工业机器人及工控系统行业深度分析：从ChatGPT到RobotGPT，回答人形机器人八个问题

2023年06月24日 行业研究●证券研究报告 工业机器人及工控系统 行业深度分析 从ChatGPT到RobotGPT，回答人形机器人八个问题投资要点劳动力人口下降、人口老龄化、人力成本上升推动机器换人，“人形”天花板远高于非人形。中国劳动力人口数量持续下滑，美、德、日等多国具有同样趋势，人力成本持续上升，中国已不再是人力低成本国家，机器替代人是一大趋势。“人形”原因主要有：1）“人形”是最适合人类社会所有场景的形态，无需改变场景来适应机器。2）恐怖谷理论下，“人形”的好感度上限远高于非人形。3）“人形”的肢体语言最符合人类认知惯性。ChatGPT本质是文字接龙，RobotGPT可看作是文字/语言/各类传感器接收的信号-动作接龙，拐点或是适用于机器人运动控制的生成式大模型。斯坦福大学2023年最新论文《RobotGPT:FromChatGPTtoRobotIntelligence》基于和ChatGPT类似的工作原理构建了RobotGPT的框架。以特斯拉Optimus机器人为例，当前最核心的问题是在算法层面的运动控制，一套适用于机器人运动控制的生成式大模型将对人形机器人有质的提升。极强通用性的人形机器人将是机器人界的iPhone，类比自动驾驶，通用机器人不需要完全通用才有商业价值。根据第一财经报道，美国当前最低时薪7.25美元，即便只替代最基础的岗位，人力成本也将大幅下降。根据莱特定律，产量从一到十的过程中，生产成本会有三次15%左右的降低，最终生产成本会降到原来的60%左右。过去大多数时间里科技进步是线性的，摩尔定律将其变为了指数级。从1958年半导体的发明到2022年已到达古印度舍罕王故事中“棋盘的后一半”。特斯拉机器人具备的优势：1）价格：量产价格若在2万美元以内，相比人力成本已经是工业、商业容易接受的价格。2）商业定位明确：从最初的定位就符合特斯拉一贯的PMF（Product/MarketFit）风格，瞄准商业化。3）具备“具身智能”生态：FSD自动驾驶系统、Dojo计算机、D1芯片、大型冲压机、自有工厂做数据采集等。4）迭代速度快：仅一年半便从概念图到完成复杂任务。投资建议：重点关注零部件：电机、谐波减速器、力/力矩传感器。重点关注三类公司：1）在汽车领域与特斯拉有深度合作并布局人形机器人赛道；2）人形机器人领域已经和特斯拉达成初步合作。3）产品在细分领域处于全球领先。 相关标的 绿的谐波、三花智控、拓普集团、鸣志电器、江苏雷利、步科股份、昊志机电、禾川科技等。 风险提示：人形机器人发展进度不及预期风险；人形机器人需求不及预期风险；产能不及预期风险。 投资评级领先大市-B维持一年行业表现 资料来源：聚源 升幅%1M3M12M相对收益10.7617.9439.6绝对收益9.513.6128.55 分析师刘荆 SAC执业证书编号：S0910520020001liujing1@huajinsc.cn 相关报告耐普矿机：橡胶复合耐磨备件加速替代，“一带一路”助力公司成长-耐普矿机深度报告2023.6.7岱勒新材：光伏金刚石线需求高增，细线化+产能释放优势叠加-岱勒新材深度报告2023.5.30帝尔激光：Topcon设备订单高增，新产品有望受益于行业扩产-帝尔激光年报及一季报点评2023.5.3德龙激光：多重因素导致业绩承压，看好新兴业务23年放量-德龙激光年报及一季报点评2023.4.28奥特维：获得晶科单晶炉订单，公司平台化有望加速-奥特维动态分析2022.5.9太阳能：技术变革进入加速期，设备公司业绩高增-光伏行业季度策略2022.5.4奥特维：串焊机绝对龙头，顺势而为推动公司平台化-奥特维深度分析2022.4.20工程机械Ⅲ：2022年有望成为“基建大年”，利好工程机械-工程机械行业快报2022.4.10 内容目录 一、为什么要发展人形机器人？5 二、为什么要是“人形”？7 三、什么是具身智能？10 四、什么是RobotGPT？12 五、表情最像人的Ameca是怎么做到的？15 六、人形机器人商业化前景几何？17 七、人形机器人量产还有多远？20 八、为什么特斯拉Optimus有望率先量产？24 （一）特斯拉Optimus具备哪些优势？25 （二）特斯拉Optimus硬件拆解27 九、投资建议36 十、风险提示37 图表目录 图1：中国劳动人口情况（16-59岁）5 图2：各国劳动年龄人口占人口总数比例5 图3：中国老年人口数量变化及预测5 图4：各国劳动年龄人口占人口总数比例5 图5：中国2015-2019制造业劳动力年龄变化6 图6：美国制造业就业人数及占比（千人）6 图7：中国人力成本持续上升7 图8：2022年全球制造业员工薪资比较7 图9：全球工业机器人新安装量7 图10：2021年各国工业机器人新安装量7 图11：特斯拉机器人工厂搬货物8 图12：特斯拉机器人办公室浇花8 图13：恐怖谷效应示意图8 图14：马斯洛需求层次理论9 图15：Ameca人形机器人9 图16：心理学73855定律10 图17：人形机器人Ameca的表情和肢体语言10 图18：第三人称智能10 图19：第一人称智能10 图20：具身智能是以第一称呼感知世界11 图21：被动猫与主动猫实验11 图22：具身智能需要多学科结合11 图23：具身智能的三个模块12 图24：具身感知-具身想象-具身执行过程12 图25：英国EngineeredArts公司人形机器人Ameca已接入GPT-412 图26：GPT原理13 图27：ChatGPT训练第一步13 图28：ChatGPT训练第二步13 图29：ChatGPT训练第三步13 图30：ChatGPT训练示意图14 图31：RobotGPT训练示意图14 图32：达闼科技机器人15 图33：Ameca的感知能力15 图34：Ameca互动功能15 图35：Ameca结合AI+AB技术16 图36：使用36台相机采集人的表情16 图37：Ameca表情丰富16 图38：Ameca躯干运动17 图39：Ameca伸展手臂运动17 图40：技术革命带来的渗透率变化呈S型曲线17 图41：特斯拉FSDBeta在北美的使用人数已达40万18 图42：2023年1月1日起美国共有23个州宣布提高最低工资18 图43：2030年预计全球4-8亿人被机器人替代19 图44：优必选为居然之家提供的Cruzr机器人19 图45：Cruzr机器人参数19 图46：优必选瞄准“一老一小”20 图47：基于深度学习的语言模型中参数数量呈指数级增长21 图48：Gartner技术成熟度曲线21 图49：Gartner2022年新型技术成熟曲线21 图50：莱特定律下量产初期成本指数级下降22 图51：物流机器人Digit22 图54：NEO机器人最新技能23 图54：Figure机器人设想图23 图55：英伟达Isaac平台功能24 图56：英伟达Isaac平台成功案例24 图57：特斯拉D1芯片26 图58：特斯拉FSD系统26 图59：特斯拉“擎天柱”发展图27 图60：电机精准控制不打破鸡蛋27 图61：Optimus可学习对物体分类摆放27 图62：机器人传感、控制、机械部分28 图63：机器人四大系统28 图64：人体全身有200+自由度28 图65：蓝色是电子系统，橘色是电机28 图66：“擎天柱”损害控制实验29 图67：保证电池不发生爆炸29 图68：人体和人形机器人关节类型和分布对比29 图69：躯干共28个关节30 图70：手部有6个执行器30 图71：特斯拉“擎天柱”手部介绍30 图72：考虑成本和重量选出最优执行器31 图73：28个关节选出各自最优执行器31 图74：从局部最优解到全身最优解31 图75：躯干用到共6个关节执行器31 图76：旋转关节高速端关节方案32 图77：旋转关节低速端关节方案32 图78：直线关节传感器32 图79：直线关节采用行星滚柱丝杠32 图80：伺服驱动器的基本构成33 图81：大型伺服驱动器三种类型34 图82：常规伺服驱动器34 图83：旋转关节结构构成34 图84：直线关节结构构成34 图85：无框电机能量密度高、体积小、重量轻35 图86：进行模态分析降低控制频率以节省算力35 图87：膝关节仿生四连杆可平滑电机输出力35 表1：今年以来国内人形机器人政策汇总24 表2：主要人形机器人介绍25 表3：特斯拉人形机器人具备的生态优势26 表4：腿足式机器人伺服驱动器方案33 表5：人形机器人常用的三种减速器34 表6：特斯拉机器人Optimus关节各部件拆分及预测36 一、为什么要发展人形机器人？ 中国劳动力人口数量持续下滑，美、德、日等多国具有同样趋势。根据国家统计局发布的数据显示，2022年我国人口从年龄构成看，16~59岁的劳动年龄人口8.76亿人，占全国人口的比重为62.0%；60岁及以上人口2.8亿人，占全国人口的19.8%，其中65岁及以上人口2.1亿人，占全国人口的14.9%。劳动年龄人口在2011年前后已经达到峰值9.4亿人，之后开始负增长。 十多年间，劳动年龄人口减少超过6000万。世界银行发布的数据显示，美国的劳动年龄人口自 2010年开始就加速减少，日本、德国和英法意拥有同样的人口结构变化趋势。 图1：中国劳动人口情况（16-59岁）图2：各国劳动年龄人口占人口总数比例 资料来源：国家统计局，华金证券研究所资料来源：世界银行，华金证券研究所 中国65岁以上人口比例持续增加，全球2050年65岁以上人口比例将达16%。根据《中国发展报告2020：中国人口老龄化的发展趋势和政策》预测，2025年“十四五”规划完成时，中国65岁及以上的老年人将超过2.1亿，占总人口数的约15%；2035年和2050年时，中国 65岁及以上的老年人将达到3.1亿和接近3.8亿，占总人口比例则分别达到22.3%和27.9%。 联合国数据显示，2021年全球65岁及以上人口为7.61亿，到2050年这一数字将增加到16亿， 80岁及以上的人口增长速度更快。根据《世界人口展望2022》的数据显示，2022年65岁以上人口占总人口比例为10%，到2050年将升至16%。 图3：中国老年人口数量变化及预测图4：各国劳动年龄人口占人口总数比例 资料来源：国家统计局，华金证券研究所资料来源：世界人口展望，华金证券研究所 中国制造业劳动力总量下降，且年轻劳动力占比快速下降。根据国家统计局数据，2015-2020年，制造企业平均用工人数由8711万人下滑至6550万人，远高于同期营业收入3%水平的降幅。从年龄结构看，2015年制造业劳动力30岁以下占比28.2%，30-45岁占比45.7%，45岁以上占比26.2%，到了2019年，制造业劳动力30岁以下占比21.4%，30-45岁占比46.1%，45岁以上占比32.4%，制造业劳动力年龄老化速度过快。 美国制造业人数下降，比例已降至历史最低水平。根据中央财经大学国际金融研究中心客座研究员张启迪《重新审视美国制造业的“衰落”》，自1939年以来美国制造业就业人数持续增长，至1978年达到顶峰（1933万人）。2022年美国制造业就业人数为1298万人，占全部就业的比重仅为8%，处于历史最低水平。 图5：中国2015-2019制造业劳动力年龄变化图6：美国制造业就业人数及占比（千人） 资料来源：国家统计局，华金证券研究所资料来源：wind，华金证券研究所 人力成本持续上升，机器替代人是一大趋势。根据中国政府网，从2022年第三季度全国“最 缺工”的100个职业排行看，其中有39个属于生产制造及有关人员，有19个属于专业技术人员。从缺工岗位看，主要缺的是劳动密集型行业低技能一线员工和部分专业技术人员。“在劳动年龄人口下降、劳动力供给趋紧、人工成本上升的背景下，用机器替代流水线上的简单重复劳动是一大趋势。”中国人民大学中国就业研究所所长曾湘泉说。根据Resh