人形机器人产业链深度解析：从零部件到应用场景

人形机器人产业链深度解析：从零部件到应用场景

人形机器人作为人工智能和机器人技术的前沿领域，其产业链涉及众多零部件和复杂的技术体系。本文将从产业链全局出发，深入分析上游零部件、中游本体制造和下游应用场景，并重点探讨执行器、传感器等关键环节的技术发展和市场前景。

产业链全局：上游零部件众多，下游应用场景丰富

人形机器人产业链由三部分组成，上游主要是组成机器人的零部件，由4大系统构成，感知系统、控制系统、运动与执行系统以及智能决策系统，每个系统都由较多的零部件组成，如感知系统有视觉、力矩、触觉等不同传感器组成。运动与执行系统由减速器、滚珠丝杠、电机等核心零部件组成。中游则是主要输出人形机器人本体产品，对机器人外形及架构设计，并集成各个零部件，输出完整功能模块的机器人。下游则是机器人的应用场景，包括仓储物流、工业制造、家庭服务等场景。从产业链可以看出，人形机器人上游零部件较多，构成较为复杂，是产业链核心。

人形机器人上游：执行器是核心，感知系统覆盖面广

上游四大系统，其中运动与执行系统最为核心，其可拆分为3大模块，旋转执行器、线性执行器以及灵巧手。三大模块负责执行机器人的手部拿抓操作以及行走、跳跃等活动，三大模块占成本比重高达60%。其中，线性执行器是成本核心，占比占机器人的39%，在所有零部件中最高。感知系统是机器人与外界交互的核心，通过视觉、触觉、力矩等传感器取得外界信息从而做出反馈，其成本占比达到28%，感知系统覆盖机器人全身各个位置，覆盖面较广。决策系统组成零部件较少，主控芯片和大模型算法及软件，但价值量大，占比达到8%。控制系统及电池占比相对较小。

人形机器人结构示意图

机器人各零部件成本构成

执行器：两种主流方案并行，丝杠和减速器是各自的核心

线性执行器在机器人生产成本中占比最高，构成较为复杂。目前主流有两种方案，一种是通过减速器连杆来实现线性传动，另外一种是特斯拉为首的以行星滚珠丝杠作为线性传动。

特斯拉线性执行器

特斯拉旋转执行器

旋转执行器：两种方案为主流，减速器和无框电机是核心

旋转执行器主要由电机、减速器、传感器、控制器等零部件组成。旋转执行器以电机作为动力来源，经过减速器调节到所需的力矩输出范围，最终通过传感器以及控制器实现伺服控制。

旋转执行器的设计主要由电机和减速器的搭配来调整，目前主流两种方案，高减速比方案以及准直驱方案。高减速比是由高转速、低扭矩电机搭配高传动比减速器构成。准直驱是由高扭矩电机低减速比行星减速器构成。

执行器核心部件：滚柱丝杠有望受益于人形机器人的发展

目前丝杠市场空间不足10亿元，当人形机器人销量达到100万台时，市场空间有望达到100亿元。

行星滚柱丝杠示意图

2025-2030E丝杠市场规模预测（亿元）

执行器核心零部件：减速器

精密减速器是机器人转动关节的核心零部件。精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点，能够对机械传动实现精准控制，主要可以分为谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器。

执行器动力源：无框电机

电机是为机器人提供动力源的核心，机器人关节所使用的控制电机主要有伺服电机和步进电机两种类型。步进电机便于操作且价格相对较低，而伺服电机在承受过载的能力、频率范围以及精确度等方面具有明显的优势。

无框电机示意图

2025-2030E无框力矩电机市场规模预测（亿元）

人形机器人主要部件：灵巧手

灵巧手为机器人手部精密操作的末端模块，直接传导执行了细微的操作动作，如抓取物品，精细度要求较高。灵巧手核心零部件包含空心杯电机、微型齿轮箱和微型丝杠，加工制造能力要求高，设计和装配工艺壁垒高。

两种人形机器人的灵巧手

各种类型灵巧手的优劣势

灵巧手的核心：空心杯电机

空心杯电机是人形机器人灵巧手的核心部件，在灵巧手使用的空心杯电机一般指的是空心杯电机多级行星减速箱组成的模组。空心杯电机在结构上突破传统电机的转子结构形式，采用了无铁芯转子，也叫空心杯型转子，这种新颖的转子结构彻底消除了因铁芯形成涡流而造成的电能损耗。其形状类似于杯子，故称为空心杯电机。

空心杯电机示意图

截止到2023年三大健康体检机构中心数量

人形机器人对外交互核心：传感器

感知是人形机器人控制和执行的前提。感知层的传感器是软件控制和硬件零部件的桥梁，是物理世界与数字世界的接口，是取得外界交互数据的关键。人形机器人对感知要求较高，主要有视觉、力矩、触觉等不同传感器组成。