机器人系列报告（一）：AI赋能人形机器人，开启蓝海新赛道

机器人系列报告（一）：AI赋能人形机器 人，开启蓝海新赛道 2023年6月21日 信达证券股份有限公司 CINDASECURITIESCO.,LTD 北京市西城区闹市口大街9号院1号楼邮编：100031 孙然电力设备与新能源行业研究助理 联系电话：18721956681 邮箱：sunran@cindasc.com 武浩电力设备与新能源行业首席分析 师 执业编号：S1500520090001联系电话：010-83326711 邮箱：wuhao@cindasc.com 看好 上次评级 看好 投资评级 电力设备与新能源 证券研究报告 行业深度研究 AI赋能人形机器人，开启蓝海新赛道 2023年6月21日 本期核心观点 风起人形机器人，多方势力入局，商业化渐进。传统机器人可以分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类。相比其他机器人，工业机器人发展较为成熟，复盘工业机器人的发展历程，我们认为场景适用性+成本是影响机器人渗透率的重要因素。人形机器人处于产业链早期阶段，潜在应用场景广阔，我们预计早期应用场景可包括家务领 域、安保领域和填补空缺劳动力等，潜在市场规模超过万亿人民币。目前制约人形机器人发展的因素主要是运动系统和成本，随着车企、互联网企业、机器人企业等企业入局，人形机器人运控系统有望逐步提升，成本有望逐步下降，商业化渐进。 AI赋能+特斯拉入局，人形机器人产业化有望加速。从2021年特斯拉首次公布人形机器人项目；到2022年9月30日展现原型机；再到2023年5月，Optimus可以实现多种精细控制、独立导航等功能，特斯拉Optimus项目展现了较快的迭代升级速度：1）从特斯拉自身优势分析，特斯拉车端供应链完善、发展无人驾驶积累了大量视觉和AI相关算法，有望将自身硬软件优势迁移到人形机器人项目上；2）在人形机器人方案方面，特斯拉采用电动驱动+纯视觉方案，方案性价比高，量产可行性大；3）随着AI技术的发展，人形机器人有望结合大语言模型，提升机器人的自主学习和理解人类意图的能力，从而推进机器人的智能化水平与人机交互方式的变革，最终加速人形机器人产业化。 运动控制系统是人形机器人关键核心，国产相应产业链有望受益。人形机器人核心可以分为运控系统、算法和硬件。软件方面，特斯拉自身拥有较深的积淀，特斯拉自身设计算法和运控系统的可能性较大；硬件方面，我们考虑到特斯拉降本诉求，有望引进国内产业链企业降低成本。我们认为从硬件角度来看，电机驱动、减速器、传动设施及传感器为人形机器人核心成本构成：1）人形机器人全身关节和手部运动拥有较高的自由度，有望提升无框电机、空心杯电机相关需求量；2）减速传动方面，考虑人形机器人线性关节和旋转关节需求不同，有望采用谐波减速器和行星滚柱/滚珠丝杠方案，提升相关产品需求量。 投资建议：我们认为人形机器人潜在应用空间大，成长天花板高，推荐旭升集团（信达证券研发中心电新组&汽车组联合覆盖）；建议关注空心杯电机和丝杠相关供应商鸣志电器、鼎智科技、江苏雷利，无框电机供应商步科股份，谐波减速器供应商绿的谐波，特斯拉产业链相关企业三花智控(家电组覆盖)、拓普集团（汽车组覆盖）、国产伺服电机龙头汇川技术。 风险因素：核心技术发展不及预期；特斯拉Optimus机器人量产不及预期；国产厂商替代海外产业链不及预期；地缘政治风险&宏观经济下行风险。 目录 一、风起人形机器人，多方势力入局5 1.1复盘工业机器人：场景适用性+降本是提升渗透率的关键5 1.2人形机器人风起，多方势力入局8 二、AI赋能+特斯拉入局，人形机器人产业化有望加速12 2.1特斯拉入局，开启蓝海新赛道12 2.2人形机器人成本构成及零部件分析15 三、国产零部件产业链有望受益18 3.1电机：核心零部件构成之一18 3.1.1空心杯电机：海外积淀深厚，国产厂商有望突破18 3.1.2无框电机：国产企业有望凭借性价比优势加速突破19 3.2减速器：人形机器人有望带动谐波减速器市场规模提升20 3.3丝杠：国产企业发展空间大23 四、投资建议26 五、风险因素27 图表目录 图表1：机器人分类和应用领域情况5 图表2：全球工业机器人市场规模及增速6 图表3：全球服务机器人市场规模及增速6 图表4：2023Q1中国工业机器人市场份额6 图表5：中国工业机器人国产化率情况6 图表6：2023Q1国内工业机器人下游市场情况7 图表7：协作机器人扩展了机器人应用场景7 图表8：中国工业机器人市场规模及增速8 图表9：中国协作机器人市场规模及增速8 图表10：典型人形机器产品参数情况8 图表11：双足人形机器人的全球发展9 图表12：部分企业布局情况9 图表13：人形机器人可能应用领域市场空间测算10 图表14：优必选机器人相关技术11 图表15：Optimus展现精确控制能力12 图表16：Optimus展示抓握和AI识别人类动作能力12 图表17：ChatGPT在机器人领域的运用13 图表18：特斯拉单车价格及净利率变化13 图表19：特斯拉将车端规模化策略融入机器人研发中14 图表20：机器人驱动方式14 图表21：Optimus与FSD共用视觉感知15 图表22：Optimus眼中的世界15 图表23：中国工业机器人成本构成16 图表24：智能服务机器人产业链16 图表25：部分智能机器人相关技术17 图表26：Optimus躯干拥有28个运动关节17 图表27：Optimus手部情况17 图表28：空心杯电机爆炸图18 图表29：空心杯电机形状18 图表30：空心杯电机优势和应用范围19 图表31：无框电机外形19 图表32：无框电机优势20 图表33：无框电机在人形机器人领域应用20 图表34：无框电机在协作机器人领域应用20 图表35：减速器是机器人核心零部件21 图表36：无框电机优势21 图表37：谐波减速器结构示意图22 图表38：谐波减速器运行示意图22 图表39：旋转关节示意图22 图表40：2020年全球精密减速器行业市场份额23 图表41：特斯拉机器人运用行星滚柱丝杠23 图表42：2015-2022年全球滚珠丝杆市场规模及增速情况24 图表43：2014-2022年中国滚珠丝杆市场规模及增速情况24 图表44：2021年全球滚珠丝杆行业市场竞争格局情况（单位：%）24 图表45：鼎智科技丝杠技术规模化情况25 图表46：主要标的情况26 一、风起人形机器人，多方势力入局 1.1复盘工业机器人：场景适用性+降本是提升渗透率的关键 传统机器人按照使用类型和应用场景的不同，主要分为三类； 1）工业机器人：工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业，主要包括焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和净室机器人。工业机器人在机械结构上有类似人类的行走、扭腰、大臂、小臂、手腕、爪子等部件，由计算机控制。工业机器人广泛应用于电子、物流、化工等工业领域。 2）服务机器人：指在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人，主要包括家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。其中，公共服务机器人指在农业、金融、物流、教育等除医学领域外的公共场合为人类提供一般服务的机器人。 3）特种机器人：特种机器人指代替人类从事高危环境和特殊工况的机器人，主要包括军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人。应用于专业领域，一般由受过专门培训的人员操作或使用，辅助机器人或代替人执行任务的机器人。 图表1：机器人分类和应用领域情况市场划分 应用领域 2021年全球市场规模（亿美元） 工业机器人 汽车、电子、金属制品、塑料及化工等领域 175 服务机器人 家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人 172 特种机器人 军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人 82 资料来源：IFR，中国电子学会《中国机器人产业发展报告（2022年）》，贵州省大数据发展管理局，信达证券研发中心 软硬件技术为机器人发展提供坚实基础，整体机器人市场规模呈现逐年提升趋势。随着互联网、计算机技术不断发展，机器人逐渐从机械自动化向人工智能化方向前进，机器人技术逐渐成熟，应用领域不断扩展，不断提升工业等场景自动化水平和智能化水平，机器人市场规模呈现上升趋势。1）工业机器人方面，随着国产工业机器人的发展，国内机器人逐步渗透到以往自动化水平较低的领域，不断提升我国制造业自动化水平；2）服务机器人方面，随着国内互联网等企业的入局，应用市场逐步多元化，如智能配送、家庭机器人、AI教育等。 从市场规模来看，全球工业机器人市场规模呈现稳步增长趋势，2021年市场规模为175亿美元，IFR预计2024年全球工业机器人市场规模有望达到230亿美元；服务机器人整体保持较高速增长，2021年市场规模为172亿美元，IFR预计2024年全球工业机器人市场规模有望达到290亿美元；特种机器人方面，2021年市场规模为82亿美元，IFR预计2024年全球特种机器 人市场规模有望达到140亿美元。 图表2：全球工业机器人市场规模及增速图表3：全球服务机器人市场规模及增速 250 200 150 100 50 - 市场规模（亿美元）YOY 201720182019202020212022E2023E2024E 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% 350 300 250 200 150 100 50 - 市场规模（亿美元）YOY 201720182019202020212022E2023E2024E 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 资料来源：IIFR，中国电子学会《中国机器人产业发展报告（2022 年）》，贵州省大数据发展管理局，信达证券研发中心 资料来源：IFR，中国电子学会《中国机器人产业发展报告（2022年）》，贵州省大数据发展管理局，信达证券研发中心 从竞争格局来看和下游市场来看： 1）工业机器人：参考MIR睿工业数据，海外企业在工业机器人方面积淀依然深厚，海外机器人企业依然在我国占据较大市场份额。我们机器人企业技术不断追赶海外企业，国内工业机器人市占率逐渐提升，2023Q1国内工业机器人市占率提升至40.8%，相比2022Q1提升约3.6pct。从应用场景来看，新能源汽车、动力电池、医疗增速相对较快，是拉动市场增长的主要应用场景。 2）服务机器人：服务机器人方面，下游细分场景较多，如商用服务机器人这块细分产品包括有送餐、配送、迎宾、消杀，清洁类机器人等，整体竞争格局较为分散。 图表4：2023Q1中国工业机器人市场份额图表5：中国工业机器人国产化率情况 内资外资 62.80% 59.20% 37.20% 40.80% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2022Q12023Q1 资料来源：MIRDATABANK，MIR睿工业，信达证券研发中心资料来源：MIRDATABANK，MIR睿工业，信达证券研发中心 图表6：2023Q1国内工业机器人下游市场情况 资料来源：MIRDATABANK，MIR睿工业，信达证券研发中心 国内工业机器人发展复盘：场景适用性+成本是影响应用的重要因素 我们认为以下两个因素是影响机器人落地和渗透提升的关键：1）场景适用性，机器人本身的感知能力，思考决策能力和执行能力决定了潜在的应用场景；2）成本，成本是决定机器人渗透的关键，若场景应用成本过高则相应场景难以应用机器人。 协作机器人提升了机器人场景适用性+降低成本，加速工业机器人渗透。 协作机器人是工业机器人的分支之一，相比传统工业机器人，协作机器人追求轻量化、柔性及安全协作性。2008年第一台轻量化、小型化、人机协作的六关节协作机器人诞生，但20