人形机器人行业发展简述及前景预测

作者：田野 邮箱：research@fecr.com.cn 人形机器人行业发展简述及前景预测 摘要 相关研究报告： 1.《首批混合型科创票据：从政策到实践》2023.09.30 2.《国内电动汽车产业发展情况与企业信用分析》2023.07.20 2023年是人形机器人行业发展迅速的一年。人形机器人产业在政策支持、资本投资、技术准备和社会舆论等方面都有了长足进步。政策方面工业和信息化部印发《人形机器人创新发展指导意见》，提出到2025年，人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，确保核心部组件安全有效供给；整机产品达到国际先进水平，实现批量生产，在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用，探索形成有效的治理机制和手段。市场需求方面，人口老龄化及AI大模型亟需适配载体构成了人形机器人产业发展的核心逻辑。 人形机器人是一个综合性集成性产业。液压系统、传动系统、减速器、丝杠、人工智能感知系统等通用零部件或系统的水平决定了人形机器人产品的质量。所以人形机器人产业发展水平严重依赖软件开发、通用设备制造等相关行业。目前相关技术水平的发展离大规模商业化仍有距离。 预计未来几年内，人形机器人行业内竞争将加剧。更多科技型企业将依托在人工智能、先进装备制造等方面的优势逐渐进入人形机器人市场。未来几年内人形机器人将少量应用于部分工业制造场景。人形机器人的成本仍然是阻碍其商业化的主要因素。相关零配件、子系统的生产可能会先于人形机器人整机产品迎来迅速发展的机遇。预计全球人形机器人市场规模到2027年将达到 100亿美元。 人形机器人的研发和制造已经在全世界持续了数十年。2022年，马斯克推出的TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型机，彻底引爆全球人形机器人产业链。在历史上，人形机器人起源于日本；但进入21世纪之后，美国、德国、中国等国家也在人形机器人研发方面取得了长足的进步。人形机器人的使用场景也在不断发生变化，可能会继续发展成为未来产业的新赛道。工业和信息化部也在最新政策中表示：“人形机器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。” 一、行业概况 （一）人形机器人定义 人形机器人，目前并没有公认的权威定义。从普遍认知来看，人形机器人应当是“可在人类生活和工作的环境中存在，具备与人类似的认知和决策智能方式”的机器人。根据人形机器人专业书籍《HumanoidRobots》的归纳，人形机器人应当能“在人工作和居住的环境工作，操作为人设计的工具和设备，与人交流”。在此前提下，人形机器人应当至少具有与人类似的身体结构，能被普遍接受在人类的生活场景中出现，并在很大程度上操作为人类设计的设备和工具。 人形机器人和工业机器人等其他类型机器人的显著区别在于外在形象和内在决策机制的不同。人形机器人在外观、结构、功能等方面均应表现出与人类相似之处。为达到该目的，人形机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统，以及类人的感知、决策、行为和交互能力。 （二）人形机器人行业发展现状 1.行业发展阶段 人形机器人行业目前仍处于行业生命周期理论中的幼稚期。人形机器人行业并无稳定格局，甚至并无专注于产品生产和制造的典型企业。人形机器人行业目前仅初步具备产业化的条件，离成为真正独立的成熟产业仍然有不少距离。截至目前，人形机器人大多数产品仍处于图纸概念或实验室研究阶段。从现状来看，人形机器人距离真正产业化仍有一定距离。一是缺少明确的应用场景仍需探索；二是成本高企，产品性价比较低；三是实际应用场景中关键技术仍需完善，主要是人工智能发展水平仍然不足。 2.行业结构 目前人形机器人行业内的企业多为其他有实力的制造业企业或高新技术公司跨界而来。具有优秀技术的通用设备企业、人工智能企业、汽车制造企业目前是进入人形机器人行业的主力。波士顿动力、优必选、敏捷、本田、特斯拉等先进科技制造公司均有人形机器人产品相关的商业化计划。目前行业技术标准、市场结构、竞争态势仍未有效建立。诸多科技公司可能继续进入人形机器人行业。 二、政策概览 （一）机器人行业支持性政策 党中央、国务院等政府部门高度重视未来科技发展。人形机器人集成了诸多先进技术，发展前景也较为广阔，是国家及部委层面重点关照的新兴细分行业。近年来，一系列鼓励人形机器人产业发展的相关政策陆续出台；并且政策出台频率有提速的趋势。2021年10月，工业和信息化部、民政部、国家卫生健康委联合印发《智慧健康养老产业发展行动计划（2021-2025）》，明确提到要攻关能够提升养老工作效率、减轻人员负担的智能服务型机器人。2021年10月，十五部门联合印发《“十四五”机器人产业发展规划》，对机器人产业整体发展作出了指导规划。 2023年1月，工信部等十七部门联合发布《“机器人+”应用行动实施方案》。《“机器人+”应用行动实施方案》再次提出要探索拓展人形机器人在新兴领域的应用；在医疗健康、养老服务、教育、商业社区服务等人形机器人应用潜力较大的领域，相关企业和公司应当积极探索从技术创新、产品研发到应用场景解决方案的系统性服务。 （二）人形机器人专门指导性政策 根据国家层面发布的指导性政策，各省市也纷纷出台地方性机器人产业规划。但多数地方仍以机器人产业整体进行指导，明确提出“人形机器人”、“仿生机器人”的省市仅有北京、上海、深圳、浙江。在此情况下，工业与信息化部于2023年11月印发《人形机器人创新发展指导意见》（下文简称《指导意见》），意图推动人形机器人产业高质量发展。 《指导意见》是部委层面专门针对人形机器人产业的发展指导意见，未来数年内料将成为人形机器人行业发展的最重要的政策。《指导意见》部署了5方面任务：在关键技术突破方面，打造人形机器人“大脑”和“小脑”、突破“肢体”关键技术；在产品培育方面，打造整机产品、夯实基础部组件、推动软件创新；在场景拓展方面，服务特种领域需求、打造制造业典型场景、加快民生及重点行业推广；在生态营造方面，培育优质企业、完善创新载体和开源环境、推动产业集聚发展；在支撑能力方面，健全产业标准体系、提升检验检测和中试验证能力、加强安全治理能力。《指导意见》同时设立关键技术攻关、重点产品和部组件攻关、拓展场景应用等3个专题内容，确保各项任务落到实处。 《指导意见》是国内专门针对人形机器人领域的重磅官方文件，意味着国家开始重视加强对人形机器人领域的引导和支持。《指导意见》按照谋划三年，展望五年的时间安排做了战略部署。随着文件的逐渐落实，人形机器人行业的全产业链发展料将加速。 三、产业链分析 （一）关联产业链概述 人形机器人目前仍属于机器人行业内的子行业，其产业链也与传统机器人行业高度一致。人形机器人制造业在整个工业产业链中处于偏下游的位置，其产品可直接用于服务应用。机器人制造业属于通用设备行业下属的子行业之一，涉及产业非常广泛。机器人产业链的上游主要是各类金属零部件、电子元器件、传动控制系统、动力系统及 其控制软件的供应商。上游供应商的材料质量、软件算法的技术水平、零部件的性能和规格将直接影响人形机器人产品的性能。人形机器人产业链的中游多为本体制造商和集成制造商，主要负责机器人本体的生产和系统集成。人形机器人产业链的下游应用场景并没有完全明确。从目前的情况来看，人形机器人的下游客户应当集中于工业制造业和服务业。人形机器人的工业应用一般被认为应当集中于电子、机械等行业；而其服务应用范围更加广阔，包括运输、看护、安保、清洁、救援、修理等工作。 相对于一般机器人，人形机器人需要更加复杂的结构和更高效的人工智能。所以人形机器人行业的发展会牵涉到更多其他制造行业。 （二）核心关联产业 人形机器人制造属于总装集成，需要核心零部件和配套技术才能生产制造。人形机器人较为重要的系统包括：感知系统、运动系统、控制系统和交互系统。 1.感知系统 人形机器人的感知系统对应人类的感受器官。对外界的有效感知及迅速的反应和决策显然是人形机器人具备“具身智能”的必要前提。目前人形机器人主要的感知系统研发方向是机器视觉。机器视觉是AI深度学习的一种应用与技术方向，与智能驾驶行业有所交叉。目前人形机器人的视觉传感器包括摄像机、激光雷达。另外，摄像机获取的视觉图像也需要强大的AI芯片及时处理并作出正确感知。相关图像算法和处理图像数据的速度将成为人形机器人感知性能的关键。另外，压力传感器也是人形机器人正确感知自身状况的重要零部件。 总体而言，人形机器人的感知模块和汽车智能驾驶存在共通之处。所以自动驾驶传感器企业、新能源汽车制造企业、人工智能图像处理公司等均可藉此优势将业务延伸至人形机器人感知模块生产。 2.运动系统 人形机器人的运动系统对应人类的肌肉和骨骼。人形机器人运动系统核心零部件种类与现有的机器人类似，包括驱动装置（伺服系统+减速器）、空心杯电机。零部件中成本占比最高的是减速器，其毛利率最高达到40%，其次是伺服系统（35%）。伺服系统是一种可以精准输出运动状态的驱动系统，往往与机器人所需的自由度有关。与常见工业机器人2-6的自由度相比，人形机器人通常有30-40自由度，对伺服电机的需求量也随之大幅增加。减速 器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用，是机器人使用的精密传动装置，通常1:1配合电机使用。由于人形机器人结构更接近人形，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。目前机器人行业普遍使用的减速器包括谐波减速器、RV减速器、行星减速器等。 3.控制系统 控制系统是人形机器人的神经系统。控制系统与运动系统具有密切的关联。运动规划方法和控制系统是相互促进、相互制约的动态匹配过程。抗压、灵敏性、准确性、时效性等重要属性如何兼得依然是人形机器人发展的技术难点。不同的控制系统规划会导致人形机器人结构和制造方法的巨大差异。 目前人形机器人生产规模较小，进入量产后，各家控制器采用自产或外购模式尚不明朗。控制系统的主要供应商包括两大类：一类是主流的机器人制造厂商。该类厂商倾向于为旗下产品自主研发控制器和控制算法；另一类是专业的零部件厂商。该类厂商倾向于单独售卖控制器或为相关元器件设计工控软件。 4.交互系统 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。目前对人形机器人的交互功能最主要的发展方向是语音识别，其核心是以口头语言（语音）和书面语言（文字）为研究对象，对其进行识别、理解及生成，从而使机器具备能听会说、能理解会思考的能力。语音识别主要涉及AI技术。在AI的帮助下，人形机器人可以加速对现实对象的理解，从而更好地完成具身推理任务。自然语言处理在人机交互中目前处于核心位置，其他交互技术仍在不断发展中。 四、典型企业案例分析 公司名称：深圳市优必选科技股份有限公司证券代码：9880.HK 成立日期：2012-03-31 公司简介：优必选为中国人工智能(AI)赋能机器人的引航企业及领先企业，致力于人形机器人的创新及智能服务机器人解决方案的研究及开发(研发)、设计、智能生产、商业化、销售及营销。 主要业务：公司以生产智能机器人为主要业务。公司的智能机器人类型目前包括教育机器人、物流机器人、消费级机器人和其他行业定制机器人等。公司继而以机器人硬件为载体，进而向人工智能、线上教育、智慧物流、智能康养、商业服务等领域继续发展，逐渐形成了智能人形机器人的一揽子解决方案。 重要产品：公司于2014年开始推出小型人形机器人ALPHA。2016年公司推出消费级智能机器人及硬件设备。2018年公司发布第一代人形机器人Walker。2019年发布第二代Walker并于2022年实现商业化。 财务表现：2022年公司营业总收入突破10亿元人民币，同比增长23%。但公司并未处于盈利区间。公司的研发、销售、管理等各项费用均处于较高水平。2022年公司归母净利润-9.75亿元，且亏损幅度逐渐扩大。2023年上半