行业点评：Optimus正式发布，人形机器人开启新时代

事件介绍 北京时间2022年10月1日，特斯拉2022 AI Day上正式发布人形机器人“擎天柱”（Optimus）原型机。本次发布会现场，特斯拉机器人展示了行走、挥手、摇摆等动作，同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移动金属零件的视频。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化，可以替代体年后实现量产，量产后将达到数百万台，其价格可能低3-5 于力劳动，有望在2万美元。 核心观点 本次原型机数据披露更为详实，人形机器人发展确定性强。从本次公布数据来看，原型机的身高约 173cm ，体重73kg，较原官方数据增加17公斤。 Optimus拥有合计50个自由度（身体28个，单手11个）。执行系统方面，原型机全身共有28个执行器，共采用6种不同结构单元设计，应对不同载荷需求。同时机器人关节设计加入仿生学理论，如膝盖关节分为4个子电机，和人类膝盖关节/韧带构成类似。Optimus手部单机数6个，可提起20磅物品。动力系统方面，该产品搭载Tesla自研电池技术，其配备一个带有集成电子设备的2.3kWh电池组，可支持一整天耗电。感知和计算部分，原型机基本采用特斯拉电动车相同设备，包括其自主研发的芯片集成系统作为“大脑”，以及三颗Autopilot级别摄像头。 机器人作为下一代智能终端前景广阔，未来10年全球市场空间约14万亿元。根据IFR和中国电子学会的数据，按23-30年CAGR 30%测算到2030年，我国人形机器人市场规模约8700亿元。当前机器人BOM成本60%-70%集中在关节、驱动、控制等机身硬件。基础结构件方面，从机器人关节驱动单元和关节设计角度出发，行星减速器、谐波减速器和RV减速器均存在应用场景。未来随着机器人智能化程度提升，同样有望增加对芯片、通信模组、云计算资源等需求。我们认为未来人形机器人产业链有望复刻当下智能汽车发展路径。对标智能汽车，人形机器人将增加传感器、芯片、智能网联、导航需求，软件占比从当前10%的成本提升至2035年30%以上。 Optimus发布有望加速机器人技术迭代升级，推动相关产业链发展。此次Tesla AI Day上展示的原型机作为仅开发6-8个月的工程样机，基本符合预期，考虑到其产品迭代开发速度快，对电驱型全尺寸人形机器人的发展有望持续推动。根据马斯克介绍，特斯拉将继续组装更多机器人投入真实工业场景（如特斯拉的加州Fremont工厂）进行测试，从而进一步优化设计。我们认为，原型机的成功推出将为人形机器人领域注入强心剂，原有自动驾驶优势和工业机器人供应链厂商资源有望充分受益。 投资建议 建议关注机器人相关核心零部件供应链厂商的供货和技术进展情况，关注国内厂商在AI模型、算力基础设施领域的布局进展。建议关注：绿的谐波、双环传动、三花智控、拓普集团、海康威视、地平线、英伟达、汇川技术、鸣志电器等。 风险提示 人形机器人技术迭代不及预期风险；产品销量不及预期风险；宏观经济下行风险。 1、特斯拉机器人正式发布，产品性能符合预期 北京时间2022年10月1日，特斯拉2022 AI Day上正式亮相人形机器人“擎天柱”（Optimus）原型机。本次发布会现场，特斯拉机器人展示了行走、挥手、摇摆等动作，同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移动金属零件的视频。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化，可以替代体力劳动，有望在3-5年后实现量产，量产后将达到数百万台，其价格可能低于2万美元。 图表1：Optimus原型机在搬运货物 图表2：Optimus原型机在汽车工厂移动零件 本次发布原型机情况基本符合预期，数据披露更为详细，人形机器人发展确定性强。从本次公布数据来看，原型机的身高约 173cm ，体重73kg，较原官方数据增加17公斤。 图表3：Optimus原型机外形有所变化 图表4：Optimus基本参数情况 执行系统：原型机全身全身具有40个执行器，其中身体共有28个自由度，分别为肩部6个、肘部2个、腕部6个、腰部2个、髋部6个、膝部2个、踝部4个，对应28个关节执行器，考虑到成本以及节能等问题，共采用6种结构设计（3种旋转、3种线性），应对不同载荷需求，同时关节结构加入仿生学设计，如膝盖关节分为4个子电机，和人类膝盖关节/韧带构成类似。除身体28个自由度外，Optimus手部设计亮点更为突出，其自由度11，单手6个执行器，可提起20磅左右物品。 动力系统：高度集成，搭载特斯拉自研电池技术，其配备一个带有集成电子设备的2.3kWh电池组，理论电压为52V。冷却系统特斯拉采用高度集成充电管理，复用汽车电池的能量管理系统。 感知系统：原型机基本采用Tesla电动车相同设备，包括其自主研发的芯片集成系统作为“大脑”，以及三颗Autopilot级别摄像头。同时，原型机在手指搭载了具备感知功能的传感器，可以自适应进行抓取。 计算系统：主控芯片采用特斯拉自研SOC芯片，支持Wifi、LTE以及音频功能，具备硬件级别安全功能。AI训练芯片将采用DOJO进行训练。 图表5：Optimus身体具有28个自由度 图表6：Optimus采用6类执行器 图表7：Optimus手部拥有11个自由度 图表8：Optimus膝关节机械结构加入仿生学设计 图表9：Optimus执行器具体结构 图表10：Optimus视觉导航技术 2、点评观点：六大视角看人形机器人相关产业链投资机会 特斯拉人形机器人正式推出将加快机器人技术渗透，赛道有望保持高景气。 此次Tesla AI Day上展示的原型机在运动表现上相较于Boston Dynamics的Atlas仍有差距，但作为仅开发6-8个月的工程样机，其迭代开发速度明显更快，有望进一步催化电驱型全尺寸人形机器人的发展。根据马斯克介绍，特斯拉将继续组装更多机器人投入真实工业场景（如特斯拉的加州Fremont工厂）进行测试，从而进一步优化设计。我们认为，原型机的成功推出将为人形机器人领域注入强心剂，有望加快智能机器人发展速度，促使相关产业升级。 2.1机械：从特斯拉机器人看减速器投资机会 人形机器人运动设计难度高，本次原型机亮点在于结构驱动。基础结构设计方面，特斯拉机器人可以量化人体运动轨迹、力度，使得机器人行动更灵敏。研究人员采用与汽车相同的底层技术，让机器人在所有组件中产生压力，使得其行走时控制变得更加容易；机械驱动系统方面，针对不同载荷和运动精细程度的要求，特斯拉采用了不同内部结构和轴承装备方案。 本次原型机采用了高减速比的谐波减速器，虽未公布具体参数，但结合其定制开发的永磁电机，其公开了电驱动执行器参数可达 2.26kg/180Nm 。 对比工业机器人用减速器，我们认为人形机器人用减速器存在显著区别。 人形机器人用减速器成本要求和质量要求较高。对大规模量产的人形机器人来说，成本控制很关键，而人形机器人的关节数量较多，所以对成本更为敏感。此外，人形机器人减速器对其精度的要求可能和工业机器人有所差异。工业机器人依赖超高的定位精度，而人形机器人因为有更加智能化的控制算法，未必通过追求超高精度来实现对机器人的控制，可能更多依赖力反馈。人形机器人减速器对效率要求也会更高。工业机器人可以带电线工作，一台机器人的能耗在工厂里占比极低；但人形机器人需带电池工作，关节效率会直接显著影响人形机器需要的带电量，进而提高机器人的成本、重量等问题，所以高效率、节能的机器人关节至关重要。 从机器人关节驱动单元和关节设计角度出发，行星减速器、谐波减速器和RV减速器有望先行。在人形机器人应用场景中，单靠电机的扭矩直驱很难实现相应功能，在现有人形机器人方案中，目前特斯拉机器人采用的是高减速比的谐波减速器，Honda Asimo采用的也是类似的设计；美国OSU（俄勒冈州立大学）的Cassie双足机器人采用的是1级或2级行星减速器。 小减速比力矩透明性更高，具有反向可驱动性好，效率高，力矩的线性度好，惯量小，重量低。而大减速比的优点在于扭矩大，刚度高，扭矩重量比大。不同机器人的设计侧重不同，因此采用大减速比还是小减速比减速器主要取决于机器人的功能、空间布局和设计等全局因素。总体来看，我们认为在保证小尺寸、质量轻的同时能够额定输出较高扭矩的情况下，行星减速器、谐波减速器以及RV减速器均存在应用可能。 当下减速器市场内资减速器品牌国产替代正在进行。精密减速器作为技术密集型行业，材料、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。当下精密减速器市场仍由德日品牌主导，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。但近年来，国内减速器市场国产替代趋势明显，内资品牌不断实现技术突破，同时配合下游需求持续扩充产能，逐渐开始切入下游客户，内资份额开始明显提升。我们通过分析哈默纳科与纳博特斯克的发展历程和竞争优势，判断未来谐波减速器、RV减速器等产品具备向多元化、轻量化、机电一体化等趋势发展，因此国内紧随该技术趋势的厂商有望受益。 2.2电车：Optimus和特斯拉汽车供应链和技术差异性的跟踪与分析 供应链方面，电动汽车与机器人供应链存在差异，目前机器人供应链主要集中在海外，国内公司需要进行海外布局，如拓普集团和三花智控等供应商均已经在北美等地建厂。 成本结构方面，人形机器人与特斯拉电动汽车成本结构有所差异，其中电池成本占比较低，2.3kwh电池预计成本为2000-3000元左右。从目前人形机器人公布的运动功耗500w来看，未来机器人的电池路线与电动汽车会有所不同，考虑到机器人的总重量受限，我们认为人形机器人对电池体积能量密度要求比车载电池更高。 技术体系方面，特斯拉机器人未来行业主要看点在供应链配套和技术方向。 由于机器人对轻量化和输出密度方向的要求高于汽车，因此新材料和新技术有望受益。同时人形机器人对电机和减速器功率密度和输出扭矩等要求，低速高扭电机也有利于降低减速器成本。安全技术方面，如何防碰撞，被动安全或有应用空间，特斯拉机器人目前仍然有安全绳保护，我们认为未来汽车防碰撞技术如缓冲材料和气囊等有望应用在人形机器人上。 2.3计算机：从特斯拉机器人看AI视觉投资机会 特斯拉机器人采用与特斯拉汽车相同的FSD计算平台，所有动作都是通过AI模型学习得来，面部配置8个autopilot摄像头。最远监测距离250米； 通过视觉系统和算法，能够准确识别手与物体的位置，完成视频中显示的取放物体、浇花、工厂劳动； 目前FSD beta用户超过16w人，同比去年2000用户有显著增长，拥有超过14.4亿帧视频数据；同时摈弃近千人的标注团队，对数据标准流程进行了全面优化，训练速度提高30%。 眼见为实，人类从外部世界获取的信息有75-80%来自视觉，而机器人是替代人去完成各项从基础/逐步复杂的工作，所以人形机器人的感知系统，势必会更多映射人与世界交互的特点，即以视觉为核心感知手段。而除了可见光视角下的感知，还存在其他光谱波长下的客观世界，因此，为了更好的应对复杂的场景变化，我们预计人形机器人未来可能需要在可见光感知的基础上，拓展其他关谱波长（比如红外、毫米波、微博、X光等）的感知能力，带来相应的市场机遇。 感知过后是认知，即类似人从五官到大脑的处理过程，基于不断完善优化的算法模型与足够的算力，通过海量视觉信息，来训练模型，不断提升识别的准确率。对于人形机器人而言，AI视觉是对视觉传感器所采集信息的分析环节，在机器认知系统中起着重要作用。在具体的商业实践当中，算力的突破往往存在物理极限，算法与数据被认为是现阶段相对稀缺的AI要素资源，前者往往来自于顶尖的模型贡献，后者一般需要长期与行业客户保持密切合作积累海量用户数据，以获得不同场景下的客观差异，匹配不同的策略。中国市场具备丰富的落地应用机遇。 此外，在交互、信息安全环节，也都存在计算机公司的相应支持和商业化落地变现空间。 2.4电子：从特斯拉机器人看半导体芯片投资机会