电力设备：人形机器人产业前景广阔，看好核心零部件

分析师：尹沿技（SAC执业证书S0010520020001）2023年8月1日 报告要点 ➢AI助力人形机器人，人形机器人潜在市场广阔，2035年或可达千亿美元。随着全球数字化进程发展，机器人产业正迎来重要机遇期。高盛预测在最理想的情景下（产品设计、用例、技术、可负担性和公共接受度等障碍被克服），2035年人形机器人市场或将达到1540亿美元。Markets and Markets预测人形机器人市场规模将从2023年的18亿美元增长到2028年的138亿美元，其复合年增长率可达50.2%。 ➢人形机器人发展驱动力： 1.劳动力短缺问题进一步凸显，人形机器人将来或可成为缓解劳动力短缺问题的关键技术。2.中国人口老龄化问题严重，人形机器人在养老助残领域大有可为。 ➢人形机器人产业化关键难题是成本控制：人形机器人要想走入千家万户，应该把价格降低到大多数人能承受的范围。特斯拉人形机器人Optimus可实现直立行走、搬运、洒水等复杂动作，预计售价约为18万RMB。 ➢核心零部件受益，关注投资机会： 1.人形机器人所需的减速器、伺服系统的数量高于工业机器人，成本占比也应该高于工业机器人。随着人形机器人市场的增长，对减速器、伺服系统需求量也将大大提升，应关注投资机会。 2.人形机器人灵巧手的核心部件空心杯电机制造组装要求较高，目前国内能做空心杯电机的企业不多，比较有优势的是鸣志电器和鼎智科技。 3.人形机器人对人形机器人对交互、导航、避障等功能的要求更高，对传感器的要求也更高，传感器相关企业或将因此受益。 ➢受益标的：绿的谐波、双环传动、兆威机电、汇川技术、鸣志电器、舜宇光学科技、鑫宏业。 ➢风险提示：人形机器人发展不如预期的风险、技术先进的人形机器人成本难以降低的风险、国内宏观经济下行的风险。 目录 人 形 机 器 人 ： 潜 在 市 场 广 阔 2 人 形 机 器 人 相 关 技 术 解 析 3 核 心 零 部 件 受 益 ， 关 注 投 资 机 会 4 人形机器人技术升级，可方便操作各种工具 ➢机器人定义：机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，可以辅助甚至替代人类完成重复枯燥或者危险繁琐的工作，从而提高工作效率与质量。 ➢机器人分类：国际机器人联盟（IFR）将机器人按应用场景分为工业机器人和服务机器人两大类。而国内一般把机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三大类。 ➢人形机器人：人形机器人通常是指外表和运动方式接近人类的智能机器人，相比非人形机器人，人形机器人可以更加方便地操作为人设计的各种工具和仪器。 包括搬运机器人、焊接机器人、涂装机器人、检测机器人和研磨/抛光机器人等。 迎来重要机遇期，人形机器人有望加速产业化 ➢机器人产业集机电、材料、计算机、传感器等多门学科于一体，人形机器人是衡量国家科技实力和高端制造业水平的一个重要标志。近年来，中国作为世界最大机器人市场之一，机器人产业正处于快速发展阶段。 ➢随着全球数字化进程发展，机器人产业正迎来重要机遇期。《中国机器人产业发展报告（2022年）》中提到预计到2024年，全球服务机器人市场规模将有望突破290亿美元，中国服务机器人市场规模将有望突破100亿美元。➢人形机器人有望加速产业化：在疫情防控、人口老龄化、和政策支持等因素的驱动下，服务机器人产业进入高速发展期，中国服务机器人的投资金额近年来增长迅速。人形机器人可看作现有服务机器人的进一步技术升级，随着服务机器人的投资金额迅速增长，人形机器人也有望加速产业化。 人形机器人潜在市场预估，2035年或可达千亿美元 ➢劳动力短缺问题进一步凸显，人形机器人前景广阔。现在劳动力短缺已成为世界性难题，中国的劳动力数量也连年下降，人形机器人将来或可成为缓解劳动力短缺问题的关键技术。 ➢中国人口老龄化问题严重，人形机器人在养老助残领域大有可为。第七次全国人口普查的结果显示：中国60岁及以上人口为264018766人，占比为18.70%，与2010年第六次全国人口普查相比上升5.44个百分点。➢人形机器人潜在市场大，高盛预测市场可达千亿。高盛在2022年11月的一份报告中预估，在未来10到15年内可以实现至少60亿美元的人形机器人市场，甚至在最理想的情景下（产品设计、用例、技术、可负担性和公共接受度等障碍被克服），2035年人形机器人市场或将达到1540亿美元。➢另外，MarketsandMarkets也对人形机器人市场进行了报告，预测人形机器人市场规模将从2023年的18亿美元增长到2028年的138亿美元，其复合年增长率可达50.2%。 主流人形机器人对比分析 ➢目前技术最先进的人形机器人是波士顿动力的Atlas机器人，能够倒立、跳马、跳舞和跑酷，但是其成本过于高昂，约为1400多万RMB。 ➢目前主流人形机器人主要有Pepper、Walker、Optimus、CyberOne等。主流人形机器人对比 人形机器人产业链处于极早期，潜在应用领域广阔 ➢从产业链角度来看，人形机器人正处于产业链的极早期阶段，潜在应用领域非常广阔，在养老助残等方面有着巨大的潜力。 相关政策助推人形机器人发展 ➢机器人作为智能制造发展领域的重要一环，受到国家的高度重视。近年来，国家出台多项政策，助推机器人的发展，各省市也结合当地实际情况，纷纷发布机器人利好政策。 ➢深圳市、上海市、北京市等地率先提出要推动人工智能和机器人的结合，加强对智能机器人的扶持。政策支持助推人形机器人发展，科技企业进军机器人产业已成为大势所趋。 目录 人 形 机 器 人 ： 潜 在 市 场 广 阔 人 形 机 器 人 相 关 技 术 解 析 2 核 心 零 部 件 受 益 ， 关 注 投 资 机 会 3 4 人形机器人的进化速度快，产业化有望加速 ➢人形机器人技术发展迅速，以优必选人形机器人Walker为例，五年时间就经过了四次迭代，运动能力和AI都有了很大的提高。随着AI、传感器、数字化等技术的进一步发展，人形机器人的产业化有望加速。人形机器人Walker的发展历程 人形机器人的系统构成：传感、控制、机械 ➢机器人技术是感知、决策、行动和交互技术的结合，可以分为传感部分、控制部分和机械部分，又可细分为六个子系统。 ➢人形机器人技术趋势：人工智能（AI）的进步，传感器技术的进步，运动能力的进步，人机交互能力的进步。 感知系统获取信息，主要由传感器组成 ➢人形机器人的感知系统就像是人的眼睛、耳朵等感觉器官，可以获取人形机器人内部和外部的环境信息，并把这些信息反馈给控制系统。 ➢感知系统主要是由具有不同功能的各种传感器构成，可分为内部传感器和外部传感器。内部传感器是用来检测机器人本身状态（如手臂间的角度）的传感器，外部传感器是用来检测外部环境及状况的传感器。 控制系统核心为控制器，处理感知系统信息 ➢人形机器人的控制系统根据感知系统提供的信息来对机器人的行为和动作进行控制和调节，和感知系统相互配合，使机器人能够根据感知到的环境信息做出相应的响应和动作。 ➢控制系统的核心是控制器，负责接收传感器的反馈信号，并根据预设的控制算法生成相应的控制信号，驱动机器人的执行器实现所需的动作和任务。 驱动系统驱动关节运动，电动驱动系统为主流 ➢人形机器人的驱动系统是指用于实现机器人运动的系统，由各个关节的传动装置组成，可实现关节的转动或移动。根据能量转换方式的不同，驱动系统主要分为三大类型：液压驱动系统、气动驱动系统和电动驱动系统。 ➢目前大多数人形机器人使用的是电动驱动系统，因为电动驱动系统控制精度高，可以实现精确的关节位置和速度控制，适用于需要高精度运动的人形机器人。 ➢波士顿动力的Atlas机器人使用的是液压驱动系统。 机械结构系统：关节和灵巧手 ➢人形机器人的机械结构系统主要包括关节、灵巧手、骨架等结构。骨架起到支撑作用，而关节、灵巧手对人形机器人的灵活性有着非常重要的影响。 ➢关节：关节是机器人连杆接合部位形成的运动副，共同形成机器人肢体所需的运动。关节包括线性关节、旋转关节和球形关节。 ➢灵巧手：人形机器人的末端执行器，用于抓取物品，要求能够柔顺抓取不同形状，不同质量的物体。 机械结构系统：关节和灵巧手 ➢灵巧手：人形机器人的灵巧手是一种末端执行器，与工业机器人相比，人形机器人的灵巧手不是针对特定任务设计的，而要具备通用抓取能力。特斯拉的Optimus使用的是外置式灵巧手，有5个手指，6个执行器，11个自由度。 ➢发展趋势：1.提高自由度，使灵巧手更加灵活2.灵巧手模块化，往内置式灵巧手方向发展 资料来源：腾讯云，众星智能，硅步机器人，特斯拉AI DAY 2022，优必选科技，华安证券研究所 目录 1 人 形 机 器 人 ： 潜 在 市 场 广 阔 2 人 形 机 器 人 相 关 技 术 解 析 3 核 心 零 部 件 受 益 ， 关 注 投 资 机 会 核心零部件之一减速器：技术壁垒高，需求量大 ➢机器人相关零部件中的核心零部件是减速器，伺服电机和控制器，减速器是机器人生产中技术壁垒最高的零部件。人形机器人的发展，对减速器的产量及市场规模起到一个助推作用，2023年中国减速器行业市场规模或将大幅增长。 ➢成本构成分析：人形机器人的一个自由度对应一个减速器，相比工业机器人需要的3-6个减速器，人形机器人的自由度明显增多，需要大约三四十个减速器，所以在成本构成中的比例也应该高于工业机器人，预计占40%。而用于驱动的伺服电机的数目也需要相应的增多，预计占23%。由于人形机器人的负载不需要像工业机器人那么大，所以对材料的要求较低，且3D打印技术已经被应用以降低成本，预计占10%。控制器大多由厂家自研，控制器及其他共占27%。 核心零部件之一减速器：谐波减速器和RV减速器对比 ➢减速器是一种用于降低电机输出的转速并增加输出的转矩的机械装置，是人形机器人生产中壁垒最高的零部件。 ➢在人形机器人中，关节配备的减速器主要分为谐波减速器和RV减速器两种，通常用于提供足够的力矩和精确的运动控制，可以使机器人关节的运动更加平稳和精确。 ➢在人形机器人中，还有一种减速器是行星减速器，如特斯拉Optimus的灵巧手所用的减速器就是行星减速器。 资料来源：富宝科技，本润机器人官网，淘宝网，纳博特斯克产品手册，华安证券研究所 核心零部件之一减速器：特斯拉Optimus的关节减速器应用 ➢谐波减速器应用：Optimus的旋转关节使用了谐波减速器，肘关节、腕关节等小型化、低载荷的部位很可能使用谐波减速器。 ➢RV减速器应用：Optimus的髋关节、膝关节和踝关节等大型化、高载荷的线性关节很可能使用RV减速器。 ➢行星减速器应用：Optimus的灵巧手使用的是行星减速器。 旋转关节：共14个，肩关节3×2个，腕关节1×2个，髋关节2×2个，腰关节2个。线性关节：共14个，肘关节1×2个，腕关节2×2个，髋关节1×2个， 膝关节1×2个，踝关节2×2个。 核心零部件之一减速器：谐波减速器原理 ➢谐波减速器结构：谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成。 波发生器:由一个椭圆形凸轮和一个柔性轴承组成，通常与输入轴相联。柔性轴承内圈固定在凸轮上，外圈可通过滚珠实施弹性形变成椭圆形。 柔轮:开口部外圈带有齿轮的薄壁型金属弹性体部件，它随波发生器的转动而变形，通常安装在输出轴上。 刚轮：刚体环状部件，内周刻有齿轮，一般情况下比柔轮多2齿，通常固定在外壳上。 ➢谐波减速器原理：柔轮被波发生器弯曲成椭圆形，随着波发生器转动过程中，其中一个齿从与刚轮的一个齿啮合到再一次与刚轮上的这个齿相啮合时，柔轮恰好旋转一周，而此时波发生器旋转了很多圈，波发生器的旋转圈数与柔轮旋转圈数（1圈）之比，即为谐波齿轮减速器的减速比，故其减速比很大。 资料来源：泰利减速机，苏州创工品，华安证券研究所 核心零部件之一减速器：RV减速器原理 ➢RV减速器结构：R