人形機器人產業鏈分析產業進展：AI賦能，人形機器人迭代有望加速特斯拉：更新最新進展，展望人形機器人需求量或達200億臺特斯拉展示Optimus最新視頻，產品迭代加速。2023年5月16日，特斯拉在2023股東大會上發布了Optimus人形機器人最新演示視頻，展示了其在自然行走、電機扭矩控制、力度控制、環境識別及記憶等方面的進步。馬斯克強調，現在是推進研發人形機器人的絕佳機會，因為可以共享大量自動駕駛領域的軟硬件技術成果，Optimus將使用與該公司電動汽車相同的全自動駕駛系統（FSD）。人形機器人需求量未來或超百億臺，潛在空間巨大。特斯拉CEO埃隆·馬斯克將人形機器人視作特斯拉長期價值的重要來源，20237月6日，2023世界人工智能大會在上海開幕，馬斯克通過視頻形式發言認為，在將來某個時刻，機器人與人類的比例可能超過1:1，這意味著機器人將比人類多，甚至是多很多。伴隨人形機器人需求量提升，產業鏈潛在市場空間巨大。各國人形機器人陸續推出，應用場景多樣人形機器人產品陸續推出，優必選商業化進程領先。21世紀以來，國內外機器人公司陸續推出各自人形機器人產品。本田自2000年起，先后發布三代ASIMO人形機器人，用于展示公司技術實力和進行相關技術實驗；美國波士頓動力的Atlas是知名度極高的先進動力機器人代表，其前身PETMAN人形機器人研發目的是替代人類去測試危險化學環境下的新型防護設備的可靠性。Atlas作為研究平臺，造價高昂，亦非商業化產品。日本軟銀的Pepper自2014年以來累計生產2.7萬臺，應用于教育、醫療、生活服務等場景，已于2020年停產。優必選的Walker作為中國首個商業化雙足真人尺寸人形機器人，已在迪拜世博會中國館、沙特NEOM新未來城、中國科學技術館等場景應用落地。人形機器人：AI賦能下有望成為最爆款的具身智能AI下一個浪潮將是“具身智能”，潛在萬億賽道前景廣闊。5月16日，NVIDIA（英偉達）創始人黃仁勛表示，下一波人工智能浪潮是“具身人工智能（embodiedAI）”。具身人工智能是指有身體并支持物理交互的智能體，能與環境交互感知，自主規劃、決策、行動。此前人類依賴手寫代碼來控制機器人，而進入AIGC時代，GPT等AI大模型有望有效解決這一痛點。目前已有不少研究者嘗試將多模態的大語言模型作為人類與機器人溝通的橋梁。2023年3月，谷歌和柏林工業大學推出的史上最大的視覺-語言模型：PaLM-E，既可理解圖像，也能理解并生成語言、執行各種復雜的機器人指令而無需重新訓練；2023年4月，微軟研究團隊展示了多個ChatGPT解決機器人難題的示例。特斯拉的Optimus、波士頓動力的Atlas和Spot、優必選的WalkerX等作為“具身人工智能”的理想載體，有望充分受益“機器人+AI”趨勢帶來的發展機遇。人形機器人產業鏈整體梳理工業機器人成本拆解：三大核心零部件占比超70%伺服器、減速機、控制器是工業機器人三大核心零部件，成本占比超70%。人形機器人產業鏈的上游為基礎原材料以及零部件，中游為機器人本體和系統集成，下游為不同應用場景。《高精度小型化機器人關節的研究》一文表示，參考工業機器人，核心零部件占工業機器人成本超70％，其中減速器、伺服系統、控制器分別占比約36％、24％、12％。考慮到人形機器人相較于傳統工業機器人自由度大幅提升，預計減速器、電機成本占比將會更高。特斯拉人形機器人結構拆解特斯拉Optimus機器人身高172cm，體重73kg，全身自由度共28個（不含靈巧手），用電功率靜坐/慢走時為100/500W；能夠硬拉68公斤，負重20公斤，擁有媲美人類的手和工作能力，可完成在工廠搬運箱、澆水植物、移動金屬棒等復雜動作。電動和驅動控制系統方面，Optimus軀干共有28個執行器（不含靈巧手），配備2.3kWh/52V電池組；配有一塊特斯拉SOC芯片。關節執行器方面，Optimus全身采用六種標準執行器，包括20Nm/110Nm/180N三種旋轉執行器和500N/3900N/8000N三種線性執行器，均具備良好的力和力矩輸出能力。感知決策層面，Optimus配備基于FSD系統的Dojo超算平臺，搭載有8個特斯拉汽車同款攝像頭，具備強感知能力；搭載與Tesla汽車相同芯片，基于全身各部位傳感器輸入的信號進行行動決策和反饋控制。人形機器人：關節驅動原理機器人關節驅動主要由伺服系統完成：機器人“大腦”（運算決策系統）發出指令→“小腦”（控制器）作出具體運動控制指令→伺服驅動器接收指令后驅動執行機構運動。其中執行機構由電機（空心杯電機/無框力矩電機）、減速器、末端執行器件組成，減速器的作用是將電機轉速降低，帶動末端執行器運動→末端執行器裝有位置傳感器、力矩傳感器等傳感器件，將運動信號檢測并反饋至控制器→控制器根據反饋信號對指令進行對比和調節。旋轉關節拆解：無框電機+諧波減速器+傳感器+軸承特斯拉Optimus共有14個旋轉執行器，電機+減速器成本占比超44%。根據特斯拉披露的參數推測，特斯拉Optimus全身預計使用14個旋轉執行器，由無框電機、諧波減速器、力矩傳感器、編碼器、角接觸軸承、交叉滾子軸承構成，其中無框電機、諧波減速器、力矩傳感器占成本比重較大。參考阿里1688網站部分公司的報價，國產無框電機產品單價在1000-2000元左右，諧波減速器2000-5000元左右，力矩傳感器500元左右。線性關節拆解：無框電機+行星滾柱絲杠+傳感器+軸承特斯拉Optimus全身預計使用14個線性執行器，行星滾柱絲杠、反向滾柱絲桿是線性關節中價值量占比較高的零部件。特斯拉人形機器人線性關節由無框電機、反式滾珠絲杠和行星滾柱絲杠、力矩傳感器、位置傳感器（編碼器）、球軸承和四點接觸球軸承構成。根據特斯拉披露的參數推測，特斯拉Optimus全身預計使用14個線性執行器。線性執行器最多可提升一臺九英寸三角鋼琴，提升能力優異。行星滾柱絲杠具有高承載能力強、高強度、高精度、壽命長的優勢特點，但結構較為復雜，加工難度高，因而在零部件成本中占比較高。參考阿里1688網站部分公司的報價，瑞士ROLLVIS行星滾柱絲杠產品售價在2萬元/套左右，國產博特精工相關產品約1900元/套。靈巧手拆解：空心杯電機+精密行星齒輪箱+螺紋絲杠+編碼器特斯拉Optimus靈巧手主要由空心杯電機、行星減速器、行星精密齒輪箱、螺紋絲杠和編碼器構成。靈巧手采用六電機布局方式：大拇指采用雙電機用于驅動彎曲和側擺，其余四根手指各安裝一個電機用于驅動動作。因此，Optimus雙手共有12個執行器，算上其他部位，特斯拉機器人全身執行器數量為40個。空心杯電機是靈巧手的核心部件。空心杯電機具有尺寸小、功率低、控制性能好、穩定性高等特點，是典型的微特電機。空心杯電機能夠滿足人形機器人靈巧手的設計和技術要求。人形機器人核心零部件分析核心零部件之一：伺服系統一般包括驅動器+電機+編碼器伺服系統是運動控制的核心部件，每臺人形機器人都需要一套伺服系統。伺服系統主要由伺服驅動器、伺服電機和編碼器組成，編碼器通常嵌入伺服電機。伺服系統工作原理為：伺服驅動器發出信號給伺服電機驅動其轉動，同時編碼器將伺服電機的運動參數反饋給伺服驅動器，伺服驅動器再對信號進行匯總、分析、修正。整個工作過程通過閉環方式精確控制執行機構的位置、速度、轉矩等輸出變量。伺服系統可通過閉環方式實現精確、快速、穩定的位置控制、速度控制和轉矩控制，主要應用于對定位精度和運轉速度要求較高的工業自動化控制領域。伺服系統競爭格局：歐美日系占據高端市場，國產份額持續提升我國伺服系統市場主要分為歐美、日韓和國產品牌三大陣營，歐美日系品牌長期占據中高端市場。國內市場看，以德國西門子、倫茨、博世力士樂等為代表的歐系品牌產品過載能力強、動態響應、驅動器開放性好，處于行業第一梯隊，但價格昂貴；以安川、三菱、松下等為代表的日系品牌產品可靠性和穩定性強，性價比更高，最適合國內客戶需求；性能接近日系的臺系品牌憑借其低廉的價格在中低端發展較快。以匯川技術、禾川科技、雷賽智能為代表的廠商通過引進、消化吸收國際先進技術，產品質量和技術水平不斷提升，已逐漸在國內市場中取得一定份額，下一步有望憑借性價比優勢和技術積累向中高端加速滲透。核心零部件之二：減速器是關節傳動的必要零部件機器人關節減速器的工作原理是利用齒輪傳動的原理，將電機的高速旋轉轉換為機器人關節的低速高扭矩旋轉。具體來說，機器人關節減速器由輸入軸、輸出軸、齒輪組、殼體等部分組成。電機通過輸入軸帶動齒輪組旋轉，齒輪組中的輪逐級傳動，最終帶動輸出軸旋轉，從而實現機器人關節的運動。精密減速器主要有諧波減速器、RV減速器和精密行星減速器。按照控制精度劃分，減速器可分為一般傳動減速器和精密減速器。一般傳動減速器控制精度低，可滿足機械設備基本的動力傳動需求。精密減速器回程間隙小、精度較高、使用壽命長，更加可靠穩定，應用于機器人、數控機床等高端領域。精密減速器種類較多，包括諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器等。核心零部件之三：絲杠導軌廣泛應用于機器人驅動系統絲杠是將旋轉運動變為直線運動的傳動副零件，在精度、強度和耐磨性等方面具有較高要求。絲杠根據其摩擦特性可分為滑動絲杠、滾動絲杠和靜壓絲杠。（1）滑動絲杠：采用滑動螺旋傳動。由于滑動螺旋傳動的滑動摩擦阻力大，故其傳動效率低、磨損快使用壽命短，已不能完全滿足現代機械傳動在高速度、高效率、高精度等方面的發展要求。（2）滾動絲杠：可分為滾珠絲杠和滾柱絲杠兩大類，滾珠絲杠在螺母與絲杠滾道之間做滾動運動，利用傳動摩擦替代滾動摩擦，傳動效率最高可達98%。滾珠絲杠制造難度大，其制造過程甚至對濕度和溫度都有很高的要求。（3）靜壓絲杠：螺紋齒形超過該規格標準螺紋的1.5-2倍，可獲得良好的油封性，提高了裝載能力。但是調整麻煩，且需要液壓系統，技術復雜，成本高。核心零部件之四：軸承軸承是機械產品中必不可少的重要部件，起支承轉動軸的作用。根據軸承中摩擦性質的不同，可將軸承劃分為滾動軸承和滑動軸承，二者最明顯的區別在于是否有滾動體。角接觸球軸承和交叉滾子軸承是人形機器人關節的常用軸承。角接觸球軸承的主要特點是在其構造中使用了球形滾動物來支撐軸承的旋轉，并且球和內外圈之間的接觸點是角接觸點。角接觸球軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷，能在較高的轉速下工作，使用優質鋼制成，具有壽命長、靜音等特點。核心零部件之五：傳感器，人形機器人不可或缺的感知器官傳感器是一種檢測裝置，能夠感受被測量的信息并將其轉化成可用的信息輸出。傳感器之于機器人相當于人類各感知器官，機器人通過各類傳感器識別外部信息，并作出判斷和下一步動作。傳感器按檢測對象可劃分為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器用以感知機器人的內部狀態，包括位置傳感器、速度傳感器、力傳感器和平衡傳感器。外部傳感器用于測量機器人外部環境及狀態，包括視覺傳感器、觸覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器和味覺傳感器。投資分析匯川技術：國內工控龍頭公司共有五大塊業務，通用自動化業務收入占比約50%。整體情況：公司共有五大業務板塊，通用自動化/新能源車電驅&電源系統/電梯/工業機器人/軌道交通占比分別50%/22%/22%/2%/2%。通用自動化：公司是國內工控龍頭，產品涵蓋通用變頻器、通用伺服系統、電液伺服系統、PLC&HMI、CNC、高性能電機、氣動等和解決方案。在近兩年經濟疲軟、通用自動化需求承壓的環境下，公司把握結構性機會，憑借交付能力和解決方案優勢實現較快增長。2022年公司通用自動化業務實現收入114.65億元，同比增長27.64%，其中通用變頻器/通用伺服系統/PLC&HMI/電液系統收入為43.29/49.89/13.13/4.50億元，2022年通用伺服系統在中國市場份額約21.5%，位居第一，PLC大量切入高端應用領域，訂單增速超80%。綠的諧波：國內諧波減速器龍頭公司主要業務為諧波減速器，收入占比超93%。諧波減速器：公司自2003年起主攻諧波減速器，經過10年技術積累2013年實現產品上市銷售且快速放量，打破國外壟斷，實現規模化生產，當前已處于國內龍頭地位，產品廣泛應用于工業機器人、服務機器人、高檔數控機床、航空航天、醫療器械及新能源設備等領域。公司諧波減速器產品性能和穩定性不弱于國外品牌，具備更高產品性價比/更優現場服務能力/更短交貨周期/更快售后響應速度等優勢，積累了一大批工業機器人行業的優質龍頭客戶，市占率持續提升。2022年公司諧波減速器實現收入4.16億元，同比增長-0.19%，占公司總收入的93.43%。恒立液壓：國內液壓件龍頭企業，布局滾珠絲桿業務公司主要業務為液壓油缸與液壓泵閥，總收入占比接近90%。公司主要生產液壓元件及液壓系統，從液壓油缸制造逐步發展成為涵蓋高壓油缸、高壓柱塞泵、液壓多路閥、工業閥、液壓系統、液壓測試臺及高精密液壓鑄件等產品研發和制造企業，公司下游應用領域主要為工程機械，下游客戶包括美國卡特彼勒、日本神鋼、日立建機、三一、徐工、柳工等知名主機廠。2022年公司液壓油缸/液壓泵閥/液壓系統/配件及鑄件分別實現營收45.84/27.55/2.53/5.74億元，同比變動-11.61%/-14.86%/+29.12%/-15.20%，占公司總收入的56.14%/33.73%/3.10%/7.03%。人形機器人行業分析1.TeslaBot研發進展TeslaBot多次國內亮相2023年3月24日，特斯拉人形機器人Optimus攜全新ModelXPlaid在昆山城東特斯拉中心巡展亮相。據工作人員介紹，Optimus與特斯拉汽車“技術同源”，全身擁有28個自由度，手部有11個自由度，會利用動作捕捉學習人類，已經可以行走、上樓梯、下蹲、拿取物體等動作。2023年7月6日世界人工智能大會在上海舉辦，特斯拉Optimus再度參展亮相。規劃中，Optimus將會替代人類完成重復性、繁瑣性勞動，使得人類可以從事更多創造性工作。TeslaBot研發進展2021年8月特斯拉AIDay：馬斯克宣布人形機器人擎天柱（TeslaBot）概念設計。2022年9月特斯拉AIDay：Optimus原型機發布，該機器人重73公斤、高1.72米，可行走、揮手、搖擺等動作，能夠搬運貨物、給植物澆水以及移動金屬棒。馬斯克預計，Optimus將于3-5年內實現量產上市，數量會達到百萬級，成本為2萬美元。2023年3月特斯拉InvestorDay：Optimus外觀有改善，還掌握了抓取小物品，生產維修機器人的能力。2023年5月特斯拉股東大會：Optimus學會了像人一樣結隊緩慢前行，并且可以執行更復雜的任務。在電機扭矩控制、力度控制、環境探索和記憶有了新進展，還可根據人類動作范例訓練AI、實現端到端控制。2.從SDV到SDR，市場空間潛力巨大從SDV到SDR，有望復制電動車路徑人型機器人進入技術拐點，有望復制電動車路徑。從技術發展路徑來看，軟件系統尤其自動駕駛和通用AI的快速發展正在重塑行業重心從硬件定義的傳統工業機器人或協作機器人向軟件定義的通用人形機器人轉移，即軟件定義機器人（Software-definerobot，SDR）。隨著下游領域快速拓展，技術拐點降至，行業正在轉入量產階段，在技術進步和規模化效應下成本阻礙將快速打破，有望復制電動汽車“軟件定義汽車”（Software-define-vehicle，SDV）的發展路徑，拉動全產業鏈加速發展。市場空間潛力巨大人型機器人技術發展迅速，未來市場潛力很高。人形機器人的靈活性和環境適應能力高，不需要特別改造環境，且使用壽命和殘值比其他機器人更高。隨著成本的降低，通用性帶來的規模化降本效應，可應用于多個領域，從長期來看市場空間廣闊。馬斯克稱人形機器人將會是今后特斯拉的長期價值來源。他認為如果人形機器人和人的比例在2比1，那人們對人型機器人的需求量可能是100億至200億個，遠超電動車的數量。弗若斯特沙利文預測，到2026年全球人形機器人市場規模將達到80億美元。麥肯錫稱到2030年，全球將有多達8億人的可能被自動化機器人取代。艾瑞咨詢則稱2021年中國智能機器人市場規模突破250億，2025年接近千億，CAGR約40%。3.Optimus結構拆解–“軟件定義機器人”軟件能力拓展機器人功能邊界。傳統意義上工業機器人或服務機器人以硬件決定功能，輔以軟件優化體驗，對于人性機器人，過去幾十年探索也主要以硬件性能優化、機械結構小型化為主要方向，隨著近年來AI崛起，尤其是以谷歌Transformer模型廣泛應用以來，AI應用開始席卷語言、視覺、自動駕駛等領域，賦予了人形機器人更大的想象空間，大模型AI作為人形機器人的靈魂，有望拓展人形機器人通用屬性，使機器人從工具品類向生產力本身轉型，為其盡快轉入量產拐點提供可能。Optimus結構拆解–對比人體Optimus由軟件和硬件部分組成。（1）硬件部分包括驅動裝置、控制裝置和傳感器。以具體功能看主要包括負責中央計算的計算核心和負責運動執行的關節系統（線性關節、旋轉關節和手部關節）（2）軟件部分包括用于交互和控制的通用性AI以及源自于自動駕駛定位的FSD系統。4.零部件產業鏈梳理零部件產業鏈：伺服系統伺服系統由伺服電機、伺服驅動器、編碼器共同構成。伺服驅動器將輸入控制量轉化為電信號，驅動電機運動并根據反饋信息進行調節。伺服電機是執行器。編碼器通常嵌入于伺服電機，用于測量運動參數和實現閉環控制。零部件產業鏈：電機電機主要有無框力矩電機和空心杯電機。無框電機由轉子和定子組成，可直接固定在機械設備上，具有節能環保、高精度和免維護等優點，且無框力矩電機適用于體積小、質量輕、慣量低、功率高的應用場合。空心杯電機分為有刷和無刷，無刷因轉速更高、壽命更長適合應用在人形機器人手部。零部件產業鏈：空心杯電機有刷空心杯電機轉采用的是無鐵芯轉子，這種結構徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。無刷空心杯電機其定子部分使用空心杯繞組，采用無齒槽鐵芯設計，具有傳統直流無刷電機高轉速、長壽命、低噪音的特性，又兼具有刷空心杯電機高功率密度、高效率的優勢。零部件產業鏈：海外品牌占據高端市場海外品牌占據高端市場，國內產商有望受益。特斯拉軀干關節大概率會選擇無框力矩電機，手部選擇空心杯電機。目前無框力矩電機的代表是美國科爾摩根，國內是步科股份，無刷空心杯電機海外以MAXON為主，國內鳴志電器、江蘇雷利、鼎智科技、恒帥股份具備相應技術。據NTCysd預測，至2028年全球空心杯電機市場規模為11.9億美元。復合增速8.47%。零部件產業鏈：減速器人型機器人使用的減速器主要為諧波減速器與RV（行星）減速器。精密減速器是機器人等高端設備所需的傳動裝置，具有更高控制精度，可匹配轉速和傳遞轉矩。諧波減速器通過彈性變形波傳遞動力，具有高精度、小體積和重量等特點。RV減速器由漸開線圓柱齒輪行星減速機構和擺線針輪行星減速機構組成，具有良好的負載能力和剛度。零部件產業鏈：諧波減速器諧波減速器結構：諧波減速器主要由帶有內齒圈的剛性齒輪（剛輪）、帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪）、波發生器三個基本構件組成。工作原理：柔輪彈性變形呈橢圓狀，長軸處齒輪與剛輪完全嚙合，短軸處不接觸。波發生器轉動時，柔輪產生錯齒運動，實現運動傳遞。零部件產業鏈：RV（行星）減速器RV減速器結構：RV減速器由第一級漸開線圓柱齒輪行星減速結構和第二級擺線針輪行星減速結構兩部分組成。工作原理：通過2級變速實現減速功能。優點：負載能力、剛度、抗疲勞度較好。零部件產業鏈：減速器預計TeslaBot旋轉關節主要采用諧波，手部采用精密減速器，RV減速器有概率在下半身替代諧波。RV減速器因抗沖擊能力強于諧波以及成本低，有望用在機器人下半身4個旋轉關節上。諧波減速器全球龍頭為哈默納科，國內綠的諧波、來福諧波、同川精密有技術儲備，RV減速機全球龍頭是賽威傳動等，國內企業有中大力德、雙環傳動等有技術儲備。零部件產業鏈：絲杠絲杠分為滑動絲杠、滾動絲杠，滾動絲杠有滾珠絲杠、滾柱絲杠兩種。絲杠是一種精度很高的零件，它能精確地確定工作臺坐標位置，將旋轉運動轉換成直線運動，面且還要傳遞一定的動力，所以在精度、強度及耐磨性等方面都有很高的要求。零部件產業鏈：滾珠絲杠預計人型機器人在下半身關節采用行星滾柱，上半身采用滾珠絲杠。滾珠絲杠應用于直線關節，可以轉換旋轉運動和直線運動，既是傳動原件也是轉化元件。滾珠絲桿是由絲桿軸和螺母組成，而其中螺母又是由鋼球、預壓片、反向器、防塵器等組成，具有摩擦損失小、傳動效率高、精度高、軸向剛度高、不能自鎖、具有傳動的可逆性等優點。零部件產業鏈：滾柱絲杠滾柱絲杠市場規模穩定增長。據persistencemarketresearch，2022年全球滾柱絲杠市場規模為2.85億美元，預計2023年市場規模將達3.03億美元。受益于汽車行業需求及工業自動化需求，預計2023-2033年中國滾柱絲杠市場規模年復合增長率預計將達到6.5%，高于全球復合增速5.8%。中國目前的主要參與企業包括秦川機床和鼎智科技。零部件產業鏈：控制系統控制系統是機器人的神經系統，用于控制驅動系統完成對應運動。在機器人中，控制系統根據指令及傳感信息，向驅動系統發出指令，控制其完成規定的運動。控制系統主要由控制器（硬件）和控制算法（軟件）組成。目前控制系統主要參與者包分為本體廠商（大型機器人廠商自主研發和控制器）和專業控制器廠商。零部件產業鏈：傳感器人形機器人用傳感器主要有視覺、力控、位置（編碼器）。視覺傳感器在頭部，力控、編碼器傳感器用在全身各個關節。根據檢測對象的不同又分為內部和外部傳感器，內部和外部傳感器共同組成了機器人的感知。根據YOLE數據，2015-2021年無人機及機器人傳感器市場從3.51億美元增長至7.09億美元，復合增長率高達12.4%，其中光學傳感器占比達74%。零部件產業鏈：視覺傳感器目前視覺傳感器主要有3D傳感器和毫米波雷達兩種。3D傳感器目前主要有結構光法、ToF法和多目（雙目）立體視覺法。3D視覺感知市場正處于規模快速增長期。全球3D視覺感知市場規模在2022年為