程间隙小、传动精度高，专门用于机器人、数控机床等高端领域，也是人形机器人的核心适配类型。

而在人形机器人所采用的精密减速器也可以分为三类——谐波减速器、行星减速器、RV减速器，三者因结构、性能差异，分别适配机器人不同部位的关节，形成“各司其职、协同配合”的格局。其中，谐波减速器和RV减速器占据核心地位，行星减速器则主要用于精细化动作关节，三者合计占据人形机器人减速器市场的95%以上份额。

结合三种精密减速器的性能差异，人形机器人各部位关节因负载、灵活度需求不同，所选用的减速器类型也各有侧重，可按部位简单列示如下表（实际按不同型号机器人产品特性可能有变化）：

02

点击查看大图：谐波减速器结构图，图片来自绿的谐波招股书

谐波减速器是人形机器人中使用最广泛的精密减速器之一，核心由波发生器、柔性齿轮（柔轮）和刚性齿轮（刚轮）三个部件组成，工作原理是通过波发生器使柔轮产生可控弹性变形，让柔轮外齿与刚轮内齿依次啮合，实现动力传递与减速。

点击查看大图：谐波减速器示意图，粉色为柔轮，蓝色为刚轮，图中省略了波发生器

其最大优势是精度极高、体积小巧、重量轻便，传动效率可达98%，回程间隙可控制在0.5-1.5弧分，甚至部分产品可达30弧秒以下，相当于头发丝直径的1/200误差，非常适合对精度和体积要求极高的关节。

在人形机器人中，谐波减速器主要用于肩部、肘部、手腕、手指等灵活度要求高、负载较小的关节。例如，特斯拉Optimus的手腕与手指关节，就大量采用谐波减速器，实现手指的精细化抓取动作；优必选Walker X的肘部关节，也通过谐波减速器实现灵活弯曲，模拟人类手臂的动作姿态。

其短板是承载能力相对较弱，柔轮在高速运转中反复弹性变形，极易疲劳断裂，使用寿命相对较短，无法适配重负载关节。

03

行星减速器由太阳轮、行星轮以及其他支撑结构组成，其名称来自“行星绕日”模型，工作原理是通过太阳轮驱动行星轮自转，同时行星轮围绕太阳轮公转，带动输出轴转动实现减速。其核心优势是结构紧凑、传动效率高（单级传动效率可达97%-98%）、成本较低，且耐冲击性能好，能够在高速运转中保持稳定。

点击查看大图：行星减速器产品图，图片来自科峰智能招股书

在实际应用中，为了受力平衡、传动平衡，如下图所示，往往会使用一个太阳轮+三个行星轮的模式。

点击查看大图：行星轮齿轮部分的切面图，其中有1个太阳轮（黄色）、3个行星轮（红色）

在人形机器人中，行星减速器主要用于对精度要求中等、负载适中的关节，或作为辅助传动部件，例如机器人的腰部关节、脚踝关节，以及手指关节的辅助传动。近年来，随着微型行星减速器技术的突破，其应用场景不断拓展——兆威机电推出的直径仅6mm的微型行星减速器，背隙精度≤1弧秒，已用于特斯拉手指关节模组，实现精细化抓取动作。其短板是单级传动比相对较低（3-10左右），多级结构会导致体积增大，且精度略逊于谐波减速器和RV减速器。

04

RV减速器（旋转矢量减速器）的工作原理比前两种减速器复杂很多，可以通俗理解为“两步减速、平稳传力”，它在传统摆线针轮减速器基础上优化而来，核心靠“行星齿轮+摆线针轮”的两级配合，一步步把电机的高速转动变成关节需要的低速大力量，每个关键部件都有明确分工，具体工作过程可以拆成3步讲清楚。这一部分文字和图片比较多，请耐心阅读。

第一步，动力输入与初步减速。RV减速器的输入轴会直接连接伺服电机，电机带动输入轴高速转动后，输入轴上的行星齿轮会跟着转动——这就是它的第一级减速（行星齿轮减速）。在之前的行星减速器部分已经介绍过，行星齿轮就像围绕太阳转的行星，一边自己转动，一边围绕输入轴的中心公转，通过这种“公转+自转”的配合，先把电机的高速转速降下来一部分，同时初步放大扭矩，为后续的二次减速做好准备。同样，为了保证传动平稳，行星轴以及后面的曲柄轴，也一般设计成三组。

RV减速器图一：行星齿轮减速部分，图片来自纳博特斯克官网

第二步，曲柄轴带动RV齿轮做“偏心运动”。经过第一级减速后的动力，会传递到RV减速器的核心部件——曲柄轴，曲柄轴通过偏心部直连直齿轮，偏心部的中心和直齿轮的中心不在同一点。这里特别设计了两个偏心部，并且都通过滚针轴承安装了2个RV齿轮（也称摆线轮），这样做的目的很简单：2个RV齿轮可取得力的平衡，让整个结构运转更平稳，避免出现抖动影响精度。当曲柄轴转动时，会带动套在上面的RV齿轮一起运动，因为曲柄轴的“偏心”设计，RV齿轮不会做匀速圆周运动，而是会呈现出“一边靠近针齿槽、一边远离”的偏心摆动（看起来就是轻微摆动的样子）。

RV减速器图二：曲柄轴部分的偏心设计，图片来自纳博特斯克官网

第三步，RV齿轮与针齿槽啮合，完成最终减速并传力。RV齿轮的外圈有特殊的齿形（也就是短幅外摆线齿廓，通俗说就是“适配针齿的特殊牙齿形状”），而它外围的壳体上，均匀分布着很多固定的针齿槽（类似一个个小圆柱）。当RV齿轮做偏心摆动时，它的齿会和外壳上的针齿槽依次啮合——因为齿形设计特殊，曲柄轴旋转一次，RV齿轮与针齿槽接触的同时作一次偏心运动（曲柄轴运动）。在此结果上，RV齿轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向旋转一个齿轮距离（这就是第二级减速，也是RV减速器的核心减速环节）。这种特殊齿形还有一个好处，就是啮合时会有多个齿同时咬合（啮合重叠系数高），就像很多只手一起发力，既能大幅增强承载能力，还能让动力传递更平稳，不容易出现齿部磨损或断裂。最后，经过两级减速放大后的动力，会通过输出机构传递出去，驱动人形机器人的重负载关节平稳转动。

RV减速器图三：注意图中的黑色小箭头，曲柄轴旋转360度，RV齿轮旋转一个齿轮的距离，图片来自纳博特斯克官网

再通过动画直观感受一下RV减速器“偏心运动”的过程。

RV减速器工作原理，蓝色部分为RV齿轮，也称摆线轮。动图截取自纳博特斯克官网视频

RV减速器的核心优势是承载能力强、刚性好、耐过载冲击，能够承受较大的扭矩和冲击载荷，传动效率可达90%-95%，使用寿命可达20000-25000小时，是谐波减速器的2-3倍。同时，其精度也能达到较高水平，通过动态负载齿形修正技术，可将回差压缩至15弧秒以内，接近谐波减速器的精度水平，回程间隙可控制在1弧分以内，高端产品甚至可达0.5弧分以下。

由于其强承载、高刚性的特点，RV减速器主要用于人形机器人的基座、大腿、髋部等重负载关节——这些关节需要承受机器人自身重量和外部载荷，对刚性和承载能力的要求极高。例如，人形机器人的髋部关节，需要带动整条腿部运动，负载较大，必须采用RV减速器才能保证动作的稳定性；基座关节则需要承载整机重量，也是RV减速器的核心应用场景。其短板是体积和重量较大，结构复杂，制造成本相对较高，同等扭矩下体积虽小于传统圆柱齿轮减速器，但仍大于谐波减速器和行星减速器。

05

尽管我国已成为全球最大的工业机器人市场，但精密减速器领域长期被海外企业垄断，核心原因在于其研发难度极高，涉及机械设计、材料科学、精密加工、装配工艺等多个领域的核心技术，形成了四大难以突破的技术壁垒，成为国产企业突围的“拦路虎”。

精密减速器的核心零部件（如齿轮、摆线轮、柔轮），对加工精度的要求达到亚微米级（1微米=1000纳米），相当于头发丝直径的1/100，这就对加工设备、加工工艺提出了极致要求。例如，RV减速器的摆线轮齿廓需要采用数控磨削和电火花加工，精度需达到微米级；谐波减速器的柔轮作为薄壁杯状金属件，加工过程中需严格控制壁厚均匀性，误差不能超过0.001毫米，否则会导致柔轮弹性变形不均，影响传动精度和寿命。

目前，全球高端精密加工设备主要被德国、日本企业垄断，国产加工设备的精度和稳定性仍有差距；同时，精密加工工艺需要长期的技术积累，涉及刀具选择、切削参数、热处理工艺等多个细节，国产企业短期内难以实现突破。

减速器的核心零部件需要同时具备高强度、高韧性、高耐磨性的特质，例如谐波减速器的柔轮，需要在反复弹性变形中不疲劳、不断裂，这就对材料的选择和热处理工艺提出了极高要求。日本企业通过长期研发，掌握了专用的特种合金材料配方，再配合先进的热处理工艺，能够大幅提升零部件的使用寿命——日本哈默纳科的柔轮寿命可达1.2万小时，而国产柔轮的寿命此前仅能达到5000小时左右。

国产企业的短板是，缺乏专用合金材料的核心配方，多采用通用钢材替代，导致零部件性能不足；同时，热处理工艺（如液氮深冷处理）不够成熟，无法有效抑制材料晶格畸变，影响零部件的稳定性和寿命。

精密减速器的内部结构复杂，零部件数量多、体积小，装配过程需要在毫米级空间内完成精细化操作，装配精度直接决定了减速器的传动精度和稳定性。例如，RV减速器的装配间隙控制需要比头发丝还细，一旦装配偏差超过0.001毫米，就会导致回程间隙增大，影响定位精度；谐波减速器的波发生器与柔轮的装配，需要严格控制配合公差，否则会导致柔轮磨损加快。

目前，全球高端精密减速器的装配主要依赖人工精细化操作，需要经验丰富的技工，而国产企业缺乏专业的装配人才和成熟的装配工艺，导致产品一致性差——同一批次的减速器，精度差异较大，难以满足人形机器人的规模化应用需求。

长期以来，日本、德国企业通过持续研发，在精密减速器领域布局了大量核心专利，形成了严密的专利壁垒，从基础齿形设计到热处理工艺层层设防，限制国产企业的研发和生产。例如，日本哈默纳科垄断了谐波减速器的IH齿形专利，纳博特斯克垄断了RV减速器的核心结构专利，国产企业如果直接模仿，会面临专利侵权风险；而自主研发新结构、新齿形，需要投入大量的研发资金和时间，难度极大。

06

当前，全球人形机器人精密减速器市场呈现“海外垄断、国产突围”的格局——日本企业占据绝对主导地位，掌控全球80%以上的市场份额；国产企业通过持续研发，逐步突破核心技术，市场份额稳步提升，尤其是在谐波减速器领域，已实现部分进口替代，进入全球头部供应链。

海外精密减速器企业主要集中在日本和德国，其中日本企业凭借技术积累和产业链优势，占据绝对主导地位，核心企业有3家，分别垄断谐波减速器和RV减速器市场。

1.  哈默纳科（Harmonic Drive，日本）：全球谐波减速器的绝对龙头，成立于1970年，掌握谐波减速器的核心专利和技术，全球市场份额高达70%以上。其产品精度高、寿命长，是特斯拉、优必选等全球头部人形机器人企业的核心供应商。同时，公司还布局了精密行星减速器，产品覆盖人形机器人、工业机器人等多个领域。

2.  纳博特斯克（Nabtesco，日本）：全球RV减速器的龙头企业（本文很多相关图片来自其官网），成立于2003年，由日本两家老牌机械企业合并组建，掌握RV减速器的核心结构专利，全球市场份额高达65%以上。其RV减速器承载能力强、刚性好，主要用于人形机器人的重负载关节，是丰田、本田等日本机器人企业的独家供应商，同时也为特斯拉Optimus提供RV减速器。

3.  住友重工（Sumitomo Heavy Industries，日本）：全球精密行星减速器的龙头企业，同时布局RV减速器和谐波减速器，产品侧重高刚性、高耐用性，全球市场份额约5%。其行星减速器产品精度高、传动效率高，适配人形机器人的精细化关节，主要为工业机器人企业提供配套，近年来也逐步切入人形机器人赛道。

此外，德国的SEW、力士乐（Rexroth）等企业，也在精密减速器领域拥有一定的技术积累，主要侧重工业机器人配套，在人形机器人领域的布局相对较晚，市场份额较低。

近年来，随着国家政策支持和企业研发投入的增加，国产精密减速器企业逐步突破海外技术封锁，在谐波减速器领域实现了较大突破，RV减速器和行星减速器也逐步实现量产，形成了六大主力阵营，市场份额稳步提升。

1.  绿的谐波（中国，688017.SH）：国内谐波减速器的龙头企业，成立于2011年，是国内首家实现谐波减速器工业化生产和规模化应用的企业，打破了海外垄断。公司自主研发“P型齿”结构，突破海外专利封锁，同时开发出液氮深冷处理工艺，将柔轮寿命提升至1.2万小时，接近国际水平，产品价格仅为日企的1/2至1/3。2025年，绿的谐波向特斯拉交付1万套谐波减速器，用于Optimus手腕与手指关节，成为首个进入该供应链的中国谐波厂商，全球市场份额超35%。

点击查看大图：绿的谐波“P型齿”与日本哈默纳科“IH型齿”对比，图片来自绿的谐波官网，西南证券整理

2.  双环传动（中国，002472.SZ）：国内RV减速器的龙头企业，也是唯一实现谐波+RV双线量产的企业。公司通过动态负载齿形修正技术，将RV减速器回差压缩至15弧秒以内，并通过200万次屈伸循环测试，成功拿下特斯拉髋、膝关节订单，RV减速器国内市场份额超30%，同时为国内多家人形机器人企业提供配套。

3.  中大力德（中国，002896.SZ）：国内精密减速器的综合性企业，产品覆盖谐波、RV、行星三类减速器，行星减速器扭矩密度超国际竞品10%，获智元机器人5万台订单。公司产品侧重中高端市场，适配人形机器人的多个关节，性价比优势明显，国内市场份额约8%。

4.  兆威机电（中国，003021.SZ）：国内微型行星减速器领导者，聚焦人形机器人“灵巧手”场景，推出直径仅6mm的微型减速器，背隙精度≤1弧秒，寿命超2万小时，已用于特斯拉手指关节模组。公司的核心优势是微型化、精细化，一体化电机模组成其差异化利器。

此外，昊志机电、豪能股份、江苏雷利等国内企业，也在精密减速器领域逐步突破——昊志机电独创SP齿形，振动与噪音显著低于行业；豪能股份在轻量化RV减速器领域实现突破，减重30%，获智元1.2亿元联合开发订单；江苏雷利将行星减速器做到10mm直径，为国内最小量产型号。

07