精密减速器：匹配转速、传递转矩，机器人旋转关节核心零部件
思瀚产业研究院    2025-07-07

减速器是一种在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的减速传动装置。当电机的输出转速从主动轴输入后带动小齿轮转动，小齿轮带动大齿轮运动，而大齿轮齿数多、转速慢，带动输出轴输出，从而起到输出减速、增大扭矩的作用。

按精度划分，减速器分为一般传动减速器和精密减速器，一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求；精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，可应用于机器人等高端领域。精密减速器主要分为谐波减速器、行星减速器、RV 减速器、摆线针轮减速器等。

减速器在汽车端和人形机器人端均有应用，人形机器人为减速器厂商带来产业升级机遇。汽车的电驱动系统和人形机器人的旋转关节系统均采用减速器来降低电机转速、提高输出扭矩。机器人与汽车减速器在原材料、设计、工艺、设备、装配，以及成本管控能力、产品质量管控能力体系等方面具有一定相通性，在汽车领域具有相关产品、技术储备的公司，有望将产品从车端向人形机器人端延伸，实现产业升级。

指标介绍：精密减速器的关键技术指标包括扭转刚度、减速比、传动效率、传动精度、传动误差、启动转矩、空程、背隙等。

近年随工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域快速发展，谐波、RV 减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器（二者合计占全球工业机器人减速器市场约 80%）。目前精密减速器已经被应用于人形机器人的旋转关节中，但技术路径尚未收敛。我们发现各人形机器人厂商基于不同减速器的特征、成本等因素的考量，采用不同的技术路径。

RV 减速机具高精度、大速比、高刚性、高过负载及长寿命、高疲劳强度特点，且振动小，噪音低，能耗低，常用于扭矩较大的机器人关节（腿腰肘三大关节），负载大的工业机器人，一二三轴一般都用RV 减速机。由于RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。

谐波减速机具有传动比大并且范围广、精度高、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动等特点。与一般减速器相比，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积更小，重量更轻，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。但随使用时间增长，运动精度会降低，一般用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴。

行星减速器以其体积小、寿命高等诸多优点，而被广泛应用于伺服、步进、直流等传动系统中。但行星减速器单级减速比小，想要提供高扭矩需要采用多个行星减速器进行多级减速，从而导致体积和重量增加。特斯拉Optimus机器人将行星减速器用于灵巧手部位，而部分机器人厂商则将行星减速器用于腿部、髋部。

摆线针轮减速器承载能力较高，传动精度较高，体积小、重量轻，多齿啮合带来传动平稳的优良特性，尽管众多的零件导致工艺较复杂，且精度相比谐波稍低，但其高承载能力使其在人形机器人腰髋等重负载部位有应用潜力。

谐波减速器

谐波减速器是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型减速机构，它突破机械传动采用刚性构件机构的模式，使用柔性构件来实现机械传动。谐波减速器主要是由波发生器、带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）三个基本构件组成。波发生器是一个凸轮部件，其两端与柔性齿轮的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮。

当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。谐波减速器具有传动比大、外形轮廓小、零件数目少且传动效率高的特点，一般放置在机器人的小臂、腕部或手部等位置。谐波减速器利用错齿运动实现降低转速、增加扭矩。谐波减速器的工作原理通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出的形式，波形发生器（椭圆形）作为输入端连接到电机轴上，并且被装入柔轮（圆形），柔轮的剖面被迫产生弹性变形，由圆形变成椭圆形。

长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处柔轮与刚轮的齿完全不接触，处于脱开状态；其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器连续转动时，柔轮将不断变形并产生错齿运动，柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮、沿波发生器相反方向的缓慢旋转，实现波发生器与柔轮的运动传递。

精密行星减速器

精密行星减速器主要由太阳轮、行星轮、行星架、内齿圈构成，其减速传动原理就是齿轮减速原理。精密行星减速器工作时，通常是伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转，太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产生自转。同时，由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合，最终行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动，形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。

行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴联接，带动输出轴输出扭矩。通常，每台精密行星减速器都会有多个行星轮，它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动下，同时围绕太阳轮旋转，共同输出动力，带动负载运动。

行星减速器利用行星齿轮的自转和公转运动降低转速、输出扭矩。当太阳轮逆时针旋转、内齿圈固定时，行星齿轮需要同时自转和公转，在这种传动模式下，行星架在内齿圈上进行逆时针旋转运动，输出轴与行星架相连。由于太阳轮与内齿圈存在齿数差异，行星架的输出转速会低于太阳轮的输入转速，从而降低转速，提升扭矩，匹配惯量。在机器人领域，精密行星减速器是移动机器人核心零部件，主要与伺服电机、控制器共同组成移动机器人的驱动单元。

行星减速器主要有单级和多级两种结构。多级行星减速器在单级行星减速的基础上增加了多个级数，每个级数都由太阳轮、行星轮和内齿轮组成，形成级联结构，可以进一步减小输出轴的转速，提高输出扭矩。多个行星轮的使用分担了载荷，提高了减速器的承载能力，但每增加一个行星轮，就增加一对齿轮啮合，传动效率就会下降。多级行星减速器为了结构紧凑，通常共用内齿轮，即大齿圈，同时作为内齿轮也是减速器的外壳(机架)。

RV 减速器

RV 减速器（Rotary Vector，旋转矢量）是一种精密的机械传动装置，最早由日本发明，用于实现高扭矩输出和高精度的旋转运动，通常适用于工业机器人基座、大臂、肩部等重负载的位置。

RV 减速器的工作原理涉及正齿轮变速和差动齿轮变速，本质上是多级的减速传递运动。RV 减速器通常由两级减速机构组成，第一级为正齿轮减速机构（行星减速器），通过行星轮和太阳轮实现第一级齿轮减速。第二级为差动齿轮减速机构（摆线针轮减速器），通过 RV 齿轮和针轮之间的啮合来达到第二级差动齿轮减速。因此，RV 减速器又可被称为行星摆线减速器。

RV 减速器是由行星齿轮减速机一级+摆线针轮减速机后级组成的二级减速机：

第一级减速：太阳轮与电机相连，电机带动太阳轮旋转，太阳轮带动行星轮同时转动，曲柄轴前后端分别与行星轮和 RV 齿轮（摆线轮）相连。行星轮旋转时，曲轴以相同的转速旋转。行星轮的齿数多，行星轮的转动速度慢于输入齿轮，实现第一级减速，一级减速比为行星轮与输入齿轮的齿数之比。

第二级减速：输入轴为第一级减速中的曲柄轴，曲柄轴的偏心部有通过滚针轴承安装的 2 个摆线轮（RV 齿轮）。在外壳内侧的针齿槽中的针齿数比RV齿轮多 1 齿。曲柄轴旋转 1 周时，2 个摆线轮也进行1 次偏心运动（曲轴运动）。摆线轮沿着与曲柄轴运动方向相反方向转动1 个齿，从而实现减速。

摆线针轮减速器

摆线针轮减速器所采用的精密摆线传动技术，由德国Lorenz Baraen 于1926年提出，最初是一种使用外摆线作为齿廓的少齿差行星传动，由于其关键零部件为摆线轮和针轮，因此被称为摆线针轮减速器。具体来看，摆线针轮减速器名称中的“摆线”是指摆线轮的实际轮廓为短幅外摆线的等距曲线。根据内切外滚法，摆线轮在形成时有基圆（固定不动）和滚圆，二者的圆心、半径不同，因此存在偏心距。滚圆与基圆保持内切并在基圆上做纯滚动。随后，设计一个固连在滚圆上的定点，在滚圆做纯滚动的过程中，该点的轨迹即为短幅外摆线。以轨迹上的点为圆心，以相同半径画圆，这些圆包络出的曲线为短幅外摆线的等距曲线，即摆线轮的实际轮廓。

摆线针轮减速器主要由输入机构、摆线轮、针轮及输出机构等部件组成：

输入机构：主要由输入轴、偏心轴和轴承组成。输入轴与电机轴相连，偏心轴有 2 个，径向对称地安装于输入轴上，分别用于安装相位相差180°的2个摆线轮；偏心轴与摆线轮之间通过滚动轴承连接。

摆线轮：以短幅外摆线的内侧等距曲线作为传动齿廓的传动齿轮，是摆线针轮减速器的核心构件。理论上一个摆线轮就能实现运动的传递，但实际机构一般采用两个相同的摆线轮沿径向对称安装，以使摆线轮在与针轮啮合过程中实现静力平衡，减轻振动，提高减速器的承载能力。

针轮：摆线针轮减速器的关键部件之一，主要由针齿壳、针齿销和针齿套组成。当摆线轮与针齿套相啮合时，针齿套可绕针齿销转动，因而将其与摆线轮啮合中的相对滑移运动转化为纯滚动，以减少啮合摩擦损失。

输出机构：输出机构主要由法兰盘、若干柱销和摆线轮上开有的柱销孔组成。柱销的一端固定在输出轴的法兰盘上，另一端插入两摆线轮端面的等分孔中，在柱销的悬臂上装有可移动的柱销套以减少摩擦损失。摆线轮上柱销孔推动着柱销转动，柱销固连着减速器两端的圆盘作为输出机构，由此将摆线轮的低速自转通过柱销输出。

摆线针轮减速器主要依靠少齿差原理进行减速传动。

摆线针轮传动机构中针轮固定不动，电机带动输入轴转动，输入轴的运动通过偏心套带动摆线轮绕着针轮中心公转。摆线轮在公转过程中，与针齿啮合。由于摆线轮与针齿间存在少齿差，针齿对摆线轮产生反向推力，进而形成与摆线轮公转方向相反的力矩，推动摆线轮反向自转。

当输入轴转动一周时，偏心轴也转动一周，在此过程中，由于针齿的推动作用，摆线轮绕其几何中心反向转过一个轮齿，再借助输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。

摆线针轮减速器具有传动比大、传动效率高等优势：

结构紧凑、体积小、重量轻：摆线针轮减速器采用少齿差行星传动机构，结构紧凑，与同功率普通齿轮传动相比，体积可减小1/2~2/3，重量约减轻1/3~1/2。

传动比范围大：摆线针轮减速器的传动比公式为i=-摆线轮齿数/（摆线轮齿数-针轮齿数），由于摆线针轮减速器以少齿差作为传动原理，摆线轮齿数与针轮齿数相差很小，因而其传动比较高，单级传动比可达6~119。

传动效率高：由于针齿套和摆线轮齿之间，摆线轮和偏心套之间，以及柱销套和摆线轮之间都是滚动摩擦，而且各零件加工和安装精度较高，啮合表面无相对滑动，所以其传动效率较高。一般单级传动效率可达0.90~0.95。

传动精度高：摆线传动机构在传动过程中多齿啮合特性和误差均化效应显著，有利于提高传动精度。

承载能力强，运转平稳，噪声低：在运转中同时啮合的齿数多，啮入啮出平稳，因而传动平稳、过载与抗冲击能力强、振动和噪音低。

摆线减速器在设计与工艺方面均具壁垒

设计方面：齿廓设计与修形方案众多。摆线轮齿廓作为承受载荷和传递动力的直接作用接触面，合理可行的齿廓设计和修正方案是提高摆线针轮行星传动性能的关键因素。为保证摆线轮与针轮齿之间有一定啮合间隙（以便于拆装和补偿制造误差，并形成润滑油膜，实际应用的摆线轮不能采用标准齿形），需要进行齿廓修形。

摆线轮的基本修形方法包括移距修形法、等距修形法、转角修形法，可联合使用，如可以采用“负移距+正等距”相结合的修形法，获得较理想摆线轮齿廓。摆线轮齿廓修形技术长期以来是摆线针轮减速器的关键问题，修形量过小会导致摆线针轮啮合时出现的间隙过小，减速器运转过程中会出现严重干涉从而使零件卡死；修形量过大会导致啮合传动过程中出现的间隙过大，产生较大的回差从而降低传动精度。

工艺方面：零件较多，工艺复杂。1）工艺流程复杂，精度要求高：相比谐波和行星减速器，摆线针轮减速器零件多，工艺流程长，对公差分配及批量生产一致性要求高。另外摆线轮轮齿精加工普遍采用成型磨削加工工艺，对加工工艺的精度要求较高，众多的零件对装配工艺的精度也提出要求；2）需磨齿机、磨床、热处理等设备：针齿壳加工需采用成型磨工艺，摆线轮加工采用磨齿工艺，且摆线针轮减速器常采用高碳铬轴承钢 GCr15，需进行热处理，因此需要采购磨床和热处理设备；一般而言，磨齿机、磨床、热处理炉单价一般在大几百万元到千万级别，对厂商的设备和资金要求较高。

减速器行业格局情况

减速器市场当下主要由日系等外资品牌主导。精密减速器作为技术密集型行业，材料、设计、加工工艺、加工设备等方面均存在较高技术壁垒，因此先进入者具备先发优势。得益于在工业机器人领域的领先优势，德日等外资品牌主导精密减速器市场，外资品牌如日系龙头哈默纳科、纳博特斯克分别占据谐波减速器、RV减速器市场 60%以上的市场份额，两者产品定位高端，品牌效应明显，与下游客户厂商深度绑定。

谐波减速器方面，凭借技术专利、工业机器人的领先带来的先发优势，日系龙头哈默纳科垄断谐波减速器市场，全球份额超80%，国产玩家绿的谐波全球市占率不足 7%左右，国内市场来看，哈默纳科市占率约36%，第二名为国产谐波减速器的龙头绿的谐波（占比 25%），其他玩家如日本新宝、来福谐波份额均不足 10%。

行星减速器方面，德日等品牌行星减速器在材料、设计、质量控制、精度、可靠性和寿命等方面领先，国内厂商则聚焦于中低端领域，高端减速器领域外资厂商依然占主要份额。全球格局来看，日本新宝份额13%，纽卡特11%，威腾斯坦 11%。国内份额来看，日本新宝份额20%，纽卡特份额9%，威腾斯坦份额 12%。

RV 减速器方面，国内 RV 减速器企业起步较晚，当前本土RV 减速器品牌主要仍聚焦在本土机器人品牌的中低端和中低负载产品系列。RV 减速器市场集中度较高，全球 CR10 超 83%，纳博特斯克份额为61%，住友重工份额17%。国内竞争格局与全球类似，纳博特斯克市占率 53%，其次是双环传动，市场份额为 14%，是我国本土龙头企业；住友占比 5%，飞马占比4%，中大力德占比4%，南通振康占比 3%，智同占比 3%。

谐波减速器方面，国产谐波减速器替代相对明显。当下国内谐波减速器市场虽仍由日系主导，但内资品牌市场份额逐步提升。GGII 统计数据显示，目前中国市场超 100 家本土企业涉足精密减速器的生产，谐波减速器企业超50家。绿的谐波是国产谐波减速器的龙头企业，目前国内份额25%，国内其他厂商份额也逐渐提升，如来福、大族、同川等，外资龙头品牌哈默纳科整体份额有所下降。在价格方面，国产厂商价格低于日系厂商。例如，在质量、型号相差不大的情况下，绿的谐波（1500 元左右）谐波减速器产品售价一般比哈默纳科同类型产品（3000-4000 元左右）低50%。

RV 减速器方面，从竞争格局来看，2021-2023 年纳博特斯克的国内市场份额明显降低，国内双环传动、珠海飞马、智同科技、中大力德等厂商的市场份额逐渐提升，国产 RV 减速器的替代进程加速。