人形机器人行业跟踪报告（二）：Tesla Bot 引领产业开发热潮，低成本量产下零部件成“隐形冠军”

特斯拉公布最新版本Tesla Bot，迭代速度亮眼。最新版本Tesla Bot在力矩控制、环境感知、动作生成、手部抓取等方面表现亮眼。对比2022年10月AI DAY上的表现，2023年5月份股东会上Tesla Bot的迭代主要表现在：身体控制能力增强；AI视觉算法精进；AI训练实现端到端的动作生成；手臂可实现复杂抓取操作。 特斯拉研发人形机器人优势明显，研发逻辑与算法复用，降低成本加速研发进度。 受益于AI大模型，人形机器人硬件和软件耦合加速。AI大模型快速发展，能够大幅提高机器人硬件和软件的耦合测试训练，加快机器人硬件迭代速度，提高人形机器人的产业化进度，Tesla Bot的商业落地值得期待。 人形机器人关节解决方案初步确定，通过关节复用为产业化提速。Tesla Bot的28个关节通过6种执行器复用来实现，分为3种旋转执行器和3种直线执行器，其中旋转执行器为“无框力矩电机+谐波减速器+传感器+轴承”，直线执行器为“无框力矩电机+反转式行星滚柱丝杠+传感器+轴承”，手部关节解决方案为“空心杯电机+传感器+齿轮”，全身预计合计使用28个无框力矩电机、14个谐波减速器、14个行星滚柱丝杠、12个空心杯电机。 核心零部件价值量占比高，成“隐形冠军”。以单台2.5万美元售价计，测算无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝杠的价值量占比约为15%、5%、8%、12%，合计占比超过40%，在10万台的销量假设下，无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝杠对应的市场规模分别约为3.9/1.3/1.9/2.9亿美元。随着人形机器人产业化提速，核心零部件价值量占比较高，将成为“隐形冠军”。 中国厂商具备性价比优势，或将深度受益。 减速器环节：建议关注绿的谐波、中大力德、昊志机电。目前Tesla Bot减速器解决方案预计以谐波减速器为主、行星减速器为辅，国内谐波减速器龙头为绿的谐波，中大力德减速器产品较为全面，昊志机电产品包括谐波减速器与无框力矩电机，有望实现人形机器人机电关节一体化。 电机环节：建议关注步科股份、昊志机电、鸣志电器、江苏雷利、禾川科技。目前Tesla Bot电机以无框力矩电机和空心杯电机为主，国内步科股份和昊志机电可提供无框力矩电机产品，禾川科技作为国内通用伺服电机领域实力较强的公司，可提供无框力矩直驱电机。 丝杠环节：建议关注鼎智科技。国内行星滚柱丝杠处于起步阶段，目前鼎智科技在微型行星滚柱丝杠的研发和生产上已有里程碑式达成。 投资建议：建议关注国内成熟零部件供应商，1）减速器成熟厂商——绿的谐波、中大力德、昊志机电；2）无框力矩电机厂商——步科股份、昊志机电、禾川科技；3）空心杯电机厂商——鸣志电器、江苏雷利；4）滚柱丝杠厂商——鼎智科技。 风险分析：人形机器人产业化进度不及预期、国产零部件厂商进入人形机器人供应链不及预期。 1、Tesla Bot持续进化，引领产业开发热潮 1.1、Tesla公布最新Tesla Bot，迭代速度亮眼 从概念到实物，Tesla Bot“Optimus”快速迭代，有望实现从0到1。2021年，马斯克在AI Day上发布通用机器人计划，正式提出TeslaBot概念；2022年，在特斯拉第二个AI DAY上人形机器人Optimus原型机重磅亮相，尽管步态、动作等不太完善但已初具雏形；8个月后（2023年5月），特斯拉股东会上视频展示二代机器人集体出街，步态更加协调，并进入了特斯拉工厂执行简单的任务。 相比上一次亮相，Optimus在电机扭矩和力度控制等方面更精确，并能探索和记忆环境，PSD算法与人形机器人底层模块的耦合性大为改善。 图1：从概念图到二代机，Tesla Bot快速迭代（左图“Today”为2022/10/1，右图时间为2023/5） 最新版本Tesla Bot在力矩控制、环境感知、动作生成、手部抓取等方面表现亮眼。对比2022年10月AI DAY上的表现，2023年5月份股东会上Tesla Bot的迭代主要表现在： 1）身体控制能力增强。新版Optimus四肢、动力结构外露，更具机械感，能够独立在室外行走且步态更加协调，电机力矩控制更精确，可做到不踩碎鸡蛋，腿部驱动单元自适应地面摩擦力； 2）AI视觉算法精进。Optimus能感知并记忆周边环境，使用与特斯拉电动汽车相同的FSD系统进行控制； 3）AI训练实现端到端的动作生成。传感器捕获工程人员示教动作，AI算法精准识别，并可通过AI算法复制到Optimus身上，实现从图像直接到关节角度的动作生成过程； 4）手臂可实现复杂抓取操作。Optimus可使用工具、实现物品抓取，可以自己组装机械臂、机械腿，可完成车间简单的生产任务。 图2：身体控制能力增强，独立行走并精确控制力矩 图3：AI视觉算法更进一步 图4：AI训练实现端到端的动作生成 图5：手臂可实现复杂抓取动作 特斯拉研发人形机器人优势明显，研发逻辑与算法复用，降低成本加速研发进度。 在开发逻辑方面，擎天柱应用了特斯拉汽车的开发逻辑，例如减少零部件数量及复杂程度，将传感器、充电管理、融合计算等汇集到躯干电池组中完成；并根据汽车撞击试验，模拟机器人摔倒场景并保护机器人大脑，即中央计算平台，有效降低研发成本。在行走能力方面，特斯拉的全自动驾驶系统FSD直接被应用在擎天柱身上，擎天柱利用摄像头获取数据，以神经网络进行计算。目前，公司以通用型AI算法支持机器人研发，开拓特斯拉未来长期价值，增强机器人在感知、决策和控制方面的性能，加快研发进度。 行业领先与产业协同，有望产品商业化。特斯拉机器人尚处于人形机器人领域领先水平，在视觉AI算法、人工智能芯片、AI训练平台方面有突出表现，且拥有丰富的自动驾驶应用实践，有望打破人形机器人的发展桎梏，即商业化。值得关注的是，特斯拉企业成本控制能力较强，特斯拉机器人可共用其成熟的汽车供应链，有利于降低制造成本，有望加速商业化进程。 1.2、Tesla引领开发热潮，多家科技巨头入局人形机器人 人形机器人行业参与者众多，但商业化落地困难。波士顿、本田、敏捷、特斯拉、优必选、小米等科技公司纷纷加入人形机器人研发行列，推出了多款人形机器人产品，在腿部模式、负载、步行速度、续航等方面各有特色，但普遍存在无法商业化的问题。目前，仅本田第三代ASIMO提供租赁服务，特斯拉Optimus公布预估报价，但尚无任何人形机器人实现商业化。 图6：（双足）人形机器人主要行业参与者与产品展示 表1：双足机器人主要参数对比 1.3、上游零部件协同机器人发展，下游场景打开想象空间 人形机器人产业链可以分为上中下游三个层次。上游主要是零部件和软件系统供应商，包括电机、关节、传感器、控制器、操作系统等等，这些零部件和软件系统的质量和技术水平直接影响到机器人的性能和稳定性。中游是人形机器人本体的制造商，负责将各个零部件组装成完整的机器人产品，并进行测试和质检。下游则是人形机器人的终端应用市场，包括医疗、教育、救灾救援、公共安全、生产制造、家庭陪护等多个领域。 人形机器人产业上游为零部件及软件系统，下游为终端应用场景。以特斯拉人形机器人为例，硬件由以传感器、减速器、电机、滚柱丝杠、轴承为主的零部件构成，组装形成人形机器人本体，经过与算法软件的耦合测试，最后应用于工业、服务、教育、医疗、巡检、清洁和娱乐等下游终端应用需求领域。 图7：人形机器人产业链分布 上游软硬件技术更迭，为机器人发展提供坚实基础。随着互联网、计算机技术不断发展，机器人从机械自动化转变为人工智能化，未来将融合5G、云计算等向自主服务型发展。针对减速器、伺服控制器、传感器等核心零部件技术，国内国产化进程加快，优质企业涌现，为机器人制造提供坚实基础。 下游应用场景不断开发。人形机器人行业处于初期，不断探索应用场景，从早期应用的工业机器人领域和小型事故驱动器到现在的服务型机器人领域，下游需求场景不断开发。 供给侧和需求侧双重推动，机器人市场规模较快增长。在国家“数字经济”“专精特新”相关政策大力推动下，机器人相关技术不断突破，机器人产品更迭与供给加快，应用领域也在不断拓宽促进需求增加，推动机器人市场规模突破新高。 据艾媒咨询，2021年中国机器人行业市场规模为1306.8亿元，预计2022年行业市场规模将达1712.4亿元，同比增长31.0%，2027年中国机器人行业市场规模有望接近6000亿元。 图8：2021年以来中国机器人行业规模稳步增长 特斯拉人形机器人已实现工业场景应用，商业化或迎来曙光。特斯拉人形机器人一代已投入特斯拉弗里蒙特工厂的简单工作之中，比如移动零件或用扳手将螺栓固定在汽车上，印证人形机器人在工业场景的可行性，未来可能拓宽人形机器人应用领域至服务场景，为其商业化产业化带来可能。 2、商业化低成本量产，零部件成“隐形冠军” 2.1、Tesla Bot软硬件初步出炉，零部件为量产关键 软件方面，研发逻辑与算法复用，降低成本加速研发进度。特斯拉人形机器人的头部配置智能驾驶摄像头+屏幕，在内部配置了DOJO超级计算器并搭载特斯拉自研的“D1”AI训练芯片，并与汽车共用AI系统，实现算法迭代上的协同。 图9：Optimus搭载车载自动驾驶FSD芯片 图10：Optimus关节分布情况 硬件方面，全身40个机电关节，解决方案初步公布。根据AI DAY公开资料，Tesla Bot全身40个关节，其中双腿12个、双手12个、双臂12个，脖子2个、躯干2个。特斯拉为了实现最经济的成本方案，对40个关节通过工作力矩的点云分析寻求最大共性，最终将40个关节简化为6种执行器，通过6种执行器的复用实现28个自由度。 图11：除手部外，全身28个机电关节复用6种执行器 6种执行器合计使用28个电机+14个减速器+14个滚柱丝杠。6种执行器又分为3种旋转执行器+3种直线执行器，其中旋转执行器解决方案为无框力矩电机+谐波减速器+传感器+轴承，用来实现类似人体关节的旋转运动；直线执行器解决方案为无框力矩电机+行星滚柱丝杠+传感器+轴承，用来实现类似人体肌肉的拉伸运动。 图12：6种执行器（3种旋转类型+3种直线类型）方案示意图 Tesla Bot拥有仿生人手设计，拥有自适应抓取能力。每个手掌具有6个执行器，实现11个自由度，手部内置控制器驱动手指并接收传感器反馈，实现人手的本体感知。手部执行器采用空心杯电机+齿轮+传感器的解决方案，因此双手合计使用12个空心杯电机。 图13：Optimus的仿生人手设计 图14：自适应手指和丝杠结构 2.2、机电关节价值量高，相关零部件成“隐形冠军” Tesal Bot机电关节成本较高。Tesla Bot全身40个关节共使用28个无框力矩电机、14个减速器、14个行星滚柱丝杠、12个空心杯电机，对应成本约7万人民币，其余的轴承、力矩传感器等零部件单个价值量较低且技术壁垒不高。因此我们认为要重视电机、减速器、行星滚珠丝杠的高价值，重视国内厂商进入供应链的机会。 表2：核心零部件（电机、减速器、丝杠）的价值量拆分 减速器+电机+丝杠占Tesla Bot价值量（以2.5万美元售价计）约40%。根据特斯拉目前公布的关节解决方案，价值量占比较高的零部件分别为无框力矩电机、行星滚柱丝杠、谐波减速器、空心杯电机。以单台2.5万美元售价计，测算无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝杠的价值量占比约为15%、5%、8%、12%，合计占比超过40%。在10万台的销量假设下，无框力矩电机、空心杯电机、谐波减速器、滚柱丝杠对应的市场规模分别约为3.9/1.3/1.9/2.9亿美元。随着人形机器人产业化提速，核心零部件价值量占比较高，成为“隐形冠军”。 3、本土厂商具备性价比优势，或将深度受益 3.1、减速器：谐波减速器为主，行星减速器或为替补 目前谐波减速器是人形机器人关节的最优解决方案。2022年10月份Tesla AI DAY上特斯拉公布的减速器方案为谐波减速器，谐波减速器主要由谐波