人形机器人：技术奇点时刻，新一次工业革命的开始

行业研究 证券研究报告 电力设备及新能源2023年07月17日 电力设备及新能源行业深度研究报告 人形机器人：技术奇点时刻，新一次工业革命的开始 推荐（维持） 华创证券研究所 证券分析师：黄麟 邮箱：huanglin1@hcyjs.com执业编号：S0360522080001 证券分析师：何家金 邮箱：hejiajin@hcyjs.com执业编号：S0360523010001 证券分析师：苏千叶 邮箱：suqianye@hcyjs.com执业编号：S0360523050001 相对指数表现 2022-07-18~2023-07-14 3% -8% -122/0722/0922/1223/0223/0523/079% -30% 电力设备及新能源 沪深300 相关研究报告 《光伏行业周报（20230710-20230716）：6月组件 中标容量环比5月基本持平，静待终端需求释放 2023-07-16 《电动车行业跟踪报告：6月造车新势力交付量再创新高，理想首次突破三万，蔚来回归万辆》 2023-07-11 《电动车行业周报（20230703-20230709）：比亚迪巴西建综合生产基地，欧洲车市6月稳步增长》 2023-07-10 人形机器人问世多年，特斯拉+ChatGPT有望引爆。人形机器人是通过模仿人类的形态和行为设计制造出的机器人，目标辅助人类从而解放更多的生产力，从1939年电机械控制的Elektro至今已发展了84年。软件方面，ChatGPT等大语言模型在历史上首次使得AI可以理解并帮助人类，即拓宽人形机器人可应用的开发领域，硬件方面，特斯拉等科技公司的入局使得规模化效应带来的降本可期，人形机器人有望在广阔的消费市场迎来自己的iPhone时刻。 “感知-控制-执行”实现指令到执行，ZMP模型奠定理论基础。感知——信息获取及融合处理，控制——人机交流及分析决策，执行——动力提供及实际运动，三个运行层结合双足人形机器人移动控制的理论基础，如ZMP零力矩点模型，人形机器人得以实现高效且稳定的工作。 从头到手，拆解人形机器人的核心物理构成。头+四肢关节+灵巧手是人形机 器人的核心，头部——视觉感知+高性能芯片处理；四肢关节——分为旋转和 行业基本数据 线性两类关节，旋转关节主要由力矩电机+减速器+传感器+控制器构成，线性关节主要由力矩电机+丝杆+传感器+控制器构造；灵巧手——需要更小的空心 股票家数(只) 291 占比%0.04 杯电机替换，配套减速器使得手指可以精准出力。 总市值(亿元) 59,005.58 6.27 流通市值(亿元) 48,377.15 6.69 % 1M 6M 12M 绝对表现 6.7% -9.1% -24.0% 相对表现 5.8% -4.8% -14.2% 类比苹果和特斯拉，国内硬件供应商有望受益。参考特斯拉和苹果的产业链分布，硬件供应链大多实现了国内制造，而算法、软件、整机设计等一般留在美国本土。从目前人形机器人所用的零部件看，包括头部的摄像头，关节和灵巧 手的电机、减速器等与“果链”和“特斯拉车链”有较大的重合度，预计国内的硬件供应商有望受益。 随着产业化持续推荐，国内人形机器人零部件产业链有较大机会，建议关注：电机：步科股份、昊志机电、拓邦股份、伟创电气、鸣志电器、江苏雷利、鼎智科技、三花智控、汇川技术等。 减速器：双环传动、绿的谐波，中大力德、汉宇集团、国茂股份、南方精工、兆威机电、丰立智能、大族激光、昊志机电、秦川机床等。 丝杠：江苏雷利、鼎智科技、贝斯特、新剑传动、秦川机床、拓普集团、恒立液压等。 轴承：南方精工、力星股份、伟创电气、苏轴股份、人本股份等。 控制器：雷赛智能、禾川科技、华中数控、埃夫特、英威腾等。传感器：奥普光电、华依科技、柯力传感、汉威科技等， 风险提示：人工智能监管风险、应用场景拓展不及预期，供应链国产化进程不及预期。 投资主题 报告亮点 全面论述人形机器人行业发展情况及未来趋势。本报告主要分为三个部分：第一部分为人形机器人历史沿革和大语言模型AI的加入带来的变化；第二部分从底层运行原理解析了人形机器人的构造，及零部件组成；第三部分对 国内零部件相关公司做出具体介绍。 投资逻辑 人形机器人行业进入应用推广阶段，大模型AI能够缩短机器人学习周期。自ChatGPT发布以来，大语言模型AI正式进入高速发展阶段。而对于机器人来说，AI即为其“大脑”。大模型AI为机器人的训练带来了许多优势，如 跨领域学习能力的提升、对于自然语言理解以及持续交互能力的提升、零样本/小样本学习能力的提升等。因此，大模型AI与机器人的深度结合能够缩短机器人达到商业化的学习周期，加速了机器人产业的推进与迭代。 特斯拉发布Optimus有望推动人形机器人产业化加速落地。特斯拉在电动车领域拥有深厚的技术积累与制造积累，有望能够加速其人形机器人Optimus的训练与进步，从而推动人形机器人行业商业化加速发展。 随着人形机器人产业化加速发展，相关产业链的零部件厂商有望受益。以特斯拉的Optimus为例，躯干和手部分别有28只和12只运动关节，其中伺服电机、传感器、减速器为核心零部件。考虑到特斯拉在制造端对于规模化和 降本的需求，特斯拉有望通过外购的方式采购相关零部件。近年来特斯拉电动车零部件国产化率不断提升，国内相关产业链的零部件供应商凭借技术与成本优势有望获益。 目录 一、人形机器人：技术奇点时刻，新一次工业革命的开始6 （一）人形机器人：仿人形态，商业化潜力亟待挖掘6 （二）人形机器人历经近百年，ChatGPT有望引爆技术奇点7 二、从底层运行原理到基础物理结构，深度拆解人形机器人10 （一）底层运行原理：运行的三大环节+直立行走的理论基石10 （二）从车链和果链看，国内硬件供应商有较大的机会14 （三）基础物理结构：头+躯干关节+灵巧手15 三、相关标的20 （一）鸣志电器（603728.SH）20 （二）拓普集团（601689.SH）20 （三）三花智控（002050.SZ）21 （四）汇川技术（300124.SZ）22 （🖂）步科股份（688160.SH）22 （六）江苏雷利（300660.SZ）23 （七）禾川科技（688320.SH）24 （八）中大力德（002896.SZ）24 （九）奥普光电（002338.SZ）25 （十）瀚川智能（688022.SH）25 （十一）双环传动（002472.SZ）26 （十二）绿的谐波（688017.SH）27 （十三）昊志机电（300503.SZ）28 （十四）雷赛智能（002979.SZ）28 四、风险提示29 图表目录 图表1UniversalRobot的UR20工业协作式机器人6 图表2外骨骼仿生装置6 图表3特斯拉机器人Optimus6 图表4帕西尼人形机器人6 图表5部分已布局全尺寸人形机器人的企业及产品7 图表6人形机器人的历史发展沿革8 图表7LLM的层级框架8 图表8特斯拉对于汽车结构的测试与分析9 图表9特斯拉对于汽车结构的测试方法移植到机器人9 图表10Optimus视觉系统原理与Autopilot类似9 图表11Dojo能实现英伟达A100芯片4.4倍的训练速度10 图表12Optimus的结构设计考虑到了未来批量生产10 图表13人形机器人系统组成11 图表14传感器系统组成11 图表15人形机器人依靠重力和地面作用力行走13 图表16零力矩点运动规划方法原理图13 图表17特斯拉Optimus行走图13 图表18特斯拉Model3价格随零部件国产化比例的提升而逐年下降14 图表19苹果美国加州总部14 图表20特斯拉美国德州总部14 图表212021苹果硬件全球供应商数量占比图15 图表22特斯拉机器人头部组成图15 图表23特斯拉DOJOD1芯片图15 图表24特斯拉Optimus三种旋转和线性执行器16 图表25TeslaOptimus各伺服关节分布16 图表26旋转关节结构图16 图表27无框力矩电机实物图17 图表28谐波减速器结构图17 图表29谐波减速器工作原理17 图表30双编码器与力矩传感器位置示意图18 图表31旋转关节工作原理18 图表32线性关节结构图18 图表33反向行星滚柱丝杠结构示意图19 图表34滚珠丝杠结构示意图19 图表35灵巧手空心杯关节与传动配置示意图19 图表36空心杯电机结构示意图20 图表372018-2022年鸣志电器收入结构20 图表38鸣志电器相关产品20 图表392018-2022年拓普集团收入结构21 图表40公司热管理系统与机器人执行器21 图表412018-2022年三花智控收入结构22 图表42公司热管理系统22 图表432022年汇川技术收入结构22 图表44公司伺服系统、控制器、工业机器人产品22 图表452018-2022年步科股份收入结构23 图表46公司运动控制类产品23 图表472018-2022年江苏雷利收入结构23 图表48雷利工业类配套电机产品23 图表492018-2022年禾川科技收入结构24 图表50机器人行业工业自动化解决方案24 图表512018-2022年中大力德收入结构25 图表52中大力德机器人相关产品25 图表532018-2022奥普光电收入结构25 图表54子公司禹衡光学光栅旋转编码器产品25 图表552018-2022瀚川智能收入结构26 图表56瀚川智能子公司股权穿透图26 图表572018-2022双环传动收入结构27 图表588000系列摆线针轮减速机27 图表592020-2022绿的谐波收入结构27 图表60绿的谐波相关产品27 图表612018-2022昊志机电收入结构28 图表62昊志机电机器人核心零部件产品全链条28 图表632020-2022雷赛智能收入结构29 图表64雷赛智能相关产品29 一、人形机器人：技术奇点时刻，新一次工业革命的开始 （一）人形机器人：仿人形态，商业化潜力亟待挖掘 人形机器人是通过模仿人类的形态和行为设计制造出的机器人。人形机器人（仿人机器人）是结合了仿生学、人工智能学、计算机科学以及材料科学的一个复杂产物。从形态上来看，人形机器人根据应用场景的不同分别或同时具有人的四肢、头部和躯干，使用 部分肢体的场景包括应用于工业领域的机械手臂、应用于医疗康复领域的辅助步行机器人等。从行为上来看，人形机器人通过模仿人类的关节、肌肉、感知系统、思维系统来实现移动、操作、感知、学习等行为，辅助人类从而解放更多的生产力。 图表1UniversalRobot的UR20工业协作式机器人图表2外骨骼仿生装置 资料来源：UniversalRobot官网资料来源：器械之家 随着技术进步，全尺寸人形机器人即将迎来商业化。部分躯体机器人的应用已进入商业化初期，相较之下，全尺寸人形机器人商业化程度更低。随着机器人技术的快速进步与成熟，全球多方势力已加入了全尺寸人形机器人商业化布局的行列。2022年，随着小米、 特斯拉陆续发布CyberOne和Optimus，机器人行业将迎来全尺寸人形机器人商业化的到来。 图表3特斯拉机器人Optimus图表4帕西尼人形机器人 资料来源：特斯拉官网资料来源：帕西尼感知科技官网 市场上已有多种机器人，但进一步商业化的潜力巨大。在特斯拉产品发布之前也有多种全尺寸人形机器人，但主要用于科教、研究、娱乐等领域，可以实现的功能相对较少，且 售价高昂，随着特斯拉、小米等科技企业的进入，制造、算法等诸多优势将实现对人形机器人商业化潜力更深入地挖掘。 图表5部分已布局全尺寸人形机器人的企业及产品 资料来源：特斯拉官网，CARSCOOPS，网易科技，Analyticsindiamagazine，本田中国官网，新京报，小米官网，Eduporium，优必选官网，优必选招股书，GeekyGadgets，华创证券整理 （二）人形机器人历经近百年，ChatGPT有望引爆技术奇点 人形机器人从1939年第一