本文将对机器人产业链九大重要组成部分即大脑、小脑、传感器、灵巧手、执行器、电机、减速器、丝杠、轻量化、重点公司概况进行梳理,以供参考。
一、大脑和小脑的分工
大脑(感知-规划),负责人机交互工作,并统筹完成任务的接收、理解、决策与规划全流程;大模型具体落地上述核心环节,实现任务接收、需求理解、行动决策,以及对任务的规划与步骤分解。
小脑(决策-控制),负责把任务转化为动作,控制运动包括状态分析、全身运动控制、轨迹优化等环节;动作规划明确任务执行的路径与操作规划,运控算法则具体把控手部伸展、抓取位置、关节控制等运动执行细节。
(一)大脑:算法大模型、算力、数据
特斯拉: FSD V14 MoE大模型+Grok 3协同为算法核心, Dojo 3自研超算+Cortex通用集群+xAI Colossus三引擎并行,AI5/AI6/AI7芯片覆盖车/机器人/太空端侧训推,形成“数据-模型-算力-芯片”全闭环。
英伟达:英伟达发布人形机器人通用基底模型Groot + Blackwell云端超算中心 + 机器人端侧芯片Jetson + Isaac机器人训练平台。
0penAl: 0penAl将大语言模型接入1X、 Figure等人形机器人产品。
谷歌:谷歌机器人大模型迭代至Gemini Robotics 1.5 ,一种多形态视觉-语言-动作(VLA)模型,以及Gemini Robotics-ER 1.5 ,一种最先进的具身推理(ER)模型。该模型具有几大创新点:首先,Gemini Robotics 1.5具有新颖的架构和运动迁移(MT)机制,使其能够从异构、多形态的机器人数据中学习,从而使VLA更加通用。其次, Gemini Robotics 1.5将动作与多层次的内部自然语言推理过程交错进行。这使机器人能够“先思考后行动”,显著提升其分解和执行复杂多步骤任务的能力, 同时也让机器人的行为对用户更具可解释性。 第三, Gemini Robotics-ER 1.5在具身推理方面建立了新的最先进水平,即在机器人关键能力的推理方面,如视觉和空间理解、任务规划及进度估计。
大脑能力依赖数据+小脑运控和硬件耦合:机器人运动和操作的数据模态更复杂,需要从头开始定义数据,还要在真实环境里长期、大规模采集。
数据来源:机器人大脑(具身智能大模型)的训练与优化高度依赖多元且规模化的数据集,数据来源已形成 “真实采集 + 仿真生成 + 开源共建”的三位一体格局,是其实现环境理解与任务决策的核心基础。
数据:根据2024年Coatue的报告,具身智能训练数据较为短缺。各类模型的数据集存在本质差异,彼此完全不同:
• 以图像为标记的模型,最大数据集规模达到 6B, Midjourney为典型示例;
• 以视频为标记的模型,最大数据集规模达 2.6B(十亿级),如全球通用大模型 Runway;
• 大语言模型是现阶段数据集规模最大的模型类别,其中发展最成熟的大语言模型,数据集体量已达 15T tokens(万亿级);
• 而现阶段机器人模型的数据集规模仅为 2.4M(百万级),距离实现机器人通用模型的目标还相去甚远。
解决数据不够的办法是:第一 ,模型端 ,用更高效的模型,把稀缺的数据高效利用;第二,训练端,用仿真训练、模拟训练,改变假设、背景、参数,创造数据。
根据《中国人形机器人创新发展报告2025》的信息,机器人智能化能力的主要原因是数据不足,提升具身智能算法的核心依然在于数据。
• 最佳的数据取得方式是通过机器人本体进行采集的 ,但获取成本高限制了其数量。通过人类示教、真机作业采集等方式,获取物理世界中的多模态交互数据。国内人形国创中心的具身智能训练场,依托百台机器人和多样场景,积累异构虚实通用数据集,支撑模仿学习与技能训练。
• 仿真合成数据 ——首先,大语言模型根据简短的任务描述和任务需求来生成相应任务的仿真场景代码搭建,还提供一套自动化的流程来验证仿真环境的可行性,并进行迭代修正。其次,大语言模型能根据不同任务生成的仿真环境构建一个高质量大模型生成的任务库,用于在构建新任务时进行检索和反馈优化。最后,根据任务搭建的流程,大语言模型可以采集大量专家数据,在现有模仿学习架构的基础上训练模仿学习策略。GenSim框架可以用于根据目标任务来搭建仿真环境并产生目标任务的数据,也可以利用大模型的能力进行探索来产生新颖的任务和数据。GenSim的不足之处是仅面向Ravens仿真器中的机械臂抓取任务。除了通过提升仿真器本身的性能外,还可以通过少量实采数据结合虚实对齐(Virtual Reality Alignment ,VRA)算法来实现。
• 同时,互联网也存在大量人类操作的视频,且数量庞大,参考大模型训练经验,若能合理利用,也是提升机器人智能的重要途径。需要团队具备扎实的数据清洗能力和底层数据基础设施。
(二)小脑: 小脑模型、 IMU、 MCU编码器、执行器末端的传感器
IMU惯性测量单元: 通常放在机器人腰部等位置,协调机器人的运动,保持平衡。是一系列传感器的组合,包括加速度计、陀螺仪、磁力计等,测量加速度、角速度、磁场强度等。中低端的IMU已经实现了国产替代,但是高端的还是以海外厂商为主。 IMU主要难点是提升精度, 因为IMU容易受到温度和机械振动的影响,解决方法是需要对传感器进行高精度的校准、以及强大的数据融合算法支持。
编码器:可以实时反馈电机转子的位置、转速和运动方向(是位置or速度传感器),从而实现精准控制。原理有很多种,如光电编码器、磁编码器、电容式编码器等,其中光电式是精度更高、不受电磁干扰,是主流选择。编码器的壁垒主要是在于码盘精度、装配工艺、误差补偿技术。主要指标是精度和寿命。
力/力矩传感器:国内一维力/力矩价格在100-1000元左右, 六维力/力矩传感器价格在2000元左右(海外的在3w以上)。
电阻应变片:传感器的核心技术,持续为现代工程与科研提供着关键物理量(压力、变形、应变) 到电信号的可靠转换。其核心原理基于导体或半导体材料在机械形变下电阻值的规律性变化,这一现象由材料的几何尺寸(长度、截面积)与电阻率共同决定。集成于机器人关节和灵巧手的应变片,提供实时的力/力矩信息,是实现自适应抓取、人机安全协作的关键(如协作机器人关节扭矩传感器普遍采用应变电桥技术)。
工艺:六维力矩传感器的核心结构通常由弹性体、应变片(或压电晶体等敏感元件)、电路部分及信号处理单元组成。弹性体作为传感器的主体,其设计直接关系到传感器的测量精度和稳定性。常见的弹性体结构包括多组弹性应变梁,这些应变梁在受到外力作用时会发生微小的形变。在每个应变梁上,会贴有一组或多组应变片,用于检测形变引起的电阻变化。此外, 部分六维力矩传感器还采用压电晶体等压电材料,通过测量外力作用下产生的电荷变化来感知力和力矩。
六维力矩传感器在多个领域发挥着重要作用。在机器人技术中,六维力矩传感器为机器人提供了精确的力反馈,使其能够更智能地执行各种任务,如精密装配、抓取物体等。在航空航天领域,六维力矩传感器被用于测量风洞试验、飞行器运动状态下的六维力信息,为飞行器的姿态控制和任务执行提供关键数据支持。在医疗康复领域,手术机器人通过搭载六维力矩传感器,能够提升手术的安全性和精度。
二、传感器
(一)触觉传感器:机器人的皮肤
根据2018年《科技日报》总编辑刘亚东梳理制约中国工业发展的35项关键技术,触觉传感器是我国重点攻坚的 35 项“卡脖子”技术之一。目前高端触觉传感器产品主要依靠进口,且价格昂贵,不利大面积部署,我国亟需实现国产工业级阵列式触觉传感器替代进口。
触觉传感器: 柔性触觉传感器能够感知外部的机械刺激(例如应变、压力、剪切和扭转),并将这些刺激转化为电信号。根据其工作机制,柔性触觉传感器可分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式四类。
• 压阻式: 当材料在机械应力作用下发生形变时,其电阻变化可被观测和测量。这种特性源于导电材料微观结构的动态重构。
• 压电式: 压电式触觉传感器利用存在于非中心对称晶体中的压电效应。当受到机械刺激时,这类材料会因内部极化而产生电荷与电压,将机械能转化为电能。通过测量所产生的电荷与电压,可确定外力的大小与分布。
• 电容式: 过电容变化来检测机械刺激。最基本的电容式传感器采用金属薄膜作为电极,在两个电极之间夹有弹性体介电层。这类传感器具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快以及功耗低等特点。
• 摩擦电式: 摩擦电式触觉传感器的工作原理基于摩擦起电和静电感应。当两种具有不同电子亲和力的材料接触并相互滑动时,会发生静电荷转移,在界面产生相反的电荷。当材料分离时,带电表面分开,同时静电感应在电极中形成补偿电荷,从而在电极间产生电压差。施加外力可触发摩擦电效应,产生用于检测压力、触摸和振动的电信号。
(二)视觉传感器:机器人的眼睛
1、3D方案:
• 飞行时间法(TOF): 是一种通过测量激光脉冲从发射到接收的时间间隔来确定目标距离的测量方法。该方法的基本原理是利用光在传播介质中的速度恒定这一特性,通过精确测量光脉冲的往返传播时间来计算目标距离。
• 激光三角测量: 激光三角测量中,激光照射到被测物体表面发生反射,经接收透镜后被光敏探测器接收。当被测物体发生位移时,光敏探测器上的像点发生相应移动,基于像点移动的距离和几何三角关系即可计算出被测物体移动的距离。
• 结构光: 基本原理为采用一个光源装置代替双目视觉中的一个摄像机, 用光源装置向场景中投射已知图案, 用摄像机捕获图案, 根据系统几何关系和三角测量原理获得待测物体的深度信息。
2、2D方案:
• 2D多目视觉: 从一组已知相机位姿的多视角二维图像中恢复出场景的三维几何结构,尤其是精确估计每个空间点的深度信息,从而生成稠密的三维点云或过程的关键在于如何高效准确地判断“图像一致性”,即候选像素是否对应真实世界中的同一点。
• RGB相机:仅能捕捉到物体表面的纹理信息,没有物体到相机的距离信息。而现实物理世界是三维的,2D成像技术虽然发展多年,但因缺乏深度数据而难以完整重现各类三维场景。
3、视觉传感器:索尼、英飞凌等。
三、灵巧手:最灵活的、最难的、最有变化的零部件
常见传动方式:腱绳传动、连杆传动、齿轮传动等,其中腱绳传动、连杆传动是目前应用最广泛的方案。
特斯拉第三代灵巧手:腱绳传动方案,电机置于前臂,从灵巧手进化到仿生臂。特 斯拉第三代灵巧手将电机放在前臂(此前电机在手掌内),其传动方案为微型丝杠 +腱绳。自由度比上一代增加了一倍,手部有22个自由度,手腕和前臂有3个自由度,类似于人类手指的腱和绳索结构,通过电机驱动的齿轮和滚珠丝杠将旋转运动转换 为直线运动,螺母通过与腱绳相连,将直线运动传递给腱绳,腱绳形成一个环状结 构,绕在螺母上,带动手指关节运动。
四、执行器:机器人的四肢
执行器=无框力矩电机+减速器or丝杠+传感器+编码器
旋转执行器:T=Kt.I,输出力矩 T 与电枢电流 I 成线性正比关系, Kt是扭矩常数(由电机设计决定)。特斯拉Optimus机器人通过14个线性执行器与14个旋转执行器协同工作,实现了全身运动的精准控制。
背隙(Backlash):背隙是衡量减速机传动精度的核心性能参数,其定义为当减速机输入端固定时,输出端在施加额定扭矩±2%正反向旋转时产生的微小角位移值,直接影响精密传动系统的定位精度与响应速度。
齿槽效应: 由于永磁电机定子开槽,使得定子和转子之间气隙磁导不均匀,从而引起电机定子和磁极之间产生齿槽效应,引起齿槽转矩。
减速比:减速比,即减速装置的传动比,是传动比的一种.减速器效率通常随减速比增大而降低,摩擦损耗导致实际输出力矩 T2=η⋅T1⋅i (η为效率,减速比i,输出力矩 T ,电枢电流 I )。
五、电机:机器人一般用无框直流无刷电机
伺服电机:一套完整的伺服电机系统通常由四部分构成:伺服电机本体、高精度编码器、伺服驱动器以及控制器。 目前,交流永磁同步伺服电机(PMSM)凭借其高功率密度、高效率和优异的调速性能, 已成为当前市场的主流选择。伺服电机作为工业机器人的核心驱动部件,其技术性能直接决定了机器人的运动精度、动态响应及作业能力。
• 无框力矩电机:无框力矩电机由定子和转子两大核心组件构成,不含外壳、输出轴及轴承等冗余结构。其核心特点为高扭矩密度、高精度与快速响应,无外壳设计可直接嵌入关节与负载耦合,省去传动部件,大幅缩小安装体积与重量。
• 空心杯电机: 以无铁芯转子(杯型转子)为核心, 由空心杯绕组、永磁体转子、传感器组件及磁轭等构成。其显著特点是重量轻、转动惯量小,功率密度与节能性突出,响应迅速且噪声低,彻底消除了铁芯涡流损耗。分为有刷与无刷两类,无刷款更契合长寿命需求。
• 高转矩密度电机:转矩密度是由电机的物理条件所决定的,例如:电磁绕线结构,电机材料和电机尺寸。电机扭矩(T)、功率(P)和转速(n)之间的关系是:功率P = 扭矩T × 转速N ,T=P/N,高速电机+齿轮箱也可以是实现高转矩密度的有效途径,高速电机可以提高电机的功率,而齿轮箱可以降低转速N。
六、减速器
(一)谐波更适合轻量化,摆线针轮适合高负载
根据《科技日报》、《机械设计手册》(第七版) 及绿的谐波招股说明书对各类减速器的技术特点描述, 不同类型减速器的主要特性可归纳如下。
· 谐波减速器: 体积小、轻, 高负载场景受限, 抗冲击性。
· 行星减速器: 传动效率高, 传动比范围大, 工作平稳。
· 摆线针轮减速器: 传动比大 ; 传动效率较高 ; 结构紧凑 ,体积较小 , 重量轻; 通用于中、小功率 , 适用性广 , 运转平稳 , 噪声低。
· RV 减速器: 体积小, 重量轻, 传动比范围大, 寿命长, 精度高, 效率高, 传动平稳。
总结: RV 减速器相较于谐波减速器自重偏大, 仅适配机器人的重负载关节, 轻负载关节因无需高负载、对轻量化要求更高而不采用RV。
谐波减速器结构紧凑、体积小巧、重量轻盈, 相较于行星/摆线针轮减速器, 可在满足小体积安装要求的前提下输出充足扭矩, 因此更适用于机器人上肢关节的传动需求。而机器人下肢关节, 以及对安装体积要求较低、对负载承载能力要求较高的应用场景, 则更适配 RV 减速器。
· 精度上, 谐波、摆线针轮、 RV 减速器的精度在1- 3 弧分以内, 精度高; 行星在 5 弧分以内。
· 负载能力上, 减速比是RV 最大, 其次是谐波, 但是因为谐波的柔轮容易疲劳变形, 因此谐波的负载能力受到柔轮材料限制。
· 体积/重量上, 同等输出力矩下, 与一般减速器比较, 谐波减速器的体积可减少 2/ 3, 重量可减轻1/ 2; 空间受限且负载适中时, 优先选用谐波减速器。
1、谐波减速器:体积小、重量轻; 国内厂商仍有提升空间
原理: 根据绿的谐波招股说明书对减速器原理的说明, 谐波减速器 通过齿轮齿数和尺寸不一致即错齿, 带来的谐波效应进行减速 ,相较于通过传动比进行减速的传统方式, 减少重量。钢轮比柔轮多两个齿, 将波发生器插入柔轮中后, 柔轮将径向变形, 同时椭圆的长轴两端将与钢轮啮合, 波发生器旋转一周将带动柔轮的每个齿与钢轮相对位置的齿啮合, 但是由于柔轮的齿数比钢轮少两个,所以柔轮和钢轮之间会发生相对的位移, 位移的距离就是两个齿轮的长度。同时参考维基百科与哈默纳克产品手册, 谐波减速器的减速比通常为: 柔轮齿数 ÷ (柔轮齿数 - 刚轮齿数), 一般为30-160, 单级最高可达320。
结构: 波发生器为椭圆形; 柔轮(输出轴) 为具有高抗扭刚性的带有外齿的薄壁齿轮; 钢轮为带有内齿的刚性环。
特点: 传动速比大、传动精度高、体积小且重量轻, 与 RV减速器及行星齿轮减速器相比, 谐波减速器的突出优势在于可兼顾转速与重量。
举例: 绿的谐波与海外龙头性能无显著差异, 启动转矩更优于哈默纳克; 其 2019年推出的Y系列产品传动精度≤10弧秒, 创纪录并位居全球谐波传动领域最高水平。
国产谐波减速器成本已满足大批量应用要求。根据新刊财经, 日本哈默纳克同型号产品售价维持在 3000-4000元区间, 而绿的谐波同等性能产品的市场报价已稳定在 1320元左右, 价格差距高达55%-60%。二者价差源于绿的谐波通过本土化配件生产, 极大降低了国产机器人企业的采购成本、缩减了采购周期, 拉开了价格优势。哈默纳克主打高精度路线, 绿的谐波走高性价比路线,后者产品设计寿命上则实现反超。
2、行星减速器:各方面居中
原理: 参考上海合纵重工、 ATO、上海持承自动化公司官网资料, 行星减速器的工作原理为电机驱动太阳轮旋转, 太阳轮带动行星轮实现自转, 同时行星轮沿固定外齿圈的轨迹公转; 行星轮的公转带动相连的行星盘输出动力, 从而实现减速增扭。减速比为行星轮齿数与太阳轮齿数之比, 单级减速比通常为 3 –1 0。
结构:根据ATO官网介绍, 行星减速器由中心的太阳轮、最外侧的外齿圈以及两者中间的行星轮组成。
特点: 根据上海持承自动化设备有限公司官网描述, 行星齿轮减速机主要适应的场景包括有工业机器人、数控机床与自动化设备、新能源装备等, 但减速比较小, 需要通过双级或多级结构提高输出扭矩。
3、RV减速器:承载力大、体积大、重量重
原理:根据上海纳博特斯克,科劲电机和蓝菱科技的官网以及中国百科网对RV减速器的描述,RV减速器采用结合行星减速器、摆线减速器(组成包括高速轴、偏心轴、两个摆线轮、针齿,当偏心轴承被高速轴带动旋转的时候,两个摆线轮被带动同时做自转及沿针齿壳公转,摆线轮带动带销低速轴一起转动,偏心轴每转一圈,摆线轮就转过一个针齿,减速比为摆线轮的齿轮数目)的减速原理进行两级减速,减速比=从动齿轮齿数=主动齿轮齿数。(如果是多级齿轮减速,那么将啮合的一对齿轮组的从动轮齿数+主动轮齿数,然后将得到的结果相乘),常见的单级RV减速机,其减速比有7.5、10、15、20、25、30、40、50、60、80以及100等,双级RV减速机甚至可达200的减速比。
结构:1)伺服电机的旋转是从输入齿轮向直齿轮传动;2)曲柄轴直接连接在直齿轮上,与直齿轮的旋转数一样;3)曲柄轴的偏心轴中,通过滚针轴承安装了2个RV齿轮;4、随着曲柄轴的旋转,偏心轴中安装的2个RV齿轮也眼着做偏心运动(在壳体内测的针齿槽里,比RV齿轮的齿数多一个的针齿槽等距排列),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,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。
特点:RV减速器减速比大,可以达到较大输出扭矩,被广泛应用于工业机器人、机床、医疗检测设备、航空航天以及国防武器装备等领域。
(二)加工工艺和难点
谐波减速器的核心技术难点集中于设计、柔轮制造及装配环节。其中装配环节技术门槛较高, 通常依赖人工操作, 需由经验丰富的技工凭借专业感知与精准把控完成。
产线: 1、谐波: 谐波减速器因零部件规格规整, 精密加工工序可实现自动化, 生产端自动化实现难度较低; 装配环节采用半人工半自动化模式, 该环节人工操作难度低且为必要工序, 相关操作难以通过机械设备完全替代; 2 、 RV: 单条生产线投资超亿元, 相较谐波减速器, 其所需设备种类更多、技术规格更高端。
谐波与 RV 的工艺对比: 1、二者工艺路线迥异, 谐波减速器为小模数齿轮, RV 减速器则是大模数刚性齿轮。 2 、材料体系也截然不同, 谐波减速器材料门槛更高, 柔轮多采用日本进口材料, 需攻克刚性与抗疲劳技术难题。 RV 减速器因采用刚性齿轮无进口材料依赖, 材料门槛更低。
谐波技术难点: 1、柔轮的变形; 2、研究的新齿形, 这与疲劳强度相关; 3、齿轮加工的设备以及封装的问题。
(三)竞争格局
1、格局
根据绿的谐波招股说明书,在全球减速器行业中,谐波减速器行业龙头为哈默纳克,RV减速器的全球行业龙头为纳博特斯克。两家公司占据了全球工业机器人减速器约70%的市场份额。目前,哈默纳克等国际主流品牌仍在全球谐波减速器行业中占据市场主导地位而绿的谐波在国内率先实现了谐波减速器的规模化生产,打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断,已成长为行业领军企业。国内企业技术瓶颈:RV减速器、谐波减速器的国产化进程加快,核心原因是国内企业通过自主创新实现了工艺突破。1)谐波:国内已基本攻克核心技术难点,现阶段核心挑战集中于大批量生产的品控把控;根据绿的谐波负责人李谦描述,依托国内庞大的市场需求,较高的市场容错率,国内企业通过持续技术迭代与工艺优化,未来有望实现对哈默纳克的赶超;2)RV:根据中大力德2024年年报介绍国内头部企业有望对标海外龙头,企业资金充裕、设备无短板,且与谐波国产化路径一致,依托成本优势突破,借充足试错空间与广阔市场推动技术产品持续升级。
2、双环RV、绿的谐波较有竞争力
双环:根据双环传动2024年年报描述,双环传动在汽车齿轮领域品控领先、产能规模大,切入RV减速器具备制造环境适配优势;其产品精度、耐磨性虽不及日本,但可满足国内机器人使用需求。绿的谐波:根据绿的谐波招股说明书及相关公告披露,哈默纳克采用双圆弧齿形,而绿的谐波自主研发并推出P型非共轭谐波啮合齿形产品,具备低噪音优势;其产品在无精度损耗前提下的使用寿命约2万小时,性能优于哈默纳克同类产品。
七、丝杠
(一)价值量高
反向式行星滚柱丝杠: 根据《行星滚柱丝杠副技术分析及装备应用》介绍, 行星滚柱丝杠核心技术难点在于内螺纹加工。
(二)滚柱丝杠用于身体,滚珠丝杠用于手部
滚柱丝杠更适合人形机器人:
据《谈丝杠在传动机构中的应用》 一文说明, 滑动丝杠存在如下缺点:
· 传动效率极低, 滑动丝杠效率仅 2 0~ 30 %, 远低于滚珠丝杠, 能量损耗大。
· 摩擦力较大, 其进给的灵敏性、传动效率与滚动丝杠或静压丝杠相比, 还是较低, 而且润滑条件也不好。
· 传动比小, 适用于低速进给传动机构。
参考NSK 官网技术资料及汉工精密公司官网披露内容, 滚珠丝杠与滚柱丝杠的适用场景及应用部位有所不同。
滚柱丝杠适用于身体 : 1. 承载能力与寿命优异。滚柱丝杠为线接触, 依据赫兹定律, 静载为滚珠丝杠 3倍、寿命15倍, 抗冲击能力强, 可满足身体关节大负载、高可靠、长寿命需求。 2. 速度与加速度性能更 优。滚柱丝杠 采用非循环式 结构, 转速可 达滚珠丝杠 2 倍、加速度达3g, 适合身体大范围、高动态动作输出。
滚珠丝杠适用于手部 : 1. 摩擦极低、传动效率极高。滚珠丝杠效率约 9 5 %, 实测η1=96.7~ 9 6.9% 、 η2=9 5.1 ~ 95.3% ,摩擦小、能耗低, 适合手部轻载、灵敏动作。 2. 微动与小角度运动平顺性好。滚珠丝杠微小角度摇摆时力矩极小, 换向瞬间力矩降低, 运动平稳细腻, 适配手指精细开合与高精度微调。
机器人对丝杠的要求:
· 机器人对丝杠精度要求在 C5-C3, 要求主要是耐用可靠性、寿命、及运行中的功能性表现, 如顺滑、噪音小等。
· 滚珠丝杠的可靠性主要体现在复杂工况的耐受能力上: 机器人下台阶产生的冲击载荷, 易造成丝杠内部钢球与滚道出现凹坑损伤, 此类损伤会持续引发周边材料的疲劳失效, 进而加速部件整体损坏、缩短其使用寿命。滚珠丝杠属于精密传动部件, 对维护标准要求较高, 实际应用中需满足长期免维护的使用需求, 而这一需求的实现, 核心取决于电缸的设计方案与设计指标。
八、轻量化
根据2025年国际机器人联合会报告所述, 机器人轻量化是未来迭代的大方向, 核心优势为: 更持久(延长续航) 、 更灵活 (降惯性、减转矩) 、 更耐用(减少部件磨损, 延长寿命) 。
Optimus正推进轻量化, 通过减重提升续航与负载能力, 其产业链上游材料包括中欣氟材、新瀚新材、中研股份等。
在轻量化材料中, PEEK 、 P PS优势显著:
· 密度仅为铝镁合金的一半(PEEK1 . 35g/cm ³ , P PS 1 . 36g/cm³, 铝镁合金2 . 9g/cm³)
· 比强度比铝镁合金高一个数量级
· 等体积下质量仅为铝镁合金的一半, 且同等强度下体积更小、质量更轻
九、重点企业概况
(一)三花智控:热管理领军者,打造机器人业务为新的业绩增长极
公司是全球最大的制冷控制元器件和全球领先的汽车热管理系统零部件制造商,三花智控营收与净利润双增长,增长动能强劲。2024 年公司营业总收入为 279.47 亿元,同比增长 13.80%;归属于母公司所有者的净利润为 30.99 亿元,同比增长 6.10%。2025 年前三季度,公司营业总收入达 240.29 亿元,同比增长 16.86%;归属于母公司所有者的净利润达 32.42 亿元,同比大幅增长 40.85%。主要系制冷空调电器零部件及汽车零部件业务业绩增长,实现销售增长。
三花智控是全球领先的热管理领域核心供应商。其 “三花” 品牌在制冷智控元器件领域享有世界知名度,多款核心产品在全球市场排名第一。公司凭借高度重视研发投入、精益生产、全面质量管理、全球化布局、优质客户资源及资深管理团队等核心竞争力,不仅在制冷空调电器零部件和汽车零部件两大主业中保持领先地位,还通过技术积累切入仿生机器人机电执行器市场,开拓新的业绩增长点,为长期稳健发展筑牢基础。
三花控股集团有限公司与峰岹科技成立合资公司。该公司主营业务为专注于空心杯电机(无槽永磁交流电机)本体及相关产品的研发、设计、制造和销售,合资公司由三花控股占控股地位,空心杯电机是机器人实现高精度、轻量化、快速响应动作的核心驱动部件,尤其在人形机器人灵巧手等精细关节中非常重要。
三花智控高度重视研发投入 ,2022-2025年前三季度研发投入总额分别为9.89亿元、 10.97亿元、 13.52亿元、 11.04亿元,研发投入持续增长。截至2025年8月,公司拥有六大研发中心,累计国内外专利授权4387项,其中发明专利2404项,凭借技术积累实现产品快速迭代与前瞻产业布局,并依托研发与大规模生产能力切入仿生机器人机电执行器市场,开拓新业绩增长曲线,为长期增长夯实基础。
聚焦热管理核心赛道,业务结构多元稳健。三花智控2025H1的主营业务以制冷业务为主(占比 63.88%)、汽零业务为辅(占比 36.12%),并积极布局仿生机器人机电执行器等战略新兴业务;制冷空调电器零部件业务通过稳固大客户、拓展海外市场等策略提升份额,维持核心产品领先地位,汽零业务则通过降本增效、提升自研能力等巩固供应地位, 同时公司依托技术积累切入仿生机器人机电执行器市场,配合客户完成多产品研发迭代并获高度评价,各业务协同发展,推动长期增长。
三花智控聚焦机电执行器,并已成立专门的机器人事业部。公司坚定看好机器人作为未来的核心产业,其发展将重塑全球经济格局。目前,公司机器人业务板块发展稳步推进,2025年已正式设立机器人事业部。同时,海外生产基地正在建设中,旨在优化供应链布局,提升全球竞争力,为后续产能扩张奠定基础。公司将持续跟随行业的发展脚步,迎接“机器人”时代的到来。
(二)拓普集团:聚焦汽车零部件,多元化布局机器人赛道
公司为全球汽车零部件供应商百强企业,营收持续向上,归母净利润有所下滑。2024 年,公司营业总收入达 266.00 亿元,同比增长 35.02%;归属于母公司所有者的净利润达 30.00 亿元,同比增长 39.52%。2025 年前三季度,公司营业总收入为209.28 亿元,同比增长 8.15%;归属于母公司所有者的净利润为 19.67 亿元,同比下降 11.97%。公司每年新建工厂较多,生产爬坡及试产阶段的管理费、制造费等各项费用偏高,单个工厂平均约数千万元,短期拉低利润水平,待项目达产并实现盈亏平衡后将正向贡献利润。
经营稳定向好,各项业务稳步推进。市场端,公司以 Tier0.5 模式深化国内外头部车企合作,加速国际化布局与企业收购,产品平台化战略成效显著;研发端,加大投入推动汽车核心部件量产与技术突破,斩获多项行业认证; 同时积极拓展机器人执行器、液冷服务器等新兴业务, 同步推进产能建设、成本控制、数字化制造与 ESG 可持续发展,为长期增长奠定基础。
拓普集团加码机器人核心部件赛道。2024年1月与宁波经济技术开发区管理委员会签署了《机器人电驱系统研发生产基地项目投资协议书》。公司拟投资 50 亿元人民币,规划用地 300 亩,在宁波经济技术开发区建设机器人核心部件生产基地。
拓普集团研发投入呈持续增长态势。2022 年至 2024 年,公司研发投入总额从 7.5072 亿元增至 12.2424 亿元,2025 年前三季度已达 10.8464亿元。研发投入的增加主要源于公司持续加大创新力度、扩充技术人才与资源配置,以保持研发领先优势。通过持续投入,公司空气悬架系统、线控制动 IBS 等多个项目相继量产,产品线不断丰富,研发投入占营收比例年均约 5%,研发竞争力持续提升,为 “科技拓普” 战略奠定了坚实基础。
截至2025Q2,拓普集团主营业务以汽车零部件为核心,布局多元且结构清晰。其中,内饰功能件(33.76%)和底盘系统(28.66%)为核心收入来源,减震器、汽车电子、热管理系统等业务也占据重要份额,主要服务于国内外智能电动车企及传统 OEM 车企。此外,公司通过成立电驱事业部切入具身智能机器人领域,以此打造新的增长曲线。
公司在机器人电驱执行器领域具备深厚技术积淀与核心竞争力。依托多年线控刹车系统 IBS 研发积累,公司在机械、电机、电控等方面形成优势,并横向拓展至机器人执行器等业务;包括直线执行器、旋转执行器、灵巧手电机、传感器、躯体结构件、足部减震器、电子柔性皮肤等。机器人执行器结构复杂、技术密集,公司凭借电机自研、系统整合、精密加工及资源协同等核心能力,为抢占市场提供保障。
(三)恒立液压:跨界布局机器人核心部件
恒立液压为国内液压行业代表企业,营收与归母净利润均呈增长态势。2024 年营业总收入为93.90 亿元,同比增长 4.51%;归属于母公司所有者的净利润为 25.09 亿元,同比增长0.40%。2025 年前三季度营业总收入为77.90 亿元,同比增长 12.31%;归属于母公司所有者的净利润为20.87 亿元,同比增长 16.49%。2025年上半年,公司销售挖掘机用油缸 30.83 万只,同比增超 15%;挖掘机用液压泵阀在中大型机持续突破、份额提升,非挖行业泵阀谱系扩充,销量同比增超 30%。
公司多元发展,技术领先,服务全球多行业。公司从液压油缸制造发展成为集液压元件、精密铸件、液压系统等产业于一体的大型综合性企业。在中、德、美、日、墨西哥分别建有7个研发中心与12个生产基地。技术和规模已跻身于世界液压领域前列,服务全球 2000 多家客户,市场涵盖30多个国家和地区,产品遍及工程机械、农业机械、工业工程、海洋工程等众多行业。
子公司江苏恒立精密工业有限公司致力于专业研发、设计、生产和销售电动缸、精密导轨和滚珠丝杠。2024年3月新设立江苏恒立精密工业有限公司线性驱动器项目,拟建设年产标准滚珠丝杆66万米、精密滚珠丝杆42.2万米、行星滚珠丝杆1万米、直线导轨100万米、标准滚珠丝杠电动缸10.4万根、重载型滚珠丝杆电动缸2.5万根和行星滚柱丝杆电动缸1750根的生产能力。截至2024年底,已完成厂房和部分产线的建设,均已实现小批量生产和销售,整体建设进度保持有序推进。
恒立液压研发投入持续加码。2022-2024 年研发投入总额分别是6.50亿元、6.94亿元、7.28亿元,2025 年前三季度已达 5.50亿元,创新驱动发展成效显著:自主研发的数字伺服工业阀打破国外技术垄断,为国内主机厂提供了可靠的国产化解决方案;手柄阀全自动智能生产线投产,实现全电控手柄产能跨越式提升;推出的电子泵、音圈阀等创新产品也获得市场认可。
公司业务聚焦提供高端传动设备及方案。2024年恒立液压以液压油缸(50.70%)和液压泵阀(38.16%)为核心主营业务,同时布局油缸配件、液压系统等相关业务。公司主营传动领域控制设备与系统集成的研发、制造与销售,产品覆盖液压元件及电传动产品,下游应用于多行业;通过建设生产基地、并购及海外设司拓展全球市场,以线性驱动器项目推进 “电动化” 战略,巩固行业领先地位。
线性驱动器是机器人实现精准、可控直线运动的核心部件。作为恒立液压在“电动化”战略方面的核心业务布局,线性驱动器项目2025年上半年在技术研发与市场拓展方面取得亮眼成绩,累计开发超过50款新产品,所有新品均已顺利完成量产转化并正式投放市场,以多元化、高适配的产品矩阵响应行业需求。公司直线传动产品凭借技术优势与品质保障,2025年上半年,公司客户拓展成效显著,新增建档客户近300家,采用直销和经销相结合的方式,进一步完善市场渠道布局。
(四)浙江荣泰:布局机器人传动与热防护赛道
浙江荣泰是深耕耐高温绝缘云母制品领域的优质企业。核心产品包括新能源汽车热失控防护绝缘件、小家电阻燃绝缘件、电缆阻燃绝缘带等,应用于新能源汽车、储能、小家电、电线电缆等多领域。客户涵盖全球知名新能源汽车厂商和电池厂商,并同步拓展人形机器人等新兴领域客户。布局精密传动、智能装备赛道,探索低空飞行器、人形机器人等新应用场景。
云母制品行业市场需求旺盛。根据弗若斯特沙利文的研究,预计2023-2027年世界云母材料市场复合增长率为18.00% ,2027年市场规模将达到418.10亿元;云母材料按使用功能可分为耐火绝缘材料、珠光材料和其他材料,预计到2027年耐火绝缘材料市场规模将达到355.64亿元。
浙江荣泰营业总收入保持稳步增长态势。2022到2024年营收从6.67亿元逐年攀升至11.35亿元;2025年前三季度营收已达9.60亿元,延续了增长势头。其同比增速在2022—2024年从27.96%稳步提升至41.80%, 2025年第三季度虽回落至18.65%,但仍处于双位数增长区间,增长韧性依旧突出。
浙江荣泰归母净利润持续增长。浙江荣泰归母净利润2022-2024年从1.34亿元增至2.30亿元 ,2025年前三季度累计达2.03亿元; 同比增速2022-2024年升至34.02% ,2025年前三季度调整至22.04%。
云母制品及其他产品为公司核心业务。浙江荣泰的主营业务高度集中在云母制品领域,其中云母制品及其他产品占比高达99.92%,是绝对的核心收入来源。
浙江荣泰研发投入稳步增长。浙江荣泰研发投入在2022-2024年稳步增长,从0.34亿元增至0.61亿元; 2025年前三季度投入为0.47亿元。同时,研发投入同比增速保持正向增长,2024年增速达35.92% ,2025年前三季度增速为1.25%。
聚焦人形机器人核心材料基石,以云母复合材与精密合金为核心,契合热防护与传动可靠性核心需求。浙江荣泰以两大核心材料体系构筑机器人业务基础,形成技术壁垒。云母复合材料方面, 依托二十余年研发积累, 采用高纯度云母纸与玻璃纤维布、有机硅树脂复合而成, 具备耐500-1000℃高温、介电强度达 15 千伏 / 毫米的优异性能,为热防护组件提供核心材质支撑,可有效阻隔机器人关节运行时产生的热量,避免部件过热失效;精密传动材料方面,选用高强度合金与特种工程塑料,通过成分优化与热处理工艺,确保微型滚珠丝杠、齿轮等部件的耐磨性与尺寸稳定性,满足微米级传动精度要求。两类材料均符合 RoHS、 REACH 等国际合规标准,不含重金属与有害物质,兼顾环保与使用安全性。
根据公司发布的港股招股说明书中的信息,公司布局机器人产业的关键精密结构件,其中包括:电机、直线驱动执行器、传动组件、齿轮箱、辅助组件等,所有产品均经过专门设计, 旨在为智能机器人带来高性能、可靠性及集成灵活性。
电机:公司的无框电机及无刷空心杯电机专为协作机器人、人形机器人及高端自动化系统设计。无框电机涵盖 14 至 200 毫米的定子直径范围,采用分段集中绕组、高品质硅钢及优质磁钢,实现超过 92% 的效率,功率密度最高可达 38 牛米 / 千克。该等电机通过真空灌封工艺确保耐用性及紧凑集成。无刷空心电机提供多种直径规格,长度与齿轮箱速比可定制,为机器人及精密自动化应用提供超低噪音、高功率与重量比及快速动态响应。
直线驱动执行器:公司的机器人直线驱动执行器采用紧凑集成架构,将推力轴承、空心电机、滚柱丝杠、编码器、密封件及外壳整合在一起。这些直线驱动执行器提供直径 30 毫米、 50 毫米及 58 毫米的型号,分别可实现 50 千克、400 千克及 800 千克的推力输出,支持从指尖到腿部的直线驱动关节。它们具备高效率、低噪音及微振动特性,可实现流畅的姿态控制,并能根据不同关节需求进行定制。
传动组件:微型滚珠丝杠及行星滚柱丝杠能够实现机器人关节的高效动力传输及精密运动控制。微型滚珠丝杠直径最小可达 1.4 毫米,达到 C1 级精度,实现微米级定位;行星滚柱丝杠直径覆盖 4 毫米至 180 毫米,专为重载驱动及高频运行做了优化。
齿轮箱:公司的微型精密齿轮箱,适用于空间受限安装环境的高精度传动。齿轮模数最小至 0.075 毫米,外直径覆盖 6 至 100 毫米,支持高负载能力、低噪音及长寿命、可靠运行。
辅助组件:还包括微型驱动器及精密压铸散热器,为机器人的高效动力传输及热管理提供支持。
(五)北特科技:发力机器人高精度丝杠
北特科技为国家级专精特新“小巨人”企业,布局多个城市全国性生产基地及泰国海外基地。核心产品涵盖底盘零部件、铝合金轻量化零部件、空调压缩机及新能源商用车集成式热管理系统,应用于乘用车、商用车及新能源汽车领域。客户包括比亚迪、采埃孚、耐世特、博世等知名企业,同步推进人形机器人丝杠产品样件研发(小批量产线已建成),布局行星滚柱丝杠等精密传动产品,探索低空飞行器新场景。
汽车行业市场态势向好。2025 年上半年,受益于以旧换新政策持续显效与新能源汽车快速增长,我国汽车产销量分别为 1562.1 万辆和 1565.3 万辆;新能源汽车产销量分别为 696.8 万辆和 693.7 万辆,同比分别增长 41.4% 和 40.3%,占汽车新车总销量的 44.3%。同期,汽车国内销量达 1257 万辆,同比增长 11.7%,内需市场明显改善。
北特科技营业总收入呈稳步增长趋势。 2022-2024年从17.06亿元逐年升至20.24亿元; 2025年前三季度营收达17.12亿元,整体增长节奏未改。同比增速在2022-2024年从1.86%波动升至10.29% ,2025年前三季度则明显抬升至17.51%,显示该阶段增长动力增强。
归母净利润方面, 北特科技实现了持续提升。 其中, 2022年至2024年净利润从0.46亿元增长至0.71亿元, 2025年前三季度已累计达到0.93亿元。同比增速也呈现出强劲增长态势,从2022年的负值转为2024年40.43% ,2025年前三季度进一步攀升至52.40%,整体盈利能力显著增强。
汽车底盘分部、汽车空调压缩机类是公司的核心业务。 北特科技的主营业务高度集中在汽车零部件领域,其中汽车底盘分部占比最高, 达64%,是核心收入来源;汽车空调压缩机类占比28%,为第二大业务。
北特科技研发投入保持增长趋势。在2022-2024年从0.80亿元增至1.03亿元; 2025年前三季度投入0.78亿元。 同时,研发投入同比增速在2022-2023年升至17.04% ,2024年回落至14.30% ,2025年前三季度增速为0.39%。
公司专注于人形机器人传动核心环节,重点开发高精度丝杠系列产品。 围绕行星滚柱丝杠及梯形丝杠,精准适配执行器对传动精度、负载能力与运行稳定的关键要求。基于二十多年汽车底盘零部件领域的技术积累,组建专项研发团队,构建覆盖全工序的自主生产能力,推进工序自动化,形成工艺协同优势。同时布局微型丝杠技术,建设昆山研发与生产基地,持续提升工艺水平、加强量产能力、深化客户合作,致力于将丝杠业务培育为未来增长核心。
(六)恒勃股份:以PEEK材料布局机器人轻量化
恒勃股份为国家专精特新“小巨人”企业,设四大产业基地。核心产品覆盖汽摩进气、燃油蒸发、新能源热管理等多领域,应用于汽摩及通用机械。客户涵盖广汽、比亚迪、本田等主流品牌, 同步开拓日产等合资车企,多款产品量产或待量产。布局PEEK轻量化材料,探索氢燃料、智能电子等新领域。
汽摩行业市场活力强劲。根据中国摩托车商会最新发布数据,2025年1-12月,我国摩托车产销分别达到2210.93万辆和2196.77万辆,同比增长10.69%和10.25%。这一成绩的取得,主要得益于出口市场的强劲表现和国内市场的结构性增长。
公司营业总收入呈稳步增长趋势。2022-2024年从7.13亿元逐年升至8.65亿元; 2025年前三季度营收达7.32亿元,整体增长节奏未改。同比增速在2022-2024年维持10%-12.6%的平稳区间,2025年前三季度则明显抬升至19%以上,显示该阶段增长动力增强。
归母净利润2022-2024年呈持续增长态势, 2025年前三季度延续增长节奏。恒勃股份归母净利润2022-2024年从1.04亿元增至1.31亿元, 2025年前三季度累计达0.94亿元;同比增速2022-2024年升至14.23% ,2025年前三季度调整至8.89%。
汽车、摩托车进气系统及配件为公司核心业务。恒勃股份的主营业务高度集中在进气系统及配件领域,其中汽车进气系统及配件占比最高,达60.23%,是核心收入来源;摩托车进气系统及配件占比34.60%,为第二大业务。
恒勃股份研发力度持续强化。在2022-2024年从0.41亿元增至0.53亿元; 2025年前三季度投入为0.45亿元。 同时,研发投入同比增速持续攀升,从6.84%升至19.71%,整体呈现投入规模稳增、研发力度持续强化的趋势。
切入人形机器人轻量化赛道 ,布局PEEK运动型功能件 ,重视其通用性。公司聚焦人形机器人等高端场景,以耐高温、耐磨、轻量化的PEEK特种工程塑料为核心切入点, 匹配机器人零部件高性能需求。依托自身高分子材料改性、精密制造积累,联合DiscoverMaterialInc.成立合资公司,打通技术瓶颈,形成差异化优势。公司持续将优化PEEK材料性能与工艺、储备批量生产技术、深化头部客户合作,为未来打造新增长点。
(七)恒辉安防:防护手套领军者,拓展机器人防护与传动新场景
恒辉安防是专注于功能性安全防护手套的高新技术企业。核心产品具备防切割、高耐磨、抗穿刺等特性,广泛应用于工业及民用场景。公司客户覆盖全球50 余个国家,包括国际知名品牌商及比亚迪、吉利、隆基等国内企业,海外销售为核心收入来源。公司积极布局人形机器人手部防护、灵巧手腱绳材料等新场景,拓展业务边界。
全球安全防护市场需求呈现区域分化特征。2025 年上半年,受关税政策影响,美国市场订单节奏短期放缓;欧洲、日韩、东南亚及国内市场需求相对稳健。恒辉安防海外销售收入同比增长 13.79%,国内业务依托汽车制造、新能源等行业实现较快增长,整体订单符合预期。
公司营业总收入保持增长。2022-2024年从8.93亿元逐年升至12.69亿元; 2025年前三季度营收达8.80亿元。同比增速在2022-2024年持续攀升,从5.94%升至29.95% ,2025年前三季度增速回落至0.97%。
归母净利润呈波动后回升态势。2022-2024年从1.22亿元调整至1.16亿元;2025年前三季度累计达0.82亿元。同比增速在2022-2024年经历大幅波动,从31.49%降至-13.05%后回升至10.13% ,2025年前三季度同比增速回落至-12.85%,其核心原因主要受全球防护手套需求变化、美国关税政策不确定性等非经常性损益共同作用的结果。
功能性安全防护手套是公司的核心业务。 恒辉安防的主营业务高度集中在安全防护用品领域, 其中功能性安全防护手套占比最高, 达95.45%,是核心收入来源。
研发方面,恒辉安防研发投入稳步增长。恒辉安防研发投入在2022-2024年从0.42亿元增至0.63亿元; 2025年前三季度投入为0.43亿元。同时 ,研发投入同比增速保持正向增长, 2024年增速达27.06%, 2025年前三季度增速为2.40%,整体呈现投入规模稳增、研发重视度持续提升的趋势。
聚焦人形机器人外覆防护与核心部件领域,围绕超高分子量聚乙烯纤维开发系列产品及一体化解决方案,以高强度、轻量化、耐磨损的特性满足机器人防护与传动的高性能需求。公司设立专项开发中心构建技术及供应链优势。产品分阶段推进,柔性关节保护件与防护手套已小批量交付;传动腱绳正进行一体化研发与供应商认证;皮肤衣及电子皮肤产品持续送样迭代。未来公司将深化与海内外头部客户合作,打造新增长点。
(八)东方电热:聚焦机器人热管理系统开发和电子皮肤代工业务
东方电热2022-2025年三季度业绩整体呈现先升后降、盈利大幅波动的趋势。2022-2023年公司营收38.19亿元增至41.06亿元,归母净利润由 3.02亿元大幅提升至6.44亿元,营收与净利润双双高增,2024年起营收持续下滑、净利润大幅回落,2025年前三季度营收与利润同比降幅仍处高位,经营压力显著增加。
机器人业务稳步发展。机器人业务方面,公司与上海织识智能科技有限公司于2025年6月签署了《战略合作协议》,就座椅压力感知、机器人电子皮肤市场联合开发及委托加工达成意向,量产准备工作已完成。
根据公司公司2025年三季报,机器人热管理系统研发顺利,部分零配件已送至具身机器人行业龙头企业验证。
同时,公司已成立温擎智控(上海)机器人有限公司,组建了专职的管理团队和研发团队,从事机器人皮肤和热管理的开发及销售。