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1、2022年人形机器人行业研究报告一、破晓时分，特斯拉人型机器人引领万亿级市场1. 1Tes1.aBot有望引领行业风潮，A1.新纪元或将开启特斯拉Bot原型机预计9月30日发布。马斯克在特斯拉年度的A1.开放日上，首次公开展示了双足类人机器人Optimus（擎天柱）的想法，并预计会在2022年完成，第一版可在2023年投入生产，近日，其又在推特上表示预计在9月30日的特斯拉第二个人工智能日（A1.Day）发布产品。根据此前公布的参数，特斯拉的OPtimI1.S擎天柱身高5英尺、体重125磅，行走速度为每小时5公里，最多可提45磅的物品，这款机器人运用了特斯拉最先进的A1.技术，基于特斯拉在自动
2、驾驶领域的技术积累进行开发，被称为是2022年最重要的产品开发项目，甚至可能比汽车业务更重要。实际上，根据艾隆马斯克的说法，拥有智能驾驶功能的汽车正像是一种“有轮子的半智能机器人”。基于特斯拉自动驾驶技术，自研芯片和提供算力的FSD硬件是核心。根据马斯克的说法，想要解决自动驾驶问题，需要先解决真实世界的人工智能，因此从产品的角度来看，在人形机器人上，其运用了特斯拉最先进的A1.技术也不足为奇。TeSIaBot基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术，并配备了算力极强的DOJOD1超级计算芯片，加上其有望配备大众所期待的FSDChip2.O硬件驱动，实际上，TeSiaBot的发布更多展现出
3、特斯拉已经成为了一家由“自研芯片+自研算法”驱动的人工智能公司。1.2人形机器人是终极目标，万亿蓝海市场驱动国内外厂商推陈出新机器人常被各国视作衡量国家创新水平、产业能力的标志，人形机器人更被誉为机器人皇冠上的明珠。在所有机器人的研发中，人形机器人的挑战难度是业界公认最高的。人形机器人是机器人内置为形体类似人类，设计的目的是为了与人工工具和环境交互，通常，类人机器人具有躯干，头部，两条手臂和两条腿，部分类人机器人可能仅对身体的一部分建模。机器人的基础三大要素包括规划、控制和感测，对于人形机器人而言，这三种要素所对应的装置要求非常高，如对于感测（传感器）来说，人类通过耳石和半圆形的耳道保持平衡和
4、方向，并通过本体感受（例如触摸，肌肉伸展，肢体位置）来定向，但人形机器人需使用加速度计来测量加速度，倾斜传感器测量倾斜度，放置在机器人手脚上的力传感器，用于测量与环境的接触力，位置传感器指示实际位置，触觉传感器还提供有关在机器人和其他物体之间传递的力和扭矩的信息，视觉传感器人类的眼睛最相似，大多数人形机器人将CCD相机用作视觉传感器，声音传感器则是使机器人能够听到语音和环境声音，麦克风通常用于此任务。15世纪末至今，人形机器人研究从未停止。人形机器人的发展历史可以追溯到15世纪末的达芬奇时代，那是由达芬奇绘制的一份古老“类人机器人设计草图”一个靠风能和水力驱动的“机器武士”，由此启发了人类对于
5、研制“人形机器人”的幻想。直到1927年，美国西屋公司制造了世界上第一台人形机器人“Te1.evox”，虽不能走动，但可以抬起接收器以接听电话，并根据接收到的信号通过操作开关来控制简单的过程，此外其还能回答一些问题。TeIeVOX只是一个起点，随后西屋公司在1937年又继续在此基础上制造出“摩托人E1.ektrov,其被认为是真正的第一个类人机器人。E1.ektro身高210厘米，体重超过120公斤，能够执行26种不同的日常活动，包括醒来，交谈，计数和吸烟。1961年，第一台数字化和可编程的机器人Unimate被安装在通用电机装配线上。其成为当今仍在装配线中使用的许多工业机器人的基础。1972
6、年早稻田大学研制出WAB0T-1机器人，它是世界上第一台全尺寸人形机器人。能够用日语交流，导航房间并抓提和运输物体，后来的WAB0T-2能够读取乐谱并弹奏电子键盘。我国的第一台人形机器人问世于2000年，国防科技大学成功研制了我国第一台仿人型机器人“先行者”，有一定的语言功能，可以动态步行。波士顿动力行业领先，国内外众多公司齐头并进。2000年本田推出能够跳跃、使用楼梯的人形机器人ASIMO后，人形机器人的发展方向逐步成熟，此后2006年A1.debaranRobotics发布的Nao和2014年软银推出的Pepper在商用社交领域取得成功，包括学术研究、护理、教育、商业招待等。从技术及产品的
7、成熟来看，波士顿动力是行业内的领导者，2005年，波士顿动力为美国军队研究设计了四足机器人BigDog,此后，其又研发出适用于物流场景的HAND1.E,2018年发布机器狗SpotMini,能够进行海上油田巡逻和检测，此外其还能进行如船舶故障检查，对碳氢化合物泄漏问题的响应，在紧急情况下协助人类员工撤离，提供海上装置的远程视角等工作，2019年其展示的最新版本的人形机器人At1.as已经具备相当成熟度，能够在有限的空间内完成较为复杂的工作。国内在人形机器人的研发21世纪以来已有长足进步，如优必选、钢铁侠科技等公司均推出各自的仿人机器人产品，2021年优必选发布了中国首款可商业化的大型双足仿人型
8、服务机器人Wa1.kerX,身高130cm,体重63kg,拥有41个高性能伺服驱动关节，面部160环绕4.6K高清双柔性曲面屏，四维灯语体系，具备模块化设计，便捷可拆卸电池，应用场景包括科技展馆、影视综艺、商演活动、政企展厅等。此外，同年3月，北京钢铁侠科技中标国家机器人宇航员项目北京控制工程研究所空间仿人智能操控系统，将双足大仿人机器人的应用场景拓展到航天领域，开创了空间机器人这一新品类,其核心产品ARTROBOT系列仿人机器人自由度达到36个,可以完成行走、舞蹈、倒水等多种任务，已经拥有了高度仿人化的特征，应用场景包括科研教学、智能服务、体育竞技、养老、救援、娱乐陪伴和航空航天等领域。特斯
9、拉OPtimUS价格有望步入量产级，人形机器人打开全球万亿级蓝海市场。根据马斯克在2022年4月的TED演讲中透露，OPtimUS单价将“不会高得恐怖，或许会比一辆车的价格更低”，与马斯克对话的主持人ChrisAnderson以2.5万美金左右（约16.75万人民币）价格为例进行讨论，给出了一个可供参考的价格区间。考虑到特斯拉汽车在中国的售价最低为30万元左右，OPtim1.1.S机器人的单体价格大体将位于17-30万元之间。这一价格区间相对波士顿机器人显著更低，OPtimUS有望进入家务、快递、工业生产等各类消费级与商用级场景。而根据麦肯锡报告预测，到2030年全球约4亿人的岗位将被自动化机
10、器人替代（根据国际劳工组织数据，2021年全球劳动人口总数约34.5亿人，4亿即代表着预测其中约11.6%的劳动者被机器人取代），按OPtimUS单体价格25万元计算，全球人形机器人市场空间可达100万亿级别。从成本端看，根据国统局数据，2021年中国平均年人均工资水平为10.68万元，按OPtimUS价格区间17-30万元来计算，购买单个Optimus机器人回本时间在1.6-2.8年，即2-3年内便可收回成本，且机器人无需休息，可以长时间进行高强度劳动，用机器人代替人力具备可预见的经济效应。二、核心零部件是机器人的关键，相关产业链有望持续受益2. 1机器人产业链拆解：核心零部件占整机成本70
11、%机器人核心零部件为伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等。机器人产业链的上游主要为零部件供应商，核心零部件为伺服系统、减速器、控制系统等；产业链的中游为机器人本体提供商与集成供应商，主要负责机器人本体的生产，并根据不同的应有场景和用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发。下游包括工业应用与服务应用，工业应用主要为汽车、电子、金属加工等产业，服务应用范围较广，主要从事维护保养、修理、运输、清洁、保安、救援、监护等工作。从目前特斯拉公布的应用范围来看，人形机器人为服务机器人的技术升级，涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多种技术融合，机械产业链方面主要涉及到机器人的核心零部件（伺服电机、减速机、
12、控制系统、驱动器等）与机器视觉等方面。核心零部件占整机成本的70%,机器代人趋势下核心零部件有望直接受益。从工业机器人的成本拆分来看，伺服系统/控制器/减速器/本体制造分别占机器人整机成本的25%10%35%15%,其中核心零部件成本合计约占整机成本的70%o而对服务机器人来说，除上游核心零部件外，算法（导航定位算法、识别类算法等）、智能交互等核心技术模块也将是主要成本，本体制造的价值量占比较低。特斯拉人形机器人将搭载公司的人工智能设备，包括自动驾驶相机（提供机器人视觉）、自动驾驶计算机（充当大脑和心脏），以及其他人工智能算法和工具。我们认为，特斯拉人形机器人OPtimUS的推出具备极强的标杆
13、带头作用，上游核心零部件、机器视觉等环节有望直接受益。2.2机器人用减速机需求巨大，行业成长动力充足减速机是工业机器人构成中最为核心的部件，成长潜力巨大。精密减速器是连接伺服电机和执行机构的中间装置，通过齿轮啮合将伺服电机的动力传递到执行机构上，起到匹配转速和传递转矩的作用。根据GGII数据显示，2021年中国工业机器人减速器总需求量为93.11万台，同比增长78.06%o其中增量需求82.41万台，同比增长95.05%;存量替换量为10.70万台，同比增长6.57%o目前应用于机器人领域的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器，RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高
14、的刚性和扭矩承载能力，一般放置在机器人机座、大臂、肩部等重负载的位置，代表性厂商为日本纳博特斯克、国内双环传动；谐波减速机具有单极传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点，使其在机器人小臂、腕部、手部等部位具有较大优势，代表性厂商为日本哈默纳科、国内绿的谐波。根据高工机器人的统计，RV和谐波减速器的使用量约为65%：35%o2.2.1谐波减速器：国产化趋势加速，柔性化趋势下协作机器人带来更大市场潜力谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大零部件组成。它通过柔轮变形产生的周期性波动来实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合，从而完成运动与动力的传递。具体来说
15、，当波发生器装入柔轮内圆时，迫使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。多关节和协作机器人占据主要应用市场，预计2025年国内规模超30亿元。谐波减速机主要适用于轻负载的小臂、腕部等机器人手臂上，此种机器人多应用在3C、消费等下游领域，因此需求量较大，此外，考虑到前期市场主要以工业机器人为主导，未来几年数控机床等也将加快谐波减速的用量，以此作为精密减速的功效，长期看谐波减速市场规模有望持续增长，预计2025年市场过
16、有望超过30亿。协作机器人优点显著，更加适用于中小企业，渗透率提升背景下谐波减速机有望充分受益。据埃夫特招股书，以工业机器人四大家族为代表的欧、日系工业机器人，目前仍然主要以汽车工业机器人为主，除3C行业外的通用工业，自动化率普遍不高。原因在于汽车和电子制造行业标准化程度较高，属于单件大批量制造，都属于大型制造企业，具有良好的设备运维团队。而除此之外的其他通用工业，通常是量大面广的中小企业，它们的产品一般以小批量，定制化，短周期为特征，没有太多的资金对生产线进行大规模改造，并且对产线的投资回报率更为敏感，传统的工业机器人在中小企业中的渗透率很低，协作机器人的优势有望解决这些痛点。人形机器人关节增多，谐波减速器用量将数量级增长。从目前工业机器人市场来看，一台六轴机器人总共使用6个减速器，其中底座、肩部一般使用RV减速器，其余部分一般使用谐波减速器（约4个）。人形机器人关节数量远超普通工业机器人，人体共有78个已命名关节，其中适用谐波减速器的肘关节、腕关节、指关节、趾关节共有60个
