人形机器人行业深度报告：人工智能的终极载体，开启十年产业大周期

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业 人工智能的终极载体，开启十年产业大周期 --人形机器人深度报告 首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-60199798 2023年8月18日 摘要 人形机器人开启人工智能应用大未来，未来十年产业大趋势确立：人形机器人的通用性打破工业及服务机器人的限制 ，近2年国内外资本大举进入，未来20年产业大趋势确立。特斯拉机器人兼具性能与性价比，目标定价2万美金，且进 度引领全球，目前处于B样阶段，24年底有望开始小批量，率先与工厂应用，商业化路径将从细分领域突破到通用型 ，从tob向toc转变，28-30开始大规模放量。我们预测全球25年人形机器人初步商业化，销量2-3万台，30年新增需求100万台，2035年销量有望突破1000万台。 AI加速人形机器人产研，特斯拉引领全球：软件决定人形机器人高度，算法需与硬件匹配，而科技巨头具备超强研发实力及软件技术优势，其中特斯拉凭借FSD算法算力积累、电动车供应链降本优势，遥遥领先。特斯拉将FSD纯视觉 +深度学习神经网络嫁接至人形机器人，利用仿真虚拟大模型及自动驾驶积累数据提升算法训练效率，从而提高机器 人平衡性能、行走步态、手部抓取等。此外，特斯拉自研的FSD芯片与Dojo超算提供算力支撑。 特斯拉运控系统最具量产优势，中国供应链受益：特斯拉机器人核心关节包括三大类、40个执行器组成，其中身体14个旋转执行器（谐波减速器方案）、14个线性执行器（滚柱丝杠+梯形丝杠方案），手部12个空心杯模组。目前执行器三花与拓普均已送样，手部关节鸣志电器已送样。目前整机bom成本超30万，大规模量产后将降至10万元。从价值量及技术壁垒综合看，零部件排序为六维/丝杠/减速器/空心杯/无框力矩电机。六维传感器：目前进口价值量高，单个1-2万元，推测手腕或各使用一个，国产技术未完全突破；滚柱丝杠：线性执行器中使用8个左右，目前单个价值量1-2万元，龙头为欧洲厂商，看好速滚柱丝杠国产化的大幅降本；谐波减速器：旋转执行器中使用14个，单个价值量1200元，供应商为绿的，未来随小厂起量，价格有下降空间，同时髋关节或使用新型RV减速器替代，双环已启动研发；空心杯：用量12个，单个价值量1000元，鸣志已送样，后续拓展至集成，提高ASP；无框电机：主要供应商为美企，壁垒接近伺服电机，伺服相关厂家可以切入，且执行器集成商也可自产。 对标电动车化，人形机器人星辰大海：从股价角度看，电动车行情2010年第一次纯主题炒作，涨幅超1倍；2012年底 -2014年产业化前夕的主题投资，主线清晰，特斯拉概念受追捧，涨幅超2倍。因此人形机器人放量行情前的主题投资 仍值得参与。从产业角度看，电动车19年底开启的放量行情中，价值高/壁垒高/格局好的环节，如整车、电池、隔膜 、电解液等易出10倍股，因此对于机器人投资，优选绑定头部企业、壁垒最高核心环节、单机价值量可提升环节。 投资建议：人形机器未来十年产业大趋势，短期主题热点长期大成长空间，优选进入Tesla供应链核心优质标的或者具备相关技术正在积极切入的公司：1）总成|旋转关节+线性关节：推荐三花智控、拓普集团、汇川技术；2）手关节 ：推荐鸣志电器，关注江苏雷利（鼎智科技），3）减速器&丝杠：推荐双环传动、关注绿的谐波、秦川机床、贝斯特 、恒立液压，4）无框伺服电机：推荐禾川科技、雷赛智能，关注步科股份、伟创电气等。 风险提示：量产进展不及预期；产业链降本不及预期；行业关键技术突破不及预期；市场竞争加剧 AI加速人形机器人产研，特斯拉引领全球 人形机器人开启人工智能应用大未来 对标电动车化，人形机器人星辰大海 特斯拉运控系统最具量产优势，中国供应链受益 优选特斯拉供应链及高壁垒高价值量龙头 投资建议及风险提示 目录 1、人形机器人开启人工智能应用大未来 4 人形机器人最基本的特征是具有人类的外形特征和行动能力。 人形机器人相比工业机器人拥有更高级的感知交互系统，包括传感模块和软件方面（导航技术、智能决策等 ）。与服务机器人相比更需要保持平衡，普通服务机器人有底盘，用轮式驱动，不存在摔倒问题，人形机器人比服务机器人更高，靠双足行走，并需要适应不同的地面，每个关节受力更加复杂，对减速器负载和电机响应速度要求更高。 图工业机器人、服务机器人、人形机器人对比 工业机器人 服务机器人 人形机器人 特点 1）精度较服务机器人高 2）通过执行明确的程序进行重复性工作 1）精度相对较低2）形态多样，模仿人类能力 1）仿真程度高，更接近人形 2）具备较强的自主性，环境感知+人机交互要求高 3）运动控制能力更强，关节对减速器和电机要求高 4）多功能性，通用性更强 应用领域代替 人类执行危险任务，焊接、搬运、 喷涂、装配、磨削等 主要协助人类工作，医疗、餐饮、酒店、物流等 应用领域更广，涵盖服务业和工业制造业 形态类型 单臂机器人、双臂机器人、移动机器 人、固定机器人 人形机器人、车型机器人、无人机、智能家居 一般具有躯干、头部、两条手臂和两条腿 主要制造商 瑞典ABB、日本Fanuc、日本安川电 机、德国库卡等 科沃斯、美国iRobot、海康等 特斯拉、本田、波士顿动力等 示意图 近2年人形机器人的研发及投入大增，国内外资本大举进入，未来20年产业大趋势确立。海外厂商主要有特斯拉、本田、波士顿动力、英国EngineeredArts、挪威1X，特斯拉Optimus预计24年底量产。国内厂商主要包括傅利叶、优必选、达闼、小米，其中优必选、达闼的人形机器人具备量产能力。 图国内外代表性人形机器人进展及特点 厂商本田波士顿动力优必选达闼Engineered小米特斯拉傅利叶 Arts 国家 日本 美国 中国 中国 英国 中国 美国 中国 发布时间 2000年 2013年 2016年 2019年 2021年 2022年 2022年 2023年 机器人ASIMOAtlasWalkerGingerXR-1AmecaCyberOneOptimusGR-1 身高1.5米，体 身高1.6米，重重49kg，高 身高1.65米，体重 身高130cm，体 重80kg，速度 身高1.3m，体重62kg，能够最快以1.87m，身体共身高1.77m，体重 身高1.72m，重量 达到55公斤，全 参数重48kg，最大速 1.5m/s，依靠 63kg，具备36个1米/秒速度移动， 有52个模块， 52kg，单手握持 73kg，负载9kg， 身自由度多达40 度是9km/h，全28个液压执行器高性能伺服关节全身共34个智能柔 支持51种关节 1.5公斤重物、多达全身超200个自由度个，步行速度可达 身57个关节 实现各种高难度 实现小跑、单脚高动态的运动性突破了波动地形具备抓取负载能力，实现人类面部可感知人类情绪，具有自由行走和自采用自研FSA高性 产品特点 跳、上下楼梯以能,能做高难度运上的自平衡，力能完成端茶倒水、表情的高度模视觉敏锐、可对真我组装的能力；可能一体化执行器， 及踢足球等系列复杂运动 动动作平整地面行走等 技术 位混合控制，不穿针引线等高难度仿，但运动功实世界三维虚拟重以在不同的环境中拥有强大且灵活的 复杂动作 能非常有限 建 自主导航 运动性能 运动 性关节SCA 运动21个自由度 到5KM/h，负重 50公斤 进展其高昂的价格导很难找到成熟的已实现成本可控 还不具备量产 一两年内实现量产 致未进行商业化 市场落地场景 以及稳定量产交 示意图 付 可规模化量产 能力还不具备量产能力24年底量产交付 特斯拉机器人产品性能不断升级，性价比优势凸显，且产业化进展快。特斯拉在2021年AIDay上发布了特斯拉的通用机器人计划，并用图片展示了人形机器人TeslaBot的概念。2022年10月，特斯拉在AIDay发布会展示了Optimus人形机器人工程机，首次展示其详细参数和行动能力。2023年5月，特斯拉在股东大会上发布最新视频，Optimus控制能力、环境探索能力、学习能力增强。目前特斯拉机器人硬件进入b样阶段，24年中C样，24年开始小批量在特斯拉工厂运行，24年底-25年有望实现量产，最终产品目标定价2万美金，适用于大规模应用。 特点：1）控制能力强：躯干28个执行器，手部各6个执行器，11个自由度，具有精确控制握持力输出的传感器，全身超200个自由度，行走、抓取物体自然。2）环境探索能力强：承接视觉AI，安装无人驾驶系统FSD，接入和特斯拉汽车同样的神经网络，可以全面识别周边环境。3）学习能力强：可以通过AI算法识别和学习人类动作。 图特斯拉人型机器人 图特斯拉人型机器人参数 参数 2021年概念机 2022年发布会 身高 172cm 172cm 体重 56.7kg 73kg 机电执行器 40个 28个身体关节执行器+12个手指关节执行器 全身自由度 - 200+ 载重量 20.4kg 9kg 行走速度 8km/h 实物行走缓慢 用电功率 - 100w/500w 感知模块：包括两方面视觉和触觉，视觉有纯视觉路线，也有依靠雷达等多方式融合路线，以便躲避障碍、规划路线；触觉主要通过传感器判断物体的重量、特性等，以便更好实行动作控制。 决策模块：是机器人的大脑，核心是芯片与算法，为输入的任务进行分解、制定最佳决策规划，并根据感知和运控模块的反馈，实时调整；同时可利用大模型不断训练和迭代算法。 运控模块：机器人的身体，根据指令，对关节的控制是核心，包括角度、力、速度等控制，难点是保持动态平衡、行走跳跃奔跑、手部抓取等，电驱动方式下主要由电机、减速器、丝杠、编码器等构成。 图人形机器人三大构成部分 感知模块 交互模块 运控模块 单目摄像头 力传感器 多目摄像头 扭矩传感器 毫米波雷达 力矩传感性 激光雷达超声波雷达 高精地图 卫星定位 惯性导航 任务描述 任务分解 决策规规划划 运动规划 路径正解 控制 位置控制 力控制 芯片与算法 伺服电机 谐波减速器 滚柱丝杠 RV减速器 无框电机 棉麻器 平衡与运动执行 行走步态 手部抓取 视觉、触觉等 大脑：决策 身体：运动控制 硬件：灵敏度与承压能力的协调，关节能力不能匹配运动规划。下肢要求保持灵敏的同时，可承受奔跑跳跃的重压，这对关节要求高；手要求具备极高灵敏度，以便完成精细化工作。同时，全身关节需快速、准确执行运动规划。 软件：算法是核心，需不断的训练与迭代。需准确的拆解任务、训练不同任务的运动规划（行走与抓取） ，实时反馈视觉检测与理解，并对运动规划做调整。 大规模降本路径清晰，应用场景不是问题：硬件供应链与汽车供应链部分重合，大规模量产可大幅降低高 壁垒零部件价格，成本下降空间大。 图人形机器人下肢动作图手部抓取动作 人形机器人的应用市场蕴含巨大的想象空间：做人能做但不想做的工作，做人想做但是不能做的工作。 一个好的机器人可以不是最终“完美的”机器人：参照自动驾驶，从L1-L3是经历5年以上迭代的，并且完全自动驾驶L5也仍需时间。我们认为人形机器人的成熟也是渐进式，可在细分市场的率先商业化，如工厂生产、安防巡检、物流配送、服务业引导、救援、军事等，初期功能单一，后逐步成熟转为通用型机器人 ，由tob转为toc，进入家政等市场。更远期，人形机器人有望应用于航天航空领域，切合Musk火星移民构 想。 图人形机器人应用市场进度 工厂生产安防巡检物流配送服务业引导灾难救援 军事 火星移民宇宙探索 …… 初期：细分市场 Tob向Toc转变专用型向通用型 家政服务个人助理陪伴护理 …… 中期：个人市场 ?远期：航天航空 2025~2035年2030~2040年2040~2050年 技术成熟、成本下降、法规监管完善 出生率下降、人力