2023人形机器人产品解析及国产供应链投资机遇分析报告

2023年深度行业分析研究报告 目录 一、人形机器人行业发展历程 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能 1.2具身智能概念、进展：第一人称视角，强调感知与理解环境 1.3经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等 1.4人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本 二、人形机器人产品解析 2.1软件：AI大模型赋能，微软ChatGPTforRobotics、谷歌PaLM通用大模型 2.2硬件：旋转关节（伺服电机+减速器）、线性关节（滚柱丝杠）、空心杯电机、传感器（视觉、力矩）、芯片 三、人形机器人国产供应链投资机遇：聚焦占比高、增量大、高毛利环节 3.1降本思路：选型方案优化+量产降本+复用车平台，远景成本2万美金 3.2谐波减速器：关注绿的谐波、丰立智能 3.3行星滚柱丝杠：鼎智科技 3.4伺服电机：汇川技术、禾川科技 3.5空心杯电机：鸣志电器 3.6传感器：柯力传感、奥比中光 四、投资建议及风险提示 4.1投资建议：重演新能源车产业链故事，国产供应链有望受益 4.2人形机器人供应链受益标的汇总 请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 7 4.3风险提示 资料来源：艾瑞咨询、各公司官网、国海证券研究所 5 本体制造&系统集成 协作类 手术类 康复类 移动、搬运类 装配、焊接类 公共服务机器人 医疗服务类 辅助类 农业机器人 安防机器人 医疗机器人 工业机器人 系统与技术支持 机器视觉 机器学习 人脸识别 语音识别 SLAM 传感器 伺服系统 空心杯电机滚柱丝杠减速器 控制器 芯片 核心硬件 人形机器人产业链可以分为两类：一是软件生态、二是硬件产业链。软件生态一般由系统集成商自研主导，包括机器人算法及人工智能算法等。 硬件产业链方面，基于Optimus原型机，可拆分为动力总成系统、智能感应系统、结构件及其他部件三部分。其中动力总成系统包括电池系统、伺服电 机、减速器、滚柱丝杠、控制器等，智能感应系统包括软件、芯片、传感器等。 重点关注：价值占比高、增量空间大、毛利率比较可观的环节，包括谐波减速器、滚柱丝杠、伺服电机、传感器四部分。 决策层：复用汽车FSD自动 驾驶系统 躯干部位高度集成电池、传感器和冷却系统 旋转关节： 伺服系统：电机（含编码器）、驱动器等 汇川技术 禾川科技埃斯顿奥普光电 轴承力星股份 鸣志电器鼎智科技 空心杯电机 滚柱丝杠 机械手： 丰立智能兆威机电 齿轮箱 江苏雷利 推杆组件 位置传感器 柯力传感昊志机电力传感器 谐波减速器 绿的谐波双环传动中大力德 线性关节： 编码器与传感器 无框电机步科股份昊志机电 丰立智能汉宇集团 资料来源：腾讯科技公众号、特斯拉2022AIDay、国海证券研究所 滚柱丝杠 鼎智科技秦川机床新剑传动 6 8 一、人形机器人行业发展历程 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能 1.2具身智能概念、进展：第一人称视角，强调感知与理解环境 1.3经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等 1.4人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能 技术积累期工业应用期智能机器人智能机器人 •1938年，美国WPollard&HRoselund发明世界第一个机械臂 •1948年，美国NorbertWiener发表《控制论：或关于在动物和机器中控制和通信的科学》 •1954年，GeorgeDevol创造了世界第一台可编程的机器人Unimate •1959年，GeorgeDevol&JosephEngelberger研发了第一台工业机器人 资料来源：中国机器人网公众号、中国自动化学会公众号、高工机器人公众号、传感器技术公众号、特斯拉2022AIDay、本田官网、创客玩公众号、国海证券研究所 9 技术积累期（--1950s）：伴随机器人理论和技术的发展，第一台工业机器人诞生，机器人从理论迈向实践 •1961年，通用汽车生产线装配第一台工业机器人 •1962年，AMF研发第一台圆柱形机 器人 •1967年，欧洲第一台工业机器人Unimate安装在瑞典 •1969年，研发日本第一台工业机器人Kawasaki-Unimate2000 •1974年，RichardHohn研发了第一台 由微型计算机控制的工业机器人 •1980年，我国研制成功第一台工业机器人样机 •1984年，瑞典ABB最快的组装机器人IRB1000投入生产 •1992年，国产AGV第一次应用于柔性生产线 工业应用期（1960s-1990s）：以通用汽车为首的美国企业率先将工业机器人应用在生产线上，欧洲、日本、中国先后入局，推陈出新，工业机器人产业发展加快步伐 （概念期） •2000年，本田出品的人形机器人ASIMO走上舞台 •2005年，波士顿动力公司推出波 士顿动力狗BigDog系列 •2011年，美国首个太空人形机器人进入空间站 •2012年，由RethinkRobotics公司研发Baxter人机互动工业机器人 •2013年，波士顿动力发布人形机 器人Atlas •2022年，特斯拉人形机器人 Optimus首秀 智能机器人（概念期）（2000—至今）：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 器人智能化提升明显，但受限于高昂成本，尚未进入广泛商业化阶段 （应用期） 智能机器人（应用期）： 我们预计数年后，伴随机器人充分降本，智能化水平大幅提升， 机器人实用性和性价比显著提升，将逐步进入商业化阶段，逐步进入各类场景 具身智能：能够感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。1950年，图灵在论文《ComputingMachineryandIntelligence》中首次提出了这一概念，具身概念的可测量性、可解释性和可检验性，使得机器能够通过学习理解具身概念，具身智能成为迈向通用智能的起点。英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在ITFWorld2023半导体大会上表示：“人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodiedAI）”。 智能受脑、身体与环境协同影响，侧重智能体与环境的“交互”，利用行为实现学习。从认知的角度来看，人类为第一人称 视角的智能，以1963年的一个实验为例，被绑起来的猫，只能看这个世界，是一种旁观的智能；另一只猫可以主动去探索，是具身的智能。前者有点像现在基于大量数据的智能，比如我们给机器很多盒子，并且标注这就是盒子，然后机器就会觉得这种pattern是盒子，属于第三人称的智能，而我们人类是通过体验才知道的。具身智能基于智能体具身行为的学习机制可以将数据的采集、模型的学习融为一体，真正实现主动交互的学习，这也是对人类学习过程的更高级模拟。 离身智能 具身智能 学习方法 旁观型学习 实践性学习 擅长领域 智能中表征与计算的部分 主动式感知，执行物理任务 实体形式 不具有物理身体 具有物理身体 感知方法 被动接受数据 支持与外界交互 、行为主义 主义符号主义、联结主义符号主义、联结主义 资料来源：机器之心公众号、《基于形态的具身智能研究:历史回顾与前沿进展》刘华平等、高工机器人公众号、国海证券研究所10 userid:93117,docid:129612,date:2023-12-15,sgpjbg.com 资料来源：机器之心公众号，北京市科委、《EmbodiedIntelligenceinsoftrobotics:joysandsorrows》CeciliaLaschi1、国海证券研究所 11 多学科交叉+政策加速具身智能发展。具身智能包含具身感知、具身想象和具身执行三个模块，涉及机器人学、计算机视觉、认 知科学、博弈学等诸多学科，各学科相对成熟的积累为具身智能进一步发展提供基础。2023年5月，北京市发布的《北京市促进 通用人工智能创新发展的若干措施（2023-2025年）（征求意见稿）》中提出探索具身智能、通用智能体和类脑智能等通用人工智能新路径，包括推动具身智能系统研究及应用，政策支持加速具身智能技术突破。 具身感知（Perception）：通过视觉、触觉等传感器交互感知，构建模型，定义、获取、表达可以被机器人使用的具身概 念。 具身想象（Imagination）：构建仿真引擎，模拟具身任务，为机器人具身执行提供支撑。 行。 机器人 学 物理学 计算机 视觉 具身智能 计算机 图形学 机器学 习 认知科 学 具身感知 具身想象 具身执行 具身执行（Execution）：基于计算机视觉、机器人学和计算机图形学，通过多模型训练，在多传感器合作下完成任务执 RealtoSimSimtoReal •交互感知 •自动挖掘、定 义具身概念 •自动具身任务模拟 •仿真引擎构建 •多传感器合作 •自意识执行误 差 力觉、触觉传感器 语音识别计算机视觉 机器学习 自然语言处理 控制器 机械结构 资料来源：Tesla2022AIDay、创客玩公众号、Tesla2021AIDay、瓦砾村夫公众号、各公司官网、机器之心公众号、ubtrobot、国海证券研究所 12 特斯拉Optimus 小米CyberOne 优必选WalkerX 波士顿动力Atlas IITiCub3 发布时间 2022 2022 2021 2018 2022 身高体重自由度最大行走速度 172cm73kg508km/h 177cm52kg213.6km/h 130cm63kg413km/h 150cm89kg289km/h 129cm52kg54-- 感知方式 鱼眼+左右摄像头力矩传感器位置传感器 Misense视觉模组听觉传感器 四目立体视觉声波、力矩、惯导传感器 集成IMU力传感器TOF深度相机 立体旋转摄像头深度摄像头力传感器 控制器方案 FSD芯片 Inteli78665U处理器 MPC控制器 特点 环境感知移植于特斯拉全自动驾驶系统，成本低，技术成熟 真实世界三维重建、感知人类45种语义情绪 多模态情感互交仿人共情表达，电池快速拆卸和组装，实现了“模块化” 采用液压驱动，机器可以做高难度动作，离线轨迹优化设计的复杂行为 搭配iFeel套件、头戴设备，可以跟踪表情、运动，并投射到iCub3上 特斯拉人形机器人Optimus全方位升级。特斯拉2023年股东大会发布Optimus机器人最新视频，机器人外观较2022年更精致，力度控制更加精准、AI学习与环境感知能力提升，逐步满足执行复杂任务条件。 控制 电机扭矩控制 机械关节通过电机扭矩控制，力度更加精准，触碰鸡蛋不易碎。 学习 人类跟踪运动的AI训练 基于端到端AI学习人类行为的过程， 可实现物体分类摆放。图：特斯拉机器人AI训练过程 图：特斯拉机器人触碰鸡蛋 2021年8月 1 特斯拉首届AI活动日 。 •发布特斯拉人形机器人概念机TeslaBot •2022年2月，特斯拉人形机器人开发平台完成 •2022年4月，机器人迈出第一步。 •2022年8月，实现手臂摆动功能。 •2022年9月，实现机器人双脚离地。 2 2022年9月 特斯拉第二届AI活动日 •Optimus人形机器人首秀，可实现直立行走、搬运、洒水等动作。 感知 环境感知与记忆 机器人Optimus户外行走时可同时对环境进行识别与记忆。 图：特斯拉机器人户外环境记忆 2023年5月 3 特斯拉股东大会 •展示人形机器人最新机型，功能进一步完善，可实现多个机器人流畅行走、抓取物品等。 资料来源：Tesla2022AIDay、创客玩公众号、Tesla2021AIDay、瓦砾村夫公众号、腾讯科技公众号、Tesla2023股东大会、国海证券研究所13 本报告来源于三个皮匠报告站（www.sgpjbg.com）,由用户Id:247865下载,文