敬请参阅最后一页特别声明-1-证券研究报告 2024 年 3 月 23 日 行业研究 人 形机 器人 加速发 展，钕铁 硼、镁 合金 显著 受益 人形机 器人金 属材料深 度报告 有色金属 人 形机 器人 市场空 间可 期，预计 到 2030 年全 球销 量 将突 破 100 万台。马斯克认为 Tesla 的 Optimus 人形 机器人最 终产量 将达到 数百 万台，并 计划以“可能 不到 2 万美元”的价 格出售 这 款机器人。根据 Precedence Research 的预 测，2032年全球人 形机器 人市场 规模 将达到 286.6 亿 美元，折合 人民币超 越 2000 亿元，2022-2032 年全球 人形机 器 人市场规 模 复合 增长率 约 为 33.3%；格物 致胜预 计2030 年 全球人 形机器 人销 量 将达到 150 万台，2035 年达到 800 万台的 水平。人 形机 器人 的主要 上游 产业包 括钕 铁硼 磁材、工 装刀具（铜 镀层 丝、硬质 合金）、钢 材、轻量 化材料（镁 合金、铝合 金、PEEK）等。Tesla 人形机器 人 Optimus主要包含 14 个旋转 执行器 以及 14 个线 性执行 器（主 要 原材料 为钕铁 硼磁材、工装刀具、电工 钢 等）；2 只灵巧手（主要 原材料 为 不 锈钢或高 分子纤 维）；主控制芯片、摄像 头、电 池包（我们假 设其为 Tesla 设计的 4680 圆 柱电池）以及整体骨骼 框架（轻量化 材料）。每 一百 万台 人形机 器人 出货对 上游 原材 料的需 求拉 动顺序 为：PEEK 镁 合金 钕铁硼 铝合金 钢 材。由于 Tesla 目前并未公 布其使 用轻 量化材料 的具体 种类，我们分别计 算了 Optimus 使 用三种不 同 轻量 化材料 情形 下的 100 万台 人形机 器人出货对上游原材料的 拉 动 顺 序，具 体 计 算 结 果 为 PEEK（64.5%）镁合金（1.81%）钕铁 硼（1.20%）铝合金（0.07%）钢材。人 形机 器人 单机 磁 组件 价值量 为钕 铁硼 价值量 的 3.52 倍，磁 材公司 将更 加受 益。考虑到人 形机器 人用磁 材具 备扭矩大（增加 承重）、磁 偏角小（减少动 作误差）、电机体积 小，单位磁 性能要 求高等特 点，人形机 器人企 业对磁材 的需求 可能也 将从简单的 磁性材 料升级 至磁 组件产品。根 据我们 的计算，人形机 器人 单机磁 组件价值量为 钕铁硼 价值量 的 3.52 倍。Optimus Gen2 单 机镀 层丝消 耗量 约为 9.52kg，单 机价 值量 大约为 809 元。工装刀具的 使用与 制作谐 波减 速器主要 刚柔轮 的制造 工艺 有关，目前国 内的主 流工艺路线为 慢走丝 工艺，使 用 材料为铜 镀层丝。根据我 们 的计算，Optimus Gen2单机镀层 丝消耗 量约为 0.68 kg*14=9.52kg，单个 Optimus Gen2 镀 层丝的 价值量大约为 809 元。我 们认 为镁 合金有 可能 成为 Tesla 人形机 器人 轻量 化材料 的解 决方 案。根据我们的测算，Optimus Gen2 所 使用 的轻 量化材 料密度 大约 为 2.76g/cm3；按照 Tesla后 续 优 化 方 案 再 减 重 10%作为假设计算，轻量化材料密度约为 1.72g/cm3。2.76g/cm3及 1.72g/cm3分别接近 铝合金、镁合 金的 密度。考 虑到 PEEK 材料相比镁合 金与铝 合金更 加昂 贵（当 前 PEEK 材料的 价格 大约为镁 合金/铝合 金价格的十倍 以上），镁合 金有 可能成为 Tesla 轻 量化材 料 的最终选 择。投 资建 议：人形机器人的主 要原材料 包括钕 铁硼、镀层 丝、硬质 合金、镁合金、铝合金、钢 材等，随着人 形 机器人产 业化的 临近，这 些 材料相关 的上市 公司有 望受益，建 议关 注 金力 永磁（磁材）、宁 波韵 升（磁 材）、正海 磁材（磁 材）、中 科三环（磁材）、大地熊（磁 材）、英 洛华（磁材）、博威 合金（镀层 丝）、宝武 镁业（镁合金）、星源卓 镁（镁 合金）。风 险分 析：上 游原 材料价 格波 动风 险，公 司扩 产计划 不及 预期 风险，人形 机器人技 术路 线变 化风险，理 论假设 与现 实不 符风险 等。增持（维持）作者 分析师：王招 华 执业证 书编 号：S0930515050001 021-52523811 分析师：马俊 执业证 书编 号：S0930523070008 021-52523809 分析师：方驭 涛 执业证 书编 号：S0930521070003 021-52523823 联系人：张寅 帅 021-52523682 行业与沪深 300 指数对比图-26%-17%-8%1%10%01/23 04/23 07/23 11/23有色金属 沪深300 资料来源：Wind 相关研报 机器人助 力稀土 磁材增 长新引 擎 稀土磁 材板块股价 异动点 评（2023-07-02）要点 敬请参阅最后一页特别声明-2-证券研究报告 有 色金 属 投资聚 焦 Tesla Optimus 人 形机器 人 掀起行业 巨浪，诸多 科技公 司纷纷入 局，当前人 形机器人 行 业迅 速 迭代，产业 处 于“0-1”的突 破 阶段。未 来随 着 人形 机 器人 的 逐步放量，上游 重要 原材料 钕铁 硼、镁合 金等有 望深度 受益。我们区别于市场 的 观点（1）市场对 人形机 器人的 研究一般 从 Tesla 人形机 器 人产品 Optimus Gen2 入手，对 其参数 进行披 露；我 们在此基 础上继 续进行 深度 拆解与分 析，估算出 了其质量分布 情况，并进一 步地 计算出了 几种重 要原材 料的 单机使用 量及价 值量。（2）市场上 对人 形机器 人 用钕铁 硼的研 究普 遍停留 在 磁材本 身的需 求量 层面，我们参考 新能源 车用稀 土永 磁电机，测算出 了 Optimus 单机 磁组 件价值 量。（3）市场 上目前 还没有对 Optimus 单机用 镀层丝 的消 耗量及价 值量的 测算，我们 通过计 算单个 谐波减 速器 所需加工 时间、单 卷镀层 丝、单 卷镀层 丝可应 用于慢走丝加工 时长等 数据对 这个 问题进行 了回答。（4）市场 上目前对 Tesla Optimus 人形 机器人 所使用 轻量化材 料的预 期大多 为PEEK 材料，我 们在进 行轻 量化材料 的密度 计算与 对比 后认为铝 合金 和 镁合金 同样有可能 成为 Tesla Optimus 人形机 器人的 轻量化 材 料选择。股价上涨的催化 因 素（1）国内相关 原材料 上市企 业确 定进入 Tesla 供应 链。（2）人形机器 人产业 化持续 推进，重要产 品成功 推向市 场。（3）软硬件技 术重大 突破以 及国 家政策支 持，利 好人形 机器 人产业化 加速。投资观点 人形机器 人的主 要原材 料包 括钕铁硼、镀层 丝、硬 质合 金、镁合 金、铝 合金、钢材等，随着人 形机器 人产业 化的临近，这 些材料 相关的 上市公司 有望受 益，建议关注金力 永磁（磁材）、宁 波 韵升（磁 材）、正海 磁材（磁 材）、中科三 环（磁 材）、大地熊（磁 材）、英洛华（磁材）、博威合 金（镀层 丝）、宝武镁业（镁合金）、星源卓镁（镁合金）。0YFUyRmRoNrQqOpMtOpQrQaQ8QbRtRqQsQmQiNmMmPlOnPrM7NoOyQwMtPmQuOpOrM 敬请参阅最后一页特别声明-3-证券研究报告 有 色金 属 目 录 1、人形机器 人产业化渐近，上游原 材 料有望受益.6 1.1、人形机 器人 发展 历程 复盘，AI 的出 现或 将成 为重 要 助推.6 1.2、人形机 器人：十 年内 有望 达千 亿 RMB 产值.8 1.3、人形机 器人 上游 零部 件及 原材料 梳理.9 2、人形机器 人质量拆分及重要原材 料分析.17 2.1、Optimus Gen2 质量 拆分.17 2.2、稀土磁 材：无框 力矩 电机 及空心 杯电 机核 心材 料.21 2.3、工装刀 具：铜镀 层丝 与硬 质合金 刀具.27 2.4、镁合金：人 形机 器人 关键 轻量化 材料.28 2.5、其他材 料：钢材 及球 墨铸 铁.30 3、弹性测算.31 4、投资建议.31 4.1、金力永 磁：Tesla 重要 供应 商，新 能源、机 器人 均有 布局.32 4.2、宁波韵 升：老牌 磁材 生产 企业，持续 开拓 新能 源领 域.32 4.3、正海磁 材：稀土 磁材 与新 能源电 机驱 动双 轮驱 动.33 4.4、中科三 环：拥有 雄厚 理论 与优秀 技术 的稀 土磁 材企 业.33 4.5、大地熊：客 户广 泛的 优质 磁材供 应商.33 4.6、英洛华：电 机业 务打 开全 新增长 空间.34 4.7、博威合 金：新材 料与 光伏 业务双 轮驱 动.34 4.8、宝武镁 业：背靠 宝钢，镁 业龙头.35 4.9、星源卓 镁：突破 镁合 金压 铸领域.35 5、风险提示.36 敬请参阅最后一页特别声明-4-证券研究报告 有 色金 属 图目录 图 1：2017-2026E 全 球工 业机器 人安 装量.6 图 2：2022 年世 界排 名 前 15 的 国家 和地 区工 业机 器 人安装 量（万台）.6 图 3：Eureka 训 练机 器人 熟练转 笔.8 图 4：Eureka 通 过上 下文 进化搜 索逐 渐生 成更 好的 奖励.8 图 5：20222032E 全 球人 形机器 人市 场规 模预 测（亿美元）.8 图 6：2025-2030 年全 球人 形机器 人销 量预 测（万台）.9 图 7：Optimus 旋转 执行器 及线性 执行 器图 示.10 图 8：无框 力矩 电机 上游 主要原 材料/零部 件.10 图 9：谐波 减速 器组 成部 件示意 图.11 图 10：各 类型 电极 丝切 割 速度与 精度 对比.12 图 11：行 星滚 柱丝 杠内 部 结构示 意图.13 图 12：磨 削工 艺的 不同 种 类.14 图 13：Optimus 灵巧手设 计方案.15 图 14：人 形机 器人 产业 链 概览.16 图 15：人 形机 器人 价值 量 分布（系统 拆分）.17 图 16：人 形机 器人 价值 量 分布（零部 件拆 分）.17 图 17：Optimus 共搭载 28 个执行 器组 件.18 图 18：Tesla 公布 其执 行器 性能参 数.18 图 19：因 时机 器人 RH56DFX 系列灵巧 手简 要介 绍.19 图 20：Optimus 搭载 2.3kwh 52v 电池 包.19 图 21：Tesla 开发 的 4680 圆柱电 池.19 图 22：Optimus Gen2 质 量 占比.20 图 23：2023 年 钕铁 硼下 游 需求分 布.21 图 24：20172022 年我 国 稀土氧 化物 开采 指标 与我 国钕铁 硼产 量.23 图 25：20182022 年我 国 稀土氧 化物 开采 指标 增速 与我国 钕铁 硼产 量增 速.23 图 26：20222025 年全 球 钕铁硼 供需 缺口 预测 图（万吨）.25 图 27：同 步磁 阻电 机的 转 子总成 示意 图.26 图 28：汽 车驱 动电 机主 要 部件价 值量 占比.26 图 29：2018 年 至今 镁锭、铝锭价 格与 镁铝 比走 势情 况.29 图 30：人 体平 均肌 肉体 积.29 图 31：人 形机 器人 采用 镁 合金案 例.30 euT3Kp6dv/LS65Dk+pFj07zkDSe1RnSOm2svFrHBRVnVo57GGbEy+0oJdp0C8K6R 敬请参阅最后一页特别声明-5-证券研究报告 有 色金 属 表目录 表 1：人形 机器 人发 展历 程.7 表 2：绿的 谐波 原 材 料采 购以钢 材、工装 刀具、铝 材为主.11 表 3：慢走 丝工 艺阶 段变 化及使 用原 材料.12 表 4：合金 柄式 滚刀 案例 对比.13 表 5：Ewellix 行星 滚柱 丝 杠不锈 钢选 择.14 表 6：Ewellix 行星 滚柱 丝 杠标准 钢选 择.14 表 7：磨削 工艺 所使 用砂 轮材料.15 表 8：Optimus Gen2 执 行 器质量 拆分.18 表 9：因时 机器 人 RH56DFX 系 列灵 巧手 主要 参数.19 表 10：Optimus Gen2 质 量 拆分.20 表 11：20222025 年 主要 钕铁硼 生产 企业 扩产 规划（单位：吨）.22 表 12：2023-2024 年 我国 稀土开 采及 冶炼 指标.22 表 13：20222025 年全 球 钕铁硼 供给 预测（单 位：万吨）.23 表 14：工 业机 器人+Tesla 人形机 器人 占钕 铁硼 需求 比例测 算.24 表 15：20222025 年全 球 钕铁硼 供需 缺口 测算（万 吨）.24 表 16：部 分磁 材企 业对 磁 组件布 局情 况.25 表 17：博 德高 科镀 层电 极 丝相比 于传 统黄 铜丝 经济 效益提 升.27 表 18：三 种轻 量化 材料 参 数对比.28 表 19：人 形机 器人 主要 原 材料用 量汇 总.31 表 20：相 关上 市公 司弹 性 测算表.31 敬请参阅最后一页特别声明-6-证券研究报告 有 色金 属 1、人 形 机 器 人 产 业 化 渐 近，上 游 原 材 料 有望受益 全球机器 人产业 保持增 长态 势，中国已 是世界 最大 的工业 机器人 市场。根 据国际机器 人联合 会（IFR）发布的 2023 年全 球机器 人报告，2022 年 全球工厂新安装 55.30 万台机 器人，同比增 长 5.1%，预 计 2026 年全球 工业机 器人新安装数量 将达到 71.8 万台。按地区划 分，2022 年，新 安装的工业 机器 人中有 73%安装在亚 洲，15%在欧洲，10%在美洲。2022 年，中国 是 世界 上最 大 的工业 机器人 市场，安装 量为 29.03 万台（同比 2021 年 安装量 增速为 5%，2021 年安 装量较 2020 年增长 57%），占 全球 工业机器人 安装量 的 52.50%。工业机器 人市场 份额随 中国 之后的 是日本，其 2022年安装量 增长 了 9%，达 到 50,413 台，超过了 2019 年 疫情前 的 49,908 台。同时，日本 也是世 界上主 要的 机器人制 造国，占全球 机器 人产量的 46%。图 1：2017-2026E 全球工业机器人安装量 图 2：2022 年世界排名前 15 的 国家 和地区 工 业机器人安装量（万台）资料来源：国际机 器人联合会（IFR）预测，光大证券研究所 资料来源：国际机 器人联合会（IFR），光 大证券研究所 工业机器 人与人 形机器 人具 备以下区 别：（1）“大脑 思维”层 面：人形机器 人在 AI 感知 技术 和 AI 语 言大模 型的加持下，可以自 主学习、决 策 以及推理；而 工业 机 器人的“大脑思 维”通 常是被 事先编码设 定的，能够重 复做 编码设定 好的事 情而不 知疲 倦。（2）“身 体体 型”层 面：人形机器 人的 身高体 型更接 近人类的 普遍 身高体型，十分 类似人 体，其 行为 也“类人”。基于以上 两个特 点，工 业机 器人的发 展与成 熟对于 人形 机器人 奠 定了 重 要基础以及“解锁前 置科技 点”的作用。1.1、人形机器人发展 历 程复盘，AI 的出现或 将成为重要助推 人形机器 人 拥有 会使用 人类 工具、所需空 间少、非连 续 接触运动 等特点，使其更易于 人机交 互，适应 人 类工作场 景，未来 有望对 人 类的工作 起到一 定程度 的替代作用。敬请参阅最后一页特别声明-7-证券研究报告 有 色金 属 人形机器 人技术 起步于 1960 年代后期，以 日本的 研究 成果最为 显著。根据产品运动 和交互 功能成 熟度，其发展 历程可 大致分 为 四 个阶段：早期发展 阶段（2000 年以 前）：1973 年，早 稻田大 学 研发出世 界第一 款人形机器人 WABOT-1 的 WL-5 号两足步 行机。1986 年，日本本 田开始 进行人 形机器人 ASIMO 的 研究，并 于 2000 年 成功发 布第一 代 机型。高度集成 发展阶 段（2000-2015 年）：2003 年日 本丰 田发布“音乐伙 伴机器人”，其可以 实现吹 喇叭、拉小提 琴等乐 器演奏 功能；2011 年，日 本本田 推出第三代 ASIMO，其 具有 利用传 感器 避开障 碍物 等自 动判断 并行 动的能 力，还能用五根 手指做 手语，或将 水壶里的 水倒入 纸杯。高动态运 动发展 阶段（2015 年至今）：2016 年，美国 波士顿动 力公司 发布双足机器 人 Atlas，具 有极 强的平衡 性和越 障能力，能 够承担危 险环境 搜救任 务；2020 年，美国敏 捷机器 人 公司 推出 双足机 器人 Digit，能够在无 人干涉 的环境 下自行选定 搬动箱 子，适 用于 物流、仓 储、工 业等多 种应 用场景。在 Tesla 发布其人 形机器 人 产品 Optimus 之 后，人 形 机器人产 业化进 程加速：Optimus 能 够完成 多种 复杂任务，引起 了市场 的广 泛关注。2023 年 11 月，工 信部印 发 人形机器 人创 新发展 指导 意见，提 出到 2025年，人 形机器 人创新 体系初 步建立，“大 脑、小脑、肢 体”等一 批关键 技术取 得突破，整 机产品 达到国 际先 进水平，并实现 批量生 产。到 2027 年，人形 机器人技术创新 能力显 著提升，构 建具有国 际竞争 力的产 业生 态，综合实 力达到 世界先进水平。表 1：人形机器人发展历程 发展阶 段 代表产 品 主要功 能 早期发 展阶 段（2000 年以 前）早稻田 大学 仿人 机器 人 两足步 行 高度集 成发 展阶 段（2000-2015 年）丰田第 一代 仿人 类机 器 人 可以实 现吹 喇叭、拉小 提琴 等乐 器演 奏功能 高动态 运动 发展 阶段（2015 年 至今）波士顿 动力 双足 机器 人Atlas 极强的 平衡 性和 越障 能力，能够 承担 危险环境搜 救任 务 产业化 进程 加速 阶段（预 计 2025 年实现量产）Tesla 人形 机器人 Optimus 记忆周 边环 境、完 成复 杂任 务、控制 鸡蛋不被打 碎、通 过 AI 算 法复 制人 类动 作等 资料来源：中国机 器人网，工信 部，微信 公众号 机器人大 讲堂，光大证 券研究所 整理 AI 技术 的飞 速发 展，为 机器 人产 业带 来了前 所末 有的机 遇。AI 不仅 赋予了机 器 人 更 高 级 别 的 感 知 能 力，还 让 它 们 具 备 了 自 主 决 策 和 学 习 能 力。现 阶 段 的AI 模型 可大 致分为 决策式/分析式 AI 和生 成式 AI 两类。从决策 式 AI 到生成 式AI，机器人 的“大脑”变 得 更加智能，应用 也更加 广泛，并 可以 依靠文 字、图 像、多模态的 输入信 息学习 进步。具身智能 是能理 解、推理 并 与物理世 界互动 的智能 系统。假 如将具 身智能 与机器人结 合，则机器 人可以 实现像人 类一样 与环境 交互、感知、行 动。与 其他类型的机器 人 相比，人形机 器 人更符合 人类工 程学、更 快 适应人类 的生活 及工作 环境，而其 类似人 类的外 观可 使其在日 常生活 及工作 环境 中更容易 与人接 近。英伟达于 2023 年 10 月推出的 用于训 练机器 人的 AI Agent Eureka 使用GPT-4 生 成奖励 函数，成功教会机器 人完成 了三十 多个 复杂任务，其中包 括 打开抽屉和柜 子、抛 球和接 球，甚至是快 速转笔 这样难 度较 高的动作。Eureka 在超过 80%的任务 中超越 人类 专家，并 可以让 机器人 平均 处理任务 效率 提升 50%以上。敬请参阅最后一页特别声明-8-证券研究报告 有 色金 属 图 3：Eureka 训练机器人熟练转笔 图 4：Eureka 通过上下文进化搜索逐渐生成 更好的奖励 资料来源：微信公 众号 量子位，光大证 券研究所 资料来源：微信公 众号 量子位，光大证 券研究所 1.2、人形机器人：十 年 内有望达 千亿 RMB 产值 从全球范 围来看，人 形机器 人已有商 业应用 场景落 地 预期，例 如巡逻、物 流仓储；商业 化进程 领先 的人 形机器人 产品则 有 EVE 和 Digit。具体而 言，美国 1X technologies 公司 与 ADT commercial 公司 共同研 发的 人形机器 人 EVE 目 前已成功应用 于巡逻 安保场 景；Digit 的应用场 景主要 是在 物流仓储 环节，进行的 任务主要包 括卸载 货车、搬运 箱子、管 理货架 等，预 计将 在 2025 年 全面上 市。在政策、资 本以及 技术多 维 度赋能下，人形机 器人 的 市 场潜力有 望加速 释放。未 来 的 商 业 应 用 场 景 有 望 扩展到 服 务 业、制 造 业 等 领 域。马 斯 克 曾 表 示 其 设 计Tesla 机器人的远 景目标 是 让其服务 于千家 万户，比如 做饭、修 剪草坪、照 顾老人等。目前较 有潜力 的人形 机器人发 展方向 主要 为 制造 业、航 天探索、生 活服务业、高校 科研等，预计 2025 年人形机 器人将 有望实 现 制造业场 景应用 的突破，小批量应 用于电 子、汽 车等 生产制造 环境。根据 Precedence Research 的预测，2022 年 全球 人形 机器人市 场规模 约为16.2 亿美 元，预计到 2032 年将 达到 286.6 亿美元，折 合人民币 超越 2000 亿元，2022-2032 年全 球人形 机器 人市场规 模 复合 增长率 约为 33.3%。图 5：20222032E 全球人形 机器人市场规 模预测（亿美元）资料来源：证券时 报，Precedence Research 预测，光大证券研 究所 敬请参阅最后一页特别声明-9-证券研究报告 有 色金 属 作为人形 机器人 行业的 先行 者，Tesla 创始 人兼首 席执 行官马斯 克对该 行业的成长性 以及市 场空间 很有 信心，早 在 2022 年，他 便 表示 Tesla 的 Optimus人形机器 人将以 较低的 成本 实现量产，最 终产量 将达到 数百万台，计 划以“可能不到 2 万美元”的价 格出售 这款机器 人；而 2024 年年 初，Midjourney 研究实验室的创 始人大 卫 霍尔茨 预测：“我们 有理由 期待，在 21 世纪 40 年代，地球上将有 10 亿个 人形 机器人。而到 了 21 世纪 60 年代，整个太阳 系将 有 1000 亿个机器人（主要 是外星 机器 人）。”马斯克 对此言 论表 示赞同。根据格物 致胜 在 乐观情 形下 的预测，2029 年全球 人形 机器人的 销量将 达到90 万台，到 2030 年这一 数 字则会突 破 100 万台，达 到 150 万 台的水 平，而 到了 2035 年 随着人 形机器 人 产业化的 逐渐成 熟，全球人 形机器人 销量将 会进一 步放量达到 800 万台 的水平。图 6：2025-2030 年全球人形机器人销量预 测（万台）资料来源：格物致胜 Wintelligence 预测，光大证券研究所 1.3、人形机器人上游 零 部件及原材料梳 理 人形机器 人的产 业链主 要由 上游的原 材料、中游的 核心 零部件 以 及下游 的人形机器人 整机 构 成。上游以 钢材、磁材、铜材 等 金属 原 材料为主，中 游以无 框力矩电机、谐波减 速器、行星 滚珠丝杠 等核心 零部件 为主。根据 Tesla 在 Tesla AI Day 2022 上的 介绍，其 人形机 器 人 Optimus 主要 包含 14 个旋 转执行 器（对 应 旋转关节）以及 14 个线 性 执行器（对应线 性关节）。其中，旋 转执行 器由无 框力 矩电机、传感器、谐波 减速 器、交叉 滚子轴 承组成；线性执行 器则由 无框力 矩电 机、传感 器、行 星滚柱 丝杠、单列向 心球轴 承组成。同时，Optimus 还包 含两 只灵 巧手，由 空心 杯电 机、传感 器、行星 减速 器以 及绳驱组成。上述零部 件，再加 上功能 相 当于人类 大脑的 主控制 芯片、功 能相当 于人类 眼睛的摄像 头、负责 整机动 力 源的电池 包以及 人形机 器人 的整体骨 骼框架，共同构建了 Optimus 人 形机器 人。敬请参阅最后一页特别声明-10-证券研究报告 有 色金 属 图 7：Optimus 旋转执行器及线性执行器图 示 资料来源：Tesla AI Day 2022，光 大证券 研究所 我们进一 步 对其 核心零 部件 进行拆解 与分析。无 框 力 矩电 机 是人形机器人旋转执行器 与线性 执行器 都不 可或缺的 动力来 源部件，根 据科尔摩 根所披 露信息，其关键原 材料/零部 件 包括 钕铁硼磁 材、SS400 系列 钢材（对 应国内 牌号 Q235系列）、电工钢、铜材、树 脂、集成 电路板 等。图 8：无框力矩电机上游主要原材料/零部件 资料来源：科尔摩 根官网，光大 证券研究 所 谐 波减 速器 为人形机器人旋 转执行器 中的主 要机械 传动 装置，其内 部结构 以柔轮、刚 轮、波 形发生 器构 成，通常 采用波 发生器 主动、刚轮固 定、柔 轮输出 形式。当 波发生 器 进 入 柔轮内 圆时，迫使柔 轮产生 弹性变 形而呈椭 圆状，使其 长轴处柔轮齿 轮插入 刚轮的 轮齿 槽内，成为 完全啮 合状态；而其短轴 处两轮 轮齿完 全不接触，处于 脱开状 态。由 啮合到脱 开的过 程之间 则处 于啮出或 啮入状 态。当波发生器连 续转动 时，迫使柔 轮不断产 生变形，使 两轮轮 齿在进行 啮入、啮合、啮出、脱 开的过 程中不 断改变 各自的工 作状态，产 生 了所 谓的错齿 运动，从而 实现了主动波 发生器 与柔轮 的运 动传递。敬请参阅最后一页特别声明-11-证券研究报告 有 色金 属 图 9：谐波减速器组成部件示意图 资料来源：微信公 众号 巨蟹智 能驱动，光大证券研究所 参考绿的 谐波招 股说明 书，其 20172019 年采购 的原 材料中，以钢材、工装刀具、铝材为 主。目 前，国 内外的谐 波减速 器柔轮 材料 基本为 40Cr 合金 钢（机械制造 业使 用最广 泛的 钢材 之一），包括 40CrMoNiA，40CrA，30CrMoNiA，38Cr2Mo2VA，其中 40CrMoNiA 与 40CrA 最为 常用；在 刚轮方 面，各企业 使用的材料则 有所差 异，其中 日 本哈默纳 克几十 年来使 用的 材料均为 球墨铸 铁，其产品寿命已 获得长 时间的 验证，现在国 内一些 减速器 厂商 也开始使 用 球墨 铸铁作 为刚轮的制 作材料。表 2：绿的谐波原材料采购以钢材、工装刀 具、铝材为主 2019 年度 2018 年度 2017 年度 原材料 类型 采购金 额（万元）占比 采购金 额（万元）占比 采购金 额（万元）占比 钢材 1744.94 35.16%4146.58 55.84%2030.03 38.66%工装刀 具 828.04 16.68%1033.65 13.92%783.37 14.92%铝材 532.88 10.74%397.08 5.35%968.03 18.43%资料来源：绿的谐 波招股说明书，光大证 券研究所 工装刀具 的使用 与制作 谐波 减速器主 要刚柔 轮的制 造工 艺有关，目前国 内的主流工艺 路线为 慢走丝 工艺（利 用连续 移动的 细金属 丝 作电极，对 工件进 行脉冲火花放电，产生 6000 度以 上高温，蚀 除金属、切割成 工件）或滚 齿、插齿 工艺（滚齿运 用展成 法原理，使 用滚刀来 加工齿 轮，相当于 一对交错 螺旋轮 啮合；插齿则是用 插齿刀 按展成 法或 成形法加 工内、外齿轮 或齿 条等的齿 面）。从谐波减 速器加 工工艺 的实 际效果来 看，慢走 丝加工 精 度较高，为 目前国 内谐波减速 器的主 要加工 工艺，但其 多次切 割技 术的特 点，导致 生产效 率低。此 外，慢走丝工艺 由于 其工作 原理 只能切割 钢材，针对导 电性 能差的球 墨铸铁 则无法 使用慢走丝 加工。而刚轮的 插齿工 艺可以 应对 任何材料，包括钢 材和球 墨 铸铁。滚齿 与插齿 相较于慢走 丝，在效 率上提 高 了近 10 倍，但插齿 与滚齿 工艺 的 精 度逊色 于慢走 丝加工工艺，因 此，人们希 望 在插齿工 艺上添 加相应 的附 加装置，以此 达到与 慢走丝 工艺 一 样的精 度。综合来 看，谐 波减速 器的柔 轮滚齿、刚轮 插齿工 艺或许 在未来会成为 更好的 加工工 艺。慢走丝所 使用的 原材料 以铜 锌合金为 主，最早 的慢走 丝 可以追溯 到 20 世纪60 年代的 紫铜电 极丝。敬请参阅最后一页特别声明-12-证券研究报告 有 色金 属 表 3：慢走丝工艺阶段变化及使用原材料 慢走丝 工艺 阶段 使用原 材料 切割速 度 切割精 度 紫铜电 极丝 纯铜 20mm2/min 0.05mm 黄铜电 极丝 铜锌二 元合 金 50mm2/min 相较于 紫铜 电极 丝显 著提 高 镀锌电 极丝 芯材黄 铜包 覆一 层锌 比其他 系列 切割 线有 所降 低 所有切 割线 产品 中最 高 极细电 极丝 早前以 钨钼 为主，现 在以 钢丝 为主/适用于 电子、光 学、钟表 的超 精密 加 工 扩散退 火型 电极 丝 普通黄 铜包 覆锌 后经 过特 殊的 扩散 退 火处理 加工成铜锌 合金 比普通 镀锌 电极 丝 快 15%比普通 镀锌 电极 丝低 型 电极 丝 无氧铜 或黄 铜合 金并 通过 特殊 的退 火 工艺在 外层包裹铜 锌合 金，铜锌 比例 接 近 1:1/略低于 普通 镀锌 电极 丝 型电 极丝 无氧铜 或黄 铜合 金并 通过 特殊 的退 火 工艺在 外层包裹铜 锌合 金，锌含 量 在 60%左右 切割速 度受 到一 定限 制 比 型切 割精 度更 高 复合相 型电 极丝 无氧铜 或黄 铜合 金并 通过 特殊 的退 火 工艺在 外层包裹铜 锌合 金，电 极丝 表面 同时 含有 相和 相组 织 适合对 精度 和速 度均 有要 求的 加工 适合对 精度 和速 度均 有要 求的 加工 资料来源：孟宪旗 等浅析慢走 丝用电极 丝技术的发展及应 用，光大证券 研究所 整理 目前运用 的 慢走 丝 工艺 中，紫铜电极 丝已经 基本 被 淘汰；黄 铜电极 丝是通 用化的一种 电极丝，适用于 一 般工况条 件下的 普通加 工；镀锌电极 丝是切 割精度 和表面光洁 镀最优 的一款 电极 丝；复合相 型电极 丝是速 度 最快的一 种电极 丝，适合于超高速 的加工，如 最近几 年在市面 上出现 的一种 国产 F 型电极丝，在 慢走丝 切割领域已 经积 累 了良好 的口 碑；其它 类 型的电 极丝如 伽 马型、扩散 退火型 等类型的电极丝，要根 据实际 的工 况条件和 需要来 进行选 择。图 10：各类型电极丝切割速度与精度对比 资料来源：孟宪旗 等浅析慢走 丝用电极 丝技术的发展及应 用，光大证券 研究所 滚齿和插 齿工艺 所使用 的刀 具原材料 以高速 钢为主，而 目前硬质 合金在 滚刀与插齿刀 上的使 用越来 越广 泛。硬质合 金是一 种粉末 冶 金合成物，包含了 一种或一种以上 的硬质 材料（如碳 化钨）以 及粘结 材料（如钴）。这是 一种硬 度非常 高的材料，其特性 通常体 现在 很高的耐 磨耗性 以及 热 稳定 性上面。硬质合金 滚刀材 料成本 较高，且 要完全 发挥合 金滚刀 的 性能，需要 配备性 能足够的滚 齿机，所以 很长一 段时间，硬质 合金滚 刀只在 微小模数 齿轮领 域、汽车转向器小 齿轮领 域应用。随着国内 大部分 变速器 齿轮 加工厂设 备的更 新，高速 滚 齿机越来 越普及，干切技术得 到大批 量应用，粉 末冶金材 料滚刀 制约了 大批 设备的性 能，硬质 合金滚刀得到了 用武之 地。且 部分刀厂已经 克服合 金滚刀 的制 造瓶颈，能 在保证 交期的情况下批 量供应 高精度 大外 径滚刀。敬请参阅最后一页特别声明-13-证券研究报告 有 色金 属 现在的齿 轮加工 机床条 件可 以使切削 速度再 提升 30%100%或更 高，传 统的粉末冶 金高速 钢不能 满足 要 求。基于 硬质合 金材料 加 工的滚刀，能 做到 更少的加工时间、更 高的加 工效率，机床 的潜能 将能得 到充分 发挥，且硬质 合金可 以在不增加投 入的情 况下提 高效 率、降低 刀具成 本。插齿刀方 面，硬质合 金插齿 刀在高速、高 刚性、智能 型 的数控插 齿机上 高速插销齿轮，大 大提高 了齿轮 的加工精 度、表面质 量和生 产效率。合适 的涂层 提高刀具的耐 用度，延长了 插齿 时间，减 少了换 刀次数，降 低 了 齿轮 加工成 本。表 4：合金柄式滚刀案例对比 对比项 目 高速钢 滚刀 硬质合 金滚 刀 对比滚 刀材 质 G90、Speedforce 硬质合 金 HM 滚刀大 小 80+305 柄式 整体 刀 70+305 柄式 整体 刀 速度 270m/min 2 刀切 加 工时 间 1 分 29 秒 375m/min 一刀 切 加工 时 间 44 秒 单次加 工寿 命 1100 件 3500 件 维修次 数 约 15 次 约 19 次 单件成 本 2.2443 元 0.943 元 资料来源：微信公 众号 渝阳机 电，光大 证券研究所 行星 滚柱 丝杠是人形机器人 线性执行 器中的 主要机 械传 动装置，其 可以将 旋转运动转 化为直 线运动，传 动单元为 丝杠及 螺母之 间的 滚柱，其由行 星架、内齿圈、螺母、滚柱、丝杠 等组 成。图 11：行星滚柱丝杠内部结构示意图 资料来源：GGII，光大证券研究 所 Rollvis 及 Ewellix 为全球 领先的行 星滚柱 丝杠生 产商，研究他 们在丝 杠中所选用的 原材料 能够更 好地 判断现在 乃至未 来的丝 杠原 材料选择 及趋势。根据 Rollvis 的设计方案，行星滚柱丝杠中丝杠选用的材料为合金结构钢42CrMo，合 金结构 钢 42CrMo 强 度和淬 透性比 35CrMo 有所增 高，调质 后有较高的疲劳 极限和 抗多次 冲击 能力，低温 冲击韧 性良好，且对合金 结构钢 42CrMo需做预处 理，表 淬硬度 不低 于 54-60HRC。螺母 和滚 柱选用的 材料为 高碳铬 轴承钢 GCrl5，高 碳铬轴 承钢 GCrl5 综合 性能良 好，淬火 和回火后 具有高 而均匀 的硬度，良好 的耐磨 性和高 的 接触疲劳 寿命，热 加工变 形 性能和切 削加工 性能均 好。对高碳铬 轴承钢 GCrl5 需 进 行淬火处 理，其 表面接 触硬 度为 56-60HRC。Ewellix 的设计方案 中，标 准丝杠轴 主要由 经过预 处理 的 50CrMo4（或者 以42CrMo4）制成，预 处理 的 方式为表 面硬化 处理。螺 母 和滚柱使 用全硬 化 100Cr6 敬请参阅最后一页特别声明-14-证券研究报告 有 色金 属 轴承钢。而在 高达 180C 的 高温工况 下运行 的 丝杠 轴，或应 用中 存在磨 损问题，也可以选 择 100C