机器人的进化与觉醒：人形机器人执行、传感机构方案探讨

机器人的进化与觉醒： 人形机器人执行/传感机构方案探讨 民生机械团队李哲/罗松/占豪 01 证券研究报告*请务必阅读最后一页免责声明 证券研究报告 2023年06月24日 *请务必阅读最后一页免责声明 总体策略 •2023年5月特斯拉展示了TeslaBot人形机器人“擎天柱”（Optimus）的全新型号。该款人形机器人搭载了DOJOD1超级计算机芯片，配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器，算力高达9PFLOPs（9000万亿次。AI技术结合下TeslaBot不仅会模仿人类动作，还可以完成物品分类、抓力控制等更复杂的任务。 •国产人形机器人也在持续发力。随着国内人口老龄化程度的不断加深、适龄劳动人口的数量不断下降，“机器换人”进程持续加速。同时，全球又进入新一轮科技涌现期，AI、人形机器人等新科技到达发展奇点，势必将对制造业发展产生深远影响。小米、傅里叶、优必选等国产品牌不落人后，在自主研发领域下加速发展。 •多模态大模型主力下，人形机器人产业化进程有望加速。多模态大模型与通用机器人平台进行物理交互的发展路径，这种结合方式将充分利用场景支持和数据反馈调优，使大模型与机器人能够更好地协同工作。同时，人形机器人为通用AI提供了物理实体，使其成为超文本存在，并具备与物理世界交互的能力，这种结合为通用AI赋予了劳动价值和情感价值，有助于通用AI感知和理解物理定律。 •因此，我们提出重点关注赋于人形机器人与物理世界交互能力的的执行/传感机构设计方案。 •风险提示：1）新产品研发及拓展不及预期的风险；2）下游需求不及预期的风险；3）宏观经济增速放缓的风险。 目录 01 CONTENTS 人形机器人产业进展 02 03 执行/传感机构设计方案重点标的 04 风险提示 01. 人形机器人产业进展 证券研究报告 3*请务必阅读最后一页免责声明 1.1 特斯拉bot加速人形机器人赛道争夺战 •2023年5月特斯拉展示了TeslaBot人形机器人“擎天柱”（Optimus）的全新型号。该款人形机器人不仅会模仿人类动作，还可以完成物品分类、抓力控制等更复杂的任务。该款人形机器人结合了特斯拉的AI技术，即基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术，具有极强算力的DOJOD1超级计算机芯片，Dojo架构拥有一个大规模计算平面，极高宽带和低延迟。作为Dojo架构的重要组成部分，D1芯片采用7纳米制造工艺，处理能力为每秒1024亿次。由于每个D1芯片之间都是无缝连接在一起，相邻芯片之间的延迟极低，训练模块最大程度上实现了带宽的保留，配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器，算力高达9PFLOPs（9000万亿次）。 图表：Optimus实物 资料来源：财华社，民生证券研究院 图表：Optimus三维渲染图 资料来源：快科技，Techweb，民生证券研究院 1.2市面上已有的人形机器人 •TeslaBot并非首款人形机器人，从21世纪初本田发布首款人形机器人AISMO原型机开始，全球多家科技公司及高校先后发布人形机器人。其中， 较为知名的不乏有波士顿动力的Atlas机器人、欧洲iCUB、软银的Pepper、Alderbran公司的Nao机器人，以及优必选Walker系列。 本田ASIMOAtlas系列欧洲ICUBPOPPYROMEOPepper 图表：历史上知名人形机器人（1） 图片 厂商 本田 Google子公司波士顿动力&欧洲几个大学组成的联合开发 美国国防部 组织RobotCub 法国团队INRIAFlowers Alderbran公司 日本软银集团和Alderbran公司 国家日本美国欧洲法国法国日本 自由度 第一代26个自由度；第二代34个自由度；第三代57个自由度。 四肢共拥有 28度的自由度。 iCub3具有53个驱动自由度 37个自由度 首次发布时间 2000年 2013年7月 2011年 2016年 2012年 2015 25个自由度 （眼睛2个， 每只脚1个，后背3个，每只手1个） 20个自由度（头部2个，手臂 5*2，手1*2，腿3个） 设计初衷及发展现状 主要用于科研领域，全球共基于早期的PETMAN检测化学验证人类认知模型的合理性， 100套左右，仍是世界上最先防护衣的人形机器人，实现运从而更好的理解人类的认知过 进机器人之一。 动能力的提升。 程。 用于个人护理。目前已经可以制造一款仿生的机器人在实验室完成行走，观察周围 3D环境，听、说等。 定位是与人类交互。 全球有超过2000家企业采用Pepper，服务零售、金融、健康护理、教育等众多行业。 资料来源：人工智能机器人联盟，MAXON，百度百科，搜狗百科，民生证券研究院整理 1.2市面上已有的人形机器人 本田ASIMOAtlas系列欧洲ICUBPOPPYROMEOPepper 图表：历史上知名人形机器人（1）（续表） 图片 特点 太空服外形。可像人类一样完成"8"字行走，下台阶、弯腰等复杂动作，也可以完成端茶送水等任务。 可以垂直起跳、跨越障碍、后空翻、舞蹈，兵逐步开启手脚均可参与的酷跑功能。 可以匍匐四肢，坐起来，平衡主要部件均通过3D打印生产， 外形像一个不到5岁的孩子。 可根据人类的表情、声音等判 行走，身体与环境互动，识别物体。它是世界上为数不多的具有灵敏的全身电子皮肤系统以提供触觉的机器人之一。 包含5个电机驱动的脊柱，腿看起来像一个小男孩，面部表断人类的心情，从而选择不同部可以弯曲，使其能像人类一情柔和，可以识别人的情绪，的谈话内容。 样，保持一定姿态的同时更自并调整自己的行为。有一个显示屏，可以展示自己 然的运动。 的心情。 装载了使用四台喷气发动机的 引入了脊柱的概念，利用5个 有39台来自瑞士的直流电机，锂电池：容量30.0Ah/795Wh 作动器：伺服电机+谐波减速器 控制系统。 伺服电机构建了机器人的脊柱。其中RE40和RE25各有十台。 运行时间：约超过12小时 +驱动单元 控制装置：行走/操作控制单元，第一版需要用电缆传输电源与 iClub3每条手臂配备了7个电 机、每只手9个、头部6个、躯 在膝盖处，他们使用弹簧连接 下肢上部和下部关节。 还使用了不同规格的RE-max系列款型以及五台DCX电机 头：Micx4、扬声器x2、2x500万像素摄像头，3D摄像头、 配置情况 无线发送单元 信号，新一代可通过电池供电，干（腰）3个、以及每条腿6个。配备了一款鞋子，鞋子上放置 （特点在于高效，并便于在线 [6]触控传感器x3 传感器：脚部六轴向脚部方位传感器、躯体陀螺仪和加速传感器电源部分：38.4V/10AH(镍锌)操作部分：操纵台和便携控制器 无线控制。 头部内置了可当做“眼睛”的立体旋转摄像头、当做耳朵的双麦克风、以及可反映嘴部与眉毛动作的LED线条，此外每个指尖还有触觉传感器。 5个压力传感器。 总共16个力传感器（FSR）， 2个PS眼睛，1个IMU（9DDL ），4.3″LCD480×272像素， 立体显微镜，RaspberryPi 配置）。 所有驱动器均为有刷电机，配备特殊的无铁芯绕组，调节性极佳。 碳纤维与橡胶材料。 向轮x3、触碰传感器x3 身高 1.3m 1.5m 1.25m 0.84m 1.46m 1.2m 体重 48kg 75kg 52kg 3.5kg 40kg 28kg ASIMO机器人是本田公司为展示 价格自己的科技实力而研发的产品，Atlas机器人不对外卖，之前是25万英镑制作一台机器人所需的材料总官方价格未公开不打算用这款机器人盈利，无销军方项目。计约7500/10250欧元 售价格。预计290多万人民币1台。 为了降低重量，主要结构采用 胸：陀螺仪传感器x1、惯性传感器 手：触控传感器x2 腿：声纳传感器x2、激光传感器x6、红外传感器x2、全 资料来源：人工智能机器人联盟，MAXON，百度百科，搜狗百科，民生证券研究院整理 NaoRobothespianACTROID-SITLEXY和TESSWalkerOptimus 图表：历史上知名人形机器人（2） 图片 厂商 Alderbran公司 EngineeringArts 日本国立研究机构“产业技术综合研究所”（AIST） 德国软件公司Tobot 优必选 特斯拉 国家 法国 英国 日本 德国 中国 美国 首次发布时间 2008年 2007 2018 2022 自由度 25个 12个 第二代36个自由度，WalkerX有41个自由度 定位为开发平台。开发给所有定位是在公共场合与人类进行 设计初衷及发高教项目。是一款应用遍及全互动。交互机器人。德国软件公司Tobot在家庭场景和办公场景自由活它的诞生是为了：消除危险、 展现状球教育市场的双足人形机器人。目前已在许多科技中信、旅游动和服务重复和无聊的任务 景点、商场进行试用。 拥有与人类一样自然的肢体语 言，能够听、看、说，也能与熟悉多种语言，有多种娱乐功 可自主运动并与人类进行交流， 集六大AI技术于一身，搭载高 最高可举着58千克的重量， 8km/h速度运动，其配备了 特点 人互动，或NAO之间彼此进行互动。NAO能提供一个独立、完全可编程、功能强大且易用的操作应用环境。 能，可以和人类进行良好的交互。只需看过一次人的动作就能迅速模仿出来。 还可以与人类通过手势进行交互。 能够伴随音乐的旋律舞动，并表现出异乎寻常的美感。 性能伺服关节以及多维力觉、FSD计算机和自动驾驶摄像头，多目立体视觉、全向听觉和惯马斯克生产机器人的目的就是性、测距等全方位的感知系统。为了替人类完成一些重复无聊 和一些危险的工作。 资料来源：人工智能机器人联盟，MAXON，百度百科，搜狗百科，民生证券研究院整理 NaoRobothespianACTROID-SITLEXY和TESSWalkerOptimus 图表：历史上知名人形机器人（2）（续表） 图片 机体材料：工业塑料；可抓握的双手； 充电器：AC90-230V/DC24V； 电池能量：持续时间约90min；两个扬声器及嗓音合成； 配置情况四个扩音器，以及语言分析和识别系统； 视觉:两个CMOS摄像头； 联接类型：无线网际网络(IEE802.11g)和以太网端口； 支持很多种编程环境 负载：伸展状态单臂1.5kg；视觉&导航：定位精度10cm，导航精度20cm，精定位精度1cm 电源：锂电池54.6V/10Ah/3.6kg；充电：2h； 处理器：Inteli78665U频率 1.9Ghz*2；NVIDIAGT1030显 卡，384核心； 软件框架：ROSA； 操作系统：Ubuntu+LinuxRTPreempt+Android 身高 0.58m 第二代1.45m，WalerX1.3m 1.73m 体重 5.4kg 第二代77kg,WalkerX63kg 56kg 价格 5w~8.5w 豪华版的价格是79500英镑 两台价格共计3.95万美元 量产大概2万美元 资料来源：人工智能机器人联盟，MAXON，百度百科，搜狗百科，民生证券研究院整理 1.3 国产人形机器人持续发力-小米 •2022年8月小米发布公司首个全尺寸人形仿生机器人“CyberOne”，高1.77米，重52kg，内部名称“铁大”。CyberOne配备Mi-Sense深度视觉模块，搭配AI算具备感知3D空间并识别个体、手势和表情的能力；凭借自主研发的MiAI环境语义识别引擎和MiAI语音情感识别引擎，CyberOne可识别85种环境声音和45类人类情感；面部的曲面OLED模块，可以显示实时交互信息。 •人形机器人尚需突破多项关键技术，小米持续耕耘。小米“极度看好智能机器人在生活、工作中的应用”，目前人形机器人的成本每台大概六、七十万元，尚无法实现量产；2023年4月21日，小米在北京投资5000万元设立