人形机器人系列报告：AI超预期助力产业落地，核心零部件配套星辰大海

请务必阅读最后一页股票评级说明和免责声明1 行业研究/行业深度分析 2024年3月12日 AI超预期助力产业落地，核心零部件配套星辰大海 领先大市-A(维持) 人形机器人系列报告一 机械 机械板块近一年市场表现 资料来源：最闻 相关报告： 【山证3C设备】【山证机械】3C设备产业链专题报告：掘金千亿级市场，折叠屏、钛合金兼具规模与高α属性2024.1.19 【山证机械】【山证机械】机械行业2024年度策略：创变新生，向阳而行2024.1.17 分析师：徐风 执业登记编码：S0760519110003邮箱：xufeng@sxzq.com 投资要点： 本篇深度报告主要围绕以下四个问题展开： 问题一：AI&人形机器人，大模型是人形机器人的核心助推力。 人形机器人量产，硬件本体是前置条件，更重要的是“AI大脑”。从感知、执行、决策和认知四个功能来看，认知和决策功能是智能化的最高标准，其实现也难于感知和执行功能，均具备才能称为L5级（自适应型）。正是大语言模型技术的飞速发展，使得机器人能够自主感知环境、理解任务、动作编排等自主完成一套动作成为可能，智元机器人的EI-Brain框架为我们提供了一个很好的理解角度；同时，人形机器人也是“具身智能”的最好载体之一。 问题二：特斯拉Optimus零部件拆分，国内供应链主要发力点。 特斯拉软硬件能力兼备，是最具潜力的人形机器人厂商之一。Optimus三大系统拆分如下：（1）控制系统：FSD&DojoD1超算芯片；（2）传感系统：各类传感器，包括六维力/力矩传感器、惯性传感器、电子皮肤、视觉等。（3）执行系统：躯干28个执行器，14*旋转执行器+14*线性执行器。长期来看，国内企业有望通过特斯拉汽车供应链逐步渗透，在核心零部件领域的替代潜力巨大，包括传感器、电机、丝杠、减速器、PEEK材料等环节。 问题三：应用场景&市场空间，人形机器人长期发展潜力几何？ 人形机器人行业空间的拓展有赖于功能替代性和成本划算性，安全、功能、成本、效率缺一不可。人形机器人兼具工业品和消费品属性，应用场景包括工商业场景&个人/家庭场景，目前优必选WalkerS已在新能源车厂首训，Optimus也将率先应用在汽车制造。经FigureAI测算，（1）体力劳动：企业劳动角色（30多亿人），占全球GDP的~50%（~42万亿美元/年）；（2）消费家居：全球约23亿户家庭，700M需要居家护理的老龄化人口。终局来看，人形机器人市场空间或在百万亿（美元）级别。 问题四：复盘可比新兴产业，人形机器人渗透率趋势如何演变？ 新能源汽车领域，2010年开始，全球电动车销量渗透率从0→1%→5%→10%，分别用了7年、4年、1年；中国的电动车产业链发展更为完善，渗透率绝对值水平和增速均高于全球平均水平，渗透率从0→1%→5%→10%，分别用了5年、4年、2年，在2022年渗透率已接近30%。整体而言，商业化初期渗透率提升较慢，随着技术工艺优化、产品不断成熟，突破5%、10%后渗透率增速大幅加快。在硬件上，人形机器人可借鉴或复用部分汽车产业链；在软件上，AI的超预期发展则成为人形机器人应用的最大变量，成为其规模化应用的关键，人形机器人渗透率提升或快于电动车。 投资建议：建议关注：（1）Tier1厂商：三花智控、拓普集团；（2）减速器：绿的谐波、中大力德、双环传动、国茂股份、精锻科技、夏厦精密、汉宇集团；（3）丝杠和轴承：恒立液压、贝斯特、北特科技、五洲新春、长盛轴承、鼎智科技、江苏雷利、捷昌驱动、秦川机床；（4）传感器：柯力传感、东华测试、康斯特、奥比中光、芯动联科、汉威科技、华依科技。（5）电机：鸣志电器、步科股份、禾川科技、伟创电气；（6）机床和刀具：华辰装备、沃尔德、日发精机、国机精工；（7）材料：中研股份、新瀚新材、凯盛新材。 风险提示：人形机器人技术进步不及预期，人形机器人降本节奏不及预期，下游商业化应用不及预期，核心零部件国产化进展不及预期。 目录 1.零：人形机器人基本概念7 1.1人形机器人的远期目标是通用性7 1.2催化频出：Optimus迭代超预期，国内厂商纷纷入局9 2.问题一：AI&人形机器人，大模型是人形机器人的核心助推力12 2.1人形机器人产业链梳理及结构拆分12 2.2大模型为场景泛化提供可能，AI是我们长期面临的难题之一14 3.问题二：Optimus核心零部件拆分，国内供应链主要发力点16 3.1特斯拉Optimus主要结构拆分16 3.2感知系统：关注核心传感器的应用17 3.3执行系统22 3.3.1电机：动力核心，体积小、扭矩密度高22 3.3.2减速器：刹车装置，谐波国产化率较高23 3.3.3丝杠：传动机构，行星滚柱丝杠壁垒高26 3.4材料应用：轻量化趋势下，关注PEEK材料应用28 4.问题三：应用场景&市场空间，人形机器人长期发展潜力几何？31 4.1应用场景展望：商业&家庭，或率先应用于汽车制造31 4.2市场空间分析：从终局看，市场空间或在百万亿级别32 5.问题四：复盘可比新兴产业，人形机器人渗透率趋势如何演变？33 5.1工业机器人密度复盘：全球分化，韩国最高达10%33 5.2电动车渗透率复盘：10%为渗透率拐点，耗时约11年34 6.投资策略35 6.1供需双轮驱动，人形机器人有望快速发展35 6.2人形机器人厂商正专注哪些工作？39 6.3受益标的梳理39 7.风险提示40 图表目录 图1：机器人分类7 图2：对比传统机器人，人形机器人通用性更强8 图3：人形机器人迭代发展的三个阶段8 图4：TeslaBot概念机的主要等参数10 图5：TeslaBot搭载FSD系统和Dojo超级计算机10 图6：Gen-2灵活的手部控制10 图7：Gen-2控制平衡并深蹲10 图8：CyberOne的身高、体重、运动速度等参数11 图9：CyberOne搭载MiSense视觉空间系统11 图10：人形机器人产业链梳理12 图11：组成人形机器人的三大系统14 图12：智元“具身智脑”EI-Brain框架16 图13：Optimus结构拆分17 图14：人形机器人传感器应用位置示意图18 图15：六维力/力矩传感器19 图16：ATI六维力/力矩传感器解剖图19 图17：鑫精诚传感器在人形机器人的应用19 图18：优必选采用了4个六维力/力矩传感器19 图19：全球六维力/力矩传感器主流厂商20 图20：2024-2030年人形机器人领域力传感器市场规模预测（亿元）20 图21：阵列电子皮肤20 图22：全球MEMS惯性传感器市场结构（亿美元）21 图23：全球MEMS惯性传感器市场结构（亿颗）21 图24：无框力矩电机结构23 图25：（无刷）空心杯电机结构23 图26：谐波减速器结构图24 图27：RV减速器结构图24 图28：2021年全球工业机器人减速器竞争格局25 图29：2020年中国机器人减速器市场结构25 图30：2022年我国谐波竞争格局25 图31：2021年我国RV减速器竞争格局25 图32：行星滚柱丝杠构成26 图33：滚珠丝杠构成26 图34：标准式VS反向式行星滚柱丝杠27 图35：2022年国内行星滚柱丝杠格局28 图36：PEEK材料产业链29 图37：2012-2021年中国PEEK产品市场消费量30 图38：2021年全球PEEK主要生产商情况30 图39：人形机器人未来应用场景31 图40：优必选人形机器人新能源车厂首次实训32 图41：2010-2022全球平均&韩国&中国工业机器人渗透率34 图42：2022年各国工业机器人渗透率情况34 图43：2021年，新能源汽车市场渗透率达到增长的拐点且不断上升（%）35 图44：中国65岁及以上人口数目与占比持续增长36 图45：中国15-64岁人口数目与占比明显下滑36 表1：特斯拉人形机器人Optimus快速迭代9 表2：2023年国产人形机器人发布10余款新机10 表3：机器人智能化信息模型要素分析表15 表4：机器人通用智能化等级的分级15 表5：传感器的简要概述17 表6：人形机器人三种驱动方式对比22 表7：谐波减速器和RV减速器对比24 表8：滚珠丝杠和行星滚柱丝杠对比27 表9：近年来机器人行业相关政策不断推出36 表10：2023年中国人形机器人投融资情况37 表11：GPT系列的技术升级38 表12：重点公司估值表（数据截至2024年3月7日）40 1.零：人形机器人基本概念 1.1人形机器人的远期目标是通用性 根据国际机器人联合会（IFR）的分类，机器人可分为工业机器人和服务机器人。工业机器人根据机械结构的不同，可以分为线性机器人、SCARA机器人、并联机器人、多关节机器人、圆柱机器人等类型，广泛应用于搬运/上下料、焊接、喷涂、加工和装配等领域。服务机器人是除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人，主要包括个人/家用服务机器人和专用服务机器人。个人/家用服务机器人是指用于非营利性任务的，一般由非专业人士使用的服务机器人，包括家政服务、教育娱乐、养老助残等类型的机器人。专用服务机器人是用于营利性任务的，一般由培训合格的操作员操作的服务机器人，包括专用清洁机器人、医用机器人、物流机器人、建筑破拆机器人、水下机器人、救援安保机器人、动力人体外骨骼机器人等12种类型的机器人。 图1：机器人分类 资料来源：电子发烧友引援国际机器人联合会，中国软件评测中心，山西证券研究所 人形机器人通过仿生形态，提升应用深度和广度，最终实现和人类共同社会化分工。人形机器人的通用性体现在，由于当前社会环境的建立以人类适应为出发点，人形机器人通过以类似人类的能力不需要改造环境就能应对复杂的人类环境，使用场景更广，能作为简单、重复、危险的劳动力替代，也能适应非标服务场景的同时满足情感需求和交互。工业机器人从功能出发，使用场景相对固定，强调运动控制的精度和稳定性；服务机器人需要环境感知和自主决策，使用场景相对非标化，且家庭场景的使用者通常非专业化。 图2：对比传统机器人，人形机器人通用性更强 资料来源：山西证券研究所根据公开资料整理 现代人形机器人起步于上世纪60年代后期，根据产品迭代路线，其发展历程可以分为三个阶段。第一阶段是以日本早稻田大学的人形机器人WABOT-1为代表的早期发展阶段，这一阶段的人形机器人实现了从下半身站立，到下半身行走，组装上半身，最后全身协同、缓慢静态行走的技术突破；第二阶段是以日本本田的人形机器人ASIMO为代表的系统高度集成阶段，这一阶段的人形机器人不仅实现了连续动态行走，还可以通过感知外部环境及时调整步幅、行走速度、绕过障碍物；第三阶段是以波士顿动力的人形机器人ATLAS为代表的高动态运动发展阶段，这一阶段的人形机器人运动性能更强，能完成多种高难度运动动作，展示了人形机器人的平衡能力与敏捷性。 图3：人形机器人迭代发展的三个阶段 资料来源：腾讯网，通信世界网，中国机器人网，山西证券研究所 1.2催化频出：Optimus迭代超预期，国内厂商纷纷入局 特斯拉于2021年AIday发布teslabotconcept，2023年12月发布了Optimusgen-2，大幅超出市场预期。Gen-2显示了“Tesla”ID，搭载了自研的执行器和传感器，颈部由2自由度驱动，体重减轻10公斤、行走速度提升30%，脚部采用了力/扭矩传感器、铰链化的脚趾部分、脚掌连接的部分更接近人类的足部几何角度，手部11自由度、而且所有手指都有触觉感应，用手指捡起鸡蛋后可完好无损的放下，平衡和全身控制算法继续提升、可以在平衡自身的同时进行深蹲，执行器的电子布线高度集成化。Gen-2的发布表明Optimus研发相对顺利，技术性能正在逐步完善中，其中灵巧手、平衡性能表现亮眼。和概念机相比，Optimus体重仍需降低约7kg，小型化、轻量化仍是其迭代的方向，涉及到一体化电驱、结构设计优化、减重材料的运用等方面。 表1：特斯拉人形机器人