人形机器人行业报告：人形机器人产业加速，核心零部件充分受益

投资建议：人形机器人产业发展迅速，国产核心零部件厂商有望受益。 总成：受益标的为拓普集团、三花智控、汇川技术。电机：推荐标的为鸣志电器、禾川科技，受益标的为江苏雷利、步科股份、雷赛智能。 减速器：推荐标的为国茂股份、丰立智能，受益标的为双环传动、中大力德、昊志机电。丝杠：推荐标的为恒立液压，受益标的为鼎智科技、贝斯特。传感器：受益标的为柯力传感、八方股份、汉威科技、奥比中光-UW、凌云光。液压弹簧：受益标的为华纬科技。 AI赋能下人形机器人前景可期，特斯拉积极推进产业有望加速。人形机器人为新型赛道，AI赋能下迎来重大边际变化，“具身智能”的机器人是人工智能的终极形态。特斯拉于2023年5月17日视频展示的机器人进展超预期，我们看好特斯拉做成人形机器人的原因有三：1）技术和供应链可复用和迁移；2）降本效应可期；3）迭代速度与进展可期。我们认为，特斯拉等重磅玩家的入局，使得人形机器人赛道从昙花一现逐渐变成产业趋势，在特斯拉的积极推进下，其他科技企业也有望快速跟进，人形机器人产业有望加速发展。 技术迭代+降本驱动+政策支持，人形机器人市场空间巨大。AI技术的迭代使得机器人智能化水平有望持续提升。对比现有机器人价格，距离2万美金售价目标仍有大幅降价空间，类比电车行业，规模化生产后可实现明显降本，我们认为从环节上看，执行系统（线性关节与灵巧手）降本空间最大。叠加国家政策的大力支持下，人形机器人市场空间巨大。 人形机器人驱动关键零部件市场加速发展，进口替代任重道远。电机：单体机器人所占价值量较大，其中无框力矩电机、空心杯电机需求较多。减速器：谐波减速器国产化率提升较快，RV减速器国产化率仍存在提升空间，行星减速器价值量相对较低。丝杠：技术壁垒相对较高，国产厂商加速布局。传感器：六维力矩传感器高壁垒，电子皮肤有望成为触觉终极方案，机器视觉下游应用广泛。液压弹簧：有望成为人形机器人“韧带”。 风险提示：1）人形机器人技术研发进程不及预期；2）商业化应用场景不及预期；3）降本进程不及预期；4）产业政策落地不及预期。 1.投资建议 人形机器人产业发展迅速，国产核心零部件厂商有望受益。 总成：受益标的为拓普集团、三花智控、汇川技术。 电机：推荐标的为鸣志电器、禾川科技，受益标的为江苏雷利、步科股份、雷赛智能。 减速器：推荐标的为国茂股份、丰立智能，受益标的为双环传动、中大力德、昊志机电。 丝杠：推荐标的为恒立液压，受益标的为鼎智科技、贝斯特。 传感器：受益标的为柯力传感、八方股份、汉威科技、奥比中光-UW、凌云光。 液压弹簧：受益标的为华纬科技。 表1：人形机器人行业重点公司盈利预测表 2.迈向具身智能，特斯拉等先行者抢占先机 2.1.传统机器人逐渐发展成型，痛点在于不智能、通用性差 在人形机器人之前，传统机器人逐渐发展成型。中国电子工业学会根据用途将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。其中， 1）工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能； 2）服务机器人是除工业机器人以外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人的统称，根据细分应用场景又可分为家用服务机器人和专业服务机器人；3）特种机器人在军事、极限作业、应急救援等领域可以发挥巨大的作用。 图1：按应用领域，机器人可分为工业、服务和特种机器人 传统机器人与工业、服务业行业增速相关度较高，未来增速可观。从整体趋势上看，传统机器人受制于2019年全球贸易摩擦升级、2022年新冠疫情反复的影响，增速有所放缓，其余年份增速较好，后续增速未来可期。分类型来看：预计2021年全球机器人市场规模达到335.8亿美元（约合2247亿元人民币）。其中，工业机器人、服务机器人、特种机器人市场规模分别约为144.9亿美元、125.2亿美元、65.7亿美元，占比分别为43%、37%、20%。预计到2023年全球机器人市场规模将突破477亿美元，服务机器人将成为增速最快的机器人细分类别。 传统机器人行业发展的痛点在于不智能、不通用。不智能主要体现在传统机器人不能像人一样感知和思考，痛点在于关键算法尚未突破；不通用体现在需求场景应用受限，“清洁机器人”、“物流机器人”、“军事机器人”等概念具有明确的功能属性。 图2：预计23年服务机器人全球市场份额领先 图3：预计未来三年服务机器人中国市场增速较快 2.2.人形机器人为新型赛道，AI赋能下迎来重大边际变化 人形机器人通常指模仿人类物理形态以及具体行为的智能机器人。人们可以对人形机器人进行指令控制，使其与人互动并执行需要像人一样灵巧而智能的任务。相比于传统机器人，人形机器人的核心突破在于人机交互，即能够听懂人的语言指令并进行分析推断以及决策执行。 “具身智能”的机器人是人工智能的终极形态。英伟达CEO指出，人工智能的下一个浪潮是具身智能（Embodied AI）。具身智能指的就是能够感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。我们预计目前快速发展的自然语言大模型将会对“具身AI”的研发有极大的推动作用，进而催化人形机器人应用落地。 图4：具身智能分为感知、想象、执行三模块 图5：具身智能为人工智能终极形态 人形机器人的核心突破需具备三个因素。人形机器人具备以下三个因素，使其和传统机器人有本质区别：1）像人一样有大脑；2）像人一样有完整的躯干；3）大脑能对身上各部位各器官进行控制。三者分别对应：AI大模型（交互模块）、视觉传感及感应器等（感知模块）、电机执行器（运动控制模块）。 AI赋能集中在交互模块。2023年以来，ChatGPT的问世被誉为人工智能的奇点时刻。在AI浪潮下，机器人人机交互的能力得到大幅提升。通过引入多模态输入，可以增强模型对于现实对象的理解，从而帮助其更好地处理具身推理任务。其中，微软团队于2023年2月发布《Chat GPT for Robotics:Design Principles and Model Abilities》，研究人员展示了多个ChatGPT解决机器人难题的案例。持续迭代的大模型将进一步提升人机交互能力，从而加速人形机器人的落地。 图6：人形机器人分为感知、交互、运控三模块 图7：通过ChatGPT可实现人机交互 感知模块复用汽车FSD系统，视觉感知方案强大。特斯拉人形机器人主要通过视觉传感的方式，不涉及激光雷达。其背后的系统算法与新能源车形成协同，具有技术一致性。具体而言，特斯拉车端打造FSD和Dojo，人形机器人的视觉识别、场景构建等均采用FSD相同的神经网络学习技术，利用深度学习、大数据分析、Dojo训练、自动标记等算法，Dojo的巨大算力可提供云端训练支持。其中，特斯拉改进的Occupancy Network模型，从运算效率到成本控制方面均优于激光雷达方案。 图8：特斯拉FSD神经网络模型具有大量参数 图9：OccupancyNetwork模型已应用于汽车 图10：Optimus复用Occupancy Network模型框架 运控模块采用电机驱动模式。特斯拉人形机器人主要采用电机驱动的传统方式，并结合利用微齿轮谐波减速器与丝杠。相比于液压驱动，电机驱动的优势在于精度高、精密控制与成本低。此外，特斯拉尤为重视灵巧手环节。为了实现更为精密、复杂的动作，配置灵巧手是人形机器人的未来趋势。其核心在于大力矩以及对于力和位移的感知能力。而要实现这一点，则需借助深度强化学习，使得机器人从反复试验中学习迭代。这一过程可能需要上亿次的训练。 图11：特斯拉人形机器人采用驱动器设计 图12：机器人的灵巧手可进行收杯盘等复杂活动 2.3.产品迭代由来已久，看好特斯拉实现人形机器人梦想 回顾历史：人形机器人技术不断迭代，产品推陈出新，大致可以划分为以下三个阶段： 第一阶段：基本功能实现阶段（2000年以前）。人形机器人旨在模仿人类动作、融入人类生活。从1973年第一台人形机器人面世至今，人形机器人在模仿人类特征方面硕果累累。2000年以前，人形机器人已实现行走、抓握等基本动作。 表2：2000年以前人形机器人发展较慢 第二阶段：基本功能完善阶段（2000年-2015年）。在此期间人形机的基本功能得到完善，实现了跑步、人机交互、简单的与人沟通、协助人类完成体力劳动及科研工作。 表3：2000-2015年人形机器人功能逐步完善 第三阶段：下游应用探索阶段（2015年至今）。根据2015年至今人形机器人的应用市场，目前人形机器人主要应用于协助科学研究、个人护理、教育、社交等领域，部分机型已实现商业化。我们认为当前国内外人形机器人的发展已经取得一定突破，然而成本高昂、缺乏实用性和商业化应用似乎成为了人形机器人发展的重要阻碍。 表4：2015年至今人形机器人加速发展 未来趋势1：从目前开发的人形机器人进展及对比中我们不难发现，在未来发展趋势上，人形机器人一致以外形向人类细部特征靠拢，功能具备真实人类运动、灵活、环境判断能力为主。 表5：目前已开发的人形机器人种类多样（1） 未来趋势2：人形机器人成本及售价呈下降趋势。伴随人形机器人技术的发展，为迎合市场应用及商业化的需求，售价也从数百美元降至数万欧元，主要原因在于核心零部件成本降低。 表6：目前已开发的人形机器人种类多样（2） 重磅玩家入局，看好特斯拉人形机器人梦想。特斯拉于2023年5月17日视频展示的机器人进展超预期，以及100亿台的远期目标超预期（此前为100万台）。我们看好特斯拉做成人形机器人的原因有三： 1）技术和供应链可复用和迁移。其中，未来人形机器人的视觉识别、场景构建等都采用了和汽车FSD相同的神经网络学习技术；人形机器人零部件价值量占比高，可共用其成熟的汽车供应链； 2）降本效应可期。特斯拉规模化降本能力已在车端得到验证，据测算特斯拉汽车销量达37万辆时开始盈利，同时从2017-2021年，单车固定成本、可变成本等持续下降，规模效应显著。从决心上看，ASIMO单台成本为250万美元，而特斯拉人形机器人直接将目标价格控制在2万美元。 3）迭代速度与进展可期。2021年特斯拉首次公布人形机器人项目计划Tesla Bot（也称为Optimus）；时隔一年，特斯拉便在2022 AI DAY上展示了最新一代原型机，此次展示的机器人已经具备行走、搬运、识别物品、浇花等基本能力；而在2023年5月，Optimus人形机器人已经可以到处走动、进行拧螺丝、单腿原地跳跃、灵活抓取等精细化工作。 我们认为，特斯拉等重磅玩家的入局，使得人形机器人赛道从昙花一现逐渐变成产业趋势。在特斯拉的稳步推进下，其他科技企业也将快速跟进，人形机器人产业有望加速发展。 图13：特斯拉人形机核心设计参数较接近人类 3.产业趋势明确可期，长期市场空间广阔 3.1.行业渗透率提升的关键在于技术迭代与降本驱动 3.1.1.乘技术迭代之风，拥抱AI新时代 人形机器人的迭代顺应了人口老龄化与劳动力成本激增的需要。我们认为：人口老龄化给社会生产带来的弊端之一在于劳动力成本的上升以及全要素生产率的下降。从生产资料角度出发的解决方案便在于，以AI人工智能为抓手，通过新科技革命带动生产效率提升。在此背景下，人形机器人发展的内在逻辑在于对劳动力的适量替代。 人形机器人有助于解决制造业劳动力短缺与老龄人口护理等问题。根据高盛测算数据，如果人形机器人每天工作量达到8小时，那么到2030年将填补美国制造业劳动力短缺的缺口；如果人形机器人每天工作量达到8小时，那么到2035年将填补全球老年人护理短缺的缺口。因此，我们推断：人形机器人或将在欧美等高人力成本国家率先渗透。 图14：人形机器人能够填补劳动力缺口 图15：人口老龄化趋势加速 人形机器人为搭载AI的绝佳载体。在硬件端，人形机器人搭载AI能够丰富AI的表达方式。根据恐怖谷假说，中等偏上程度的仿真是最受欢迎的（即70%-90%的相似度）。因此，具有适度仿真的人形机