行业深度报告：特斯拉机器人：AI赋能加速迭代，国产硬件降本优势明显

机械设备 2023年05月19日 投资评级：看好（维持）行业走势图 特斯拉机器人：AI赋能加速迭代，国产硬件降本优势明显 ——行业深度报告 孟鹏飞（分析师）熊亚威（分析师） 36% 24% 机械设备沪深300 mengpengfei@kysec.cn 证书编号：S0790522060001 xiongyawei@kysec.cn 证书编号：S0790522080004 12% 0% -12% -24% 2022-052022-092023-01 数据来源：聚源 相关研究报告 《出口新高、复苏在即，通用激光行业将迎新一轮成长—行业周报》-2023.5.14 《开源证券_行业投资策略_机械行业2023年度中期投资策略：自主可控、AI赋能、一带一路_机械团队 _20230507》-2023.5.11 《Q1核电火电景气上行，激光设备合同负债增幅较大—行业周报》-2023.5.7 特斯拉强势入局人形机器人：广阔蓝海，抢占先机 人形机器人具备通用性，理论上几乎能完成所有人类进行的任务，未来将拥有比汽车更大的市场空间。马斯克曾称特斯拉汽车是放在轮子上的机器人，特斯拉必然利用这个天然优势抢占人形机器人广阔市场的先机。人形机器人与智能汽车协同，也将助力特斯拉以更低的成本实现完全自动驾驶的电车。 AI是特斯拉投入人形机器人的最强竞争力，数据、大模型赋能加速迭代落地 Optimus问世前，人形机器人存在成本高、不智能、控制水平差的缺陷，无法实现量产。而Optimus突破了不智能、难控制的缺陷，采用类似汽车域控制器的控制方式并复用FSD系统，通过闭环数据引擎，不断升级的感知、规划控制算法以及高算力、模型训练效率达8分钟/个的超算系统共同打通“感知-认知-决策”链路，拥有了智能属性。2023年，以GPT-4为代表的AI大模型迎来突破性进展，将进一步提升特斯拉机器人交互、决策、感知能力，加速迭代落地。OpenAI领投人形机器人公司1X证明了AI在人形机器人领域大有可为。 特斯拉机器人降本潜力大，国产硬件供应商迎来重要机遇 特斯拉机器人在设计上也选择了硬成本最低、软成本最大的方式后发制人，类似在自动驾驶感知领域以纯视觉方案代替激光雷达。特斯拉机器人硬件成本包括40个关节执行器以及其他结构件。根据我们测算，目前硬件成本占BOM表比例超过50%，要达到2万美金售价还有84%的降价空间。特斯拉机器人关节执行器采用的零部件种类和现有的工业机器人基本一致，由于没有像工业机器人一样对实现高速运动的要求，一定程度上降低了生产难度，因此只需根据人形机器人的特点对零部件进行调整修改就可以进行标准化的大批量生产，而且轴承、齿轮箱、滚珠丝杠、电机等部件可复用特斯拉汽车的供应链。国产硬件供应商具备很强的低成本大规模量产能力，迎来了导入特斯拉机器人硬件供应链的重要机遇。 站在特斯拉机器人产业化落地起点，国产厂商增长动能充沛 2023年的投资者日上可以看到Optimus已经由需要被人推着行走升级为可以独立行走，证明了特斯拉机器人优秀的软硬件设计可以实现快速迭代。2023年特斯拉将在墨西哥超级工厂生产新车型，Optimus有望在汽车总装产线首次投入使用，开启产业化落地的进程，在TOB端迭代升级后渗透到广阔的社会服务、家庭服务市场。国产零部件厂商迎接增长浪潮，按照技术壁垒由高到低对 受益标的分类：滚柱丝杠：秦川机床、恒立液压、新剑传动；编码器和传感 器：奥普光电、汇川技术、埃斯顿、昊志机电；空心杯电机：鸣志电器、江苏雷利；无框电机：步科股份；谐波减速器：汉宇集团、绿的谐波、中大力德、双环传动、丰立智能；轴承：力星股份。 风险提示：Optimus迭代不及预期、中国企业进入特斯拉供应链不及预期。 行业研究 行业深度报告 开源证券 证券研究报 告 内容目录 1、人形机器人远期空间大于汽车，特斯拉强势入局抢占先机4 2、手握FSD系统，AI是Tesla投入人形机器人的最强竞争力5 2.1、Optimus问世前：成本高、不智能是人形机器人无法量产的原因5 2.2、最强大脑：Optimus复用完全自动驾驶解决方案FSD5 2.2.1、海量数据储备节省开发人形机器人的前期费用6 2.2.2、不断升级的感知、规控算法7 2.2.3、模型训练的最强算力基础设施：DOJO超级计算机9 2.3、大模型发展超预期，加速提升人形机器人交互、决策、感知能力10 3、特斯拉机器人降本核心途径：中国企业供应关节模组13 3.1、旋转关节13 3.1.1、传感器与编码器：全球百亿市场，海外厂商垄断高精度领域14 3.1.2、谐波减速器：特斯拉机器人带来翻倍空间，70亿供给缺口待国产厂商填补16 3.1.3、关节轴承：用量超预期，可复用汽车供应链加速降本18 3.2、线性关节19 3.2.1、滚柱丝杠：传动新星撬动千亿市场，国内厂商将从0→1打破海外垄断19 3.2.2、机器人关节高功率密度的选择：无框电机21 3.3、灵巧手：关注率先实现微型线性执行器量产的企业21 3.4、国产加工设备取得长足进展，为零部件厂加速扩产保驾护航22 3.5、其他零部件：电池、视觉传感性能优异23 4、落地场景:先在汽车总装厂落地，后渗透至广阔TOC市场23 4.1.1、关键时点：新车型将在墨西哥工厂生产，Optimus或将首次批量应用23 4.1.2、按量产规模不同，降本节奏分为3阶段24 5、受益标的24 5.1、奥普光电：国内光栅编码器领军者25 5.2、汇川技术：工控行业龙头，打通工业机器人上游核心部件及中游本体链条25 5.3、埃斯顿：掌握运动控制核心技术的国产机器人本体龙头26 5.4、秦川机床：磨齿机、磨床核心标的，子公司布局滚珠丝杠27 5.5、恒立液压：国内液压件龙头，定增项目加码线性驱动器产能29 5.6、鸣志电器：海外布局最充分的国产空心杯电机供应商29 5.7、步科股份：伺服电机实力逐步展现30 5.8、江苏雷利：不断向高附加值领域拓展的微特电机龙头31 5.9、汉宇集团：谐波减速器后起之秀，生产效率、机电一体化实力国内领先31 5.10、绿的谐波：国内谐波减速器龙头32 5.11、中大力德：机器人运动执行部件制造的多面选手32 5.12、昊志机电：高度稀缺的机床高端主轴、机器人关节模组供应商33 5.13、双环传动：国内精密齿轮加工领导者，布局机器人用减速器、优势复制34 5.14、丰立智能：国内高端电动工具用齿轮龙头，谐波减速器带来新增长34 5.15、力星股份：国内精密轴承钢球龙头34 6、风险提示35 图表目录 图1：2022年特斯拉AIDAY展出的Optimus全架构4 图2：特斯拉最新FSD系统总览图6 图3：TeslaFSD装机量保持稳定6 图4：数据引擎自成闭环，驱动迭代开发7 图5：FSD视觉感知神经网络架构8 图6：利用Transformer神经网络训练，实现从2维图像空间到三维向量空间变换8 图7：Optimus通过人类示教可以学会一类通用工作的执行方法9 图8：Optimus复用OccupancyNetwork感知网络9 图9：相比英伟达A100，Dojo运行神经网络模型的效率倍增10 图10：使用Dojo降低GPU集群服务成本10 图11：不断迭代的自言语言大模型10 图12：通过chatgpt，实现机器人与人类的自然语言交互11 图13：ChatGPT控制机械臂拼出一个微软的Logo12 图14：SAM能很好得对图像中的所有内容进行自动分割12 图15：对比当前时点和终局状态下BOM表拆解，线性关节和灵巧手的降本空间最大13 图16：旋转关节成本拆分，早期阶段14 图17：旋转关节BOM拆分，终局状态14 图18：旋转关节拆解14 图19：特斯拉旋转关节采用双编码器+力矩传感器15 图20：协作机器人关节模组中采用双编码器15 图21：光编码器精度高于磁编码器15 图22：六维力传感器应用于中国空间站机械臂16 图23：节卡机器人发动机装配中使用六维力传感器16 图24：电机+谐波减速器构成了特斯拉机器人三种不同力矩的旋转执行器16 图25：谐波减速器厂商技术路径对比17 图26：特斯拉机器人根据不同位置的受力特点选用不同轴承18 图27：特斯拉线性关节使用行星滚柱丝杠19 图28：线性关节成本拆分，早期阶段19 图29：线性关节BOM拆分，终局状态19 图30：行星滚柱丝杠电动缸优势明显20 图31：滚柱丝杠滚动体直径和接触点的数量大大高于滚珠丝杠20 图32：行星滚柱丝杠将替代滚珠丝杠和液压驱动，成为未来最主流的精密传动部件20 图33：Maxon无框电机应用于协作机器人关节21 图34：无框电机只包含定子和转子，可输出大力矩21 图35：灵巧手内的执行器是一个微型伺服电缸22 图36：特斯拉机器人电池、主板、风扇集成于胸腔中23 图37：2023年投资者日展示，特斯拉机器人已经可以独立行走24 图38：特斯拉机器人进行拼装24 图39：预计2030年人形机器人成本将下降至2-3万美元24 图40：受益标的总览25 图41：汇川技术运控类产品毛利率领先行业26 图42：汇川技术布局除减速器外的工业机器人核心部件以及工业机器人本体26 图43：埃斯顿是国产工业机器人龙头（销量，2022年）27 图44：埃斯顿工业机器人销量、毛利率双升27 图45：鸣志电器境内外市场齐头发展30 图46：公司高度重视研发30 图47：被收购公司在机器人、半导体、航空航天等领域有技术积累和成熟解决方案30 图48：步科股份146W无框电机的额定转矩可达到1350mNm31 图49：2020-2022年，常州精纳净利润同比增速提升31 图50：中大力德持续投入固定资产，大量购置的设备已经摊销完毕33 图51：昊志机电形成了完善的协作机器人产品链条33 图52：公司成功自主研发六维力矩传感器，实力彰显33 表1：波士顿动力人形机器人VS本田ASIMO人形机器人5 表2：Optimus根据关节活动需求分别安装线性执行器和旋转执行器（单位：个）13 表3：全球谐波减速器供需格局17 表4：主要谐波减速器厂机电一体化实力对比17 表5：磨床、齿轮加工机床是生产机器人关节零部件的核心设备22 表6：公司在机床主机以及核心部件滚珠丝杠、刀具、数控系统领域的产品布局27 表7：定增项目即将落地，公司机床及核新部件产能加码助推新增长28 表8：站在特斯拉机器人产业化落地起点，国产厂商增长动能充沛35 1、人形机器人远期空间大于汽车，特斯拉强势入局抢占先机 特斯拉于北美时间2022年9月30日推出Optimus（擎天柱）原型机，目标价低于2万美元。大脑使用全球最强大的超算集群Dojo和特斯拉汽车同款的FSD （完全自主驾驶能力）芯片和算法网络。眼睛基于特斯拉FSD的计算机模组和方案，配备8个汽车同款Autopilot摄像头，最远监测距离可达250米。身体+灵巧手共40个自由度，2大类6种类型的执行器，负载设计更灵活；脚掌可以上下翻和调整掌面。动力系统中2.3kWh、52V电池包，充电管理、传感器和冷却系统都借鉴于特 斯拉汽车。 图1：2022年特斯拉AIDAY展出的Optimus全架构 资料来源：2022年TeslaAIDay 特斯拉进军人形机器人原因之一是实现人车协同，以更低的生产成本制造出几乎完全实现自动驾驶的电车。第一，Optimus人形机器人量产后将发挥使用场景和视野高度等优势，为特斯拉神经网络算法提供海量长尾场景数据支持，帮助特斯拉实现L5级别的FSD算法迭代。第二，由于Optimus的部分传动部件以及电池热管理系统等复用特斯拉汽车，人形机器人量产后将进一步扩大硬件需求规模，从而进一步降低生产成本。 进军人形机器人更重要的原因是在广阔蓝海市场抢占先机。相比工业机器人，人形机器人有以下四点优势：（1）仿生步态下运动能力较传统履带/四轮/双轮机器人大幅提升；（2）灵巧手可实现双手配合和工具替换，较工业机器人技能更广；（3）依靠算法能力实现复杂环境识别