人形机器人行业：新需求、新机遇，关节轴承迎人形机器人发展浪潮

1.1 自润滑关节轴承适用于人形机器人，衬垫类应用占比高

关节轴承是一种球面滑动轴承，分为油脂润滑型和自润滑型，其中自润滑关节轴承凭借免维 护、高精度、长寿命、强适应性等特性，是机器人关节设计的理想选择，未来将进一步替代传统 油脂润滑方案。 自润滑关节轴承是一种无需补充润滑剂的特殊的关节轴承，在轴承的相对运动表面通常会涂 （镀）或粘结一层固体润滑材料，达到减小摩擦阻力、延长轴承寿命的目的。 优点：结构简单 紧凑、承载和抗冲击能力强、抗腐蚀、耐高温、耐磨损、寿命长、污染小、噪声低等。

在关节轴承各类型中，衬垫类自润滑关节轴承具有免维护及轻量化设计优势，是人形机器 人关节轴承的核心解决方案。衬垫类轴承凭借固体转移膜持续润滑机制能够实现较长免维护寿命， 有效规避油脂泄露与低温凝固风险，能够适配机器人高频摆动、多自由度运动需求及紧凑腔体空 间。

1.2 人形机器人关节呈三类构型，其中旋转+连杆为关节轴承主要应用领域

人形机器人通过增加连杆结构与线性关节以优化整机质心分配与运动惯性，其关节主要呈现 三大核心构型，其中旋转+连杆为关节轴承主要应用构型： （1）旋转+连杆构型：旋转执行器与连杆机构结合，通过机构学设计将电机旋转运动转换为 特定轨迹的直线或摆动输出，兼具灵活性与动态性能； （2）旋转+线性构型：采用电机驱动行星滚柱丝杠或滚珠丝杠，将旋转运动直接转化为高推 力直线运动； （3）旋转+旋转构型：基于“电机+减速器”实现纯旋转输出，广泛用于肩、髋等需大角度回 转的关节，并通过减速器实现高扭矩密度与紧凑布局。

1.2.1 旋转+连杆构型为关节轴承主要应用构型

“旋转+连杆”构型为关节轴承主要应用构型（连杆+连杆构型为旋转+连杆构型的子类）。“旋 转+连杆”结构指的是由一个旋转驱动器通过连杆机构带动其他部件运动。该结构在人形机器人 中常用于控制弯曲动作的关节，如膝关节、踝关节等。 “旋转+连杆”构型特点：1.结构紧凑，适合空间小、运动幅度要求高的部位；2.同时起到 驱动和承载的作用，简化了整机构型；3.轨迹可控，可以实现拟人化的非匀速运动模式；4.刚性 结构的连杆系统可以承受较大扭矩和反作用力；5.成本相对其他两种构型较低。

1.2.2 旋转+线性构型部分使用关节轴承

“旋转+线性”构型指的是在同一驱动单元中集成旋转与直线运动自由度，该结构部分使用 关节轴承。“旋转+线性”构型适应人形机器人在负重、站立稳定性、操作灵活性和感知反馈方面 的高要求。 “旋转+线性”构型特点：1.空间利用效率更高，可以使用更长、更强的执行器，以提升输 出力；2. 具备自锁能力，节能且稳定；3. 肘部采用该结构，可以提升上臂推力（仿生二头肌）、 提升手部路径自由度、减少前臂对摄像头视野的遮挡以提升视觉定位的精度。

1.2.3 “旋转+旋转”构型通常不使用关节轴承

“旋转+旋转”构型是指两个或多个旋转执行单元（通常是伺服电机）串联构成的多自由度 关节，每个旋转单元控制一个旋转自由度，彼此间具有固定的轴间约束。全旋转结构无需使用 关节轴承。 “旋转+旋转”构型特点：可以满足高自由度的要求，可构建 2-3 个自由度的复合关节； 每个自由度有独立旋转低级控制，运动解耦性强。缺点：多个电机同时工作，功耗较高；多电机 叠加导致转动惯量大，影响动态性能。

2.1 人形机器人应用线性执行器与连杆确定性高，关节轴承应用潜力大

人形机器人关节轴承主要应用类型为杆端关节轴承。杆端关节轴承的球面滑动结构可同时 实现俯仰、偏航及旋转运动，显著优于传统单轴轴承。杆端关节轴承与配套连杆形成复合结构能 够解决人形机器人手腕/脚踝等部位的多自由度运动需求。

从具体应用来看，关节轴承在人形机器人中主要应用于线性执行器和连杆的末端。

“旋转+连杆”构型和“旋转+线性”构型具备“旋转+旋转”构型不具备的优势。相比于“旋 转+旋转”构型，“旋转+连杆”构型更加轻量化，运动惯量更低，更适用于灵巧操作；“旋转+线 性”构型具有更高的推力和更低抗冲击性能耗，适用于高负载场景。 线性执行器与连杆机构已成为人形机器人运动系统的主流技术路径，未来应用确定性高。 线性关节在人形机器人下肢承重关节中具备高推力输出与精密直线控制优势，显著优于旋转关节 的扭矩密度限制；连杆结构则通过轻量化与多自由度补偿，解决狭窄空间内灵巧操作需求。我们 认为线性执行器和连杆技术路线符合人形机器人未来发展趋势，因此关节轴承亦具备较高的应 用确定性。

2.2 关节轴承在人形机器人多关节具备应用潜力，单机价值量有望达数千元

根据以上分析，我们认为人形机器人腕关节、肘关节、膝关节、踝关节、髋关节、灵巧手 等应用连杆/线性执行器的关节处具备关节轴承应用潜力。

2.2.1 腕关节+肘关节：应用确定性高，手肘+手腕应用量有望达 5 个

人形机器人手腕仿生人体结构，需实现多自由度复杂运动，其左右侧摆与上下翻转功能依 赖于关节轴承提供的灵活偏转与承载能力。传统滚动轴承仅支持单轴旋转，而关节轴承凭借其 球面滑动特性可同时满足手腕在俯仰、偏转等多方向的灵活偏转与复杂载荷承载需求。我们认为 未来人形机器人手腕部位有望采用“关节轴承+连杆”设计，其中手肘有望部署 2 个关节轴承， 手腕有望部署 3 个关节轴承，以协同应对多向载荷并保障运动精度。

2.2.2 踝关节：应用确定性高，单关节潜在应用数量达 3 个

人形机器人脚踝作为实现双自由度运动的核心部件，其关节通常需配置 3 个关节轴承以保 障负载均衡与多向灵活偏转。特斯拉踝关节使用双线性执行器，我们推测特斯拉机器人踝关节有 应用 3 个关节轴承的空间，以满足复杂运动场景下对多自由度灵活运动和强劲承载力的需求。

2.2.3 膝关节：参考特斯拉方案，单膝有望应用 5 个关节轴承

根据特斯拉 Optimus 机器人公开的膝关节结构图及专利信息分析，我们推测其单膝有望应 用 5 个关节轴承。该仿生结构通过多连杆机构优化负载力矩曲线，其核心转动副与连杆连接点对 轴承的径向承载力、抗冲击性及紧凑空间内的灵活摆动提出综合要求。关节轴承凭借其球面滑动 特性，能够同时适配多方向负载与微小角偏转，是支撑此类非线性运动学设计的理想选择，预计 可为膝关节提供关键的运动自由度与结构稳定性。

2.2.4 髋关节+指关节：人形机器人髋关节与灵巧手具备应用关节轴承潜力

人形机器人髋关节与指关节存在关节轴承应用潜力。高自由度的人形机器人髋关节仿照人 类，需能够进行前摆、侧抬和旋转等复杂运动，应用连杆结构在简化结构、控制成本和节省空间 等方面具备优势，因此人形机器人髋关节具有应用关节轴承潜力。灵巧手指关节常采用连杆结构， 连杆末端应用关节轴承有利于提高指关节的灵活性。我们认为机器人髋关节存在应用 3-5 个关节 轴承潜力，若灵巧手采用连杆方案，则其指关节单指存在应用 2-4 个关节轴承潜力。

2.2.5 据测算，人形机器人量产百万台时对应关节轴承市场规模有望达 52 亿元

根据以上分析，我们认为人形机器人腕关节、肘关节、膝关节、踝关节、髋关节和指关节存 在关节轴承应用潜力（各个机器人本体设计不同会导致具体应用有所区别），我们假设人形机器 人腕关节、肘关节、膝关节、踝关节、髋关节和指关节单维关节轴承应用量分别为 3、2、5、3、 3、2 个，合计单机用量为 52 个，假设量产后关节轴承单价为 100 元/个，则人形机器人关节轴 承单机价值量为 5200 元，量产百万台时对应市场规模达 52 亿元。

3.1 国产自润滑关节轴承厂商过去面临技术和市场两大壁垒

人形机器人产业落地以前，国产自润滑关节轴承厂商面临技术和市场两大壁垒。其中技术 壁垒主要体现在机加工能力和自润滑材料两个方面，市场壁垒主要在于市场空间相对有限，进入 壁垒高，市场开拓性价比较低因此企业缺少投资研发动力开辟除人形机器人以外的传统关节轴承 市场。

3.1.1 技术壁垒：机加工和自润滑材料为核心技术壁垒

从中外自润滑关节轴承性能对比来看，国产自润滑关节轴承仍存在性能稳定性低和寿命短 等问题，在特殊部位使用的关节轴承依然依赖进口。根据《国内外航空高速轻载自润滑关节轴 承性能对比》（段宏瑜）可知，影响轴承性能的因素包括内外径面、内外球面表面粗糙度、内外 径面圆度、涂层密合度、剥离强度、衬垫材料等，影响轴承寿命的因素主要包括接触应力、滑动 速度、温度和摩擦副材料等。相对于国产轴承，进口轴承内圈球面的表面粗糙度较低，衬垫聚四 氟乙烯质量分数较高，球面摩擦副贴合状态较好，摩擦磨损性能更优。 根据国内外自润滑关节轴承性能差距分析，我们认为当前国内外自润滑轴承性能差距主要体现在机加工工艺（影响表面粗糙度和球面摩擦副贴合度等）和自润滑材料两个方面。

机加工工艺：关节轴承主要机加工工艺与普通轴承类似，可以复用，因此我们认为拥有成熟 加工工艺储备和熟练工人的头部滚动轴承厂商能够克服关节轴承的机加工工艺壁垒。

自润滑材料：自润滑材料是自润滑关节轴承核心壁垒。自润滑衬垫材料大致分为三种，即金 属背衬层状复合材料、聚合物及其填充复合材料和 PTFE 纤维织物复合材料，其中 PTFE 纤维织物 复合材料应用最多。衬垫类自润滑关节轴承将 PTFE 织物衬垫粘贴在轴承外圈的内球面，从而形 成一类固体自润滑摩擦副，使轴承在运动过程中无需加入润滑油就能实现自润滑、免维护性能。

PTFE 织物材料具有其固有缺陷，对生产商的材料研发和制造工艺提出了较高的要求： （1）粘接性差：PTFE 表面能极低，导致其和其他材料粘接性能较差，要通过表面处理来增 强粘接性能，但是会导致粗糙度增加； （2）耐磨性不足：在高速运动或高负载条件下，PTFE 容易磨损，因此会影响材料使用寿命， 为了增强耐磨性，通常要于 PTFE 中添加碳纤维、青铜粉增强材料。 （3）易发生塑性变形：PTFE 于长时间连续荷载作用下会有塑性变形，即“冷流”现象，在 垫片用途中尤为明显。 制造高性能的 PTFE 织物衬垫既需要解决材料本身的额外难题，还需要精密的工艺控制，编 织结构的均匀性、树脂浸渍的充分性以及固化工艺的稳定性等任一方面出现缺陷均会影响最终产 品的一致性和可靠性。

3.1.2 市场壁垒：龙溪股份占据较大市场份额，低投资性价比阻止新玩家入场

我们认为关节轴承行业为重资产行业，前期投入大，且市场规模相对较小，核心市场已由龙 溪股份占据，新玩家投入关节轴承性价比极低，阻碍了新进入玩家切入市场。

（1）龙溪股份已占据大部分国内市场份额，技术、品牌力等方面均领先

龙溪股份是国内关节轴承市场绝对龙头，具备先发优势。龙溪股份关节轴承已能够在航空航 天领域应用，技术水平达到世界先进水平，国内市占率达 75%，从技术、产能、客户关系等方面 均处于领先地位。在关节轴承市场增量有限的情况下，新进入玩家与龙溪股份争夺市场份额具有 较高难度。

（2）传统关节轴承市场空间小，低投资性价比阻止新玩家入场

人形机器人产业落地以前，关节轴承投资回报周期长，进入壁垒高。据观研天下，中国关 节轴承市场约 10-15 亿元，结合中国轴承工业协会对 2024 年轴承行业 2315 亿的营收来看，国内 关节轴承市场在整体轴承行业中占比不足 1%，同时关节轴承细分市场中超过 60%市场为航空航天 市场，新进入公司难以切入。行业设备投入大，需引入精密制造与检测设备投资建设关节轴承产 线，初始投资规模可观。加之关节轴承工艺复杂，尤其在自润滑摩擦副等领域技术要求高，导致 投资回报周期较长。在市场规模有限而技术与资本门槛双高的背景下，该行业对新进入者的投资 吸引力相对较低，有效阻止了新玩家的入场。

3.2 人形机器人产业有望扩大关节轴承市场空间，头部厂商率先受益

人形机器人产业落地有望迅速扩大关节轴承市场规模，量产百万台时关节轴承市场规模有 望达 2024 年全国关节轴承市场规模的 4 倍。人形机器人产业落地以前关节轴承市场规模小：国 内主要市场为航空航天领域，市场规模达 7.5 亿元且部分高端产品仍依赖进口，其余市场包括建 筑、造纸机械、立磨机等，合计国内市场规模为 12.9 亿元，除航空航天外其余市场已实现国产 替代。人形机器人潜在市场空间一定程度上提高了轴承厂商投资研发、投入产能建设的性价比， 削弱了新进入者面临的市场壁垒，能够克服技术壁垒的厂商有望占据更多市场。

我们认为龙溪股份有望获得人形机器人关节轴承市场先发优势。龙溪股份筚路蓝缕 20 年终 克 PTFE 织物衬垫技术难关。龙溪股份历经 8 年技术攻关推出自主研发的自润滑关节轴承，又历 经 8 年，2016 年产品质量提升至接近国外大厂产品同一水平，产品寿命达 3000 小时。当前龙溪 股份已经成为国内关节轴承市场龙头企业，市占率和技术水平均领先同行，未来将率先受益于 人形机器人产业落地。 随着人形机器人销量增加，其他潜在市场进入者有望逐渐突破自润滑关节轴承技术壁垒，进 入人形机器人关节轴承市场抢占份额，我们认为两类企业具有切入自润滑关节轴承赛道潜力： （1）自润滑轴承生产商：这类厂商具备自润滑材料技术储备，在已有产品基础上可以发展 自润滑关节轴承产品，典型企业如长盛轴承； （2）头部滚动轴承厂商：这类厂商机加工能力强，熟练工人丰富，产能设备储备多，核心 需要克服衬垫材料壁垒。

3.2.1 龙溪股份：国内自润滑关节轴承龙头企业，将受益于人形机器人产业发展

龙溪股份是国内自润滑关节轴承行业龙头，深耕轴承市场 70 年。公司主要从事关节轴承、 圆锥滚子轴承、齿轮/变速箱等机械零部件的研发、生产和销售，产品广泛应用于工程机械、载 重汽车、冶金矿山、水利工程、航空航天及风电核电等领域。

轴承主业稳定，其他业务稳定扩张，2020-2023 年公司收入实现稳健增长。2020-2023 年公 司营业收入从 11.6 亿元增长至 19.0 亿元，CAGR 达 18.0%，2024 年公司经营受到行业整体景气 度下滑影响，收入下滑 6.7%，归母净利润下滑 25.5%。

龙溪股份在关节轴承市场内地位稳固，领先优势明显。公司拥有国内唯一的关节轴承研究 所，自研 PTFE 织物衬垫技术打破欧美垄断，关节轴承配套高端装备包括 C919 大飞机、神舟飞船 等，并切入人形机器人领域，技术溢价优势显著。龙溪股份在关节轴承行业深耕多年，占据较大 国内市场份额，技术处于领先地位，我们认为龙溪股份将会是人形机器人关节轴承产业核心受益 厂商。

3.2.2 长盛轴承：深耕自润滑轴承多年，已与宇树科技实现合作

长盛轴承主要从事自润滑轴承和高性能聚合物产品业务，拥有省级研究院、省级创新团队， 具备较强的自主创新能力。自润滑轴承生产商切入自润滑关节轴承赛道路径清晰，当前长盛轴 承已在自身传统产品基础上开发自润滑关节轴承产品。 长盛轴承是国内自润滑轴承行业领军企业，产品覆盖上万种规格，服务特斯拉、比亚迪、卡 特彼勒等全球头部企业。其自润滑轴承具备免维护、轻量化、耐磨损特性，当前已在新能源汽车、 风电、机器人等领域有所应用。

我们认为长盛轴承作为关节轴承市场内的新玩家，产品力和技术实力均能够支撑其业务长远 发展，已经与国内核心人形机器人本体公司宇树科技实现合作，未来有望在人形机器人关节轴承 领域获得较强市场竞争力。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）