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人形机器人的国产供应链机遇人形机器人的国产供应链机遇机器人系列专题报告机器人系列专题报告评级：推荐(维持)请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2沪深300表现表现1M3M12M机械设备2.8%-4.9%5.4%沪深300-2.4%-3.1%-9.3%最近一年走势-0.1775-0.1089-0.04030.02830.09690.1655机械设备沪深300相关报告孕育人类“奇点”时刻全球机器人产业研究之应用框架（推荐）*产业研究*杨仁文2022-12-07qRmPoMqRvNpQoQrPpPnMyRaXbWaQaO6MsQqQtRsRjMpPrPlOnMmP7NmOqQMYpMpNMYmNrQ请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3重点关注公司及盈利预测重点关注公司及盈利预测重点公司代码股票名称2023-06-12EPSPE投资评级股价20222023E2024E20222023E2024E688017.SH绿的谐波137.350.921.472.02105.0693.6967.91未评级002472.SZ双环传动23.860.680.941.2337.1825.2919.33未评级002896.SZ中大力德26.780.440.650.9951.5040.8927.17未评级301368.SZ丰立智能56.910.37/53.23/未评级300124.SZ汇川技术58.761.622.072.6342.7729.2922.34未评级688320.SH禾川科技35.550.601.141.6778.2031.2921.26未评级603728.SH鸣志电器54.280.590.971.4956.6356.0836.38未评级300660.SZ江苏雷利26.790.991.121.4723.7023.9818.21未评级873593.BJ鼎智科技93.542.912.773.6668.6433.7725.55未评级603662.SH柯力传感27.550.921.281.5717.8721.5417.59未评级688322.SH奥比中光46.79-0.72-0.51-0.13/未评级002050.SZ三花智控26.620.720.871.0729.6130.6924.81未评级601689.SH拓普集团68.401.542.132.9737.9732.0823.03未评级资料来源：Wind资讯，国海证券研究所（盈利预测来自wind一致预期）请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4核心提要核心提要 机器人发展经历了实验室技术积累阶段机器人发展经历了实验室技术积累阶段，工业机器人先行工业机器人先行，目前正逐步走向具身智能时代目前正逐步走向具身智能时代。特斯拉人形机器人Optimus作为标志性产品，在2023年5月发布会上展示了精准的控制、感知能力，获得广泛关注。行业内代表性机器人产品还包括波士顿动力Atlas，国内的小米CyberOne，优必选WalkerX等，人形机器人智能化水平明显提升，商业化落地有望加速。特斯拉马斯克乐观预计，未来人形机器人的需求，可能会远远超过汽车的需求。人形人形机器人商业化应用面临两大主要难题机器人商业化应用面临两大主要难题，一是产品功能简单一是产品功能简单，智能化水平不足；二是成本高昂智能化水平不足；二是成本高昂，距离商业化落地仍有一定距离距离商业化落地仍有一定距离。AI大模型和硬件技术方案的迭代大模型和硬件技术方案的迭代，有助于机器人产品功能升级和智能化提升有助于机器人产品功能升级和智能化提升。多模态大模型技术的兴起，模型参数高达万亿级别，ChatGPT通过自然语言交互和自动化决策提升机器人的智能化水平，谷歌大模型PaLM-E从计算机视觉和自然语言两方面助力，机器人智能化水平有望持续提升。以特斯拉2022 AI Day上展示的样机为例，硬件选型方案有望兼顾功能和成本，旋转关节选取无框电机+减速器，线性关节选取无框电机+滚柱丝杠，机械手采取空心杯电机+腱绳驱动，视觉采取纯视觉方案，在全自动驾驶 FSD 芯片基础上开发适合人形机器人的控制器系统。降本将持续是未来工作重心降本将持续是未来工作重心，主要通过技术方案替代高成本零部件主要通过技术方案替代高成本零部件，量产规模效应降本量产规模效应降本，复用车平台减少投入等方式复用车平台减少投入等方式。当前人形机器人成本在10万美金左右，马斯克预期远景将降本至2万美金左右。国产供应链在电机、减速器、滚柱丝杠、传感器等环节均积累了丰富的生产经验，引进国产供应链有望进一步降低核心零部件的价格。优必选副总裁付春江预计动力系统降本空间约50%，结构和外观降本空间约40%，算力系统降本空间约20%。关注关注标的标的：长期看好人形机器人智能化迭代升级的产业趋势，看好国产供应商进入特斯拉产业链机遇，维持机器人行业“推荐”评级。谐波减速器重点关注：绿的谐波、双环传动、中大力德、丰立智能。伺服电机重点关注：汇川技术、禾川科技。空心电机重点关注：鸣志电器、江苏雷利。行星滚柱丝杠重点关注：鼎智科技。力传感器重点关注：柯力传感。机器视觉重点关注：奥比中光。执行器重点关注：三花智控、拓普集团。风险风险提示提示：核心技术进步不及预期风险。供应链国产替代不及预期风险。机器人渗透率不及预期风险。地缘政治不确定性对供应链产生影响风险。重点关注公司业绩或不及预期。国内市场及企业与国际不可完全对比。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5机器人产业图谱机器人产业图谱核心硬件、系统与技术支持、本体制造核心硬件、系统与技术支持、本体制造&系统集成系统集成本体制造本体制造&系统集成系统集成系统与技术支持系统与技术支持核心硬件核心硬件工业机器人医疗机器人安防机器人农业机器人协作类移动、搬运类手术类装配、焊接类康复类辅助类医疗服务类公共服务机器人SLAM机器视觉机器学习人脸识别语音识别传感器伺服系统芯片控制器减速器空心杯电机滚柱丝杠资料来源：艾瑞咨询、各公司官网、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6受益标的总览受益标的总览人形机器人产业链可以分为两类：一是软件生态一是软件生态、二是硬件产业链二是硬件产业链。软件生态一般由系统集成商自研主导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：价值占比高重点关注：价值占比高、增量空间大增量空间大、毛利率比较可观毛利率比较可观的环节，包括谐波减速器包括谐波减速器、滚柱丝杠滚柱丝杠、伺服电机伺服电机、传感器四部分传感器四部分。决策层：复用汽车FSD自动驾驶系统躯干部位高度集成电池、传感器和冷却系统机械手：空心杯电机鸣志电器鼎智科技滚柱丝杠齿轮箱丰立智能兆威机电推杆组件江苏雷利位置传感器力传感器柯力传感昊志机电旋转关节：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力星股份轴承谐波减速器绿的谐波双环传动中大力德丰立智能汉宇集团线性关节：编码器与传感器无框电机步科股份昊志机电滚柱丝杠鼎智科技秦川机床新剑传动资料来源：腾讯科技公众号、特斯拉 2022 AI Day、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7目录目录一、人形机器人行业发展历程一、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二、人形机器人产品解析2.1 软件：AI大模型赋能，微软ChatGPT for Robotics、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、投资四、投资建议及风险提示建议及风险提示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4.3 风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8一、人形机器人行业发展历程一、人形机器人行业发展历程1.1 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 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 1.3 经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等1.4 1.4 人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明91.1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工业应用期工业应用期（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智能机器人（应用期）智能机器人（应用期）：我们预计数年后预计数年后，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，逐步进入各类场景智能机器人（概念期）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尚未进入广泛商业化阶段技术积累期技术积累期工业应用期工业应用期智能机器人智能机器人（概念期）（概念期）智能机器人智能机器人（应用期）（应用期）1938年，美国W Pollard&H Roselund 发明世界第一个机械臂第一个机械臂 1948年，美国Norbert Wiener发表控制论控制论：或关于在动物和机器中控制和通信的科学 1954年，George Devol创造了世世界第一台可编程的机器人界第一台可编程的机器人Unimate 1959年，George Devol&Joseph Engelberger研发了第一台工业机第一台工业机器人器人 1961年，通用汽车生产线装配第一台装配第一台工业机器人工业机器人 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日本第一台工业机器人Kawasaki-Unimate 2000 1974年，Richard Hohn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我国研制成功第一台工业机器人样机器人样机 1984年，瑞典ABB最快的组装机器人IRB 1000投入生产 1992年，国产AGV第一次应用于柔性生产线 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Big Dog系列 2011年，美国首个太空人形机器人进入空间站 2012年，由Rethink Robotics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，特斯拉人形机器人特斯拉人形机器人Optimus首秀首秀资料来源：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 2022 AI Day、本田官网、创客玩公众号、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明101.2 具身智能：第一人称视角，强调感知与理解环境具身智能：第一人称视角，强调感知与理解环境 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。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Computing Machinery and Intelligence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ITF World 2023半导体大会上表示：“人工智能的下一人工智能的下一个浪潮将是具身智能个浪潮将是具身智能（embodied AI）”。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主义符号主义、联结主义符号主义、联结主义、行为主义资料来源：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、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明11 多学科交叉多学科交叉+政策加速具身智能发展。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。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行。1.2具身智能运行框架：交叉学科发展，包含具身感知、具身想象、具身执行具身智能运行框架：交叉学科发展，包含具身感知、具身想象、具身执行资料来源：机器之心公众号，北京市科委、Embodied Intelligence in soft robotics:joys and sorrowsCecilia Laschi1、国海证券研究所具身智能机器人学计算机视觉机器学习认知科学计算机图形学物理学具身感知交互感知自动挖掘、定义具身概念具身想象自动具身任务模拟仿真引擎构建具身执行多传感器合作自意识执行误差Real to SimSim to Real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请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明12特斯拉 Optimus小米 Cyber One优必选 WalkerX波士顿动力 AtlasIIT iCub3发布时间20222022202120182022身高体重自由度最大行走速度172cm73kg508km/h177cm52kg213.6km/h130cm63kg413km/h150cm89kg289km/h129cm52kg54-感知方式鱼眼+左右摄像头力矩传感器位置传感器Mi sense 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Intel i7 8665U 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1.3 人形机器人经典产品性能对比：产品力与成本的平衡是主要矛盾人形机器人经典产品性能对比：产品力与成本的平衡是主要矛盾资料来源：Tesla 2022 AI Day、创客玩公众号、Tesla 2021 AI Day、瓦砾村夫公众号、各公司官网、机器之心公众号、ubtrobot、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明131.3 特斯拉人形机器人快速迭代，环境感知与控制能力显著提升特斯拉人形机器人快速迭代，环境感知与控制能力显著提升2021年8月特斯拉首届 AI 活动日1发布特斯拉人形机器人概念机Tesla Bot。2022年9月特斯拉第二届 AI 活动日2Optimus人形机器人首秀，可实现直立行走、搬运、洒水等动作。资料来源：Tesla 2022 AI Day、创客玩公众号、Tesla 2021 AI Day、瓦砾村夫公众号、腾讯科技公众号、Tesla 2023股东大会、国海证券研究所2023年5月特斯拉股东大会3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。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。特斯拉人形机器人特斯拉人形机器人Optimus全方位升级。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。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。控制图：特斯拉机器人触碰鸡蛋图：特斯拉机器人AI训练过程人类跟踪运动的AIAI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。学习图：特斯拉机器人户外环境记忆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。感知请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明141.3 小米小米CyberOne全身全身21个自由度，实现双足运动姿态平衡，尚未商业化个自由度，实现双足运动姿态平衡，尚未商业化 小米于2022年8月公布首款全尺寸人形机器人CyberOne，高1.77米，重52kg。环境感知上，小米自研Mi-Sense深度视觉模组，结合AI算法，可对真实世界三维虚拟重建；情绪感知上，CyberOne搭载自研MiAI环境语义识别引擎+MiAI语音情绪识别引擎，能够实现85种环境音识别和6大类45种人类情绪识别。关节运动上，全身5种关节驱动，合计13个，峰值扭矩300Nm。运动规划和控制上，自研全身控制算法，协调运动21个关节自由度。商业化情况：商业化情况：据2022年小米新品发布会，CyberOne单台成本在60-70万元左右，尚未商业化。资料来源：浙江省青年创业协会公众号（雷军2022年度演讲&小米新品发布会）、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明151.3 WalkerX具有具有41个自由度，可完成多个高精度动作，商业化初期个自由度，可完成多个高精度动作，商业化初期Walker系列人形机器人：是中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人，于2018年首次亮相，一经推出即赢得了多项世界级奖项及认可。作为是一款外形亲切、具有自然互动功能的真人尺寸人形机器人，其适用于家居及商务场景。WalkerX拥有41度的自由度以及类似人类的运动能力，能够以每小时三公里的速度平稳而快速地行走，且在运动中，其单臂可承载的重量可达1.5公斤。在不同的地面，包括不平的地面、斜坡和楼梯上行走时，Walker可以自行保持稳定和平衡。Walker可以规划自已的路线并在移动过程中避开障碍物，适应家庭和商业环境，还可以执行人类任务，例如识别及抓取物体、开门、倒水、下棋、弹钢琴、绘图和其他游戏等。技术突破：技术突破：Walker于2019年获机器人报告评选为最值得关注的五大人形机器人之一，并于2021年获24/7Tempo评为百年来最具突破性及创新性的机器人发明之一。商业化情况：商业化情况：2021年世界人工智能大会，优必选表示Walker系列机器人单台成本在10万美金左右，根据优必选招股说明书2020财年、2021财年及2022年前九个月，Walker系列产品的收入40万元、890万元及人民币730万元，商业化待拓展。原型机2016年Walker12018年Walker22019年WalkerX2021年自由度增加，运动能力增强，感知、语音等功能逐渐完善资料来源：优必选公司官网、优必选招股说明书、观察者网、机器之心公众号、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明161.4 产品产品智能化升级智能化升级+充分降本是人形机器人广泛商业化应用的关键问题充分降本是人形机器人广泛商业化应用的关键问题资料来源：国海证券研究所 我们认为我们认为，阻碍人形机器人商业化量产主要原因有三：阻碍人形机器人商业化量产主要原因有三：大规模应用场景不足，应用场景直接影响机器人需求的刚性程度，目前人形机器人应用场景仍有待挖掘。诸多技术问题亟待解决。目前人形机器人尚处于功能相对简单、初步智能的形态。机器人成本高企。人形机器人机构复杂，制造成本高昂，成本控制有赖于大规模生产的基础及多方位的技术。应用场景少功能简单价格昂贵丰富应用场景AI赋能+软硬件升级放量降本+国产供应链 人形机器人商业化量产解决路径：人形机器人商业化量产解决路径：核心仍是机器人功能和智能化水平提升，支撑机器人从封闭场景走向开放场景，从单一场景进入复杂场景。以ChatGPT、PaLM为代表的AI多模态大模型显著智能化水平，增强机器人的人机交互能力、机器人自编译能力；此外，电机、减速器、传感器，芯片等硬件环节，持续升级迭代。放量降本+引进国产供应链。特斯拉人形机器人目前仍处样机阶段，尚未量产和交付，随着商业化落地放量，以及在供应链环节引入国产供应商后，成本有望充分下降，使得人形机器人有望得到进一步普及。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明17二、人形机器人产品解析二、人形机器人产品解析2.1 软件：软件：AI大模型赋能，微软大模型赋能，微软ChatGPT for Robotics、谷歌、谷歌PaLM通用大模型通用大模型2.2 硬件：旋转关节（伺服电机硬件：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）、芯片请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明182.1 AI赋能机器人智能化，环境感知和辅助决策功能实现突破赋能机器人智能化，环境感知和辅助决策功能实现突破资料来源：A Survey of Large Language Models（Wayne Xin Zhao）、ChatGPT for Robotics（微软）、PaLM-E:An Embodied Multimodal Language Model(Google）、人工智能视角下的机器人研究与发展(张钹)、ITFWorld2023半导体大会、特斯拉2023股东大会、国海证券研究所 AI与机器人是相对独立的学科：与机器人是相对独立的学科：AI是以实现模拟人类智能行为为目的的智能体（intelligent agent），机器人则是面向任务、面向应用的机器，模拟人类行为只是机器人达成任务的手段之一。深度学习的提出促进深度学习的提出促进AI技术在机器人场景的渗透技术在机器人场景的渗透。从机器人感知、决策、执行三部分来看，AI技术目前主要运用在机器人的感知领感知领域域和部分辅助决策部分辅助决策领域。多模态大语言模型快速迭代进化赋能机器人：多模态大语言模型快速迭代进化赋能机器人：微软发表论文提出了利用ChatGPT操控机器人的基本思路，谷歌PaLM-E模型实现了视觉语言任务融合的训练，英伟达开发多模态具身智能系统Nvidia VIMA，马斯克认为通用型AI算法支持的机器人，是特斯拉未来长期价值所在。大语言模型发展历程大语言模型发展历程2022.062023.022023.032023.052023.052023.05英伟达黄仁勋在ITFWorld2023半导体大会表示，AI下一个浪潮将是“具身智能”。英伟达的多模态具身智能系统Nvidia VIMA，标志着AI能力的显著进步。UC Berkeley联合谷歌开发了LM-Nav，实现机器人语义导航。LM-Nav基于GPT-3通过自我监督训练的目标条件策略，训练机器人从大型的、未标记的数据集中进行基于视觉的导航学习微软发表论文ChatGPT for Robotics:Design Principles andModel Abilities，提出利用ChatGPT操控机器人的基本思路谷歌推出的PaLM-E模型实现了多模态大语言模型在机器人场景训练方面的落地，实现了将机器人任务和视觉语言任务融合的训练谷歌召开I/O大会推出新一代语言模型PaLM 2，其多语言、理解推理、代码生成等能力较初代PaLM又有了提升马斯克在2023年股东大会上表示通用型AI算法支持的机器人，是特斯拉未来长期价值所在。多模态大模型加速机器人智能化进程多模态大模型加速机器人智能化进程请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明192.1ChatGPT通过自然语言交互和自动化决策加速机器人的智能化通过自然语言交互和自动化决策加速机器人的智能化 ChatGPT由OpenAI于2022年11月30日发布。与其他使用预定义的响应或者规则生成文本的聊天机器人不同，ChatGPT可以根据接收到的输入生成响应，从而生成更自然、更多样化的响应。ChatGPT不仅是聊天机器人，它还完成文案编辑、代码编辑等任务。ChatGPT在机器人领域的应用主要体现在两个方面：自然语言交互自然语言交互和自动化决策自动化决策。自然语言交互：自然语言交互：ChatGPT作为一种预训练语言模型，可以被应用于机器人与人类之间的自然语言交互。例如，机器人可以通过ChatGPT来理解人类的自然语言指令，并根据指令进行相应的动作。自动化决策：自动化决策：机器人在执行任务时需要做出各种决策，例如路径规划、物体识别等。ChatGPT可以应用于机器人的自动化决策中。例如，机器人可以通过ChatGPT来生成任务方案，根据任务要求做出相应的决策。ChatGPT与机器人的结合，可解决机器与人的自主语言交互自主语言交互难题，完成上下文理解、多语种识别、多轮对话、情绪识别、模糊语义识别等技能，从而实现智能化、人性化的沟通与服务，降低使用者的学习成本，有效提升机器人在各个行业的渗透率。资料来源：微软ChatGPT for Robotics:Design Principles and Model Abilities、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明202.1 PaLM大模型：探索通用人工智能，参数大幅提升，指导机械手行动大模型：探索通用人工智能，参数大幅提升，指导机械手行动资料来源：Google官网、PaLM-E:An Embodied Multimodal Language Model、国海证券研究所 2023年3月，谷歌推出5620亿参数的大模型PaLM-E，其模型能力实际上综合了ViT（Vision Transformer，220亿参数）和PaLM（5400亿参数）两个模型的能力。前者将大模型能力泛化至CV领域，赋予大模型视觉视觉能力；后者凭借优秀的语言理解、逻辑推理、代码生成等能力，赋予大模型思考能力。2023年5月，谷歌于I/O大会上正式发布PaLM-2。作为谷歌下一代语言大模型，谷歌在三方面实现大模型能力的升级，进一步优化计算效率、丰富训练语料、完善模型架构，使得性能相较初代PaLM模型呈现二次提升。PaLM-E模型指导机器人机械手完成多任务问题PaLM-E模型能力一览请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明212.2 旋转关节：无框电机旋转关节：无框电机+减速器，实现多角度、精细化、高动态移动需求减速器，实现多角度、精细化、高动态移动需求据2022特斯拉AI Day发布会，我们推测特斯拉Optimus全身使用14个旋转执行器个旋转执行器，旋转执行器包括无框电机、减速器、双编码器、力矩传感器、角接触轴承、交叉滚子轴承。无框力矩电机、减速器和力矩传感器是旋转关节中价值占比最高的零部件。旋转关节结构拆解旋转关节结构拆解Optimus旋转关节采用双编码器旋转关节采用双编码器+力矩传感器力矩传感器资料来源：Tesla 2022 AI Day、麦客厅公众号、高工机器人公众号、Maxon公众号、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明222.2 伺服电机：运动控制核心部件伺服电机：运动控制核心部件伺服电机系统：工业自动化行业中应用最广的电机工业自动化行业中应用最广的电机，作为自动化运动控制核心部件作为自动化运动控制核心部件，它将电能转换为机械能，可实现对速度、转矩与位置进行精确、快速、稳定的控制。伺服电机系统一般由驱动器、电机、编码器构成。特斯拉机器人线性、旋转关节处预计使用无框力矩电机，它是去掉轴、轴承、外壳、反馈或端盖的伺服电机，只包含定子和转子。无框力矩电机的核心优势是输出力矩大、结构紧凑、使用寿命长、散热性好。伺服系统实物图伺服系统工作原理资料来源：汇川技术公司公告、高工机器人公众号、锐观网、步科股份官网、科尔摩根官网、国海证券研究所无框电机只包含定子和转子，可输出大力矩请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明232.2减速器减速器：人形：人形机器人对减速器需求有机器人对减速器需求有明显明显拉动，拉动，谐波减速器增量谐波减速器增量空间大空间大 精密精密减速器类似于减速器类似于工业机械的工业机械的“肌腱肌腱”，连接了伺服电机和执行机构，电机一般高转速+低扭矩，因此减速器的核心作用是降低转速+提升扭矩，从而精准调节机器转动角度。工业上常用的减速器主要可分为RV减速器和谐波减速器，相比RV，谐波减速器应用领域更精细。根据高工机器人数据，工业机器人中RV和谐波减速器的使用量约为65%和35%；人形机器人旋转关节处预计会大量使用人形机器人旋转关节处预计会大量使用谐波谐波减速器减速器，带来产业链较大增量空间带来产业链较大增量空间。比较内容比较内容RV减速器减速器谐波减速器谐波减速器产品外形技术特点通过多级减速实现传动，一般由行星齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器的后级组成，组成的零部件较多。通过柔轮的弹性变形传递运动，主要由柔轮、刚轮、波发生器三个核心零部件组成，较RV 及其他精密减速器使用的材料、体积及重量大幅度下降。产品性能大体积、高负载能力和高刚度体积小、传动比高、精密度高应用场景一般应用于多关节机器人中机座、大壁、肩部等重负载的位置主要应用于机器人小臂、腕部或手部终端领域汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配有RV 减速器的重负载机器人3C、半导体、食品、注塑、模具、医疗等行业中通常使用由谐波减速器组成的30kg 负载以下的机器人价格区间5,000-8,000 元/台1,000-5,000 元/台optimus人形机器人减速器预估用量2个，用于胯部等旋转大关节处12个，用于其他旋转小关节处资料来源：绿的谐波招股书、高工机器人公众号、各公司官网、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明242.2线性关节：无框电机线性关节：无框电机+滚柱丝杠，追求低成本、低功耗、高可靠性滚柱丝杠，追求低成本、低功耗、高可靠性特斯拉特斯拉Optimus全身预计使用全身预计使用14个线性执行器个线性执行器，将采用无框电机+滚柱丝杠的方案。丝杠的传动精度高、能耗低、高负载，但反驱透明度差（需配备力矩传感器），响应速度偏慢。无框电机+滚柱丝杠方案可以实现低功耗、高负载、高刚度，但可能会限制下肢高动态的运动能力。行星滚柱丝杠结构复杂行星滚柱丝杠结构复杂、加工难度大因而成本较高加工难度大因而成本较高。行星滚柱丝杠、倒置滚柱丝杆是线性关节中价值量占比较高的零部件，在特斯拉机器人硬件总成本中占比较高。未来可通过技术迭代+规模化生产实现大幅降本，满足大规模应用需要。Optimus线性关节使用行星滚柱丝杠线性关节使用行星滚柱丝杠资料来源：高工机器人公众号、Tesla 2022 AI Day、麦客厅公众号、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明252.2 空心杯电机：结构紧凑、能量密度高、功率低、契合人形机器人灵巧手空心杯电机：结构紧凑、能量密度高、功率低、契合人形机器人灵巧手特斯拉Optimus 机械手采取空心杯电机+腱绳驱动的方式，单手包括6个执行器，可实现11个自由度，由微型电机驱动。空心杯电机结构紧凑空心杯电机结构紧凑、能量密度高能量密度高、功率低功率低，和人形机器人机械手需求契合度高和人形机器人机械手需求契合度高。1、节能：节能：能量转换效率很高，部分产品可达到90%以上 2、控制性能好：控制性能好：起动、制动迅速，响应极快，机械时间常数小于28毫秒 3、拖动性能好：拖动性能好：运行稳定性十分可靠，转速波动能控制在2%以内 4、能量密度高：能量密度高：与同等功率的铁芯电动机相比，其重量体积减轻1/3-1/2 5、散热效果好：散热效果好：铜板线圈内外表面都有空气流动，温升较小。6、功率较低：功率较低：一般空心杯电机最大功率仅几百瓦，属于一种微特电机空心杯电机及其构成示意图空心杯电机具有节能、控制性能好、能量密度高等优点资料来源：创客玩公众号、Tesla 2022 AI Day、WKXMOTOR、Maxon官网、国海证券研究所特斯拉 Optimus 机械手：电机+腱绳驱动特斯拉 Optimus 单手 6 个执行器，1 1 个自由度请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明262.2 传感器：让机器人具备知觉功能和反应能力传感器：让机器人具备知觉功能和反应能力 传感器是检测装置，能感受到被测量的信息，将感受到的信息，按一定规律变换成电信号或其他形式的信息输出，是实现自动检测和自动控制的首要环节。机器人传感器分为内部传感器和外部传感器机器人传感器分为内部传感器和外部传感器，内部传感器包括位置传感器、速度与加速度传感器、力矩传感器、姿态传感器等，用于感知机器人自身的状态；外部传感器主要包括触觉传感器、视觉传感器、接近度传感器、听觉传感器、嗅觉传感器等，用于检测机器人所处的外部环境。视觉传感器为机器人植入“眼睛”，利用环境和物体对光的反射来获取及感知信息。人形机器人的视觉传感器包括TOF深度相机、激光雷达、多目视觉等。力传感器是一种电子设备，用于监控、检测、记录和调节施加在其上的线性力和旋转力。目前，最为流行的力矩传感器当属六轴传感器。这种特殊的力传感器能够测量各个方向的力，力传感器被广泛用在各类机器人的“关节”处。资料来源：中国国家标准、yole、工业机器人公众号、北京欧立信咨询中心、EE Times、昊志机电公告、国海证券研究所机器人所需感官