AI赋能人形机器人产业提速把握产业链受益机会.pdf

本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。1 20232023 年年 0707 月月 0101 日日机械机械行业专题行业专题 A AI I 赋能赋能，人形机器人产业提速，把握人形机器人产业提速，把握产业链产业链受益机会受益机会 机器人系列报告四机器人系列报告四证券研究报告证券研究报告 投资评级投资评级 领先大市领先大市-A A维持维持评级评级 首选股票首选股票 目标价（元）目标价（元）评级评级 行业表现行业表现 资料来源：Wind 资讯 升幅升幅%1M1M 3M3M 12M12M 相对收益相对收益 7.4 10.5 18.8 绝对收益绝对收益 7.5 5.6 4.5 相关报告相关报告 行业景气度分化，国企板块表现亮眼 机械行业2022 年报及 2023 年一季报总结 2023-05-16 工业机器人行业筑底阶段，关注盈利能力改善工业机 器 人 板 块 2022 年 报&2023Q1 财报总结 2023-05-15 行业需求筑底，板块业绩边际好转工程机械 2022年报&2023 一季报总结 2023-05-08 整体进入估值快速消化期，新技术方向报表端延迟反映光伏设备板块 2022 年报及 2023Q1 财报总结 2023-05-08 增速高位回落，盈利能力持续改善，看好锂电低渗透率2023-05-07 核心观点核心观点：人形机器人产业发展仍处于 0-1 阶段，当前行业投资逻辑偏向事件驱动型的主题投资，但可落地服务场景的人形机器人成长空间非常广阔，值得长期关注。本文将围绕以下热点问题作出讨论：当前节点人形机器人产业有哪些变化？如何判断其市场空间？我国在 Tesla 人形机器人产业链中哪些环节具体受益？各环节供应格局及壁垒如何？市场化如何展望？我们认为 AI 赋能及多方入局情形下人形机器人产业发展明显加速，商业化节奏值得期待，我国制造企业凭借成本优势有望在人形机器人硬件端获益。本文亮点在于，我们对本文亮点在于，我们对 TeslaTesla OpOptimustimus 制造成制造成本进行拆分，讨论各零部件基本原理、技术壁垒及供应格局本进行拆分，讨论各零部件基本原理、技术壁垒及供应格局，并并从价值量从价值量/壁垒等维度指出可重点关注壁垒等维度指出可重点关注电机、滚珠丝杠、减速器电机、滚珠丝杠、减速器、传感器传感器等部件，进而跟踪各环节中的有望进入等部件，进而跟踪各环节中的有望进入 TeslaTesla 供应链或供应链或能能实现技术突破、国产替代及实现技术突破、国产替代及产能释放产能释放的优秀国产制造企业的优秀国产制造企业。市场边际变化：市场边际变化：A AI I 超预期发展及超预期发展及多方多方玩家入局玩家入局，关注关注 TeslaTesla AI AI DAYDAY 等等事件催化。事件催化。我们认为 2023 年相对于 2022 年而言，市场最大的边际变化在于：一方面，人形机器人是 AI+机械的最大落地场景，ChatGPT 接入机器人，有望使得人机互动更加智能，更多元化，产业落地有望加速。另一方面，全球范围内兴起人形机器人热潮，特斯拉、波士顿动力、Engineered Arts、1X Technologies、优必选、达闼、小米、傅利叶智能等海内外企业纷纷入局，风投企业软银集团创始人孙正义亦在今年6月股东大会中表示出对AI革命的强烈兴趣。展望未来，我们认为短期可以重点关注今年 7月傅利叶智能的新品发布会及 9 月 Tesla AI DAY，长期需要跟踪人形机器人于明后两年的量产进度。市场空间市场空间判断判断：成长性明确成长性明确，长期价值有望超过电动车。，长期价值有望超过电动车。据高盛预测，在技术得到革命性突破的理想情况下人形机器人 2025-2035 年销量 CAGR 可达 94%，2035 年市场规模达 1540 亿美元。若参照电动汽车发展历程，则乐观情况下人形机器人 2025-2035 年销量 CAGR 可达 59%。从劳动力替代角度来看，人形机器人在两年投资回报期情形下将逐步实现从 B 端至 C 端的量产推广。Tesla CEO 马斯克在今年 5 月股东大会中指出长期维度人形机器人价值将超过电动车。-21%-11%-1%9%19%29%39%2022-072022-102023-022023-06机械机械沪深沪深300300 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。2 行业专题行业专题/机械机械 受益环节：把握我国制造企业在人形机器人硬件端受益机会。受益环节：把握我国制造企业在人形机器人硬件端受益机会。参照智能手机及电动汽车的发展，苹果 IOS 系统及特斯拉 FSD 系统均由企业自研自控，是软件算法的核心部分。而硬件方面，为达降本诉求通常采取外购形式，因此我们认为中国制造企业有望凭借明显的成本优势在人形机器人硬件产业链上获得受益机会。成本拆分：成本拆分：TeslaTesla O Op ptimustimus 关节成本占比超关节成本占比超 5 51 1%，重点关注重点关注电电机机、丝杠丝杠、减速器减速器、传感器传感器。根据 Tesla 数据，我们假设 Optimus将分别使用 14 个旋转执行器、14 个直线执行器和 12 个手部执行器，并预计旋转执行器：主要由无框力矩电机+谐波减速器/行星减速器+力矩传感器+编码器+轴承组成；线性执行器：主要由无框力矩电机/步进电机+行星滚柱丝杠/滚珠丝杠+力矩传感器+编码器+轴承组成。手部执行器:主要由空心杯电机+行星齿轮箱+滚珠丝杠+传感器+编码器组成。结合我们预期价格，可得Optimus 制造成本约 2.25 万美金，其中关节执行器总成本占比达51.42%，旋转关节、线性关节、手部关节占比分别达 20.87%、22.41%和 8.13%。从价值量、技术壁垒排序判断可得：零部件零部件成本排序：成本排序：无框力矩电机（10.34%）、行星滚柱丝杠（9.85%）、力矩传感器（7.51%）、谐波减速器（5.91%）、编码器（5.54%）、空心杯电机(4.43%)、轴承（3.02%）。技术技术壁垒排序：壁垒排序：行星滚柱丝杠、六维力矩传感器、空心杯电机、谐波减速器、无框力矩电机、行星减速器。市场化展望市场化展望：应用场景“用得上”、规模化降本“买得起”是应用场景“用得上”、规模化降本“买得起”是量产关键量产关键。人形机器人尚处于商业化早期，市场化痛点在于刚需应用场景挖掘、规模化降本及产业标准构建。应用场景“用得上”：人形机器人有望优先于 B 端展开应用，比如特斯拉首批机器人可能落地其超级工厂，降本&智能化水平提升后传导至 C 端服务场景；规模化降本“买得起”：马斯克在 AI DAY 中提到 Optimus 目标价格低于 2 万美金。我们认为 Optimus 有望通过其强大的软件算法能力、明确的降本目标及应用场景，成为人形机器人行业首个实现大规模量产并商业化的项目。相关受益企业：相关受益企业：根据成本分析，执行器中成本占比较高的部件主要是电机、丝杠及减速器等，建议关注：执行器：执行器：【拓普集团】、【三花智控】；空心杯电机空心杯电机：【鸣志电器】、【鼎智科技】；无无框力矩电机：框力矩电机：【步科股份】、【禾川科技】、【汇川技术】；滚珠滚珠丝杠：丝杠：【秦川机床】、【江苏雷利】、【鼎智科技】、【恒立液压】、【贝斯特】。谐波减速器：谐波减速器：【绿的谐波】、【双环传动】。行星减速器：行星减速器：【中大力德】、【通力科技】。风险提示：风险提示：机器人推广不及预期、市场竞争加剧、产品迭代不及预期、政策风险、测算具有主观性。三 大 方 向 锂 电 设 备2022 年报及 2023 年一季报综述 mNpMpPqQyRnRmQoQsRnQmQaQcM7NsQrRsQmPeRnNpQkPnNmO7NoPtPMYoNtRvPtQqO行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。3 内容目录内容目录 1.AI 赋能人形机器人产业提速，把握我国硬件受益机会.7 1.1.人形机器人 0-1 阶段，如何看待变化？.7 1.2.老龄化&用工成本提升，人形机器人潜在空间巨大.9 1.3.成本优势下，把握我国在硬件领域的受益机会.11 2.特斯拉人形机器人产业链分析：核心零部件详解.12 2.1.关节成本占比过半，重点关注电机、丝杠、减速器、传感器.12 2.2.旋转关节：无框力矩电机+谐波减速器+传感器+编码器.15 2.2.1.无框力矩电机.15 2.2.2.谐波/行星减速器.17 2.2.3.编码器.23 2.2.4.力传感器.26 2.3.线性关节：无框力矩电机+行星滚柱丝杠+传感器+编码器.27 2.3.1.永磁同步电机.28 2.3.2.行星滚柱丝杠/滚珠丝杠.31 2.4.手部关节：空心杯电机+行星减速器+滚珠丝杠+传感器.34 2.4.1.空心杯电机.35 2.4.2.触觉传感器.37 3.人形机器人商业化关键：刚需应用场景及降本驱动量产.38 3.1.商业化痛点：刚需服务场景、规模化降本、标准构建.38 3.2.市场化展望：有望复制新能源汽车及智能手机发展历程.41 3.3.国内主流人形机器人公司尚未盈利，等待盈亏平衡点.42 4.相关受益企业.43 5.风险提示.45 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。4 图表目录图表目录 图 1.AI 大模型高速发展.7 图 2.AI 赋能 Tesla 人形机器人.7 图 3.2021 年起人形机器人重大事件梳理.8 图 4.Tesla 机器人更新时间线.9 图 5.Tesla Optimus 电机转矩控制展示.9 图 6.Tesla Optimus 基于人类动作演示学习.9 图 7.中国和世界 65 岁以上人口占比增长迅速.10 图 8.中国劳动力成本快速上升，机器人替代潜力巨大.10 图 9.全球人型机器人市场规模预测.11 图 10.人形机器人产业链概览.11 图 11.人形机器人全套控制系统及对应软硬件示意图.12 图 12.Tesla Optimus 人形机器人运动执行关节.13 图 13.Tesla Optimus 核心零部件分布示意图.13 图 14.关节执行器成本占比超 51%.14 图 15.电机、滚珠丝杠、减速器、传感器成本占比较高.14 图 16.Tesla Optimus 旋转执行器零部件构成.15 图 17.Tesla Optimus 旋转执行器零部件成本拆分.15 图 18.无框力矩电机的定子和转子结构图.16 图 19.无框力矩电机能够很好地集成于机器人关节.16 图 20.谐波减速器及其内部结构图.17 图 21.谐波减速器的“错齿”原理.18 图 22.柔轮疲劳损伤断裂示意图.18 图 23.谐波减速器近 5 年专利申请数量排名.18 图 24.谐波减速器行业壁垒存在于研发、生产、销售等各个环节.19 图 25.2021 年哈默纳科全球谐波减速器市占率格局.19 图 26.我国谐波减速器行业国产替代逐渐推进.19 图 27.行星减速器及其内部结构示意图.21 图 28.普通伺服电机+大减速比减速器，反向驱动时合成扭矩会发生异常，从而导致减速器损坏.21 图 29.大气隙半径无框力矩电机+行星减速器，正反驱动时合成扭矩均处于正常状态，减速器不会损坏.21 图 30.UCLA Zhu.Taoyuanmin 博士设计并使用在人形机器人上的行星齿轮箱.22 图 31.UCLA Zhu.Taoyuanmin 博士设计的行星齿轮箱用于人形机器人的胯骨.22 图 32.2022 年全球前五大行星减速器竞争格局.22 图 33.编码器在伺服系统中的应用.23 图 34.三种编码器盘结构对比.24 图 35.光电编码器工作原理图.24 图 36.磁电编码器工作原理图.24 图 37.六维力学传感器外观结构.26 图 38.六维力学传感器同时检测三方向力和三方向力矩.26 图 39.多维传感器广泛应用于机器人末端关节.26 图 40.多维传感器具体功能.26 图 41.Tesla Optimus 直线执行器零部件构成.28 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。5 图 42.Tesla Optimus 直线执行器零部件成本拆分.28 图 43.线性执行器.28 图 44.步进电机的步进原理.29 图 45.步进电机和伺服电机结构图对比.29 图 46.2014-2019 年我国直线电机行业市场规模及增长.30 图 47.2015-2019 年我国直线电机产量及增长.30 图 48.2019 年直线电机企业市占率情况.31 图 49.线性滚珠丝杠实物图.32 图 50.滚珠丝杠副结构图.32 图 51.滚珠丝杠结构图.32 图 52.行星滚柱丝杠结构图.32 图 53.Optimus 线性执行器剖面图 1 螺母螺杆.33 图 54.Optimus 线性执行器剖面图 2 滚珠.33 图 55.中国品牌在国内中低端市场占据一席之地.33 图 56.国内高端应用市场基本被德系、日系产品垄断.33 图 57.特斯拉人形机器人手部结构.35 图 58.特斯拉机器人手部包含 6 个驱动器和 11 个自由度.35 图 59.Tesla Optimus 手部执行器零部件成本拆分.35 图 60.传统铁芯电机结构.35 图 61.空心杯电机结构.35 图 62.有刷空心杯电机可应用于机器人手部.36 图 63.有刷空心杯电机.36 图 64.机器手触觉传感器结构图.37 图 65.基于石墨烯的触觉传感器.37 图 66.扫地机器人和吸尘器产品.39 图 67.扫地机器人和吸尘器产品.40 图 68.优必选旗下人形机器人 Walker X.42 图 69.达闼科技旗下人形机器人 Ginger XR-1.42 图 70.优必选 2020-2022 年营业收入.43 图 71.达闼科技 2017-2019 年营业收入.43 图 72.2020 至 2022 年优必选利润率与研发费用率.43 图 73.2017 至 2019 年达闼科技利润率与研发费用率.43 表 1：Tesla Optimus 最新数据可视化与 2021 年概念机数据对比.13 表 2：Tesla Optimus 成本拆分测算.14 表 3：机器人关节用无框力矩电机指标.16 表 4：2022 年全球及国内无框力矩电机主要参与者情况.16 表 5：国外主要谐波减速器厂商概况.19 表 6：国内主要谐波减速器厂商概况.20 表 7：国内有潜力进入谐波领域厂商概况.21 表 8：2022 年我国主要行星减速器上市公司情况.23 表 9：三种类型编码器性能对比.25 表 10：国内主要编码器厂商概况.25 表 11：国内主要传感器厂商概况.27 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。6 表 12：无框力矩电机、步进电机、直线电机对比.28 表 13：国内主要步进电机厂商概况.30 表 14：国内外主要直线电机厂商概况.31 表 15：国内外主要行星滚柱丝杠厂商概况.33 表 16：空心杯电机特点与优势.36 表 17：无刷电机与有刷电机对比.36 表 18：国内主要空心杯电机厂概况.37 表 19：国内主要触觉传感器厂商概况.38 表 20：人形机器人应用场景.38 表 21：扫地机器人与吸尘器对比.39 表 22：波士顿动力 Atlas、优必选 Walker、特斯拉 Optimus 人形机器人应用场景.39 表 23：智能手机/新能源汽车/人形机器人发展历程类比.41 表 24：相关企业估值表.44 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。7 1.1.A AI I 赋能人形机器人产业提速，把握我国硬件受益机会赋能人形机器人产业提速，把握我国硬件受益机会 1.1.1.1.人形机器人人形机器人 0 0-1 1 阶段，阶段，如何看待变化？如何看待变化？产业产业 0 0-1 1 阶段，当前变化在于阶段，当前变化在于 AIAI 赋能赋能&多方入局多方入局&性能改进。性能改进。人形机器人产业的发展仍处于 0-1 阶段，2022 年 9 月 30 日 Tesla AI DAY 首次展示其人形机器人的详细参数、开发过程和行动能力，当时引发了社会、产业及市场广泛的关注。当前时间节点，我们认为较去年相比，主要的变化在于 AI 大模型赋能带来的对具身智能落地的想象、产业资本关注提升下多方巨头的入局以及 Tesla 人形机器人性能的迭代改进。变化一：变化一：AIAI 大模型赋能，人形机器人大模型赋能，人形机器人成为成为具身智能的具身智能的最佳载体最佳载体。AI 大模型在语言、视觉、运动控制、降低研发成本等多方面为人形机器人产业赋能。(1(1）语）语言言能力能力：快速迭代的ChatGPT 具有不亚于人的语言生成能力，为机器人的语音交互难题提供了解决方案，2023 年4 月，人工智能公司 Levatas 与波士顿动力合作，将 ChatGPT 和谷歌语音合成技术接入 Spot机器狗，实现与人类的交互。(2(2）视觉）视觉能力能力：在 SAM 模型的加持下，机器视觉的准确性、识别速度和零样本迁移能力得到革命性提升，有望赋能人形机器人适配更多工业场景和生活场景。(3)(3)运动控制：运动控制：以 AI 模型为基础的运动控制系统目前仍在不断迭代中，未来有望广泛应用于人型双足机器人的平衡和协调性控制。(4(4）降低研发成本降低研发成本：AI 虚拟仿真测试大幅降低了测试成本，提升数据收集效率，加速产品迭代周期。此外，AI 大模型广泛也应用于人形机器人的自动化决策、路径设计与规划等领域。人形机器人作为人工智能的最佳载体，将充分享受到 AI 大模型高速发展的红利。图图1.1.AI 大模型高速发展大模型高速发展 资料来源：中国工商银行金融科技研究院，安信证券研究中心 图图2.2.AI 赋能赋能 Tesla 人形机器人人形机器人 资料来源：Tesla，安信证券研究中心 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。8 变化二：变化二：产业资本关注度提升，多方产业资本关注度提升，多方入场入场加速布局。加速布局。自 2021 年起，特斯拉、波士顿动力、本田、Engineered Arts、1X Technologies 等海外企业纷纷发布了人形机器人产品或其迭代产品；国内企业优必选、达闼机器人、小米、傅里叶智能、纯米科技亦逐步进行产品首发及更新，相应的诸多相关零部件企业亦准备进入机器人领域布局，越来越多的企业开始瞄准人形机器人赛道，开展相关的研究计划及产品落地。风投企业软银集团创始人孙正义亦在今年 6 月股东大会中表示出对 AI 革命的强烈兴趣。当前人形机器人产业链仍处于商业化的早期，大部分产品位于概念机或试制机阶段，技术、性能及成本均未达到量产阶段，因此我们需要关注行业中重大事件及重大政策的影响，尤其是 Tesla 于今年 9 月 30 日 AI Day 上关于 Optimus 的最新进展及量产节奏。图图3.3.2021 年起人形机器人重大事件梳理年起人形机器人重大事件梳理 资料来源：Tesla AI day，各公司官网，安信证券研究中心 变化三：变化三：TeslaTesla O Op ptimustimus 5 5 月月最新版本发布，产品性能升级功能完善。最新版本发布，产品性能升级功能完善。2021 年 8 月 Tesla在首个 AI Day 上第一次公开分享人形机器人概念 Tesla Bot，随后在 2022 年 2 月推出 Tesla Bot 电线裸露的初代原型机，后于同年 9 月的 AI Day 上展示了 Optimus 的系列参数及相关视频，包括行走、浇花、在工厂搬运物品等行动能力，成为当时第一个没有遥控、外部电源，完全依靠 AI 算法、自身电池电控和高驱动的电驱执行器驱动的人形机器人。2023 年 5 月 16行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。9 日（北美时间），Tesla 在 2023 年股东大会上发布其人形机器人最新视频，我们可以看到其性能更加稳定、形态也更加自然，新的变化主要在于：控制能力：控制能力：机器人展示机械臂控制、机械扭矩控制能力，行走、抓取物体自然，能实现敲打鸡蛋而不打破。环境探索与记忆能力环境探索与记忆能力：机器人承接了视觉 AI，安装相同的无人驾驶系统 FSD，并接入和特斯拉汽车同样的神经网络，可以更加全面完善地识别周边环境，探索环境并产生记忆。学习能力：学习能力：机器人可以基于人类动作演示来进行动作的学习，升级了端到端的控制能力，能用机械手进行各种物体交互。图图4.4.Tesla 机器人更新时间线机器人更新时间线 资料来源：Tesla AI day，Tesla YouTube，安信证券研究中心 图图5.5.Tesla Optimus 电机转矩控制展示电机转矩控制展示 图图6.6.Tesla Optimus 基于人类动作演示学习基于人类动作演示学习 资料来源：Tesla YouTube，安信证券研究中心 资料来源：Tesla YouTube，安信证券研究中心 1.2.1.2.老龄化老龄化&用工成本提升用工成本提升，人形机器人，人形机器人潜在潜在空间空间巨大巨大 人口加速老龄化，劳动力出现缺口人口加速老龄化，劳动力出现缺口。据中国卫健委统计，2015 年中国 65 岁以上人口比例达 10.5%，高于世界平均水平 8.4%。2020 年间，中国 65 岁以上人口比例快速攀升至 13.5%，增速亦高于同期世界平均水平。据联合国经社部预测，2035 年中国 65 岁以上人口比例将达高达 22.5%，进入超老龄化社会。同期，全球平均水平亦将上升至 13.2%，接近严重老龄化。行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。10 据此，全球均面临着日益严峻的人口老龄化问题，劳动力供给将面临严重短缺。人均工资逐年上升，用工成本水涨船高。人均工资逐年上升，用工成本水涨船高。据国家统计局数据显示，中国人均工资从 2019年的 9.05 万上升至 2022 年的 11.4 万，复合增长率达 8%，用工成本压力快速上升，假定未来中国人均工资年增长率仍为8%，2025年预期中国人均工资将达14.4万元。同期，若Optimus投入量产，据马斯克宣称售价约为 2 万美元，约合 14 万元，与中国人均工资基本持平。据此，人形机器人有望占据成本优势，在工业和服务业中实现渗透率的提升。图图7.7.中国和世界中国和世界 65 岁以岁以上人口占比增长迅速上人口占比增长迅速 图图8.8.中国劳动力成本快速上升，机器人替代潜力巨大中国劳动力成本快速上升，机器人替代潜力巨大 资料来源：中国卫健委，联合国经社部，世界银行，安信证券研究中心 资料来源：国家统计局，Tesla AI day，安信证券研究中心 理想理想情形下情形下，2 2025025-20352035 年人形机器人销量增速有望达年人形机器人销量增速有望达 9 94 4%，两年投资回报期，两年投资回报期。根据哈默纳科官网公告显示的高盛预测，最乐观情形：最乐观情形：2035 年人形机器人市场规模可达 1540 亿美元，与 2021 年电动汽车市场规模相近，2025-2035 年复合增速达 94%。为了达到最乐观情形，技术必须有革命性的突破：比如机器人的电池需支持长达 20 小时的连续工作；机器人需要兼具敏捷性和智能性；运动规划算法的效率和算力需大幅提升；机器人需自主学习并适应工作环境；机器人制造成本需年均降低 15%-20%。此外，消费者对机器人进入生活的接受度也需要大幅提升。高盛认为，上述技术突破虽然看似难以实现，但考虑到机器人的发展速度已然超乎公众想象，最乐观情形亦有可能达成。乐观情形：乐观情形：若参照全球电动汽车发展历程，预计 2025-2035 年人形机器人销量 CAGR 可达 40%左右。乐观状态下，若人形机器人发展速度快于电动汽车发展进程，则预计 2025-2035年人形机器人销量 CAGR 可达 59%。中性情形：中性情形：预计未来 10-15 年内人形机器人市场有望达到 60 亿美元；极悲观情形：极悲观情形：人性机器人技术发展遇到瓶颈而停滞，预计 2025-2035 年人形机器人销量 CAGR 可能为 0%；从劳动力替代角度来看，预计 20252025 年年-20282028 年厂商达到两年投资回报期，年厂商达到两年投资回报期，20302030 年年-20352035年客户端达到两年投资回报期。年客户端达到两年投资回报期。此外，特斯拉 CEO 马斯克在 AI DAY 以及股东大会上表示其人形机器人量产目标售价预计能够达到 2 万美元，销量有望达百万台级别。行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。11 图图9.9.全球人型机器人市场规模预测全球人型机器人市场规模预测 资料来源：哈默纳科，高盛，安信证券研究中心 1.3.1.3.成本优势下，成本优势下，把握把握我国我国在硬件在硬件领域领域的受益机会的受益机会 人形机器人产业链与工业机器人具有一定重合度，但在上游零部件以及下游应用场景方人形机器人产业链与工业机器人具有一定重合度，但在上游零部件以及下游应用场景方面存在较大差异。面存在较大差异。工业机器人主要依托工控系统运行，具备高集成度和智能程度；人形机器人涉及到各种复杂场景的处理，因而既需要较强的运动控制能力，又需要强大的感知计算能力。人形机器人与工业机器人一样涉及到关节执行器，但结构更加复杂，此外还包含视觉传感器、力学传感器、动力电池、交互设备等。下游主要运用于军事、服务、巡检、咨询、配送等领域以及部分危险场景。图图10.10.人形机器人产业链概览人形机器人产业链概览 资料来源：Tesla，DS Power，行行查，安信证券研究中心 人形机器人成本主要包含硬件和软件两大块。人形机器人成本主要包含硬件和软件两大块。其中，硬件主要包含处理器、驱动器、执行器、传感器等，软件主要包含相关操作系统、底层算法以及开大平台。按照重要程度，排序由高到低分别为：FSD 系统减速器各类电机视觉传感器+力学传感器。软件方面：软件方面：人形机器人在软件上的难点主要在于手部和腿部，需要实现精细化的操作和稳定的步态。环境识别算法虽然得益于 SAM 等模型的出现而有所进步，但仍然存在难点。特斯拉拥有 FSD 系行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。12 统视觉识别学习算法，以及 D1 芯片支持的强大运算能力，并将自主研发作为自身发展的强大驱动力。硬件方面硬件方面：驱动、传动和感知是关键技术领域。驱动装置和传动装置是用于控制机器人关节运动的核心组件，借此可以实现顺畅且高精度的关节运动，涉及到精确的电机控制、力矩传递和位置反馈等技术，具体包括电机、减速机和丝杠等部件。在感知技术方面，人形机器人需要借助传感器来感知周围环境，以便进行环境感知、人机交互和避障等任务，包括视觉传感器、力传感器、位置传感器、触觉传感器等。由于成本优势，中国企业有望在硬件领域充分受益。由于成本优势，中国企业有望在硬件领域充分受益。目前，国内外厂商在人形机器人的硬件技术上存在一定的差距，但随着国内厂商的技术进步，以及制造业比较优势下带来的明显的成本优势，参考智能手机及电动汽车产业我国企业在全球供应链中的分工，我们认为中国的企业有望凭借其较强的降本能力及规模优势在人形机器人硬件产业链上获得受益机会。图图11.11.人形机器人全套控制系统及对应软硬件人形机器人全套控制系统及对应软硬件示意图示意图 资料来源：雷赛智能招股说明书，安信证券研究中心 2.2.特斯拉人形机器人产业链分析特斯拉人形机器人产业链分析：核心零部件详解：核心零部件详解 2.1.2.1.关节成本占比关节成本占比过半过半，重点关注电机、丝杠、减速器、传感器重点关注电机、丝杠、减速器、传感器 我们可以从最新版本 Tesla Optimus 参数上看出：体型参数：体型参数：完全体的特斯拉人形机器人身高 172cm，体重 73kg，用电功率在静坐时为 100W，慢走时 500W，全身超 200 个自由度。电动和控制系统结构：电动和控制系统结构：躯干 28 个执行器（不包括手指）+2.3kWh，52V 电池组。特斯拉SoC 芯片，支持 WIFI，LTE。躯干关节躯干关节执行器执行器:不同关节选用不同执行器，共计 3 款旋转执行器和 3 款直线执行器 6 种组合，我们预计全身关节将分别使用 14 个旋转执行器和 14 个直线执行器。我们预计：旋转执行器：主要由无框力矩电机无框力矩电机+谐波减速器谐波减速器/行星减速器行星减速器+力矩传感器力矩传感器+编码器编码器+轴承轴承组成；线性执行器：主要由无框力矩电机无框力矩电机/步进电机步进电机+行星滚柱丝杠行星滚柱丝杠/滚珠丝滚珠丝杠杠+力矩传感器力矩传感器+编码编码器器+轴承轴承组成。手部手部结构结构:手部结构采用和人体相同的五指多关节设计，每手拥有 6 个执行器，11 个自由度，可提起 20 磅(9kg)物体，具有精确控制握持力输出的传感器。我们预计：手部执行器：主要由空心杯电机空心杯电机+精密行星减速器精密行星减速器+滚珠丝杠滚珠丝杠+传感器传感器+编码器编码器构成。行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。13 表表1 1：Tesla Tesla OptimusOptimus 最新数据可视化与最新数据可视化与 2 2021021 年概念机数据对比年概念机数据对比 参数参数 2 2021021 年概念机年概念机 最新数据最新数据 变化变化 身高身高 172cm-无 体重体重 125lb（56.7kg）73kg 有 躯干执行器躯干执行器 40 28 有 行走速度行走速度 5mpg（8km/h）-（行走缓慢）-载重量载重量 20.4kg 9kg 有 全身自由度全身自由度 -200+-用电功率（静坐用电功率（静坐/慢走）慢走）-100w/500w-资料来源：Tesla AI Day 2022，Tesla AI Day 2021，安信证券研究中心 图图12.12.Tesla Optimus 人形机器人运动执行关节人形机器人运动执行关节 资料来源：Tesla AI Day 2022，安信证券研究中心 图图13.13.Tesla Optimus 核心零部件分布示意图核心零部件分布示意图 资料来源：Tesla AI Day 2022，安信证券研究中心 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。14 关节执行器成本占比超关节执行器成本占比超 5 51 1%，电机，电机、滚珠、滚珠丝杠丝杠、减速器减速器、传感器、传感器占比较高。占比较高。根据我们对特斯拉 Optimus 关节执行器中核心零部件的构成判断，结合量产价格假设，我们对特斯拉Optimus 成本拆分进行测算分析。可以得出，在我们的假设下 Optimus 制造成本约 2.25 万美金，其中关节执行器总体成本占比达 51.42%，旋转关节、线性关节、手部关节占比分别达20.87%、22.41%和 8.13%。从具体零部件成本占比来看：电机类占比达 15.52%。其中无框力矩电机、空心杯电机、步进电机占比分别达 10.34%、4.43%、0.74%。丝杠类占比达 12.07%。其中行星滚柱丝杠占比达 9.85%、滚珠丝杠占比达 2.22%。减速器类占比达 7.76%。其中谐波减速器占比达 5.91%、行星减速器占比达 1.85%。传感器类占比达 7.51%。主要为力矩传感器。表表2 2：TeslaTesla O Optimusptimus 成本拆分测算成本拆分测算 所属部分所属部分 部件名称部件名称 渠道渠道 量产量产单价（元）单价（元）数量数量 总价（元）总价（元）成本占比成本占比 旋转关节执行器旋转关节执行器 谐波减速器 采购 800 12 9600 5.91%行星减速器 采购 300 2 600 0.37%无框力矩电机 采购 700 14 9800 6.03%力矩传感器 采购 500 11 5500 3.39%编码器 采购 200 28 5600 3.45%角接触轴承 采购 50 28 1400 0.86%交叉滚子轴承 采购 100 14 1400 0.86%线性关节执行器线性关节执行器 无框力矩电机 采购 700 10 7000 4.31%步进电机 采购 300 4 1200 0.74%行星滚柱丝杠 采购 2000 8 16000 9.85%滚珠丝杠 采购 300 6 1800 1.11%力矩传感器 采购 500 11 5500 3.39%编码器 采购 200 14 2800 1.72%深沟球轴承 采购 100 14 1400 0.86%四点接触轴承 采购 50 14 700 0.43%手部关节执行器手部关节执行器 空心杯电机 采购 600 12 7200 4.43%行星齿轮箱 采购 200 12 2400 1.48%传感器 采购 100 12 1200 0.74%编码器 采购 50 12 600 0.37%滚珠丝杠 采购 150 12 1800 1.11%运动控制运动控制+处理器处理器 FSD 系统、AI 芯片 自研架构，代工制造 50000 1 50000 30.8%头部交互头部交互 显示屏 采购 500 1 500 0.3%环境探测传感器环境探测传感器 摄像头 采购 300 3 900 0.6%毫米波雷达 采购 500 1 500 0.3%动力电池动力电池 电池组 采购 3000 1 3000 1.8%肢体骨骼肢体骨骼 手臂、胸腔、腿部、脚部 自研 800 30KG 24000 14.8%合计合计 161624240000 100%100%资料来源：Tesla AI Day，Ebay，各公司官网，安信证券研究中心 图图14.14.关节执行器成本占比超关节执行器成本占比超 51%图图15.15.电机、滚珠丝杠、减速器、传感器成本占比较高电机、滚珠丝杠、减速器、传感器成本占比较高 资料来源：Tesla AI Day，Ebay，各公司官网，安信证券研究中心 资料来源：Tesla AI Day，Ebay，各公司官网，安信证券研究中心 行业专题行业专题/机械机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。15 2.2.2.2.旋转关节旋转关节：无框力矩无框力矩电机电机+谐波谐波减速器减速器+传感器传感器+编码器编码器 旋转执行器旋转执行器主要由主要由无框力矩电机无框力矩电机、谐波减速器、谐波减速器、传感器传感器、编码器编码器等构成。等构成。根据 Tesla AI Day 发布的旋转执行器构成，我们预计旋转执行器主要由无框力矩电机、谐波减速器/行星减速器、力矩传感器、编码器、角接触轴承、交叉滚子轴承组成，其中核心部件为无框力矩电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器等。从成本角度来看，旋转执行器中无框力矩电机、谐波减速器、编码器、力矩传感器占比分别达 28.91%、28.32%、16.52%及 16.22%。接下来我们将重点从这四部分展开论述各零部件的特点及供应格局。图图16.16.Tesla Optimus 旋转执行器零部件构成旋转执行器零部件构成 资料来源：Tesla AI Day，安信证券研究中心 图图17.17.Tesla Optimus 旋转执行器零部件旋转执行器零部件成本拆分成本拆分 资料来源：Tesla AI Day，Ebay，各公司官网，安信证券研究中心 2.2.1.2.2.1.无框力矩电机无框力矩电机 无框力矩电机结构简单，无框力矩电机结构简单，只只包含转子和定子两部分。包含转子和定子两部分。无框力矩电机