五矿证券研究所报告指出，在人形机器人产业链中，旋转关节具备高价值量和高确定性，是建议优先关注的投资方向。主机厂掌握了关节的“定义权”（自由度设计、关节方案设计、关节布局设计），但基于规模效应和专业化分工，“自主设计、外包生产”将是更可能的合作模式。工业机器人中减速器、伺服电机、控制器三大件合计占比高达70%，人形机器人关节模组是成本的重要组成部分。减速器、电机、传感器三环节投资机遇明确。
主机厂定义权驱动外包生产模式
从人形机器人的设计流程来看，一般是先制定人形机器人本体的设计目标，然后再拆分到各个零部件的设计。这会导致关节设计和人形机器人本体设计相关，关节模组并不是简单的通用标准品。关节的“定义权”掌握在人形机器人厂商手中。这种“定义权”表现为设计过程中的三个环节：1）人形机器人自由度设计；2）人形机器人关节方案设计；3）关节布局位置设计。
在汽车产业链中，汽车零部件的定制化属性强，生产的规模化效应强，零部件制造商从产品立项就深度参与产品研发设计，双方形成了密切的合作关系。我们认为未来人形机器人的产业链合作关系将会类似汽车。基于人形机器人作为大规模标准化硬件产品的预期，外包生产可以实现更强的规模效应，也可以减少主机厂的资本开支，使主机厂专注于产品定义和AI研发。蓝思科技已为智元的灵犀X1人形机器人批量交付相关产品，并参与了其核心部件的生产组装和测试。
关节模组是降本核心，价值量占比高
机器人关节是机器人的核心零部件，是硬件降本的核心。在工业机器人中，以减速器、伺服电机、控制器为代表的三大件占据工业机器人总成本的35%、20%、15%，合计占比高达70%。而人形机器人拥有十几个到几十个不等的自由度，关节模组是成本的重要组成部分。人形机器人的大规模推广，必然以成本的大幅度下降为前提。只有当人形机器人的成本比人更低，人形机器的商业价值才得以显现。马斯克提出希望能够把成本控制在2万美元以内，而实现这一目标，关节降本至关重要。
从技术方案角度来看，旋转关节具备高度的确定性。人形机器人的关节包括2种类型：旋转关节和线性关节。旋转关节成本低、控制算法相对简单；线性关节具备更高的精度和推力，但成本高、控制算法难度高。从主机厂的方案设计来看，所有厂商均采用旋转关节，在价值量高的同时具备最强的确定性。
关节参数设计与产业链投资逻辑
从人形机器人的关节参数设计来看，主机厂决定了自由度之后需要根据机器人本体的设计要求，计算出对应关节所需的活动范围、峰值扭矩、转动速度，并进一步设计关节。关节电机扭矩是观察核心指标之一，对机器人性能要求越高，往往对关节电机的扭矩要求越大。所有关节之中，一般膝关节对的扭矩要求最高，决定了机器人的整机负载。MIT humanoid重量21kg膝关节扭矩136Nm，ARTEMIS重量37kg膝关节扭矩250Nm。
理论上由于各个关节的情况不同，每个关节都单独设计在性能上是最优的，但这样会失去经济性。一个折中的办法是“模组化”，即把全身关节分为几种类型。受限于四肢的空间有限，使机器人的关节电机远离关节位置是一种常见的方法。电机尽量往靠近质心的位置放置，这样还可以减少腿部的惯性，更有利于快速行走和能量利用。为了实现这一目的，会用到一些传动结构，包括连杆、皮带、链条、线缆等。其中连杆传动是人形机器人中一种常见方案。
产业链投资标的梳理
在投资建议上，从产业链角度建议重点关注关节模组总成、轴向电机、减速器、传感器。轴向电机具备高功率密度、高扭矩密度、高效率的特点，与人形机器人需求适配性强，建议关注盘毂动力（非上市）、小象电动（非上市）、仪坤动力（非上市）。减速器环节技术壁垒较高，龙头企业将充分受益于人形机器人需求的增长，行星减速器和谐波减速器两者将共同搭配满足差异化需求。六维力传感器本身是一个小市场产品（2023年中国销量9450台、市场规模2.35亿元），人形机器人爆发对六维力传感器的需求弹性显著，建议关注宇立仪器（非上市）、蓝点触控（非上市）、坤维科技（非上市）、鑫精诚（非上市）。
| 环节 | 内容 | 对产业链影响 |
|---|
| 自由度设计 | 自由度20-32个，臀部/膝部/脚踝/躯干布局 | 决定关节数量和位置 |
| 关节方案设计 | 计算活动范围、峰值扭矩、转动速度 | 决定电机/减速器/传感器选型 |
| 关节布局设计 | 电机靠近质心，连杆/皮带传动 | 影响零部件尺寸和形态 |
| 合作模式 | 主机厂定义+外包生产 | 零部件供应商深度受益 |
