近年来，中国政府网发布的视频《机器人群侠传》，全方位展示了我国在机器人领域所取得的前沿成果，众多不同型号的人形机器人纷纷亮相，像 “黑豹 2.0” 四足机器人、宇树科技 Unitree B2-W 机器狗以及凯尔达、星动纪元、众擎等厂商推出的人形机器人等，视频结尾着重凸显了以科技创新引领新质生产力发展这一关键要点。
当下，国内人形机器人产业呈现出群雄并起的繁荣态势，优必选、宇树科技、智元机器人、傅立叶智能、小鹏、小米等众多厂商各展身手，可谓是百花齐放。而且，随着国内人形机器人产业进程全面提速，再加上特斯拉人形机器人量产节点日益临近，产业链各环节有望加速迎来国产化的良好机遇。在此背景下，对人形机器人核心零部件进行深入解析显得尤为重要。
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占比最高，达 70% 以上，运动系统涵盖线性执行器、旋转执行器以及灵巧手这几个关键部分。
灵巧手
灵巧手作为人形机器人上极为重要的末端执行器，占比约 32%，它旨在模仿人类手部结构与功能，是实现机器人与外界环境交互的核心部件，能助力人形机器人完成对物体的灵活抓取和精细操作。从结构角度来看，驱动、传动、传感是其结构设计的核心三要素，一般由手掌、手腕、手指、关节、驱动器、传感器等部分构成。其核心零部件包含空心杯电机、微型丝杠、腱绳、力矩传感器、触觉传感器以及灵巧手总成等。就拿特斯拉 Gen 3 来说，它共有 22 个自由度。
线性 / 旋转执行器
线性执行器能够将旋转运动转化为直线运动，或者直接产生直线运动，主要应用于人形机器人的腕、肘、膝和踝等关节以及其他需要直线运动的部件，比如手臂的伸展、腿部的移动等。而旋转执行器则是让机器人关节进行旋转运动的装置，常用于人形机器人的肩、髋等关节以及像手臂旋转、头部转动这类需要旋转运动的部位。这两大执行器的动力来源都是无框力矩电机，也都配备编码器、力矩传感器等，但在传动机构方面有所不同，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”，它们的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。
核心零部件详细解析
01 减速器
减速器在人形机器人中起着连接电机与转动装置的关键作用，就如同汽车的变速箱一样，是价值占比较高的核心精密零部件。按照应用场景划分，人形机器人所用的减速器可分为谐波减速器、精密行星减速器、RV 减速器三类，不同类型适用于不同部位。
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关节传动方面：在人形机器人的关节部位，像肘关节、腕关节等，减速器能实现精确的传动和控制。例如，谐波减速器因具备体积小、重量轻、传动比大等优势，常被应用在这些需要精细操作的部位。
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集成应用方面：行星减速器等类型的减速器会被集成到伺服电机、步进电机等执行机构中，以此打造更紧凑、高效的传动系统。
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负载支撑方面：对于腿部、腰部和肘部等负载较大的关节部位，RV 减速器凭借较高的承载能力和稳定性被广泛采用。
从具体产品来看，以特斯拉 - Optimus Gen2 为例，其旋转关节均选用谐波减速器，大约共需 14 个。谐波减速器有着高精度、高扭矩和小型化的特点，由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成。柔轮作为核心部件，其外齿与钢轮内齿有啮入、啮合、啮出和脱开的往复循环过程，多采用 40Cr 合金钢（如 40CrMoNiA、40CrA）制造，目前国内大多依赖进口，但也有像翔楼新材料这样在精密冷轧和热处理领域掌握核心技术的企业，它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里，柔轮采用了金属杯环和注塑壳的组合结构，既保证强度和刚度，又降低了成本。刚轮通常用球墨铸铁制造，具备良好的韧性和耐磨性。波发生器由柔性轴承与椭圆形凸轮组成，当前国内谐波减速器厂商正加速轴承国产化进程，比如绿的谐波的谐波减速器用轴承以自产为主，外购的主要是特定型号的深沟球轴承，而五洲新春拥有相关高速镦锻机，适合大批量生产深沟球轴承。
从行业壁垒来讲，谐波减速器方案需用力矩传感器做力控，结构和成本更为复杂，且数理模型、齿形设计和材料加工方面壁垒较高。不过，国内的绿的谐波核心团队早在 2003 年就开始研究谐波减速器，率先打破国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断，还拓展到机电一体化等产品，与埃斯顿、新时达、三花智控等诸多厂商开展合作。此外，汉宇集团的控股子公司同川科技、中大力德、斯菱股份、国茂股份、丰立智能、大族激光旗下子公司杉川谐波、昊志机电、瑞迪智驱、美的集团子公司极亚精机、中鼎股份、蓝黛科技、福达股份等众多厂商也涉足谐波减速器领域。行业发展呈现微型化、一体化趋势，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领先企业正加大相关研发力度。
精密行星减速器主要为人形机器人的关节提供动力支持，单级传动比在 10 以内，一般行星减速器级数在 1 - 3 级范围，微型行星减速器能做到 5 级。全球主要厂商有日本新宝、德国纽卡特、德国威腾斯坦等，国内的精密行星减速器厂家包括科峰智能、纽氏达特等，而绿的谐波、中大力德、丰立智能等企业同时具备行星和谐波减速器制造能力，还能通过滚插路线实现大规模量产降本，另外，兆威机电、鼎智科技、精锻科技、豪能股份、江南奕帆等也在该领域有所布局。
RV 减速器的结构和制造工艺复杂，相较于谐波减速器，有着更高的技术和投资门槛，市场格局相对集中，两大龙头占据超一半市场份额。不过，国产 RV 减速器已初步实现国产替代，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、斯微特等企业具备较强实力，且能提供大负载机器人减速器的定制化服务，巨轮智能、苏轴股份、埃夫特、钱江机器人等厂商也在该领域有所涉足。
02 丝杠
在人形机器人里，丝杠是实现旋转运动到直线运动转换的核心部件。以特斯拉人形机器人为例，其迭代过程中，丝杠用量明显增加，像 Gen3 灵巧手采用 “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、高壁垒部分，与传统滚珠丝杠相比，它使用含螺纹的多个滚柱体，承载能力更强。特斯拉人形机器人 Optimus 的行星滚柱丝杠全球仅有德国舍弗勒和新剑传动两家供应商。目前，国内近百家人形机器人企业中，采用丝杠方案的厂商较少，但行业渗透率有望大幅提升。
在丝杠供应链国内替代方面，头部厂商有新剑传动、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，成为全球首家公布大规模量产的企业，南京工艺则在国产行星丝杠市场份额方面位列国产厂商之首，拥有国内规格最全的精密滚动功能部件产业化基地。此外，五洲新春、双林股份、北特科技、恒立液压、震裕科技、贝斯特、鼎智科技（江苏雷利子公司）、博特精工、斯菱股份等国内企业也在加码布局行星丝杠环节。
从丝杠加工设备来看，当前主要采用车削 + 磨削结合的工艺，不过 “以车代磨” 的趋势愈发显著，多家丝杠公司开始运用车削工艺来提高加工效率。像浙海德曼等企业具备与国外同行竞争的实力，在丝杠加工方案上取得重要进展；秦川机床在数控磨床、滚珠丝杠等方面均有布局，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作为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，使得手掌体积更小。腱绳传动系统有着自身的工作原理，其材料主要涵盖高分子材料和不锈钢材料。
其中，高分子材料（超高分子量聚乙烯纤维 / UHMWPE）综合性能相对更优，应用也更为广泛，不过成本偏高，领先的材料供应商有荷兰 DSM、美国 Honeywell 等。不锈钢材料性能相对较弱，但随着技术工艺提升，有望在机器人领域得到更广泛应用。国内的大业股份、南山智尚、同益中、恒辉安防等厂商已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，它能将电能转化为机械能，用于产生旋转运动或线性运动，按工作用途可分为驱动电机和控制电机，空心杯电机和无框力矩电机都属于控制电机范畴。
空心杯电机是灵巧手的关键部件，对于灵巧手完成弹钢琴、穿针引线等精细动作起着关键作用，其技术含量高、生产难度大，核心技术壁垒集中在线圈绕组方面。在全球市场中，瑞士 Maxon、德国 Faulhaber、瑞士 Portescap 等处于行业领先地位，且申请了大量相关专利技术，国内的鸣志电器、鼎智科技（江苏雷利子公司）、雷赛智能、禾川科技、兆威机电、拓邦股份等厂商是该环节的头部企业，新进入者因技术积累不足，较难达到人形机器人领域的高效率等要求。
无框力矩电机常用于线性关节和旋转关节，像特斯拉人形机器人 Optimus 的 14 个线性执行器和 14 个旋转执行器都使用了无框力矩电机。它的技术壁垒主要体现在磁路和工艺设计上，需要一体化设计并集成到机器人关节内部，定制需求强，稳定量产难度大。全球市场呈现头部集中格局，海外的科尔摩根、威腾斯坦、Maxon 等是头部厂商，国内市场竞争格局相对分散，尚处于起步阶段，市场参与者数量有限，国内头部厂商包括步科股份、雷赛智能等，主要布局厂商还有伟创电气、汇川技术、拓斯达、昊志机电、禾川科技、震裕科技、卧龙电驱、德马科技、德昌股份、微光股份、科力尔等，整体来看，该环节的国产替代空间广阔。
05 传感器
传感器是人形机器人感知系统中的重要元器件，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。
触觉传感器对于人形机器人的灵巧手十分重要，目前处于发展早期，市场主要由 Canatu、Sensel、Flexpoint 等海外企业占据主导。不过，国内也有不少相关布局厂商，比如汉威科技、申昊科技、帕西尼感知、柯力传感、奥迪威、苏试试验、中科纳芯、墨现科技、康斯特、力感科技、钛深科技、福莱新材、日盈电子等。
六维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，以确保机器人动作精度，它是维度最高的力觉传感器，能提供最全面、精准的力觉数据，但目前成本和壁垒都较高，可批量化供应的企业较少，未来整机厂或许能通过算法等方式减少使用量，降本后有望拓展应用空间，国内的宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、昊志机电、柯力传感、东华测试、海伯森、瑞尔特、安培龙等厂商已在该领域有所布局。
视觉传感器所在的机器视觉领域是人工智能前沿技术之一，其本质是为机器赋予 “人眼与大脑” 的功能，使机器能代替人工进行物品的测量与判断，国内以奥比中光、海康威视、大恒科技、天准科技、凌云光、奥普特等为代表的本土机器视觉厂商已在核心零部件技术与独立软件算法等方面大力投入。
惯性传感器是人形机器人运控及导航的基础，按被测物理量可分为加速度传感器（加速计）和角速度传感器（陀螺仪），将二者整合可得惯性测量单元（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，国内的华依科技等厂商在该领域有所布局，不过全球 MEMS 惯性传感器市场份额大多集中在霍尼韦尔、ADI 等巨头手中，国内以芯动联科等为代表的高性能 MEMS 传感器也占有一定市占率。
06 轴承
轴承主要应用于旋转关节执行器关节连接，常与减速器、电机等配合使用，包括角接触轴承、交叉滚子轴承等类型。从全球市场格局来看，德国舍弗勒主要生产滚针轴承及液压顶杆等，日本不二越侧重于生产中小型球轴承，NSK 重点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，但本土企业也在加速突围。
比如，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；国机精工聚焦高中端产品，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。此外，关节和灵巧手总成厂商三花智控、拓普集团、兆威机电等在人形机器人领域也具备较强的市场竞争力。
根据花旗银行 11 月发布的最新预测，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。当前，我国机器人产业链的相关零部件企业数量日益增多，技术和研发实力也在逐步提升。后续在主机厂降本诉求以及合作响应需求的推动下，国产替代趋势有望愈发清晰。从长远角度看，特斯拉人形机器人量产在即，国内厂商布局也在不断加速，这有望为国产机器人产业链开拓出更为广阔的市场空间。
