2023人形机器人行业简析报告

人形机器人行业简析报告 版权归属上海嘉世营销咨询有限公司商业合作/内容转载/更多报告 01.全球机器人行业进入智能应用期 •全球机器人行业的发展经历了萌芽阶段（20世纪40-50年代）、初级阶段（20世纪60-70年代）、迅速发展阶段（20世纪80-90年代）、智慧化阶段（21世纪初-至今）等四个阶段。 •当前阶段，随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化、智能化、通用化趋势日益明显。 •在日本，机器人的关键性部件—减速器是遥遥领先的，并且已经形成了技术壁垒；德国则在原材料、本体零部件具有很大的优势；美国当前在人形机器人方面、机器人AI技术方面引领潮流。 全球机器人历史发展阶段 20世纪40-50年代 萌芽阶段 20世纪60-70年代 初级阶段 20世纪80-90年代 迅速发展阶段 21世纪初至今 智慧化阶段 美国橡树岭等国家实验室取得初步研究成果 1945年第一台可编程式机器人诞生，具备了机器人雏形 德国、日本第二次世界大战后劳动力短缺，工业基础好 按程序重复作业 计算机技术、传感器技术迅速发展 具备初步感知、反馈能力， 在工业生产中广泛应用 制造业升级，工业自动化，机器人代替人 具有逻辑思维、决策能力 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 02.“具身智能”被认为是人工智能的终极形态 •具身智能（EmbodiedAI）指的是具有身体的人工智能，是AI进入物理世界交互的载体。它包含AI领域几乎所有的技术，包括机器视觉、自然语言理解、认知和推理、机器学习、机器人学等，横 跨多个学科方向，是人工智能的集大成者。 具身智能为人工智能终极形态 进化优化 形态生成 形态生成 形态生成 人工设计 强化学习 利用形态产生行为 利用行为实现学习 形态行为学习 利用形态控制行为利用学习提升行为 利用学习优化形态 •目前，具身智能已经成为国际学术前沿研究方向，包括美国国家科学基金会在内的机构都在推动具身智能的发展，各大国际学术会议也在越来越多地关注具身智能，美国顶尖高校已经开始形成具身智能研究社区。 具身机器人四大挑战 01 机器人不能够像大语言模型一样有一个基础大模型直接一步到位，做到最 底层的控制。 02 如何把机器人多模态的感官感知全部融合起来，仍面临诸多难题需要解决。 03 机器人的发展需要收集很多数据，其中也面临很多安全隐私等方面的问题。 04 计算能力的挑战。即使谷歌Transformer模型，要做到机器人控制，距离 实际需要的控制水平仍有许多事情要做。 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 03.人形机器人有望成为“具身智能”终极载体 •人形机器人一方面由于其与人类相似，能够更好地服务人类，所以有望成为数量最大的机器人类型；另一方面由于其下游应用广泛，所以有望接触更多复杂场景。得益于未来人形机器人基数大&场 景复杂的特性，其有望成为具身智能最好的载体。 •今年，微软、OpenAl、EngineeredArts、特斯拉等公司相继推进AI+机器人布局，且已有人形机器人投入实际使用，如1XTechnologies披露其人形机器人EVE自今年4月以来已在美国和欧洲投入实际工作（担任保安）。 2月微软 •宣布正在探索如何将ChatGPT扩展到机器人领域，旨在让人类用自然语言控制机器人等硬件平台。 4月腾讯、小米 •腾讯RoboticsX实验室推出自研机器人灵巧手(TRX-Hand)和机械臂(TRX-Arm); •北京小米机器人技术有限公司成立。 6月英伟达、谷歌 •英伟达开发IndustReal用于帮助机器人解决仿真中的装配任务; •谷歌DeepMind推出用于机器人的AI智能体。 2023年 3月OpenAl,EngineeredArts •OpenAl领投挪威人形机器人公司 1XTechnologies; •EngineeredArts展示接入GPT-3的 Ameca. 5月特斯拉、英伟达、1X、优必选 •2023特斯拉股东大会.上展示了接通FSD算法的人形机器人Optimus最新进展; •黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能; •1XTechnologies人形机器人已在美国和欧洲担任保安; •优必选发布WalkerX在智慧工厂“中工作的演示视频 7月达闼、谷歌 •达闼展示接入大模型的类人形机器人; •李飞飞团队将大模型接入机器人实现零 训练行动规划; •谷歌发布机器人研究新进展RT-2。 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 04.软件决定人形机器人高度 •人形机器人本质是AI系统落地物理世界的最佳载体，算法是核心，需与硬件匹配。算法对运动能力的控制，包括本体平衡、行走的步态、手部抓取等规划与控制。这需要成熟的感知系统基础、强 大的算法分解任务和规划动作、大模型不断仿真训练以及超强的算力支撑，同时要求算法与硬件相匹配。这要求机器人企业需自研算法，并持续更新迭代。 •人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件，例如无框力矩电机、空心杯电机、传感器、专用芯片等；中游为机器人本体制造，包括设计、制造、测试三大环节;下游为人形机器人应用领域，包括工业制造、仓储物流、医疗服务、商业服务、家庭使用等。 人形机器人软硬件架构示意图 任务层 世界模型工艺参数文本编程语言工艺参数图形化编程语音指令工具模型感知模型拖动示范离线编程自助规划 实时控制层 规划控制建模支持模块接口 操作系统层支持库 RT-PlatformRT-Runtime RT-OSALNonkT-Runtime 操作系统 第三方支持库 硬件层 无框力矩电机空心杯电机编码器丝杠 传感器减速器芯片…… 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 04.软件决定人形机器人高度 人形机器人行业产业链 上游-核心零部件中游-人形机器人本体下游-人形机器人应用 无框力矩电机 动力电池 空心杯电机 热管理系统 减速器 传感器 编码器 专用芯片 行星滚柱丝杠 执行器总成 …… 机器人本体设计 机器人本体制造 机器人本体测试 工业制造商业服务 仓储物流家庭使用 医疗服务…… 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 05.人形机器人三大驱动模式 •人形机器人包括液压，气动和电机三种驱动方式。相比于液压驱动、气动驱动，电机驱动可采用多种灵活的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高，能保证机器人能完成高复杂、高精度的动 作。因此，基于电机驱动的人形机器人商业化机会更高。 驱动方式 液压驱动 气动驱动 电机驱动 特点 液压驱动系统通常由液动机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油系、油箱等组成，以压缩机油来驱动执行机构进行工作。 气力驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机(或由气压站直接供给)等组成，以压缩空气来驱动执行机构进行工作。 电力驱动是利用电动机产生的力矩，直接或经过减速机构驱动机器人，以获得所需的位置、速度和加速度。 优点 操作力大、体积小、传动平稳且动作灵敏、耐冲击、耐振动、防爆性好。 空气来源方便、动作迅速、结构简单、造价低、维修方便、防火防爆、溜气对环境无影响。 电源易取得，无环境污染，响应快，驱动力较大，信号检测、传输、处理方便，可采用多种灵话的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高。 缺点 液压驱动系统对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，制造精度较高，成本较高。 操作力小、体积大，由于空气的压缩性大、速度不易控制、响应慢、动作不平稳、有冲击。 动态形态有限、功率密度有限。 使用范围 液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载情形:安全要求高的场景。 因气力驱动系统的压强一般只有60MPa左右，此类机器人适宜抓举力要求较小的场合。 适合于中等负载，动作复杂、动作轨迹严格的机器人 应用产品 波士顿研发的Atlas 东京大学研发的Liberobot 本田ASIMO、AgilityRobotics研发的Digit、优必选 Walker、特斯拉Optimus 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 06.我国政策引导人形机器人产业发展 •2023年我国相关政策密集出台，积极推动人形机器人产业发展。2023年5月31日，深圳市提出建设1000亿元人工智能基金群，推动智能机器人发展；6月15日，上海市在三年计划中提出加快人形 机器人创新发展；6月28日，北京市提出集中突破人形机器人原型机关键技术；9月13日，工信部以榜单的形式鼓励各社会部门积极突破人形机器人核心技术。 •目前人形机器人产业尚处发展初期，我国各部门相关政策的密集出台有助于抢占行业先机，为人形机器人产业创建良好的发展环境，未来人形机器人行业有望在政策的持续催化下迎来加速发展的契机。 我国政策引导人形机器人产业发展 地区 文件 内容 2023/5/31 深圳市 《深圳市加快推动人工智能高质量发展高水平应用行动方案(2023-2024年)》 统筹设立规模1000亿元的人工智能基金群，创建人工智能先锋城市;提出民生诉求平台嵌入民意速办AI机器人，积极孵化高度智能化的生产机器人，孵化高度智能化的生产机器人。. 2023/6/15 上海市 《上海市推动制造业高质量发展三年行动计划(2023-2025年)》 深入贯彻制造强国战略，努力打造高端制造业增长极;打造世界级产业集群，提出加快人形机器人的创新发展。 2023/6/28 北京市 《北京市机器人产业创新发展行动方案(2023--2025年)》 加快推动机器人产业创新发展，紧扣机器人智能化、仿生化、模块化发展趋势，打造全球机器人产业高地;加紧布局人形机器人，支持高效和企业开展人形机器人研发攻关，集中突破人形机器人通用原型机和通用人工智能大模型等关键技术。 2023/9/13 工信部 《2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作》 加快人形机器人等未来产业的创新发展，鼓励企业、金融机构、科技服务机构、高校、科研院积极参与，发掘培育一批掌握关键核心技术、具备较强创新能力的优势单位，突破一批标志性技术产品，加速新技术、新产品落地应用。 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 07.人形机器人市场规模或超千亿美元 •人形机器人应用领域广泛，理论上能应用于绝大多数行业。传统的机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类，能覆盖的下游场景有限，而人形机器人在结构上与人类类似，理论上能覆 盖所有涉及人类作业的下游场景，未来有望应用于多个下游行业。 20222028全球人形机器人市场规模预测趋势（亿美元） 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2022 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E •据高盛预测，未来10~15年人形机器人市场空间至少达60亿美元，最理想情况下预计2035年人形机器人市场空间有望达1540亿美元。从远期来看，马斯克预计人形机器人数量将远超电动车，假设人形机器人与人口比例为2：1，未来人形机器人需求量有望达到100~200亿台。 20262030年全球及中国人形机器人行业市场规模预测(亿美元) 250 全球 中国 200 150 100 50 0 2026E 2030E 数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络 08.人形机器人零部件国产替代空间大 •2023年人形机器人核心零部件价值量排名前三的是无框力矩电机、减速器和力传感器;2030年无框力矩电机价值量占比下降，力传感器、减速器价值量占比上升，且力传感器将超过减速器，排名 第二、三者合计占比仍超过50%。 •从单机价值量占比来看，无框力矩电机、减速器和力传感器价值量占比较高；从降本空间来看，空心杯电机、无框力矩电机等降本空间较大；而从国产替代空间来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机、惯导imu等国产化率较低，国产替代空间大。 核心零部件 2023单机价值