人形机器人系列深度：驱动，拆解，产业链：车端软硬协同驱动降本，技术+客户同源的汽零受益

证券研究报告 【中泰汽车·行业深度】 汽零新场景-人形机器人系列深度：驱动，拆解，产业链 ——车端软硬协同驱动降本，技术+客户同源的汽零受益 中泰证券汽车行业首席分析师：何俊艺 中泰证券汽车行业分析师：刘欣畅 中泰证券汽车行分析师：毛䶮玄 S0740523020004 S0740522120003 S0740523020003 15121172110 13662690104 13162320122 hejy02@zts.com.cn liuxc03@zts.com.cn maoyx@zts.com.cn2023年12月15日 1 核心观点 前言：基于空间格局与成长路径二维标准筛选出人形机器人赛道 产业驱动：车端同源性软硬件赋能驱动成本下降及功能升级 成本下降与功能升级：1）硬件端降本至可商业化水平：以往人形机器人高达上百万美元，特斯拉沿用其在车端的国产供应链后成本可降，预计量产后售价约2万美元。2）AI大模型+Dojo高算力+FSD强算法的软件赋能：ChatGPT可理解人类自然语言自动生成代码控制机器人执行任务；Dojo可将AI计算训练时间从数月缩短为一周，24年预计算力达100Exa-Flops；特斯拉人形机器人目前已打通FSD算法底层模块，可复用视觉感知等算法自动识别物体、记忆并规划路径。3）应用场景拓展至护理、餐饮、清洁、教育等多个领域。目前，波士顿动力、优必选、特斯拉、小米、傅里叶等多家厂商均已积极布局人形机器人赛道，行业进入快速发展期。 人形机器人拆解：执行系统BOM占比最高 1）BOM成本：以远期20万单价测算，执行系统BOM占比最高，约53.2%（其中直线、旋转、手部分别占31.0%、17.9%、4.3%）；感知系统占7.3%，其他芯片、电池等部件合计占比39.5%。2）核心部件：执行系统为人形机器人最重要的组成部分。具体来看， ①直线执行器：分布于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度且体积紧凑的关节，其作用是变旋转运动转为直线运动，行星滚柱丝杠为 核心部件；②旋转执行器：分布于肩部、手部等多自由度关节，作用是将某物旋转到一定角度完成旋转运动，减速器为核心部件； ③灵巧手：进行抓取动作，空心杯电机为核心部件。 具备工艺技术及客户同源的汽零企业充分受益 1）工艺技术同源：汽零企业基于原工艺技术同源性，在人型机器人领域进行品类扩张，可匹配更高价值量，包括执行系统中的总成、传动、电机、电控、热管理及感知系统中的IMU、摄像头等细分领域。2）客户同源：目前特斯拉等车企已入局人形机器人，在工艺技术同源支持下有望沿用原汽零供应商，相关汽零标的有望打开新成长空间。 产业链相关标的梳理：执行系统-总成（拓普集团）、执行系统-传动（双环传动、贝斯特、豪能股份、精锻科技）、感知系统- IMU（华依科技）。 风险提示：人形机器人产业化进度不及预期、AI技术发展不及预期、技术路线不确定、研报使用信息更新不及时的风险。 2 目录 一、产业驱动：车端业务同源软/硬件赋能降本+场景需求拓展二、人形机器人拆解：执行系统、感知系统等 三、竞争格局：工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司 3 前言：基于空间格局&成长路径筛选出人形机器人赛道 空间格局 国产市占率低 本土替代 复合增速快 空间大 空间 优选大空间、高成长性赛道 集中度高 全球替代 赛道筛选标准 格局0到1 快速响应 成本把控 技术突破 壁垒 影响 全球替代赛道 传动 总成 个股成长逻辑 成长路径 汽车产业链同源 平台化发展 执行系统 感知系统 电机 电控 IMU 摄像头 热管理 拓展人形机器人赛道 4 目录 本章核心总结 2023年特斯拉发布的Optimus已具备行走、环境发现、准确抓取物体等能力。特斯拉当前推出人形机器人主要基于：1)沿用车端已成熟的国产供应商（热管理、电机、传感器等）进行降本；2）将车端的软件及算法与机器人打通；3）拓展护理、餐饮、清洁、教育等应用场景。 一、产业驱动：车端业务同源软/硬件赋能降本+场景需求拓展 二、人形机器人拆解：执行系统、感知系统等 三、竞争格局：工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人四、产业链相关公司 5 从概念到实体，特斯拉已展人形机器人宏伟蓝图：21年特斯拉AIDay，发布特斯拉通用机器人计划，展示TeslaBot概念形态；22年2月完成平台开发；22年10月AIDay，原型机亮相，预计3- 5年可量产上市；23年5月特斯拉股东大会，全新一代Optimus已 具备行走、环境发现和记忆、精准电机转矩控制、准确抓取物体等日渐复杂的能力，由点及面展示人机交互进一步创新。 特斯拉人形机器人：两年从概念迅速发展到初具行动、识别及记忆能力 图表：23年5月新一代Optimus所具能力 图表：特斯拉人形机器人Optimus发展历程 概念完成平台开发 原型机全新一代 缓慢行走能力识别并记忆周边环境能力 2021年10月2022年2月2022年10月2023年5月 电机转矩控制能力 准确抓取物体能力 来源：特斯拉2022AIDay，2023年度股东大会，中泰证券研究所 来源：特斯拉2023年度股东大会，中泰证券研究所 6 当前时点特斯拉推出机器人：①沿用车端已成熟的国产供应商降本 硬件端降本：目前市场主流人形机器人高达上百万美元，特斯拉车端国产供应链（传感器、电机、减速器等）复制后成本下降显著，特斯拉官方称其人形机器人商业量产后售价仅2万美元（约为Atlas成本的1%）。 图表：主流人形机器人价值估计（美元）本田Asimo 波士顿动力Atlas 特斯拉Optimus 300-400万200万未来预计2万 来源：中国机器人网，电子发烧友网，特斯拉，中泰证券研究所 7 当前时点特斯拉推出机器人：②车端业务软件及算法打通 软件端赋能：1）AI大模型：ChatGPT可理解人类自然语言自动生成代码控制机器人执行任务；2）算力：高稳定并行的算力（24年预计达100Exa-Flops）支持下，Dojo（超级计算机，为FSD和机器人模型提供算力支持）可将AI计算训练时间从数月缩短为一周；3）算法：已打通FSD和机器人底层模块，实现部分算法复用，且目前Optimus已经可复用视觉感知等算法来自动识别物体、记忆并规划路径。 图表：ChatGPT赋能人形机器人图表：DOJO超级计算机算力预测变化图 目前由人进行编程控制：用户将目标需求转换为代 码，再交给机器人实现 未来通过ChatGpt控制： 用户把目标告诉ChatGPT，由其写出完成目标的代码，再交给机器人实现 算力总规模等同于英伟达A100GPU的数量(个) 400000 2024.02 算力规模进入全球前五 2023.07 投产 300000 2024.10 总算力达100Exa-Flops，等同30万个A100 200000 100000 0 Jan23Apr23Jul23Oct23Jan24Apr24Jul24Oct24 来源：微软官网《ChatGPTforRobotics》，中泰证券研究所 来源：特斯拉官方推特，搜狐网，中泰证券研究所 8 当前时点特斯拉推出机器人：③扩场景需求 应用场景打开：机器人具备“人形”将更好适应生活服务场景，现有机器人大多只能应用于特定领域，运动控制能力叠加通用学习能力升级后，未来人形机器人将集护理、餐饮、清洁、教育等功能于一身。 图表：人形机器人应用场景多元 图表：人形机器人未来将多功能集于一身 护理餐饮 清洁型 人形机器人 ...... 娱乐型 餐饮型 护理型 教育型 清洁教育 来源：各公司官网，中泰证券研究所 未来 单一应用集成通用 来源：高工机器人公众号，中泰证券研究所整理 9 人形机器人进入快速发展期：国内外厂商纷纷入局 人形机器人进入快速发展期：人工智能领域的竞争与探索推动AI加速迭代，推动人形机器人多场景加速渗透落地，国内外厂商争相布局人形机器人赛道。 图表：人形机器人进入快速发展期 人形机器人 波士顿动力Atlas 优必选WalkerX 特斯拉Opitimus 小米Cyberone 傅里叶GR-1 发布时间 2018 2021 2022 2022 2023 身高（cm） 约150 130 173 177 165 体重（kg） 约89 63 73 52 55 自由度 28 41 50 21 44 最大行走速度 （km/h） 9 3 8 3.6 5 控制器方案 模型预测控制器（MPC） FSD FSA高性能一体化执行器 特点 采用液压驱动，机器可以做高难度动作 多模态情感交互仿人共情表达 环境感知移植于特斯拉全自动驾驶系统，技术成熟 真实世界三维重建、感知人类45种语义情绪 采用电驱+FSA自研执行器GR-1通用人形机器人已具备商业化能力 来源：各公司官网，中泰证券研究所整理 10 目录 本章核心总结 人形机器人主要由执行系统、感知系统及其他（电池、芯片等）三部分组成。BOM成本来看，执行>其他>感知，执行系统最为关键。执行系统主要由直线、旋转、灵巧手三部分。1）旋转执行器驱动关节完成旋转动作，减速器为核心部件；2）线性执行器作用为变旋转运动为直线运动，行星滚柱丝杠为核心部件；3）灵巧手：进行抓取动作，空心杯电机为核心部件。 一、产业驱动：车端业务同源软/硬件赋能降本+场景需求拓展 二、人形机器人拆解：执行系统、感知系统等 四、竞争格局：工艺技术+客户同源的汽零企业切入机器人五、产业链相关公司 11 人形机器人拆解：核心结论 硬件构成：主要分为执行系统、感知系统、其他部分三块。其中，执行系统由直线执行器、旋转执行器、灵巧手三部分组成。感知系统视不同技术路径而定，主要包括视觉传感器、毫米波雷达、惯性导航等。 成本构成：以远期20万单价测算，执行系统BOM占比最高，约53.2%（其中直线、旋转、手部分别占31.0%、17.9%、4.3%）；感知系统占7.3%，其他芯片、电池等部件合计占比39.5%。 核心部件：执行系统为人形机器人最重要的组成部分。具体来看，1）直线执行器：分布于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度且体积紧凑的关节，其作用是变旋转运动转为直线运动，行星滚柱丝杠为核心部件；2）旋转执行器：分布于肩部、手部等多自由度关节，作用是将某物旋转到一定角度完成旋转运动，减速器为核心部件；3）灵巧手：进行抓取动作，空心杯电机为核心部件。 图表：人形机器人BOM拆分 其他,39.5% 感知系统,7.3% 执行系统 53.2% 31.0% 17.9% 4.3% 直线关节 旋转关节手部关节 来源：中泰证券研究所整理12 人形机器人整体构造及成本拆解：执行系统较为关键 视觉传感器X2语音通讯 毫米波雷达X1 【成本占比7.3%】 感知系统 【成本占比53.2%】 执行系统 【成本占比39.5%】 其他芯片、电池等 【成本占比17.9%】 执行系统：旋转执行器 无框力矩电机X14 谐波减速器X14力矩传感器X14编码器X28 驱动器X14 无框力矩电机X14 行星滚柱丝杠X14 关节机加工件X14 行星减速器X12 空心杯电机X12 力传感器X14编码器X14驱动器X14关节机加工件 【成本占比31.0%】执行系统：线性执行器 【成本占比4.3%】执行系统：灵巧手 空心杯电机 X12 蜗轮蜗杆X12 线传动 编码器X12驱动器X12 来源：特斯拉官网，中泰证券研究所整理13 执行系统——线性执行器：变旋转运动为直线运动，行星滚柱丝杠为核心部件 线性执行器：位于膝肘等单自由度及腕踝等双自由度关节，将电机旋转运动转为直线运动。 进行修正 永磁体 线性执行器（腿部关节）运动原理 驱动器 无框力矩电机 行星滚编码器柱丝杠 力传感器 关节加工件 信号解析汇总执行 无框力矩电机 定子 线圈 多个永磁体转子 输出转速、扭矩 降速增扭 旋转运动转换直线运动 位置参数反力反馈执行动作馈