国际--自动化设备行业深度报告：人形机器人迎产业化机遇，建议关注核心零部件环节

特斯拉拉开人形机器人产业化序幕，千亿级市场未来可期 2021年8月，特斯拉CEO马斯克于“人工智能日”首次公开展示人形机器人Tesla Bot。2022年6月，马斯克再次于推特称，将于2022年9月30日公布人形机器人原型机。考虑到特斯拉强大的产业化能力与市场影响力，我们认为其有望拉开人形机器人产业化序幕。而深层次来看，我们认为短期内实现产业化仍有许多困难需要克服，例如缺乏拥有刚需的应用场景；售价高昂，性价比较低；实际应用场景中技术仍不够完善等等。 尽管存在诸多问题，我们仍十分看好并期待特斯拉人形机器人的发布，若其能够明确市场需求，并且在成本控制和技术水平之间形成有效平衡，就有望实现商业化的落地和规模化的量产。且根据Marketsandmarkets的预测，全球人形机器人市场规模（仅考虑单机）将从2022年15亿美元提升至2027年的173亿美元(人民币兑美元6：1计算得1038亿元)，千亿市场未来可期。 产业链视角：核心零部件重要性凸显 人形机器人产业链主要包括上游核心软硬件（硬件包括伺服电机、减速器、控制器、传感器等；软件包括机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等）； 中游本体制造商和下游应用（包括迎宾接待、高校科研等）。其中核心零部件重要性十分突出，一方面高性能的零部件是实现机器人感知与运动的基础；另一方面核心零部件成本占比较高。以传统工业机器人为例，核心零部件占据了工业机器人整机70%以上的成本。 ①减速器：主要包括谐波减速器和RV减速器，目前仍主要被日本企业所垄断，近年来在绿的谐波和双环传动等国产龙头的带领下国产化率逐步提升。 考虑到人形机器人将为减速器市场需求带来较大增量，根据测算2025年全球谐波减速器市场空间有望达147.5亿元，2022-2025年CAGR=59.5%。 ②控制器：主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，近年来机器人控制器市场需求稳步增长。竞争格局方面由于机器人控制器多为本体厂商自制，竞争格局与本体类似，国外企业占据主导地位，国内外差距主要体现在软件算法，近年汇川、埃斯顿等国产机器人龙头正逐步追赶。 ③伺服系统：主要包括驱动器和伺服电机。相较于通用伺服、机器人用伺服对响应速度，负载能力，体积质量等要求更高，因此国内外差距也更大。近年来汇川、埃斯顿等国产品牌迅速发展，在中低端伺服领域已实现大规模量产，并不断投入研发向高端伺服系统迈进。 主要公司介绍： （1）绿的谐波（688017.SH）：国产谐波减速器龙头，受益于国产替代&产能扩张，业绩高速增长，2017-2021年收入和归母净利润CAGR分别为26.0%和40.5%。短期来看，根据测算全球谐波减速器市场到2025年仍存在供需缺口，产能扩张下绿的市场份额有望快速提升。此外绿的也正在拓展非机器人应用，包括机床、半导体等新领域，而正在加速推进的人形机器人产业也有望在长期为谐波减速机行业带来较大的市场增量。（2）埃斯顿（002747.SZ）：国产工业机器人领军企业，布局工业自动化全产业链，业绩持续稳定增长，2016-2021年收入和归母净利润复合增速达34.8%和12.2%。相较于传统机器人，人形机器人关节更多，运动形式更复杂，对伺服、控制器及机器视觉等诸多技术融合度要求更高，埃斯顿坐拥自主研发的伺服系统、TRIO高端控制技术和Eculid先进的机器视觉技术，三位一体下将充分受益于人形机器人发展机遇。 （3）双环传动（002472.SZ）：专注汽车齿轮箱生产，2013年布局RV减速器率先打破国外垄断自主生产。目前公司RV减速器性能达国内领先水平，未来随着产能进一步释放，国产替代加速，有望开启第二成长曲线。 投资建议：重点推荐绿的谐波、埃斯顿、汇川技术（东吴电新组覆盖）；建议关注双环传动。 风险提示：政策进展不及预期，利率超预期上行，行业竞争加剧 1.特斯拉拉开人形机器人产业化序幕，千亿级市场未来可期 1.1.特斯拉Optimus即将推出，拉开人形机器人产业化序幕 2021年8月，特斯拉CEO马斯克于“人工智能日”首次公开展示特斯拉人形机器人Tesla Bot。2022年6月，马斯克再次于推特宣称，特斯拉将于2022年9月30日公布人形机器人原型机，并将其命名为Optimus（擎天柱），预计最早将于2023年开始生产。根据公开信息，Optimus身高 1.72m ，体重57kg，可负载20kg，最快运动速度达到8km/h。 图1：特斯拉Optimus示意图 根据特斯拉CEO马斯克在“人工智能日”当天的演讲披露，硬件方面Optimus全身由40个机电执行器控制（腿部12个+手部12个+双臂12个+颈部2个+躯干2个），面部配有显示屏，双臂采用轻量材料，双手可实现人类活动水平的动作，双脚可感应反馈。软件方面Optimus结合了特斯拉的基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术，并搭载自研AI训练芯片D1，算力高达每秒9PFLOPs（9千万亿次）。考虑到特斯拉强大的产业化能力与市场影响力，我们认为特斯拉Optimus的推出有望拉开人形机器人产业化序幕。 1.2.人形机器人起源于日本，21世纪以来迅速发展 人形机器人起步于1960年代后期，以日本的研究成果最为瞩目。1973年日本早稻田大学的加藤一郎教授研发出世界上第一款人形机器人WABOT-1，但其运动能力不足，每走一步需要45秒钟。1986年日本本田开始进行人形机器人ASIMO的研究，并成功于2000年发布第一代机型。相较于WABOT-1，ASIMO能跑能走、上下阶梯，在运动能力方面取得较大突破。 进入21世纪后，人形机器人在日美多家企业的大力研发下迅速迭代，并不断取得功能突破。2003年日本丰田发布第一代仿人类机器人，即“丰田音乐伙伴机器人”，可以实现吹喇叭、拉小提琴等乐器演奏功能。2009年丰田发布第二代会跑步的人形机器人，在无障碍平面上奔跑速度可达7km/h。2011年本田推出的All-New ASIMO具备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。至此人形机器人已具备初步的行动能力，逐步向特定场景应用发展。2016年美国波士顿动力公司发布双足机器人Atlas，其特征为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。2017年本田发布第三代人形机器人T-HR3，可以模仿远程操纵者动作，并于2020年东京奥运会中用于与运动员进行远程交流。2020年美国敏捷机器人公司成功推出第一款商业化出售的双足机器人Digit，售价为25万美元，其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。2021年日本丰田推出第四代家务机器人Busboy，能够完成擦地板、拿取玻璃杯等家务活。 图2：人形机器人发展历史 国内起步较晚，但发展十分迅速。国内主要人形机器人玩家包括优必选和北京钢铁侠等。优必选以伺服舵机起家，于2012年推出第一款人形机器人Alpha1，经过迅速迭代至2017年推出稳定性较强的Walker第一代样机，2021年推出更为成熟的Walker X，为进军消费级的人形机器人领域做好充分准备。 目前来看，全球范围内较为成功的人形机器人厂商主要包括中国优必选、日本本田和丰田、美国波士顿动力和敏捷机器人，但各家产品在设计结构、价格、功能及运用场景方面均有不同，但从产业化角度来看，仅有美国敏捷机器人和优必选实现了一定程度上的产业化销售。 图3：目前主流人形机器人参数及应用场景 1.3.产业化落地条件初步具备，千亿市场未来可期 从基础功能角度来看，人形机器人已初步具备产业化条件。从通用人形机器人的L0-L5的发展阶段来看，其正处于L3向L4阶段迈进的过程。L3阶段的机器人需要具备感知能力，能利用各种传感器测量环境信息，通过预设程序，进行识别、理解，并反馈预设动作。L3级别的机器人在架构上至少需要30个以上的自由度。L4阶段的机器人能够通过预设行为和技能模板自主完成任务，不再需要人类的频繁干预。L5阶段则是理想状态的人形机器人，真正具备人类的思维和创造力。 图4：人形机器人正处于L3向L4阶段迈进的过程 而从现状来看，人形机器人距离真正产业化仍有一定距离。以日本本田ASIMO为例，尽管能跑能跳功能齐全，但2011年福岛核电站事故发生后，ASIMO由于无法为救灾做出贡献而遭到群众对其实用性的质疑，2018年本田宣布因高成本和低实用价值而放弃对ASIMO的研发。同样美国波士顿动力的Atlas机器人虽饱受外界关注，但现阶段仍未实现产业化出售。我们认为人形机器人过去无法真正产业化主要有以下几点原因： （1）缺少明确的具备刚需的应用场景：目前已实现量产的机器人都有着明确的应用场景，而且这些应用场景无论是ToB还是ToC都有大量的刚性需求，例如工业机器人在工业领域实现的搬运、焊接、点胶等工艺，扫地机器人的家用功能，电力巡检机器人在电网的应用等等。而现有的人形机器人的主要应用包括商业领域的导览接待、特殊环境下的搜救搬运等工作，尚无能够大规模应用的刚需场景。我们认为人形机器人要实现大规模产业化落地，前提是需要找准某一细分领域或者特定场景下的市场需求，同时兼具实用性和性价比。 图5：优必选人形机器人ToB端的应用场景，但缺乏刚性需求推动其规模化 （2）成本高企，产品性价比较低：人形机器人结构复杂，对智能化和感知能力的要求更高，除了控制器、伺服驱动、减速机等传统机器人必须的零部件之外，还要加入大量传感器、机器视觉以及软件层面的AI交互系统等，所以制造成本十分高昂。以美国敏捷机器人Digit为例，其对外售价为25万美元；而Tesla Bot要实现2.5万美金的预期售价，在大规模生产的基础上还需要进行多方位的技术突破以降低生产成本。 （3）实际应用场景中技术仍需完善：人形机器人在产业化落地过程中，仍有许多亟待解决的技术问题，目前尚处于功能相对简单、初步智能的形态。①人工智能仍不够智能：人工智能限制了人形机器人的发展天花板，人机交互能力还较为薄弱；②机器视觉在复杂场景下的应用：例如在早中晚光照变化较大的情况下，机器视觉定位容易失败； 或者在逼仄的白墙下，定位稳定性不好，容易导致导航中断；③缺乏更高效的零部件：例如由于人形机器人需要站立，且体重较大，运动过程中对腿部扭矩需求很大，因此对减速器的刚性、驱动器的功率密度等要求较高。 综合而言，尽管人形机器人距离真正实现产业化仍有诸多困难需要克服，我们仍十分期待特斯拉新一代Optimus人形机器人，若其能够明确市场需求，并且在成本控制和技术水平之间形成有效平衡，就有望实现商业化的落地和规模化的量产。根据全球市场研究机构Marketsandmarkets的预测，全球人形机器人市场规模（仅考虑单机）将从2022年15亿美元提升至2027年的173亿美元(按人民币兑美元6：1计算为1038亿元)，CAGR=63.5%。星星之火可以燎原，千亿蓝海市场未来可期。 2.产业链视角：核心零部件重要性凸显 人形机器人产业链主要分为上中下游三部分。具体来看，上游为核心软硬件，硬件主要包括伺服电机、减速器、控制器、传感器等；软件包括机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等；中游则是人形机器人本体制造商，国内包括优必选、北京钢铁科技、国外包括波士顿动力、美国敏捷机器人、日本丰田、本田、特斯拉等。下游目前还未有成熟的商业应用，可能的应用场景包括迎宾接待、展厅引导、高校科研等。 图6：机器人产业链情况 从技术与成本两方面看，核心零部件的重要性尤为突出。一方面，人形机器人技术的本质是3D空间中高维度的感知与运动，高性能的核心零部件是实现感知与运动的基础。另一方面，成本上核心零部件也占据重要地位。以传统工业机器人为例，核心零部件占据了工业机器人整机70%以上的成本，其中减速器占整机成本约36%，伺服占整机成本约24%，控制器占整机约12%。考虑到人形机器人自由度更高，所需零部件更多，其成本占比将会更高。 图7：人形机器人主要部件构成 机器人