一、減速器分類及其主要應用情況
減速器又稱減速機,是工業動力傳動中不可缺少的重要基礎部件之一,是連接動力源和執行機構的中間機構,具有匹配轉速和傳遞轉矩的作用,是機器人使用的精密傳動裝置。
根據觀研報告網發布的《中國減速器行業發展深度研究與投資前景預測報告(2024-2031年)》顯示,減速器種類繁多、型號各異,以實現各行業不同動力傳輸需求。按照控制精度,減速器可分為一般傳動減速器和精密減速器。一般傳動減速器控制精度低,可滿足通用機械設備基本的動力傳動需求。精密減速器精度高、使用壽命長、回程間隙小、可靠性高,適用于精密控制需求高的工業機器人、服務機器人、協作機器人、工業自動化等高端制造領域;按應用場景的不同,又可分為精密行星減速器、諧波減速器、RV 減速器。
減速器分類
類型 |
相關介紹 |
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一般傳動減速器 |
可滿足通用機械設備基本的動力傳動需求。 |
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精密減速器 |
精密行星減速器 |
具有高傳動效率、高傳動精度、高壽命等特性。保持高精度的穩定使用壽命達到 2 萬小時,壽命為諧波減速器的 3 倍左右,且產品一致性較高。國產高端精密行星減速器的傳動精度、傳動效率、噪音等關鍵指標已達到國際先進水平,在部分領域實現了進口替代,但在維持高精度的使用壽命、生產高精度行星減速器產品的一致性等方面,與國際領先水平仍有一定差距。我國的行星減速器行業正在向高精度、輕量化、高功率密度、模塊化、集成化、智能化方向發展。 |
諧波減速器 |
具有單機傳動比大、體積小、質量小、運動精度高等特點。諧波減器工作時,通常采用波發生器、剛輪固定、柔輪輸出形式,由電機帶動波發生器轉動,柔輪作為從動輪,輸出轉動,帶動負載運動。與一般減速器比較,在輸出力矩相同時,諧波減速器的體積可減少 2/3,重量可減輕 1/2,因此在對體積小、精度要求高的旋轉關節上應用更多。 |
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RV 減速器 |
具有更高的剛性和扭矩承載能力,進而具有負載大、疲勞強度穩定、傳動比范圍大的特點。RV 減速器的傳動精度相對來說沒有那么高,但是其容許力矩負載可達 8000N·m,重量重、外形尺寸較大的特性,使其多成為負載部位常用的減速器。諧波減速器的負載輕,容許力矩負載在 1500N·m 以內,因此限制了其向重負載部位拓展的可能。 |
資料來源:公開資料,觀研天下整理
減速器作為基礎性的機械傳動裝置,其下游應用廣泛,市場發展空間廣闊。據不完全統計,減速器下游主要涉及機器人、數控機床、半導體設備、工程機械、航空航天等16個配套行業。
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二、工業機器人是目前減速器最重要應用,且其存量替換需求或將成為新動力
工業機器人是目前減速器最重要應用。根據綠的諧波、哈默納科的財務數據可知,其至少有 50%及以上的產品需求下游集中在工業機器人領域。工業機器人尺寸相較于工業設備而言較小,因此機器人的旋轉關節及負載部位均需要精密減速器。
資料來源:互聯網
在工業機器人領域,減速器被認為是附加值最高的部件。有數據顯示,2022年在工業機器人上游各環節中,減速器、伺服系統、控制器、本體成本占比分別為:35%、25%、10%、15%。
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自“十三五”以來,通過持續創新、深化應用,我國機器人產業呈現良好發展勢頭,產業規模迅速增長。截止2024 年10 月,我國工業機器人產量突破46萬套大關,實際產量46.5萬套,同比增加13.3%。近年工業機器人在衛浴、陶瓷、五金、家具等傳統產業應用更加廣泛,而在新能源汽車、鋰電池、光伏等新型行業應用則加速涌現,使得其需求不斷增長。2019-2023 年,我國工業機器人銷量從15.31 萬臺提升至 31.60 萬臺,年均復合增長率達 19.86%。銷售規模自 2019 年的 55 億美元增長至 2021 年 75 億美元,年均復合增長率為 16.77%。
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但值得的注意是,近年國內工業機器人已經度過快速成長期,逐步具有周期性。目前我國工業機器人增速整體趨于平穩,在經歷2021-2022 年較大上行周期后,增量對減速器需求的拉動有限。當前 2024 年前10 個月工業機器人產量同比增速為13.3%。可見當前處于小型上行期,后續增長峰值或低于前波峰。后續存量替換對減速器需求拉動或將明顯。
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綜合來看,工業機器人的替換需求在2015 年達到 8.9 萬臺,2022 年為 11.85 萬臺,存量替換需求占總需求的比重從 37.96%降至 10.78%的歷史較低水平。主要系 2021-2022 年工業機器人出貨量受下游新興產業拉動快速增長,增量需求增長明顯,存量替換未明顯增長。后續兩年,前期新增的機器人剛好到了減速器更換周期節點,工業機器人減速器的存量替換或可能成為新的助力。
三、人形機器人或成為減速器下一個需求拉動點
除了工業機器人,在人形機器人領域,減速器也是成本占比最高的部件。有資料顯示,人形機器人硬件與零部件合計約占總成本的60%,本體和系統集成分別約占總成本的15%、15%。硬件與零部件中細分來看,減速器為人形機器人總成本最大構成(20%)、其次是伺服系統(15%)、控制器(10%)等。目前減速器(主要是精密減速器)作為人形重要的零部件之一,主要起到以下作用:
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對于人型機器人而言,不同傳動方案需要的減速器的種類和數量都有不同。例如特斯拉 Optimus Gen2 :其采用 14 個旋轉執行器并采用諧波減速器。Optimus上配有3種共14 個旋轉執行器,可以產生20Nm,110Nm和180Nm的扭矩。分別位于肩部6個、肘部2個、腰部2個和髖部4個旋轉執行器。
傅利葉智能-Fourier GR1: 選擇自研一體化執行器(減速器選用行星減速器),單個靈巧手帶有 6 個自由度,腿部和手臂分別有超過 5 個自由度,整體大約需要 32 個行星減速器;
宇數科技-G1:選擇自研一體化執行器(減速器選用行星減速器),手部、腰部均選用行星減速器,整體大約需要 37 個行星減速器。
當前部分人形機器人相關傳動關節自由度列示
/ | 特斯拉-Optimus Gen2 | 傅利葉智能-Fourier GR1 | 宇數科技-G1 |
頭部自由度 | / | 3 | 1 |
腰部自由度 | 2 | 3 | 1(+2) |
腿部自由度 | 6*2 | 6*2 | 6*2 |
手臂自由度 | 7*2 | 7*2 | 5*2 |
靈巧手自由度 | 6*2 | 6*2 | 7*2 |
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當前人形機器人浪潮持續爆發,技術創新和版本迭代不斷加速,正逐步邁入商業化階段,未來人形機器人有望成為新增量,進一步打開減速器市場空間。預計到 2030 年, 減速器在人形機器人中的價值量占比將達到 13%。根據相關機構預測,2023—2030年我國人形機器人市場若按年均復合增長率 30%測算,到 2030 年,我國人形機器人市場規模有望達約 8700 億元。可見人形機器人產業化加速落地有望為減速器打開充足的市場空間。
當下已有多家減速器企業紛紛投入到人形機器人減速器的相關研發。例如體化關節是人形機器人行業關注的焦點,是人形機器人平衡輕量化和高性能的關鍵因素之一。目前同川精密、德美精密傳動、巨蟹智能、瑞迪智驅、來福、智同科技、紐格爾智能、羅斯特傳動、三凱機電等減速器企業已具備了一體化關節的技術實力。
同川精密針對協作機器人、人形機器人、服務機器人等領域,推出系列機器人傳動關節模塊,進一步減少機器人關節模塊的體積和重量,實現高度集成化。
紐格爾智能目前大力開展機電一體化產品研發與生產,已推出多種型號規格的關節執行器產品,集成了力矩電機、驅動器、編碼器和高精度行星減速器,采用 FOC 矢量驅動控制算法,主要應用在四足機器人、輪足機器人以及人形機器人等各種新型仿生自主運動機器人領域。
羅斯特傳動的電機與減速機采用了一體化設計,已經實現伺服電機和減速機一體式結構,減小了裝配空間,同時降低生產成本。
三凱機電已經組建機器人服務團隊,研發適用于人形機器人的行星減速器、諧波減速器,已成功研發驅動、電機、減速機?體化集成裝置,實現了批量生產。
四、工業自動化趨勢也給減速機行業帶來新的發展機會
減速機是工業動力傳動里非常重要、不可或缺的基礎部件,在有傳動需求的機械里到處都在用。以自動化立體倉庫為例:自動化立體庫主要是由巷道式堆垛起重機、輸送機系統、自動分揀系統這些部分組成的。這些機械工作的時候都得用到減速機。因此工業自動化這個趨勢給減速機行業帶來了新的發展機會。
工業自動化在工廠實現高效、精準、智能和安全生產方面扮演著重要的角色,可以說是實現這些目標的重要前提和保證。近年我國工業自動化市場在制造業轉型升級的大背景下呈現出強勁的發展勢頭。數據顯示,2023年我國工業自動化市場規模達3115億元,較2022年同比增長約11%。預計2024年我國工業自動化市場規模將增至3531億元。這也表明我國傳統工業技術改造、工廠自動化和企業信息化的需求將持續增加,市場潛力巨大。
數據來源:公開資料整理,觀研天下整理
五、新能源汽車蓬勃發展給減速器帶來發展機會
減速器在新能源汽車也有著重要的作用。在新能源汽車領域,減速器能降低轉速比如電動汽車驅動電機轉速高車輪需要低速減速器能把電機高速旋轉降到適合車輪的低速讓兩者速度匹配好。還能增加扭矩通過增加齒輪副數量和齒數大大提高輸出扭矩這樣汽車在上坡、加速時動力更足。而且能保護驅動電機吸收和分散沖擊載荷減少電機磨損延長使用時間。
近年在政策支持、市場需求增多、技術推進和產業鏈建設等因素推動下,我國新能源汽車技術水平不斷進步、產品性能明顯提升,產銷規模連續九年位居世界首位。數據顯示,2023年我國新能源汽車產銷量分別達958.7萬輛和949.5萬輛,同比分別增長35.8%和37.9%,市場占有率達31.6%。2024年1-10月,新能源汽車產銷分別完成977.9萬輛和975萬輛,同比分別增長33%和33.9%,市場占有率也已高達39.6%,可見其在汽車市場中的主導地位日益鞏固。這在一定程度上也給減速器帶來發展機會。
數據來源:中國汽車工業協會,觀研天下整理
六、目前國內市場規模已破千億,產量不斷增長
近年來我國減速器市場整體呈現持續上升態勢,到目前行業規模已破千億。數據顯示,2023年我國減速器行業市場規模達到1387億元左右,同比增長約4.99%。預計2024年我國減速器市場規模將增長至1447億元。
數據來源:公開數據,觀研天下整理
隨著我國經濟的飛速發展,對減速機的需求不斷擴大,我國減速機生產企業產能不斷增加,產量不斷增長。數據顯示,2022年我國減速機產量約為1380萬臺,同比增長14.71%。2023年我國減速機產量約為1470萬臺。預計2024年我國減速機產量將進一步增長至1566萬臺。
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