当前全球人形机器人行业蓬勃发展，这一新兴产业有望成为推动制造业增长的全新增量。

人形机器人具有高度拟人和机械化，在运动性能、仿生设计以及精细操作等方面表现出色，还具备了出色的运动控制和环境感知能力，这得益于各个关键零部件环节和多融合感知和协同高效运作。

人形机器人正处于从研发向小批量生产过渡的关键时期，因此关注零部件环节的发展动态也是人形机器人市场走势的重要指标。

为了帮助大家更好地了解人形机器人，本文重点梳理六大最具价值的核心零部件，以供学习和参考。

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无框力矩电机在人形机器人的旋转和线性执行器中，都是重要的动力部件。

无框力矩电机以输出扭矩的大小作为其性能指标，通常被视作具有众多极对数的无刷、永磁、直驱伺服电机。它直接与转子相连，无需任何传动元件，也被归类为直驱电机。

市场竞争格局方面来看，在海外市场上，TQ Robodrive（德国）、Kollmorgen（美国）、Allied motion（美国）、Aerotech（美国）等公司是行业领先玩家。

国内厂商步科股份、航天电器、昊志机电和微精电机、大族等厂商占据主导地位，其中步科股份在国内无框力矩电机市场的份额接近50%。

根据科尔摩根公司的公开信息，无框力矩电机的关键原材料和零部件包括钕铁硼磁材、SS400系列钢材、电工钢、铜材、树脂以及集成电路板等。

Technavio的市场研究报告显示，2023年全球力矩电机市场规模约为6.57亿美元，年增长率达到6.95%。目前市场空间无框力矩电机相对较小，未来随着人形机器人加速应用，行业市场规模有望实现高速增长。

国内外无框力矩电机头部企业梳理：

资料来原：bloomberg、各公司官网

减速器是电机与传动装置间是重要桥梁，其核心功能是将伺服电机产生的高转速、低转矩动力转换为更适合机器人关节的低转速、高转矩动力。由于当前电机技术的限制，减速器和电机的组合在机器人执行器中已成为标配。

减速器主要分为三种类型：谐波减速器、行星减速器和RV减速器。

谐波减速器是先进的齿轮传动系统，结构相较于行星减速器和RV减速器更为简洁。主要由波发生器、柔轮和内齿刚轮三个核心部件构成。

谐波减速器全球市场中，日本厂商哈默纳科处于领先地位，国产品牌如绿的谐波、来福、新宝、同川、大族等也在谐波减速器领域加速国产替代。

行星减速器高精度系列适用于人形机器人，在我国市场中高端精密行星减速器主要依赖外资和合资厂商，国产化程度较低。日本新宝、科峰智能和纽氏达特是这一市场的主要供货商。

RV减速器结合渐开线圆柱行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级，适用于承载重负载，但是缺点是较高的成本限制了广泛应用。

RV减速器的设计和生产工艺要求极高，日本厂商纳博特斯克长期占据领导地位，我国企业双环传动、中大力德等引领国产替代。

减速器的产业链角度来看，上游主要包括原材料如轴系部件、减速器附件和箱体等；中游是减速器制造环节，主要有通用、精密和专用减速器；下游除应用于机器人外，还广泛应用于工程机械、精密机床等多个行业。

人形机器人的线性执行器融合了无框电机、力传感器和编码器等多项技术。

力传感器与闭环控制算法用来来实现精确的力控制。

根据传感器的安装位置，可以将其分为末端力控和关节力控两种模式。

末端力控是在机械臂的末端安装一维或六维力传感器，关节力控则是在机器人的关节处安装力传感器以捕捉外部力量，进而利用这些力反馈信号进行闭环控制。

六维力传感器是力传感器中最高维度的力传感器，已成为高性能人形机器人的标准配置。

六维力传感器具有非常高的壁垒，不仅技术难度大且生产效率相对较低，因此产品价格高昂。

力传感器示意图：

从全球市场格局来看，国内六维力传感器市场主要由外资品牌占据，国产化率有待提升。

国内市场中占有率较高的主要是非上市公司，如宇立仪器、蓝点触控和坤维科技等。六维力传感器的国内上市公司包括昊志机电、柯力传感和敏芯股份等，部分厂商六维力产品业务尚处于小规模商业化或研发初期。

从产业链环节来看，力传感器作为感知和测量力的工具，上游材料成本占比较大，下游应用非常广泛。上游直接材料成本占比高达80%以上，其中应变片的加工制造是关键；中游环节涉及加工制造与封装检测。

据高工机器人产业研究所预测，到2030年全球人形机器人领域的力传感器市场规模有望达到328亿元，其中六维力传感器的市场规模预计为138亿元。

丝杠是直线执行器的核心传动部件，能灵活地将旋转运动转化为线性运动。

丝杠的基本构造包括丝杆和螺母两大部分，主要功能是实现旋转与线性运动之间的转换。

常见的丝杠类型分为滑动丝杠、滚珠丝杠以及行星滚柱丝杠等。

特斯拉的Optimus机器人预计使用了10-14个行星滚柱丝杠。与滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠的结构相对复杂，包含长螺母、短丝杠以及螺旋滚道等多个部件。

行星滚柱丝杠的工作原理是以丝杠的旋转为驱动，通过丝杠与滚柱间的螺旋运动，使滚柱带动螺母进行直线运动。行星滚柱丝杠具有高数量的接触点，能够承受更高的静态和动态负载。

从市场竞争的角度来看，我国的行星滚柱丝杠市场目前仍以国外企业为主导，欧美国际巨头如瑞士GSA、Rollvis等企业在国内市场中占有较大份额。国产厂商的市场份额仅占约20%，主要参与厂商包括南京工艺、济宁博特、优仕特等；此外，新剑传动、鼎智科技、贝斯特、五洲新春等也逐步进入布局。

行星滚柱丝杠市场份额：

资料来源：行行查

空心杯电机是一种直流、永磁、伺服微特电机。它采用的无铁芯转子设计，彻底根除了因铁芯产生涡流而带来的电能损耗，减轻了重量和转动惯量。

空心杯电机的特点在于结构紧凑、高精度以及高能量密度，目前已被特斯拉人形机器人应用于灵巧手部位。特斯拉的Optimus机器人在每只灵巧手上都配备了6个由空心杯电机驱动的关节，为灵巧手提供了多达11个自由度，实现了更加灵活与精准的操作能力。

无同刷空心杯电机结构图：

资料来源：鸣志电器

从产业链的角度来看，空心杯电机上游原材料与微特电机相似，主要包括铜、钢材、磁钢、轴承等。空心杯电机早期主要应用于航空、航天及军事等高科技领域。近年来已逐渐拓宽至民用行业。

从全球的市场竞争格局来看，海外的供应商如Maxon、Faulhaber和Portescap等欧洲企业，在电机行业有着深厚的积累。国内鸣志电器、鼎智科技以及拓邦股份等优秀的本土企业已加速布局空心杯电机产品。

IMU即惯性测量单元，是由加速度计和陀螺仪共同组成的核心传感器。

通常包含两个或更多的加速度计和陀螺仪，可以精准地测量并监控物体的加速度、角速度和方向等重要动态信息。

在人形机器人技术领域中，IMU主要应用于控制机器人的平衡与稳定行走方面。IMU通过感知机器人的姿态并助力维持其平衡，使机器人在执行诸如行走、跨越障碍等复杂动作时能够保持优异的平衡感和稳定性。

IMU传感器在行应用主要聚焦于惯性导航、惯性测量以及惯性稳控。这三大功能领域也与人形机器人的实际需求高度契合。

IMU在人形机器人中的应用：

资料来源：优必选官网，传感器件技术

当前全球形机器人产业正处于高速发展轨道，未来人形机器人将在现有技术基础上进行更深入的进化，以适应多变的环境并不断优化自身的行为模式。

2023年11月工信部对外发布了《人形机器人创新发展指导意见》。意见提出了拓展人形机器人应用场景的具体方法，包括开展试点示范、强化供需对接、加速科技成果转化以及完善应用机制等。在国家政策的大力支持下，人形机器人有望高速发展迎来广阔市场机遇。

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