人形机器人行业事件点评：特斯拉更新Optimus进展，AI赋能人形机器人开启万亿赛道

事项： 5月16日，特斯拉2023年年度股东大会上发布了Optimus人形机器人最新演示视频，马斯克表示，特斯拉的长期价值可能来自于Optimus人形机器人，如果人形机器人和人的比例是2:1左右，那么人们对机器人的需求量可能是100亿乃至200亿个，远超电动车的数量；同日，英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在ITFWorld2023半导体大会上表示，AI下一个浪潮将是“具身智能”，即能理解、推理、并与物理世界互动的智能系统。 国信机械观点：以ChatPGT为代表的大模型正在引领新一轮人工智能浪潮，这轮AI浪潮将极大地提高全人类的生产力水平，为产业自身发展及全社会应用场景的拓展都带来了极为广阔的成长空间，而AI和人形机器人结合形成的具身智能有望成为最爆款的产品，当前已具备实现“类人功能”的基础技术要素，软件方面AI大模型提供“大脑”能力，控制算法加速迭代提升“小脑”能力，硬件方面国内外多家企业已推出可实现基础动作和交互的人形机器人，往后看未来发展路径清晰，更聪明、更效率、更灵活可贴切满足人类需求的人形机器人指日可待。特斯拉的Optimus人形机器人显示了其相关技术正在快速发展，有望推动行业技术进步、产业降本，加速人形机器人商用化场景落地。在人形机器人商业化趋势下，具备高性价比优势的国产零部件供应商有望受益。 投资建议：特斯拉人形机器人进展迅速，AI赋能推动解决痛点问题，人形机器人商业化进程有望加速，首次覆盖给予人形机器人行业“超配”评级，当前人形机器人处于从0到1的阶段，建议重点关注确定及潜在可能的产业链相关标的：1）减速器环节：重点推荐绿的谐波，关注双环传动（汽车组联合覆盖）、中大力德；2）微电机环节：重点推荐鸣志电器（电新组联合覆盖），关注江苏雷利（电新组联合覆盖，鼎智科技母公司）、步科股份；3）伺服环节：重点推荐汇川技术，关注雷赛智能、禾川科技；4）旋转/线性关节环节：重点推荐三花智控（汽车组联合覆盖）、拓普集团（汽车组联合覆盖）等。 评论： 特斯拉Optimus人形机器人迭代加速，AI下一个浪潮将是“具身智能” 特斯拉展示Optimus最新视频，人形机器人需求量或达200亿台。2023年5月16日，特斯拉在2023股东大会上发布了Optimus人形机器人最新演示视频，展示了其在自然行走、电机扭矩控制、力度控制、环境识别及记忆等方面的进步。马斯克强调，现在是推进研发人形机器人的绝佳机会，因为可以共享大量自动驾驶领域的软硬件技术成果，Optimus将使用与该公司电动汽车相同的全自动驾驶系统（FSD）。同时，马斯克将人形机器人视作特斯拉长期价值的重要来源，他预计未来人形机器人总需求量将达到100亿台，甚至远超汽车。如果机器人与人的比例为2:1，需求量或将达到200亿台。人形机器人产业链价值的潜在市场空间巨大。 图1：特斯拉人形机器人Optimus结构 图2：特斯拉人形机器人Optimus环境识别能力展示 特斯拉2021年8月首次提出人形机器人计划，技术迅速迭代、重要性不断提升。2021年8月20日，马斯克在首届特斯拉人工智能日(AIDAY)上首次发布特斯拉人形机器人(TeslaBot)计划，代号“擎天柱”(Optimus)。2022年4月，马斯克在财报会议上指出，Optimus的重要性将在未来几年逐渐显现，最终将比汽车业务更具价值。2022年9月，路透社发表报道称马斯克在某次TED演讲中表示，机器人可以用于家庭，做饭、修剪草坪和照顾老人，甚至成为“朋友”（buddy）。2022年10月，特斯拉第二届人工智能日(AI DAY)，擎天柱首次在没有任何支撑的情况下亮相，马斯克表示特斯拉将致力于大规模量产并降低成本，预计最终价格不到2万美元；2023年5月16日，马斯克在2023股东大会上展示了Optimus人形机器人最新演示视频，展示其最新产品进步。 图3：特斯拉人形机器人Optimus发展历程 AI下一个浪潮将是“具身智能”，潜在万亿赛道前景广阔。5月16日，NVIDIA（英伟达）创始人黄仁勋在比利时举行的ITF2023年半导体大会上表示，下一波人工智能浪潮是“具身人工智能（embodiedAI）”。 具身人工智能指有身体并支持物理交互的智能体，需要像人一样能与环境交互感知，自主规划、决策、行动。此前人类依赖手写代码来控制机器人，而进入AIGC时代，GPT等AI大模型有望有效解决这一痛点。 已有不少研究者尝试将多模态的大语言模型作为人类与机器人沟通的桥梁，如2023年3月谷歌和柏林工业大学推出的史上最大的视觉-语言模型：PaLM-E，既可理解图像，也能理解并生成语言、执行各种复杂的机器人指令而无需重新训练；2023年4月，微软研究团队展示了多个ChatGPT解决机器人难题的示例。 作为“具身人工智能”的理想载体，如特斯拉的Optimus、波士顿动力的Atlas和Spot、优必选的Walker X等已有人形机器人，有望充分受益“机器人+AI”趋势带来的发展机遇。 人形机器人复盘：持续发展近百年，AI赋能有望带来历史性跨越发展 人形机器人发展历史超百年，中日美英等国推出人形机器人产品。复盘人型机器人发展历史，行业发展已近百年。1920年代后期，美国通用电器制造商西屋电气公司发明的“Televox”、英国W.H.理查兹和飞机工程师艾伦·雷菲尔发明的“埃里克”以及日本生物学家西村诚发明的“学习天生”成为世界上首批人形机器人。1960年，MiomirVukobratović提出了零矩点（ZMP）稳定性理论，为人形机器人发展奠定了重要基础，日本早稻田大学的加藤一郎（Ichiro Kato）大约在同一时间开发了第一个人形静态机器人和后来的动态平衡机器人WABOT。2000年，中国国防科技大学发布国内人形机器人“先行者”。2008年，用于认知科学研究的iclub机器人首次发布，2016年，Neurorobotics Robot Designer平台建立，旨在创建有大脑的机器人。2021年以来，特斯拉、小米、优必选、Sanctuary AI等企业均推出了自己的人形机器人产品。其中，优必选为我国人形机器人行业龙头，深耕人形机器人行业超11年，具备人形机器人全栈式技术能力，已突破机器人运动规划和控制、伺服驱动器、计算器视觉、语音交互、SLAM导航、视觉伺服操作、人机交互、机器人操作系统应用框架ROSA等核心技术。 图4：人形机器人发展历经百年，中日美英当前均有布局 表1：目前已推出主要人形机器人参数对比 AI助力人形机器人解决痛点问题，商业化有望加速 人形机器人核心技术分别为运动控制、人机交互、环境感知三类。1）运动控制：运动控制系统主要负责运动规划及高性能伺服驱动器控制，相当于人的躯干及四肢。运动控制系统首先进行具体运动任务规划，提供精确及可重複的驱动机制，并控制机器人实现广泛的灵活运动并实现操作、移动及运动等功能。涉及硬件主要包括电机、减速器、控制器、电池等；2）人机交互：人机交互系统主要负责机器人与人之间可以通过语音、表情等方式进行交流，相当于人的大脑，系统包括负责数据整理和算力处理的存储器和智能芯片；3）环境感知：环境感知系统主要负责数据的前端采集，相当于人的眼、耳、鼻、皮肤等。其中，计算机视觉能够使机器人识别各类事物，帮助其判断下一次行动、动作或人机互动决策的物体细节。涉及硬件主要包括传感器、摄像头、雷达等。 AI赋能加速人形机器人技术升级，“大脑+小脑”同步发展。GPT大模型技术在人形机器人上的应用有助于其商业化进程推进。一方面，大模型可解决“大脑”自主思考问题，使其具备理解与推理能力。边缘端布局的面向机器人作业的中模型可快速处理传感信息，结合运动规划与控制小模型，从而构建出一体化智能机器人系统，完成人形机器人的智能闭环。另一方面，更强算力可提升机器人“小脑”运动控制能力，此前人类依赖手写代码来控制机器人，进入AIGC时代，GPT等AI大模型有望有效解决这一痛点，已有不少研究者尝试将多模态的大语言模型作为人类与机器人沟通的桥梁。作为“具身人工智能”的理想载体，如特斯拉的Optimus、波士顿动力的Atlas和Spot、优必选的Walker X等已有人形机器人，有望充分受益“机器人+AI”趋势带来的发展机遇。 人形机器人产业链的上游为基础原材料以及零部件，中游为机器人本体和系统集成，下游为不同应用场景。 原材料主要有非金属碳纤维和金属材料铝镁合金等，三大核心零部件分别为伺服系统、控制器、减速器，是直接决定机器人的性能、可靠性和运动能力，对机器人整机起着至关重要的作用；其他零部件包括编码器、传感器、AI智能设备、系统软件等。中游机器人本体是对机器人进行结构设计，利用上游零部件完成加工组装；系统集成是负责机器人软件系统开发和集成，根据终端客户个性化需求为不同客户提供应用解决方案。下游包括个人、家庭应用、商业服务应用以及工业生产制造应用等不同应用场景。 图5：人形机器人产业链梳理 伺服器、减速机、控制器是人形机器人三大核心零部件，成本占比超70%。参考工业机器人，根据华经产业研究院数据，核心零部件占工业机器人成本约70％，其中减速器、伺服系统、控制器分别占比约35％、25％、10％。考虑到人形机器人相较于传统工业机器人自由度大幅提升，预计减速器、电机成本占比将会更高。1）伺服系统：伺服系统是能精确控制执行机构的自动控制系统，主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成。伺服系统是工业自动化的关键零部件，能够控制物体的位置、方位、状态等输出量随着输入量的变化而变化，是实现精准定位、精准运动的必要途径。2）减速机：精密减速器是连接伺服电机和执行机构的中间装置，通过齿轮啮合将伺服电机的动力传递到执行机构上，起到匹配转速和传递转矩的作用。 目前应用于机器人领域的减速器主要有RV减速器和谐波减速器。3）控制系统：控制系统相当于机器人的大脑，负责向机器发布和传递指令动作，控制机器人在工作中的运动位置、姿态和轨迹。 图6：工业机器人成本结构 图7：特斯拉人形机器人optimus构造细节 Optimus全身共有40个驱动器，零部件类型多用量大。马斯克于特斯拉第二届人工智能大会上公布了人形机器人Optimus的细节。Optimus身高 173cm ，重量73kg，设计行走时速为8km/h，可搬运约20磅（10kg）重的中小型货物。核心部件方面，Optimus全身共有40个驱动器，其中躯干有28个、手部12个。躯干部分分别为14个旋转关节执行器和14个线性关节执行器，双手共12个驱动器。可能涉及的核心零部件包括谐波减速器、电机、滚珠丝杠、传感器等。 产品性价比优势显著，国产零部件厂商大有可为 降本为人形机器人商业化的关键之一，我国零部件厂商性价比优势显著。现阶段人形机器人的成本较高，主要是由于机械结构复杂、控制系统和传感器等部件的成本较高，导致整机成本居高不下，国产机器人零部件企业有望基于产品性价比优势获得更多参与机会。减速器方面，绿的谐波是国内首家谐波减速器企业，国内谐波减速器龙头；双环传动和中大力德为我国RV减速器领先企业。伺服系统方面，汇川技术是国内工控领域龙头；禾川科技和雷赛智能是智能装备运动控制领域行业的领先企业。电机方面，鸣志电器全球领先的电机及驱动系统制造商，深入布局步进电机、无刷电机、伺服电机、空心杯电机等产品。关节方面，三花智控为全球领先的生产和研发制冷空调控件元件和零部件的厂商，持续加强机器人机电执行器业务投入；拓普集团积极布局机器人产业，样品已获得客户认可。人形机器人本体方面，优必选是国内顶尖的人工智能和人形机器人研发企业，已向港交所递交招股书。小米于2022年8月发布全尺寸人形仿生机器人CyberOne，由小米机器人实验室全栈自研完成，除实现双足运动姿态平衡外，还可感知45种人类语义、对真实世界三维虚拟重建等。 表2：国内人形机器人产业链机械行业重点企业 投资建议：首次覆盖给予“超配”评级 特斯拉人形机器人进展迅速，AI赋能推动解决痛点问题，人形机器人商业化进程有望加速