人形机器人深度二：TESLA BOT硬件拆解

新纪元开启，特斯拉人形机器人有望引领万亿级蓝海市场。人形机器人更被誉为机器人皇冠上的明珠。在所有机器人的研发中，人形机器人的挑战难度是业界公认最高的。近日，特斯拉首席执行官马斯克在推特上称，特斯拉可能在几个月内推出能够运转的人形机器人原型，他为此将这家电动汽车制造商的第二个人工智能日推迟到9月30日。Tesla Bot可能是2022年最重要的产品开发项目，第一版有望在2023年投入生产，其将用来填补劳动力缺口。从公布的参数看，Optimus身高 1.72m ，重量57kg，负载20kg（手臂附加5kg），行走速度2m/s，其运用了特斯拉最先进的AI技术，并基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术驱动，其大脑是算力极强的DOJO D1超级计算芯片，Optimus机器人的推出，代表着特斯拉在人工智能上迈出了一大步，具备极强的标杆带头作用，将为机器人产业链带来重大发展机遇。考虑到特斯拉汽车在中国售价最低为30万元左右，预计Optimus机器人的单体价格大体将位于17-30万元之间。根据国际劳工组织数据，2021年全球劳动人口总数约34.5亿人，假设其中约11.6%的劳动者被机器人取代，按价格25万元计算，全球人形机器人市场空间可达100万亿级别。 核心零部件成本占比超70%，机器代人浪潮下相关产业链有望持续受益。 机器人产业链的上游主要为零部件供应商，核心零部件为伺服系统、减速器、控制系统等；产业链的中游为机器人本体提供商与集成供应商，主要负责机器人本体的生产，并根据不同的应有场景和用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发。下游包括工业应用与服务应用，工业应用主要为汽车、电子、金属加工等产业，服务应用范围较广，主要从事维护保养、修理、运输、清洁、保安、救援、监护等工作。其中上游核心零部机器人产业链的核心环节，以工业机器人为例，按成本拆分，减速器/伺服系统/控制系统/本体制造分别占机器人成本的35%/25%/10%/15%，其中核心零部件成本合计约70%，从目前特斯拉公布的应用范围来看，人形机器人为服务机器人的技术升级，涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多种技术融合，机械产业链方面主要涉及到伺服电机、减速机、控制系统、驱动器与机器视觉等方面，我们认为，特斯拉人形机器人推出有望加速机器代人浪潮来袭，上游核心零部件、机器视觉等相关产业链有望直接受益。 重点公司推荐：我们认为，特斯拉人形机器人推出具备极强标杆意义，从产业链角度出发，我们建议重点关注：1）三花智控：特斯拉热管理系统稳定供应商，后续有望深度合作；2）中科三环：全球高性能钕铁硼顶级供应商之一，稀土永磁电机渗透率提升下公司有望持续受益；3）双环传动：国内RV减速机头部玩家；4）绿的谐波：国内谐波减速就领跑者，持续受益于国产替代；5）江苏雷利：中高端微特电机领军企业，外延并购切入高景气赛道；6）鸣志电器：混合式步进电机龙头，打造系统级运动控制解决方案供应商。 风险提示：特斯拉人形机器人延迟发布风险；销量不达预期、经济下行超预期 一、破晓时分，特斯拉人型机器人引领万亿级市场 1.1TeslaBot有望引领行业风潮，AI新纪元或将开启 特斯拉Bot原型机预计9月30日发布。马斯克在特斯拉年度的AI开放日上，首次公开展示了双足类人机器人Optimus（擎天柱）的想法，并预计会在2022年完成，第一版可在2023年投入生产，近日，其又在推特上表示预计在9月30日的特斯拉第二个人工智能日（AI Day）发布产品。根据此前公布的参数，特斯拉的Optimus擎天柱身高5英尺、体重125磅，行走速度为每小时5公里，最多可提45磅的物品，这款机器人运用了特斯拉最先进的AI技术，基于特斯拉在自动驾驶领域的技术积累进行开发，被称为是2022年最重要的产品开发项目，甚至可能比汽车业务更重要。实际上，根据艾隆·马斯克的说法，拥有智能驾驶功能的汽车正像是一种“有轮子的半智能机器人”。 图表1：Tesla Bot参数展示 特斯拉人形机器人主要配置： 身高5尺8寸（约1.73米），头部带有显示屏，用以展示信息采用Autopilot的摄像头作为视觉感知传感器，共八个摄像头采用FSDComputer作为计算核心 脖子、胳膊、手、腿、躯干累计搭载了40个机电传动器 搭载多相机神经网络、基于神经网络的规化、自动标记、算法训练等以轻量材料打造，最高时速达5英里/小时 图表2：Tesla Bot硬件配置 基于特斯拉自动驾驶技术，自研芯片和提供算力的FSD硬件是核心。根据马斯克的说法，想要解决自动驾驶问题，需要先解决真实世界的人工智能，因此从产品的角度来看，在人形机器人上，其运用了特斯拉最先进的AI技术也不足为奇。Tesla Bot基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术，并配备了算力极强的DOJO D1超级计算芯片，加上其有望配备大众所期待的FSD Chip 2.0硬件驱动，实际上，Tesla Bot的发布更多展现出特斯拉已经成为了一家由“自研芯片+自研算法”驱动的人工智能公司。 图表3：TeslaD1超级芯片参数展示 1.2人形机器人是终极目标，万亿蓝海市场驱动国内外厂商推陈出新 机器人常被各国视作衡量国家创新水平、产业能力的标志，人形机器人更被誉为机器人皇冠上的明珠。在所有机器人的研发中，人形机器人的挑战难度是业界公认最高的。人形机器人是机器人内置为形体类似人类，设计的目的是为了与人工工具和环境交互，通常，类人机器人具有躯干，头部，两条手臂和两条腿，部分类人机器人可能仅对身体的一部分建模。机器人的基础三大要素包括规划、控制和感测，对于人形机器人而言，这三种要素所对应的装置要求非常高，如对于感测（传感器）来说，人类通过耳石和半圆形的耳道保持平衡和方向，并通过本体感受（例如触摸，肌肉伸展，肢体位置）来定向，但人形机器人需使用加速度计来测量加速度，倾斜传感器测量倾斜度，放置在机器人手脚上的力传感器，用于测量与环境的接触力，位置传感器指示实际位置，触觉传感器还提供有关在机器人和其他物体之间传递的力和扭矩的信息，视觉传感器人类的眼睛最相似，大多数人形机器人将CCD相机用作视觉传感器，声音传感器则是使机器人能够听到语音和环境声音，麦克风通常用于此任务。 图表4：人形机器人传感器展示及分布 15世纪末至今，人形机器人研究从未停止。人形机器人的发展历史可以追溯到15世纪末的达·芬奇时代，那是由达·芬奇绘制的一份古老“类人机器人设计草图”——一个靠风能和水力驱动的“机器武士”，由此启发了人类对于研制“人形机器人”的幻想。直到1927年，美国西屋公司制造了世界上第一台人形机器人“Televox”，虽不能走动，但可以抬起接收器以接听电话，并根据接收到的信号通过操作开关来控制简单的过程，此外其还能回答一些问题。Televox只是一个起点，随后西屋公司在1937年又继续在此基础上制造出“摩托人Elektro”，其被认为是真正的第一个类人机器人。Elektro身高210厘米，体重超过120公斤，能够执行26种不同的日常活动，包括醒来，交谈，计数和吸烟。1961年，第一台数字化和可编程的机器人Unimate被安装在通用电机装配线上。 其成为当今仍在装配线中使用的许多工业机器人的基础。1972年早稻田大学研制出WABOT-1机器人，它是世界上第一台全尺寸人形机器人。能够用日语交流，导航房间并抓握和运输物体，后来的WABOT-2能够读取乐谱并弹奏电子键盘。我国的第一台人形机器人问世于2000年，国防科技大学成功研制了我国第一台仿人型机器人“先行者”，有一定的语言功能，可以动态步行。 图表5：世界上第一台人形机器人“Televox” 图表6：早稻田大学的WABOT机器人 图表7：国内第一台人形机器人“先行者” 波士顿动力行业领先，国内外众多公司齐头并进。2000年本田推出能够跳跃、使用楼梯的人形机器人ASIMO后，人形机器人的发展方向逐步成熟，此后2006年Aldebaran Robotics发布的Nao和2014年软银推出的Pepper在商用社交领域取得成功，包括学术研究、护理、教育、商业招待等。从技术及产品的成熟来看，波士顿动力是行业内的领导者，2005年，波士顿动力为美国军队研究设计了四足机器人BigDog，此后，其又研发出适用于物流场景的HANDLE，2018年发布机器狗SpotMini，能够进行海上油田巡逻和检测，此外其还能进行如船舶故障检查，对碳氢化合物泄漏问题的响应，在紧急情况下协助人类员工撤离，提供海上装置的远程视角等工作，2019年其展示的最新版本的人形机器人Atlas已经具备相当成熟度，能够在有限的空间内完成较为复杂的工作。国内在人形机器人的研发21世纪以来已有长足进步，如优必选、钢铁侠科技等公司均推出各自的仿人机器人产品，2021年优必选发布了中国首款可商业化的大型双足仿人型服务机器人Walker X，身高 130cm ，体重63kg，拥有41个高性能伺服驱动关节，面部160°环绕4.6K高清双柔性曲面屏，四维灯语体系，具备模块化设计，便捷可拆卸电池，应用场景包括科技展馆、影视综艺、商演活动、政企展厅等。此外，同年3月，北京钢铁侠科技中标国家机器人宇航员项目——北京控制工程研究所空间仿人智能操控系统，将双足大仿人机器人的应用场景拓展到航天领域，开创了空间机器人这一新品类，其核心产品ARTROBOT系列仿人机器人自由度达到36个，可以完成行走、舞蹈、倒水等多种任务，已经拥有了高度仿人化的特征，应用场景包括科研教学、智能服务、体育竞技、养老、救援、娱乐陪伴和航空航天等领域。 图表8：波士顿动力机器狗SpotMini 图表9：波士顿动力人形机器人Atlas 图表10：优必选（下）和北京钢铁侠科技（上）人形机器人产品展示 特斯拉Optimus价格有望步入量产级，人形机器人打开全球万亿级蓝海市场。根据马斯克在2022年4月的TED演讲中透露，Optimus单价将“不会高得恐怖，或许会比一辆车的价格更低”，与马斯克对话的主持人Chris Anderson以2.5万美金左右（约16.75万人民币）价格为例进行讨论，给出了一个可供参考的价格区间。考虑到特斯拉汽车在中国的售价最低为30万元左右，Optimus机器人的单体价格大体将位于17-30万元之间。 这一价格区间相对波士顿机器人显著更低，Optimus有望进入家务、快递、工业生产等各类消费级与商用级场景。而根据麦肯锡报告预测，到2030年全球约4亿人的岗位将被自动化机器人替代（根据国际劳工组织数据，2021年全球劳动人口总数约34.5亿人，4亿即代表着预测其中约11.6%的劳动者被机器人取代），按Optimus单体价格25万元计算，全球人形机器人市场空间可达100万亿级别。从成本端看，根据国统局数据，2021年中国平均年人均工资水平为10.68万元，按Optimus价格区间17-30万元来计算，购买单个Optimus机器人回本时间在1.6-2.8年，即2-3年内便可收回成本，且机器人无需休息，可以长时间进行高强度劳动，用机器人代替人力具备可预见的经济效应。 图表11：Optimus单体回本时间预测 图表12：人形机器人全球市场空间预测 二、核心零部件是机器人的关键，相关产业链有望持续受益 2.1机器人产业链拆解：核心零部件占整机成本70% 机器人核心零部件为伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等。机器人产业链的上游主要为零部件供应商，核心零部件为伺服系统、减速器、控制系统等；产业链的中游为机器人本体提供商与集成供应商，主要负责机器人本体的生产，并根据不同的应有场景和用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发。下游包括工业应用与服务应用，工业应用主要为汽车、电子、金属加工等产业，服务应用范围较广，主要从事维护保养、修理、运输、清洁、保安、救援、监护等工作。从目前特斯拉公布的应用范围来看，人形机器人为服务机器人的技术升级，涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多种技术融合，机械产业链方面主要涉及到机器人的核