人形機器人的關節：諧波減速機，有哪些概念股？

隨著人工智慧（AI）從生成式內容邁向具身智能（Embodied AI），人形機器人（Humanoid Robots）被視為繼智慧型手機與新能源汽車之後的下一個兆級美元終端市場。若說大型語言模型賦予了機器人「大腦」，那麼作為關節核心的諧波減速機（Harmonic Drive），則構成了機器人的「小腦」與「肌肉」。

本文特別聚焦於諧波減速機這一關鍵零組件，收集跟討論台灣、日本、中國等相關概念股的技術護城河、產能佈局與市場地位。

一、減速器產業發展概況

1.1 從專用機械到通用人形：運動控制的典範轉移

傳統工業機器人主要在結構化環境中執行重複性任務，其運動控制強調絕對精度與剛性。然而，人形機器人旨在進入家庭、物流倉儲等非結構化環境，這要求其關節不僅具備高精度，更需兼顧高扭矩密度、輕量化與柔性交互能力 ¹。

人形機器人通常擁有 20 至 50 個自由度（DoF）。以 Tesla Optimus 為例，其全身約有 28 個主動執行器（Actuators）與 14 個手部執行器 ¹。這些執行器的性能直接決定了機器人的運動能力、負載能力與續航時間。在硬體成本結構中，執行器系統（包含馬達、減速機、感測器與驅動器）佔據了整機成本的 40% 至 50%，其中精密減速機又是價值量最高、技術壁壘最深的環節 ⁴。

1.2 RV 減速機、行星減速機與諧波減速機比較

機器人關節主要分為旋轉關節（Rotary Joint）與線性關節（Linear Joint）。

• 旋轉關節： 主要分佈於肩部、髖部（旋轉自由度）、手腕與頸部。

• 線性關節： 主要分佈於膝蓋、肘部與踝部，模擬人類肌肉的收縮。

在旋轉關節的減速方案中，主要存在三種競爭技術：RV 減速機、行星減速機與諧波減速機。

數據顯示，諧波減速機因其獨特的「輕量化+高扭矩+零背隙」特性，完美契合人形機器人對肢體末端靈活性的需求。在 Tesla Optimus 的 14 個旋轉執行器中，諧波減速機是絕對的主流選擇 ¹。因此，諧波減速機被視為人形機器人放量過程中彈性最大的細分賽道。

二、諧波減速機的核心技術與物理極限

要理解相關概念股的投資價值，必須深入理解諧波減速機的技術壁壘。這並非簡單的齒輪加工，而是材料科學、摩擦學與精密製造的集大成者。

2.1 應變波齒輪（Strain Wave Gearing）的核心機制

諧波減速機（學名應變波齒輪）由三個核心部件組成，其精妙之處在於利用「彈性變形」來傳遞動力 ⁶：

1. 波發生器（Wave Generator）： 這是一個橢圓形的凸輪，外圍套有一個特製的薄壁柔性滾珠軸承。它通常連接輸入軸（馬達）。

2. 柔輪（Flexspline）： 一個薄壁杯狀的金屬彈性體，外圈刻有外齒。這是技術含量最高的部件，必須在承受數億次彈性變形的同時保持不疲勞斷裂。

3. 剛輪（Circular Spline）： 一個剛性的內齒圈，固定在殼體上。其齒數通常比柔輪多 2 個。

運作原理：

當波發生器轉動時，迫使柔輪產生橢圓變形。在橢圓的長軸方向，柔輪的齒與剛輪的齒完全嚙合；在短軸方向，齒完全脫開。由於齒數差（通常為 2 齒），波發生器每旋轉 360 度，柔輪就會向相反方向旋轉 2 個齒的角度。這種差動原理使得單級傳動即可實現 1:30 至 1:320 的超高減速比，且由於多個齒同時嚙合（約 30% 的齒數），其扭矩承載能力遠超同體積的普通齒輪 6。

2.2 關鍵技術指標與失效模式分析

投資者在評估不同廠商的產品競爭力時，需關注以下工程指標：

2.2.1 齒形設計：S 齒 vs. P 齒

• 漸開線齒形（Involute Profile）： 早期的諧波減速機採用標準漸開線齒形，但存在應力集中問題。

• S 齒形（S-Tooth）： 日本 Harmonic Drive Systems (HDS) 的專利設計。它優化了齒廓曲線，增加了嚙合齒數，顯著提升了扭矩容量（約提升 30%）和扭轉剛性，是其壟斷市場的核心武器 ¹²。

• P 齒形（P-Tooth）： 中國 綠的諧波 (LeaderDrive) 研發的專利齒形。據稱其通過優化齒根圓弧，解決了傳統齒形的干涉問題，大幅提升了使用壽命和承載能力，成為其國產替代的技術基礎 ¹³。

2.2.2 柔輪材料與熱處理

柔輪是諧波減速機的「阿基里斯之踵」。它必須由高純度的合金鋼（如 40CrNiMoA 或特種航空鋼材）製成，並經過極其精密的多重熱處理工藝，以在「柔性」與「剛性」之間取得微妙平衡。一旦材料純度不夠或熱處理不均，柔輪極易發生疲勞斷裂。這也是為何二線廠商的產品在長時間運行後壽命大幅衰減的原因 ¹¹。

2.2.3 棘輪效應（Ratcheting）與屈曲（Buckling）

在極限負載下，諧波減速機可能出現「棘輪效應」，即柔輪齒從剛輪齒中滑脫，導致傳動失效。這對人形機器人的安全性是致命的（例如在搬運重物時突然失力）。頂級廠商通過優化凸輪形狀和齒高係數來抑制這一現象，這構成了高階產品的隱形壁壘。

三、全球市場競爭格局：獨占到寡占

3.1 雙寡頭壟斷的歷史

長期以來，全球諧波減速機市場呈現高度壟斷態勢。

• Harmonic Drive Systems (HDS, 日本) 與其關聯公司（美國 Harmonic Drive LLC、德國 Harmonic Drive SE）佔據了全球約 70% 的市場份額 ¹⁵。

• Nidec-Shimpo (日本) 作為近年來的強力挑戰者，憑藉其馬達業務的協同效應，佔據了約 10%-15% 的份額 ¹⁷。

3.2 中國替代與新興勢力的崛起

隨著中國機器人市場的爆發，以 綠的諧波 為首的中國廠商開始在中低階市場撕開裂口，並逐步向高端滲透。台灣廠商如 上銀科技 與 盟立 則憑藉在半導體自動化設備中的經驗，切入精密減速機的高端利基市場。

市場份額估算（2024年預估）：

• Tier 1 (全球領導者): HDS (60%+)

• Tier 2 (有力挑戰者): 綠的諧波 (15%+)、Nidec (10%+)

• Tier 3 (利基與新進者): 上銀 (Hiwin)、雙環傳動 (Shuanghuan)、來福諧波 (Laifual) 等合計約 15% ¹³。

四、日本陣營：技術壁壘的守望者

日本企業在精密加工、材料科學與基礎研究上的深厚底蘊，使其在諧波減速機領域擁有絕對的話語權。

4.1 Harmonic Drive Systems (6324.T)

Harmonic Drive Systems (HDS) 不僅是市場領導者，更是該技術的發明者與標準制定者。

• 技術護城河： 擁有專利的「IH 齒形」與「S 齒形」技術，使其產品在扭矩密度與精度保持性上領先對手 5-10 年。其產品目錄極其豐富，涵蓋從微型（用於手術機器人）到重型（用於大型工業臂）的全系列 ¹⁸。

• 人形機器人佈局： HDS 是 Tesla Optimus 原型機的早期關鍵供應商。儘管面臨成本壓力，但其高階型號仍是人形機器人開發初期不可或缺的選擇。公司正積極開發針對人形機器人的專用輕量化系列（如 CSD、CSF-mini 系列）²⁰。

• 財務表現： 儘管受到半導體週期影響，HDS 仍保持較高毛利。其股價表現與人形機器人產業消息高度連動，被視為最純正的概念股 ²²。

4.2 Nidec Corporation (6594.T) 

Nidec (尼得科) 是全球馬達霸主，其子公司 Nidec Drive Technology (原 Nidec-Shimpo) 正試圖重塑市場規則。

• 產品策略： Nidec 推出了 FLEXWAVE 系列精密減速機，直接對標諧波減速機 ²⁴。其核心策略是「模組化」，將無框馬達、編碼器與減速機整合成一體化關節模組（Actuator Module）。這對於缺乏硬體整合能力的新興機器人公司極具吸引力。

• 感測器融合： Nidec 推出的 Smart-FLEXWAVE 內建了扭矩與溫度感測器 ²⁵。這對於實現人形機器人的「力位混合控制」（Force-Position Hybrid Control）至關重要，能讓機器人更安全地與人類互動。

4.3 Nabtesco (6268.T)

雖然 Nabtesco 主導的是 RV 減速機（全球市佔率 60%），但在人形機器人領域，其產品仍可能應用於腰部或髖部等承受極大衝擊載荷的部位。對於需要搬運重物或進行高動態跳躍的機器人，RV 減速機的高剛性是諧波無法替代的 ⁷。

五、台灣陣營：精密製造與供應鏈整合的關鍵樞紐

台灣在半導體與精密機械領域的產業聚落效應，使其成為人形機器人供應鏈中不可忽視的「軍火庫」。台灣廠商的優勢在於極高的製造彈性、成本控制能力以及機電整合的垂直供應鏈。

5.1 上銀科技 (Hiwin Technologies, 2049.TW) 

上銀科技是全球第二大線性傳動元件製造商，其在人形機器人領域的佈局最為全面，橫跨「旋轉」與「線性」兩大關節技術。

• 諧波減速機佈局： 上銀透過自主研發的 DATORKER® (DT) 系列諧波減速機，成功打破了日系壟斷。該系列強調高精度與高剛性，已廣泛應用於半導體自動化設備與工業手臂 ²⁶。上銀具備從材料熱處理到精密齒形加工的全製程能力，這使其在成本與交期上極具競爭力。

• 行星滾柱螺桿 (Planetary Roller Screw)： 這是上銀在人形機器人戰場上的殺手鐧。Tesla Optimus 在腿部與線性致動器中大量使用行星滾柱螺桿以模擬肌肉收縮 ²⁷。這類產品製造難度極高，此前主要被歐洲廠商（如 Rollvis, GSA）壟斷。上銀正積極量產此類產品，目標是成為全球主要供應商，市場傳言其已進入多家美系與中系人形機器人廠商的驗證名單 ⁴。

• 關節模組化： 上銀整合其子公司大銀微系統（Hiwin Mikrosystem）的馬達與驅動器技術，提供完整的機器人關節模組，直接解決客戶的系統整合難題 ²⁸。

5.2 和大工業 (Hota Industrial, 1536.TW) 

和大工業是 Tesla 電動車減速齒輪的長期核心供應商。雖然其傳統業務聚焦於汽車傳動，但在人形機器人領域，和大具備獨特的切入優勢。

• 供應鏈信任： Tesla 在開發 Optimus 時，傾向於沿用經過驗證的汽車供應鏈以降低成本與風險。和大工業與 Tesla 合作多年，深諳其對品質與大規模交付的要求。

• 產品延伸： 和大正積極開發高精度、小型化的行星齒輪組與諧波減速機組件，試圖將汽車齒輪的製造規模優勢複製到機器人領域。其在美國設廠的佈局也符合地緣政治下的供應鏈在地化需求 ²⁸。

5.3 所羅門 (Solomon Technology, 2359.TW)

雖然本報告聚焦於關節，但 所羅門 在台灣機器人供應鏈中的地位不可或缺。

• AI 視覺引導： 所羅門是 NVIDIA 在機器人視覺領域的緊密合作夥伴。其 AccuPick 3D 視覺系統能讓機器人「看見」並處理複雜的非結構化任務（如從雜亂的箱子中抓取物體）。

• 軟硬整合： 所羅門的視覺控制器與手臂控制系統能與上銀、達明機器人（Techman Robot）等硬體無縫整合，為終端客戶提供「眼-腦-手」的一體化解決方案 ³⁰。

5.4 台灣其他關鍵供應鏈

• 盟立 (2464.TW)： 作為自動化系統整合商，盟立與所羅門及上銀深度合作，開發具身智能機器人的關節模組與控制器，並涉足減速機的應用整合。

• 台達電 (2308.TW)： 雖然是大權值股，但其自動化部門擁有強大的伺服馬達與驅動器技術，且已推出多款 SCARA 與六軸機械手臂，具備自製精密減速機的潛力。

六、中國陣營：規模效應與價格破壞者

中國龐大的人形機器人內需市場（受政府政策強力驅動）催生了一批極具侵略性的競爭者。

6.1 綠的諧波 (Leader Harmonious Drive, 688017.SS) 

綠的諧波 是中國諧波減速機領域的絕對龍頭，也是打破 HDS 全球壟斷的關鍵角色。

• 技術創新： 其核心武器是自主研發的 「P 型齒」 設計。與傳統漸開線齒形相比，P 型齒通過特殊的曲線設計，使得齒與齒之間的接觸面更大，理論上能承受更高的扭矩並延長壽命。這一技術突破使其產品在性能上逐漸逼近 HDS，且成功規避了專利壁壘 ¹³。

• 市場地位： 綠的諧波已成為 Universal Robots（優傲）、埃斯頓（Eston）等國內外大廠的核心供應商。在人形機器人領域，市場普遍認為其是 Tesla Optimus 最有力的潛在二供，且已深度綁定優必選（Ubtech）、傅利葉智能（Fourier）等中國本土人形機器人獨角獸 ¹³。

• 產能擴張： 公司正以驚人的速度擴充產能，旨在通過規模效應將諧波減速機的單價大幅拉低，這對於對成本極度敏感的人形機器人量產至關重要。

6.2 浙江雙環傳動 (002472.SZ) 

雙環傳動 原本是全球領先的汽車齒輪供應商，近年來透過子公司 環動科技 (HuanDong Technology) 強勢切入機器人減速機市場。

• RV 與諧波雙修： 雙環是少數能同時量產高品質 RV 減速機與諧波減速機的企業。其 RV 減速機在中國國產機器人市場佔有率極高 ³³。

• 製造優勢： 憑藉在新能源汽車（EV）傳動系統中的深厚積累（供應 Tesla、比亞迪等），雙環在精密齒輪的大規模熱處理、磨削工藝與品質控管上具有極強的優勢。分析師認為，雙環有望利用其現有的汽車供應鏈關係，快速切入人形機器人的量產採購名單 ³⁵。

6.3 其他新興勢力

• 中大力德 (002896.SZ)： 專注於減速機與馬達的一體化，主攻中低階市場與物流機器人。

• 來福諧波 (Laifual)： 在中國華南市場佔有率頗高，產品性價比極高，是綠的諧波的主要國內競爭對手 ¹⁶。

七、產業趨勢分析：Tesla Optimus 帶來的蝴蝶效應

7.1 成本：從奢侈品到消費品

目前，高品質諧波減速機的單價約在 300 至 800 美元之間。若一台人形機器人需要 14 個，僅此一項成本就高達數千至上萬美元。Tesla 喊出人形機器人售價 2 萬美元的目標，倒逼供應鏈必須將減速機成本降低 70% 以上。

這為中國和台灣廠商提供了巨大的機會：

• 綠的諧波 和 雙環傳動 有望憑藉成本優勢替代 HDS。

• 上銀 和 和大 則有望通過製程優化與自動化生產，在保證品質的前提下大幅壓低成本。

7.2 標準化與模組化

過去，機器人關節往往需要高度客製化。未來，隨著人形機器人放量，關節模組將趨向標準化（例如分為 S、M、L 三種標準尺寸）。這將有利於 Nidec 和 上銀 這類具備「馬達+減速機+驅動器」整合能力的廠商，因為他們能提供「即插即用」的標準品，降低機器人整機廠的研發門檻。

7.3 技術融合：旋轉與線性的邊界模糊

雖然本報告重點在諧波，但必須注意到 行星滾柱螺桿 在人形機器人中的崛起。Tesla Optimus 的設計顯示，為了模擬人類肌肉，線性執行器的佔比在增加。這要求傳統減速機廠商（如綠的諧波）必須橫向拓展技術，或者像上銀科技一樣，同時掌握旋轉與線性兩種核心技術，才能在未來的競爭中立於不敗之地 ⁴。

八、投資風險與結論

8.1 關鍵風險因素

1. 量產進度不及預期： 雖然市場炒作熱烈，但人形機器人距離真正大規模進入家庭（百萬台級別）可能還需 5-10 年。短期內，相關公司業績仍主要依賴工業機器人與汽車市場 ⁵。

2. 技術路線變更： 如果磁性齒輪（Magnetic Gear）或直驅馬達（DD Motor）技術取得突破，可能會顛覆諧波減速機的地位。

3. 地緣政治： 稀土磁鐵是關節馬達的關鍵原料，供應鏈的地緣政治風險可能導致成本波動或斷供 ³⁷。

8.2 總結與投資建議

人形機器人是精密傳動產業的升級機遇，諧波減速機作為其不可或缺的「關節」，具備極高的確定性增長空間。

• 穩健型投資者 應關注 Harmonic Drive Systems (6324.T) 與 Nidec (6594.T)，它們是技術與市場的雙重領導者，抗風險能力強。

• 成長型投資者 可聚焦 綠的諧波 (688017.SS)，它是平價替代趨勢下的最大受益者，業績彈性最大。

• 價值型與潛力投資者 不應忽視 上銀科技 (2049.TW) 與 雙環傳動 (002472.SZ)。上銀掌握了旋轉與線性傳動的雙重鑰匙，且估值相對合理；雙環則具備強大的車規級製造能力，是潛在的黑馬。

這場關於「關節」的戰爭才剛剛開始，最終的贏家將是那些能將精密製造工藝與大規模低成本生產完美結合的企業。

附錄：關鍵概念股一覽表

日本 (技術領先群)

台灣 (精密製造群)

中國 (規模替代群)

(報告結束)

引用的著作

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2. Understand the Industrial Chain in "One Page": Humanoid Robots, Figure Chain, and Tesla Optimus Chain - 36氪, 檢索日期：12月 4, 2025， https://eu.36kr.com/en/p/3476581554018438

3. Morgan Stanley provides a detailed analysis of the top 100 humanoid robot companies! China leads in physical aspects, NVIDIA aims to be the brain, and Tesla intends to "integrate everything"., 檢索日期：12月 4, 2025， https://news.futunn.com/en/post/52920978/morgan-stanley-provides-a-detailed-analysis-of-the-top-100

4. Planetary Roller Lead Screws: Powering Humanoid Robots and Driving China's Breakthroughs, 檢索日期：12月 4, 2025， https://www.limonrobot.com/planetary-roller-lead-screws-powering-humanoid-robots-and-driving-chinas-breakthroughs

5. Humanoid robotics, 2025 - digitimes, 檢索日期：12月 4, 2025， https://www.digitimes.com/reports/ai/2025_robots/assets/humanoid-robotics-2025.pdf

6. Harmonic Gear Reduction Explained - Robots.com, 檢索日期：12月 4, 2025， https://www.robots.com/articles/gear-reduction-with-harmonics

7. What is the difference between RV reducer and harmonic reducer for industrial robots?, 檢索日期：12月 4, 2025， https://en.eeworld.com.cn/news/qrs/eic663787.html

8. RV reducer VS Harmonic reducer, which performance is better?_Dinsense Transmission Equipment Co., Limited, 檢索日期：12月 4, 2025， http://www.dinsense.com/En/newsshow.asp?ID=5&SortID=2&SortPath=0,2,

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35. HSBC initiates coverage on Zhejiang Shuanghuan Driveline stock with Buy rating, 檢索日期：12月 4, 2025， https://www.investing.com/news/analyst-ratings/hsbc-initiates-coverage-on-zhejiang-shuanghuan-driveline-stock-with-buy-rating-93CH-4211909

36. Humanoid robotics, 2025 - Market trends, critical components & strategic shifts - digitimes, 檢索日期：12月 4, 2025， https://www.digitimes.com/reports/item.asp?id=20250702RS401

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