华创证券-电力设备及新能源行业人形机器人系列之五：旋转关节核心零部件，谐波减速器或迎百亿新蓝海-240112-铆焊老刘铆工焊工笔记

安装在机器人上的“关节”, 借助错齿运动达成低速高扭矩输出。【慧博投研资讯】谐波减速器由波发生器、柔轮以及钢轮共同构成。（慧博投研资讯）按照机械波数量进行分类, 能够分成单波传动、双波传动、三波传动这几种类型, 当前使用最为普遍的是双波传动, 柔轮与钢轮的齿数差值为2, 在波发生器转动一圈之后, 柔轮才会朝着转动的相反方向向后退两个齿。体积小、重量轻方面, 谐波减速器显现优势, 传动比大、承载力高, 其传动精度高、, 传动效率也高, 广泛用于机器人、数控机床、光伏设备、医疗器械、半导体设备、航空航天等其他领域, 其中机器人是最大应用市场, 在关节传动系统中起降低输出转速作用, 增大输出扭矩, 帮助机器人提升抓取精度, 提高承载力量。

技术密集型的行业, 多个环节存在难点。谐波减速器出现失效, 主要是被柔轮的疲劳断裂以及柔性轴承的损坏给引发的, 柔轮在工作的时候、柔性轴承在工作的时候, 均会产生弹性形变。从各个零部件的材料、工艺等方面进行分析, 情况如下:

柔轮, 其一, 材料方面, 含杂质的材料会对疲劳性能产生影响。柔轮的材料大多是40Cr合金钢, 像40CrA等, 为了确保材料的纯净度, 长期只能依靠进口。其二, 齿形方面, 齿轮的齿形会对传动性能造成影响。较小的齿高会致使柔轮在很早的时候就发生疲劳断裂, 刚进入这个领域的人很难避开齿形专利的限制从而设计出性能差不多的齿形。其三, 工艺方面, 热处理工艺需要依照材料自行开展研发工作, 齿轮的精密加工依旧要靠高价值的进口设备。具备自主研发的热处理工艺, 需要满足特殊温度控制环境处理相关材料；各公司产品材料存在差异, 特殊温度控制环境可保证产品精度, 特殊温度控制环境应具备自主研发的热处理设备保障；精加工环节对进口设备依赖程度高, 制齿机、磨床等属于进口设备, 在精加工环节中作用显著, 单位产能设备投资额超800万。

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灵活的轴承, 对于轴承材料而言, 微合金元素的配比发生变化之际, 以及热处理工艺作出相应调整之时, 能够让轴承具备更强抗冲击能力, 并且把使用寿命延长。

工业机器人产业呈现出需求朝着好的方向发展的态势, 这为谐波减速器稳固增长奠定了基础, 谐波减速器在工业机器人领域的应用最为常见且普遍, 劳动力短缺、劳动力成本上升以及下游需求长期向好等一系列原因, 有希望推动工业机器人需求持续递增。预见到二零二一年到二零二五年, 全球工业机器人使用的谐波减速器市场会从二十九点五亿元增长到三十九点一亿元, 其年复合增长率为百分之七点三。中国的工业机器人使用的谐波减速器市场会从一十四点四亿元增长到二十三点七亿元, 年复合增长率为百分之十三点二。

特斯拉进入该领域促进了产业化进程的加快, 人形机器人有希望开拓出百亿的新增加量。特斯拉对人形机器人进行布局后达成了快速的迭代, 在2023年追觅、傅利叶、宇树科技等国产品牌也接连发布了人形机器人。伴随海外龙头的不断推进以及国内利好政策的先后颁布, 2024年有希望成为人形机器人量产的元年, 参照特斯拉所采用的旋转关节方案, 预估在2024年到2030年全球人形机器人用谐波减速器市场会从0.2亿元增长到267.4亿元。

行业集中度挺高的, 国产品牌将外资垄断给打破了。日本为首的哈默纳科长期在垄断位置待着, 国产品牌里绿的谐波成功实行突破。依据MIR的数据, 在2022年中国谐波减速器市场占有率方面, 哈默纳科、绿的谐波、来福谐波排到了前三, 各不关所占比例分别是38%、26%、8%。和海内外处于领先地位的企业作比较, 国产谐波减速器在转矩、背隙、滞后损失等等这些产品参数方面仍然稍微存在着差距, 不过性价比是比较高的, 成本方面有着显著优势, 并且一直在高端产品产能上进行布局, 以后会有希望进一步增加国内市场份额。

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