2024年人形机器人：黎明破晓AI 归宿.pdf

行业报告：机器人2024年9月20日中航证券研究所发布 证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分行业评级：增持人形机器人：黎明破晓，AI 归宿分析师：邹润芳证券执业证书号：S0640521040001分析师：闫智证券执业证书号：S0640524070001分析师：卢正羽证券执业证书号：S0640521060001人形机器人：行则将至，量产可期。人形机器人是AI技术落地物理世界的优质载体，近两年通用大模型的发展赋予人形机器人强大的泛化能力，产业进入商业化落地的初级阶段，特斯拉、Open AI、英伟达、三星等科技巨头纷纷入局抢占行业高地。以特斯拉为例，马斯克于2021年提出人形机器人概念机Tesla Bot，2022年推出原型机Optimus，2023年12月推出Optimus-Gen2，相比一代进化显著，感知、大脑、运控能力明显提升。伴随特斯拉Optimus落地，2025年人形机器人将步入量产元年，其应用场景有望经历“汽车工厂应用制造业开始全面渗透铺开成熟后走进千家万户”三个阶段。据我们测算，至2030年全球人形机器人需求有望达200万台，对应市场空间超5700亿元。执行系统：灵活关节，丝杠、电机、减速器是关键。硬件决定人形机器人的运动灵活程度，特斯拉Optimus关节由40个执行器组成，核心零部件包括丝杠、电机、减速器，旋转关节、直线关节、灵巧手合计成本占比超过50%，降本诉求下国内产业链更具优势。1）丝杠：用于直线关节，主要种类包括梯形丝杠和滚柱丝杠，常见的加工工艺包括车削、铣削、磨削，其中磨床是粗加工和精加工环节的重要设备；目前成本占比23.4%，降本需求最为迫切。2）电机：无框力矩电机用于旋转关节和直线关节，空心杯电机/无刷有齿槽电机用于灵巧手，电机合计成本占比约8.9%。3）减速器：用于旋转关节，谐波减速器为当前主流方案，部分精度要求较低的关节也可用行星减速器，目前成本占比约4.1%。感知系统：交互之媒，多传感器综合赋能。传感器是将机器人对内外部环境感知的物理量变换为电量输出的装置，可分为内部传感器和外部传感器，人形机器人核心的传感器包括力矩传感器、视觉传感器、触觉传感器，目前传感器成本占比约24.7%。1）力矩传感器：旋转关节和直线关节应用扭矩传感器，手腕、脚腕可使用六维力矩传感器增加柔顺控制能力。六维力/力矩传感器成本及制造难度远高于单维力矩传感器，早期应用场景以航天领域的空间机械臂为主。2）视觉传感器：特斯拉Optimus采用纯视觉方案，小米、宇树等大多使用多传感器融合方案。3）触觉传感器：特斯拉Optimus-Gen2手部搭配触觉传感器，是相比上一代最大的边际变化之一，有望引领行业新趋势。控制系统：智能“小脑”，核心算法自研为主。运动控制是指对机械运动部件的位置、速度、方向等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。一般控制器需要根据机器人的任务场景与需求具体设计开发，需要满足低功耗、高算力、高集成度等要求，目前各家人形机器人场景应用多样，且算力需求存在差异，因此控制器以自研为主。投资建议：人形机器人产业趋势明确，目前产业进入从0到1的重要突破阶段，2024年是突破量产的关键一年，后续应重视技术迭代、定点、新品发布等事件催化，我们建议重点关注以下投资方向：1）Tier 1：三花智控、拓普集团；2）丝杠：北特科技、贝斯特、五洲新春；3）传感器：柯力传感、东华测试、汉威科技；4）减速器：绿的谐波、中大力徳、双环传动；5）电机：鸣志电器、步科股份；6）国内整机：博实股份。风险提示：AI技术迭代不及预期、人形机器人量产进度不及预期、国产替代不及预期、宏观经济波动等。核心观点目录1.人形机器人：行则将至，量产可期2.人形机器人拆解及产业链总览3.执行系统：灵活关节，丝杠、电机、减速器是关键4.感知系统：交互之媒，多传感器综合赋能5.控制系统：智能“小脑”，核心算法自研为主6.投资建议1.1 人形机器人发展历程：当梦想照进现实，商业化行则将至41960-19992000-20152016-20202021-至今1963年NASA造出了一个名为“机动多关节假人”的机器人“试穿”宇航服，能模拟35种基本人类动作；1973年日本早稻田大学加藤一郎团队推出世界首个全尺寸人形智能机器人WABOT-1；1984年加藤一郎教授和多个研发实验室合作，开发出更智能化的WABOT-2；1985年中国哈尔滨工业大学开始涉足二足步行机器人相关研究；1986-1992年本田开发了双足机器人E0、E1、E2、E3、E4、E5、E6；1993-1997年本田开启了为原型机加装上半身的研发，推出人形机器人P1、P2、P3；1998年本田公司联合川田工业公司和国家先进工业科学技术研究所（AIST）共同发布了全新的机器人系列HRP；1999年上海交通大学研制仿人机器人SFHR，共24个自由度；早期发展阶段以早稻田大学 WABOT 为代表高度集成发展阶段以本田仿人机器人为代表高动态发展阶段以波士顿动力 Atlas 为代表商业化落地的初级阶段以特斯拉Optimus等为代表2016年改进后的Atlas正式亮相，并拥有了更强的运动平衡能力；540台优必选Alpha机器人亮相央视2016年春晚；2017年本田发布第三代人形机器人T-HR3；2019年优必选发布第二代人形机器人Walker；2021年7月；优必选发布人形机器人Walker X2021年8月特斯拉在AI Day上首次发布人形机器人Optimus概念；2022年8月小米公布首款人形机器人CyberOne；2022年10月特斯拉Optimus原型机首次亮相，计划3-5年内实现量产，售价控制在2万美元；2023年5月特斯拉展示Optimus最新机型，实现多个机器人同时行走与抓取物品；2023年7月傅利叶推出最新研发的GR-1机器人，拥有良好的运动控制能力和感知计算能力；2023年8月宇树发布第一款人形机器人Unitree H1；智元发布人形机器人远征A1；达闼首次展示人形机器人“七仙女”小紫；追觅科技展示人形机器人；2023年11月乐聚机器人发布首款基于开源鸿蒙的人形机器人，涵盖工业、服务等多场景应用；开普勒发布通用人形机器人先行者K1、S1、D1三个型号；2000年本田推出身高一米二，可用双脚流畅直立行走的Asimo（P4）；2002年北京理工大学研制出仿人机器人BRH-1；2003年日本工业技术研究院（AIST）推出HRP-1S和HRP-2原型机；丰田第一代仿人类机器人进化为有腿版；2004年意大利理工学院（IIT）发布iCub机器人原型；2005年本田对Asimo进行升级改造，实现人形机器人奔跑，速度达6km/h；PAL Robotics 推出可以行走、具有语言和视觉功能的机器人平台REEM；2009年Atlas前身美军双足机器人Petman亮相；丰田发布第二代会跑步的机器人，跑速7km/h；2010年美国宇航局与通用公司计制造的机器宇航员Robonaut 2进入国际空间站；2011年本田推出All-New ASIMO；2013年波士顿动力初代人形机器人Atlas亮相；丰田推出小型人形机器人Kirobo；2014年日本软银和法国AR联合推出会表达情绪的人形机器人Pepper；资料来源：leaderobot，各公司官网，中航证券研究所1.1 人形机器人天然适应人类生活场景，成本与技术为制约其量产的主要因素5为什么机器人要做成人形？1）现实世界的工作、生活场景多数是为人类专门设计的，人形机器人可以很好地适应场景而无需改变现有设施。2）因为具备人的形状，人形机器人在人机交互过程中更容易被人接受，更具有情感价值。为什么人形机器人还未大规模商业化？人形机器人有着几十年的发展历程，在特斯拉Optimus受到广泛关注之前，日本本田和美国波士顿都有人形机器人推出，但没有商业化量产，原因在于：1）成本居高不下：波士顿动力Atlas与本田 Asimo 的成本均达到了百万美元以上；2）技术难点尚未完全攻克：如软件端不能适应复杂应用场景、交互能力差、运控平衡能力有待提升，硬件端续航能力不足、执行器的精度和功率密度/力矩密度仍需提升。资料来源：河马机器人实验室，本田，波士顿动力，中航证券研究所图表：本田Asimo和波士顿动力Atlas受限于成本与软硬件等功能尚未大规模商业化本田第三代ASIMO波士顿动力Atlas产品示意图发布时间2011年2016年体重48kg80kg身高130cm150cm步行速度9km/h5.4km/h续航时间40min（步行）90min全身自由度共57个DOF 头3+腕14+手24+腰2+腿12共28个DOF 臂12+颈2+腰2+腿12腿部自由度单腿6个DOF 髋3+膝1+踝2单腿6个DOF 髋3+膝1+踝2双手有十指无十指负载1kg约20.41kg商业化情况目前暂无商业化对象，出席会展/表演等目前暂无商业化对象售价没有进行大规模商业化，只租不卖，租用一天约200万日元（约合12万人民币）200万美元1.2 多模态大模型赋予机器人泛化能力，具身智能曙光初现6通用大模型为具身智能带来革命性潜力。人形机器人的硬件决定运动的灵活程度，零部件多为其他行业的应用迁移，成本痛点可通过产业链规模生产解决；而软件算法充当机器人的“大脑”，决定机器人的应用上限，是机器人商业化拓展的主要瓶颈。此前，机器人依赖固有的程序设定执行任务，难有在各类场景通用的算法，机器人的落地应用受限。近年来LLM、VLM、VNM等通用大模型的发展赋予了机器人本体强大的泛化能力，机器人可以适用于更多复杂场景、非专业人员不需编程即可实现操作，人形机器人商业化进程提速。“具身智能”的机器人不再是机械式地完成单一任务，而是能够基于感知到的任务和环境进行自主规划、决策、行动、执行的新个体，语言交互、智能决策、自主学习、多模态感知等能力全面提升。资料来源：工业互联网产业联盟，中航证券研究所图表：多模态大模型加速机器人智能迭代输入任务信息（文字）环境信息（图片）任务信息（文字）模型输出控制指令机器人控制指令执行控制指令与环境交互反馈，完成任务视觉模型ViT大语言模型LLM控制向量从桌子上拿篮球将任务信息转化为向量将桌子上信息表示为向量根据任务和环境生成指令1.3 特斯拉引领，科技巨头加速入局推动产业革新7科技巨头加速入局推动产业革新。1）特斯拉：2022年9月30日特斯拉推出人形机器人Optimus原型机，2023年马斯克表示特斯拉的长期价值将来自AI和机器人；2）OpenAI：2023年3月，OpenAI投资挪威人形机器人公司1X Technologies；2024年5月，OpenAI称已重启机器人团队两个月；3）三星：2023年1月，三星向韩国机器人厂商Rainbow Robotics投资590亿韩元；4）英伟达：2023年5月，黄仁勋表示，人工智能的下一个浪潮将是具身智能；2024年2月，英伟达成立通用具身智能体研究部门；2024年3月，英伟达发布人形机器人大模型Project GR00T；2024年6月，黄仁勋强调“下一波AI的浪潮是物理AI，机器人时代已经到来”；5）Figure AI：2022年成立，2024年2月获英伟达、微软、OpenAI、英特尔等科技公司共计6.75亿美元的投资。资料来源：特斯拉，英伟达，新浪财经、中国网资讯等，中航证券研究所图表：特斯拉机器人泛化能力显著提升图表：英伟达GR00T项目可与多款人形机器人集成1.3 特斯拉Optimus进展超预期，行业开启新一轮“军备竞赛”8特斯拉Optimus快速迭代，引领新一轮科技革命浪潮。马斯克在2021年AI DAY上提出人形机器人概念机Tesla Bot，随后开始快速发展迭代，2022年2月搭建完成开发平台，2022年10月在AI DAY上正式推出原型机Optimus，此时可实现行走、搬运、洒水等简单动作，2023年12月推出Optimus-Gen2，相比一代显著进化，感知、大脑、运控能力明显提升。特斯拉人形机器人可形成完整的产业闭环，商业化落地值得期待：Optimus复用自动驾驶相关技术，快速实现了从概念机到智能灵活机器人的进化，特斯拉汽车的工厂生产和门店销售也为人形机器人提供了商业化落地的初步场景，产业链优势为降本提供了可能，远期量产价格目标为2万美元/台。资料来源：特斯拉，中航证券研究所图表：特斯拉Optimus快速迭代升级，感知、学习、运控能力明显提升2021 AI DAY2022.22022AI DAY2023.52023.9发布概念机仅展示了 Tesla Bot 的大致形态完成开发平台提出概念后6个月，完成开发平台制造发布原型机原型机Optimus亮相，可实现直立行走、搬运、洒水等动作第一次进化Optimus行走流畅、力感知能力强、可完成复杂物体分类第二次进化对物体分类、做瑜伽，感知、大脑、运控能力明显提升2023.12Optimus-Gen2发布颈部新增两个自由度、轻量化提升、使用六维力矩传感器和触觉传感器1.3 特斯拉Optimus进展超预期，行业开启新一轮“军备竞赛”9资料来源：各公司官网及微信公众号、人形机器人大讲坛公众号、中国机器人网、中航证券研究所公司产品名特斯拉Optimus优必选WalkerX小米CyberOne傅利叶GR-1智元 远征A1宇树 Unitree H1开普勒 先行者K1产品示意图发布时间2021年8月19日2021年7月7日2022年8月11日2023年7月6日2023年8月18日2023年8月15日2023年11月17日体重56.7kg63kg52kg55kg55kg47kg85kg身高173cm130cm177cm165cm175cm180cm178cm步行速度8km/h3km/h3.6km/h5km/h7km/h1.5m/s/全身自由度共40个DOF 臂12+颈2+腰2+腿12+手12共41个DOF 臂12+颈3+腿14+手12共21个DOF 臂10+颈1+腿10共40个DOF 共49个DOF 其中手12共19个DOF 手8+腰1+腿10共40个DOF，其中手12腿部自由度单腿6个DOF 髋3+膝1+踝2单腿6个DOF 髋3+膝1+踝2单腿5个DOF 髋3+膝1+踝1/单腿5个DOF 髋3+膝1+踝1/双手有十指有十指无十指无十指有十指灵巧手选配有十指负载硬拉68kg 扛重20.41kg伸展状态单臂1.5kg 双手3kg1.5kg50kg整机承重80kg，单臂最大负载5kg/商业化情况对外出售目前无商业化对象，暂时出席会展/表演等/预计2024-2025年量产交付目前无商业化对象，暂时出席会展/表演等预计2023年四季度量产交付对外出售售价预计售价2万美元（约合14万人民币）明年投入工厂测试，3-5年内实现量产/目标成本20万元以内预计售价低于9万美元（约合65万人民币）预计2024年对外发售，预计售价2-3万美元（约合14-21万人民币）图表：近两年主要人形机器人产品对比1.4 人形机器人将在工厂率先落地，未来将应用于商业服务、家庭陪伴10人形机器人将逐渐从工厂走向家庭，从to B走向 to C。从主流机器人厂商的战略规划来看，人形机器人将率先应用于工业制造领域，积累成熟后将拓展至商用服务、家庭陪伴等场景。这主要是因为工厂制造场景相对简单、机器替人需求更加迫切，而商业和家庭场景复杂，对人形机器人的软硬件要求高。人形机器人创新发展指导意见指明特种服务、制造业、民生三大示范场景，擘画2027深度融合实体经济。我国人形机器人应用分两步走：第一阶段目标为2025年在特种服务、制造业、民生领域率先应用；第二阶段目标是，至2027年产业加速实现规模化发展，应用场景更加丰富，相关产品深度融入实体经济，成为重要的经济增长新引擎，人形机器人深入生活未来可期。资料来源：人形机器人创新发展指导意见，优必选，中航证券研究所Key words图表：人形机器人创新发展指导意见提出我国人形机器人两阶段应用目标2025在特种服务、制造业、民生领域率先应用，特种服务：面向恶劣条件、危险场景作业等需求，如要地警戒守卫、民爆、救援等；制造业：3C、汽车等制造业重点领域，具体场景包括装配、转运、检测、维护等；民生及重点行业：医疗、家政、农业、物流等民生领域2027产业加速实现规模化发展，应用场景更加丰富，相关产品深度融入实体经济，成为重要的经济增长新引擎。图表：优必选人形机器人制造业应用规划以新能源汽车制造场景为人形机器人在工业场景的切入点，实现人形机器人在搬运、涂料等工业场景中的测试逐步拓展至中等难度任务，重点打造3-5个专用场景下的应用，逐渐实现规模商业化，横向拓展至消费电子制造业等其他行业及应用场景。进一步拓展到较为复杂的任务场景，具备超过10+种技能，成为多任务通用型工业人形机器人。2023-20242025-20272028-20331.5 2025年为量产元年，至2030年全球累计需求量有望达200万台112030年人形机器人累计需求有望达200万台，对应市场空间约5700亿元。伴随特斯拉Optimus落地，2025年人形机器人将步入量产元年，其应用场景有望经历“特斯拉引领在特定领域工厂应用制造业开始全面渗透铺开成熟后走进千家万户”三个阶段。我们对人形机器人销量进行预测，考虑到人形机器人前期供应以特斯拉等头部厂商为主、随后在制造业渗透应用，基于此，我们做出如下核心假设和测算逻辑：1）第一阶段（2025-2027年）：以特斯拉等工厂应用为核心，假设特斯拉工厂工人数量每年增长15%；人形机器人在其工厂中的渗透率分别为5%、20%、50%；特斯拉工厂人形机器人在全球的市占率分别为90%、75%、55%；2）第二阶段（2028-2030年）：据UNIDO数据，2015-2021年全球制造业人数年均降低0.075%，假设2024-2030年仍保持这一速度降低；参考新能源车渗透率提升速度，假设2028-2030年全球制造业人形机器人渗透率分别为0.07%、0.19%、0.45%。3）单价：成本将随规模效应逐渐降低，根据优必选、宇树、小米等厂商价格，我们估计2023年人形机器人单价约80万元，随后每年以15%的幅度递减。根据以上假设，我们预计2030年人形机器人新增需求量有望达114万台，对应新增市场空间约3000亿元。资料来源：特斯拉，UNIDO，中航证券研究所预测图表：至2030年全球人形机器人累计需求量有望达约200万台20232024202520262027202820292030第一阶段：2025-2027，以特斯拉工厂应用为测算基础特斯拉工厂工人数量预计（人）7600087400100510115587132924特斯拉工厂人形机器人渗透率（人机比）5%20%50%特斯拉工厂人形机器人市占率90%75%55%第二阶段：2028-2030，在全球制造业范围内渗透全球制造业人数预计（亿人）4.424.414.414.414.404.404.404.39全球制造业人形机器人渗透率0.01%0.02%0.07%0.19%0.45%人形机器人需求量（万台）0.0050.0080.572.9810.8630.8083.54197.71人形机器人新增需求量（万台）0.0030.562.417.8819.9452.74114.17单价（万元）8068584942353026人形机器人累计市场规模（亿元）0.400.6032.88151.39480.501188.352779.605707.61人形机器人新增市场规模（亿元）0.2032.27118.51329.11707.851591.242928.011.6 政策持续发力，剑指2025年量产、2027年深度应用12政策名称发布时间主要目标/内容人形机器人创新发展指导意见2023.10到2025年，我国人形机器人创新体系初步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破，确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平，并实现批量生产，在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用，探索形成有效的治理机制和手段。到2027年，人形机器人技术创新能力显著提升，形成安全可靠的产业链供应链体系，构建具有国际竞争力的产业生态，综合实力达到世界先进水平。产业加速实现规模化发展，应用场景更加丰富，相关产品深度融入实体经济，成为重要的经济增长新引擎。上海市促进智能机器人产业高质量创新发展行动方案（2023-2025年）2023.10到2025年，明确一个总体目标，即打造具有全球影响力的机器人产业创新高地；促进三个突破，在品牌、应用场景和产业规模方面实现“十百千”突破打造10家行业一流的机器人头部品牌、100个标杆示范的机器人应用场景、1000亿元机器人关联产业规模；建设三个公共服务平台，智能机器人检测与中试验证创新中心、人形机器人制造业创新中心、通用机器人产业研究院等；推动制造业重点产业工业机器人密度达500台/万人，机器人行业应用深度和广度显著提升。2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作2023.9面向元宇宙、人形机器人、脑机接口、通用人工智能4个重点方向，聚焦核心基础、重点产品、公共支撑、示范应用等创新任务，发掘培育一批掌握关键核心技术、具备较强创新能力的优势单位，突破一批标志性技术产品，加速新技术、新产品落地应用。（以2025年为目标）北京市促进机器人产业创新发展的若干措施2023.8加快机器人技术体系创新突破、推动机器人产业集聚发展、加快“机器人+”场景创新应用、强化机器人产业创新要素保障北京市机器人产业创新发展行动方案(2023-2025年2023.6到2025年，本市机器人产业创新能力大幅提升，培育100种高技术高附加值机器人产品、100种具有全国推广价值的应用场景，万人机器人拥有量达到世界领先水平，形成创新要素集聚、创新创业活跃的发展生态。全市机器人核心产业收入达到300亿元以上，打造国内领先、国际先进的机器人产业集群。深圳市加快推动人工智能高质量发展高水平应用行动方案（20232024年）2023.5聚焦通用大模型、智能算力芯片、智能传感器、智能机器人、智能网联汽车等领域，实施人工智能科技重大专项扶持计划，重点支持打造基于国内外芯片和算法的开源通用大模型；支持重点企业持续研发和迭代商用通用大模型；开展通用型具身智能机器人的研发和应用。实施核心技术攻关载体扶持计划，支持科研机构与企业共建5家以上人工智能联合实验室，加快组建广东省人形机器人制造业创新中心。“机器人+应用行动实施方案2023.1到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番，服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升，机器人促进经济社会高质量发展的能力明显增强。聚焦10大应用重点领域，突破100种以上机器人创新应用技术及解决方案，推广200个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景。资料来源：工信部等，中航证券研究所图表：人形机器人创新发展指导意见明确提出2025年量产、2027年深度应用的发展目标人形机器人国家顶层方案出台，更多落地政策值得期待。2023年9月，工信部组织的2023未来产业创新任务揭榜挂帅工作中对人形机器人的核心基础、重点产品、公共支撑、示范应用等方面提出了发展任务和目标。2023年11月，工业和信息化部印发人形机器人创新发展指导意见，提出人形机器人有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品，并明确2025年实现批量生产、2027年相关产品深度融入实体经济，成为重要的经济增长新引擎；指导意见是国家层面首个仅针对人形机器人政策方案，后续更多地方和产业政策值得期待。目录1.人形机器人：行则将至，量产可期2.人形机器人拆解及产业链总览3.执行系统：灵活关节，丝杠、电机、减速器是关键4.感知系统：交互之媒，多传感器综合赋能5.控制系统：智能“小脑”，核心算法自研为主6.投资建议根据特斯拉AI Day示意图，特斯拉机器人包括40个自由度，其中有14个旋转关节、14个线性关节、12个手部关节。旋转关节：执行器分为三类，扭矩/质量分别为20Nm/0.55kg、110Nm/1.62kg、180Nm/2.26kg；具体应用部位包括肩部、大臂、小臂、腰部；线性关节：执行器分为三类，出力/重量分别为500N/0.36kg、3900N/0.93kg、8000N/2.20kg；具体应用部分包括大臂、小臂、大腿、小腿。手部关节：单只手由6个执行器构成，其中大拇指对应2个执行器，其余每个手指对应1个执行器。资料来源：特斯拉AI Day，知乎，中航证券研究所2.1 特斯拉人形机器人拆解：14个旋转关节+14个直线关节+12个手部关节14图表：特斯拉人形机器人线性关节与旋转关节分布示意图图表：特斯拉人形机器人执行器分为旋转执行器（3小类）和线性执行器（3小类）自由度旋转关节手部关节直线关节灵巧手 6（*2）6（*2）手臂 7（*2）肩部3（*2）大臂1（*2）1（*2）小臂2（*2）腰部 22腿部 6（*2）髋部2（*2）大腿2（*2）小腿2（*2）合计14121440图表：特斯拉人形机器人包括14个旋转关节、14个直线关节、12个手部关节旋转执行器线性执行器旋转关节：主要由“驱动器+力矩传感器+编码器+无框力矩电机+谐波减速器+轴承+机械离合器”组成，与协作机器人关节模块类似，通过输入传感器传输数据到驱动器，进而控制电机，并由谐波减速器放大输出力矩，输出传感器再作位置反馈、优化算法。直线关节：主要由“驱动器+力矩传感器+编码器+无框力矩电机+丝杠+轴承”组成，通过驱动器带动无框力矩电机旋转，再由减速元件丝杠将旋转运动转化为直线运动。手部关节：主要由“驱动器+编码器+传感器+空心杯电机+行星减速箱+蜗杆蜗轮”组成，具备自适应能力和非可逆驱动能力，可承重20磅、使用工具、精确抓取零件。资料来源：特斯拉AI Day，中航证券研究所2.1 特斯拉人形机器人拆解：旋转关节、直线关节、手部关节拆解15图表：特斯拉人形机器人旋转、直线执行器示意图图表：特斯拉人形机器人手部关节示意图无接触力矩传感器永磁体输入位置传感器输出位置传感器谐波减速器交叉滚子轴承机械离合器角接触轴承力矩传感器位置传感器永磁体定子深沟球轴承四点接触轴承反向行星滚柱丝杠蜗杆蜗轮多级行星减速箱空心杯电机12345616灵巧手11650元/组*2编码器：400元/个*6奥普光电、汇川技术、禾川科技蜗轮蜗杆：50元/个*5旋转关节4230元/组*14谐波减速器：1500元/个*1 或 行星减速器谐波：绿的谐波、丰立智能、双环传动；行星：中大力德等编码器：400元/个*2奥普光电、汇川技术、禾川科技华伍股份等制动器：80元/个*1轴承（交叉滚子轴承150元*1+角接触轴承100元*2）五洲新春、力星股份、长盛轴承、国机精工线性关节10650元/组*14滚柱丝杠/梯形丝杠（平均8600元/个）北特科技、贝斯特、恒立液压、五洲新春奥普光电、汇川技术、禾川科技编码器：400元/个*1轴承（深沟球轴承100元*1+四点接触轴承50元*1）五洲新春、力星股份、长盛轴承、国机精工感知系统108500元主控芯片：32000元/个*1特斯拉自研摄像头（500元*3）奥普特等力矩传感器（关节、六维）柯力传感、东华测试、坤维科技等汉威科技、申昊科技触觉传感器（200元*10）电池模组3000元电池：3000元宁德时代、亿纬锂能、比亚迪等资料来源：特斯拉AI Day，Vehicle，百度爱采购，电动汽车观察家，OK特斯拉，理想汽车，中航证券研究所驱动器：300元/个*1汇川技术、禾川科技、蓝海华腾等步科股份、禾川科技、昊志机电无框力矩电机：1200元/个*1驱动器：300元/个*1汇川技术、禾川科技、蓝海华腾等步科股份、禾川科技、昊志机电无框力矩电机：1200元/个*1驱动器：300元/个*6汇川技术、禾川科技、蓝海华腾等鸣志电器、江苏雷利（鼎智科技）、禾川科技空心杯电机：1000元/个*6控制器：300元/个*40新时达、拓邦股份、雷赛智能、英威腾、万讯自控等控制器12000元图表：人形机器人成本拆解及潜在供应商概览（以Tesla Bot为例）2.2 人形机器人单机成本预估及潜在供应商概览（以Tesla Bot及国内相关零件为例）行星齿轮箱：200元/个*6IMU（1000元*4）芯动联科、敏芯股份大脑32000元资料来源：特斯拉AI Day，Vehicle，百度爱采购，电动汽车观察家，OK特斯拉，理想汽车，中航证券研究所测算17图表：特斯拉人形机器人BOM成本预估（以国产对应零件为例）2.2 特斯拉人形机器人BOM成本预估（以国内零件价格为例）机器人关节/结构分类现阶段成本终局成本数量单价单机价值量成本占比数量单价单机价值量成本占比关节旋转关节*14驱动器130042001.0%110014001.0%无框力矩电机11200168004.0%150070004.9%谐波减速器11500210005.0%160084005.9%编码器（位置传感器）2400112002.7%220056004.0%机械离合器18011200.3%1507000.5%交叉滚子轴承115021000.5%110014001.0%角接触轴承210028000.7%25014001.0%14个旋转关节合计42305922014.1%18502590018.3%直线关节*14驱动器130042001.0%110014001.0%无框力矩电机11200168004.0%150070004.9%行星滚柱丝杠/梯形丝杠1860012040028.6%115002100014.8%编码器（位置传感器）140056001.3%120028002.0%深沟球轴承110014000.3%1507000.5%四点接触轴承1507000.2%1304200.3%14个直线关节合计1065014910035.4%23803332023.5%灵巧手*2驱动器630036000.9%610084005.9%空心杯电机/无刷有齿槽电机61000120002.9%1130066004.7%行星齿轮箱620024000.6%610012000.8%编码器（位置传感器）640048001.1%620024001.7%蜗轮蜗杆5505000.1%5202000.1%2个手部关节合计11650233005.5%94001880013.3%关节部分合计23162055.0%7802055.1%能源动力电池模组1300030000.7%1250025001.8%感知系统摄像头350015000.4%33009000.6%IMU4100040001.0%460024001.7%关节力矩传感器28750210005.0%2830084005.9%六维力矩传感器4200008000019.0%43000120008.5%触觉传感器1020020000.5%1010010000.7%感知系统合计10850025.8%2370016.7%控制系统控制器40300120002.9%4015060004.2%大脑FSD132000320007.6%1150001800012.7%其他336638.0%134659.5%成本合计420782.6141685资料来源：特斯拉AI Day，Vehicle，百度爱采购，电动汽车观察家，OK特斯拉，理想汽车，中航证券研究所测算18图表：现阶段人形机器人各环节成本占比2.2 特斯拉人形机器人各环节/零部件成本占比预估（以国内零件价格为例）图表：终局人形机器人各环节成本占比图表：现阶段人形机器人各零部件成本占比图表：终局人形机器人各零部件成本占比14.1%35.43%5.54%25.79%7.60%2.85%8.71%旋转关节直线关节灵巧手感知系统大脑控制系统其他18.3%23.52%13.27%16.73%12.70%4.23%11.27%旋转关节直线关节灵巧手感知系统大脑控制系统其他25.4%28.61%10.84%4.99%2.85%7.60%19.67%传感器丝杠电机减速器控制器大脑其他16.8%14.82%14.54%5.93%4.23%12.70%30.97%传感器丝杠电机减速器控制器大脑其他目录1.人形机器人：行则将至，量产可期2.人形机器人拆解及产业链总览3.执行系统：灵活关节，丝杠、电机、减速器是关键4.感知系统：交互之媒，多传感器综合赋能5.控制系统：智能“小脑”，核心算法自研为主6.投资建议无框力矩电机用于人形机器人线性关节和旋转关节。无框力矩电机是一种特殊类型的永磁无刷同步电机，没有轴、轴承、外壳、反馈或端盖，仅包含定子和转子两个部件，内部部件转子由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上；定子是外部部件，齿轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。无框力矩电机具有高效率、结构紧凑、易维护等优势。1）高效率：将电机直接集成到转轴元件上，可降低整体系统惯量，进而降低电机加减速所需扭矩，使得电机的运动和稳定时间更好控制、增加系统管带宽，提高机器效率；2）结构紧凑：增大转矩密度，进而减少占地面积、降低重量；3）易维护：机械部件更少、没有易磨损或需维护的组件。资料来源：科尔摩根，知乎，中航证券研究所3.1 无框力矩电机：高效率、结构紧凑、易维护，用于人形机器人线性关节和旋转关节20图表：无框力矩电机示意图图表：机器人旋转关节模组拆解示意图国内供应商已具备一定竞争实力。无框力矩电机在磁路和工艺设计方面有一定技术壁垒，需要在低压供电的环境下输出更大功率，当前主要应用在协作机器人关节模组，市场规模较小，国外技术较为领先。国外主要供应商包括科尔摩根、TQ Robodrive、Nidec、Parker等；国内步科股份进度较为靠前，2016年推出的首代无框力矩电机已经可以媲美国外龙头，目前公司的第三代无框力矩电机产品可以对标国际领先产品，部分型号具备一定优势，此外，伟创电气、禾川科技等均有相关产品布局。资料来源：科尔摩根，步科股份，昊志机电，WIND，中航证券研究所3.1 无框力矩电机：外资企业主导，国内部分企业具备竞争实力21图表：国内外主要无框力矩电机公司及产品情况公司名称公司简介无框力矩电机产品情况科尔摩根全球领先的运动控制系统和配件供应商，主要产品包括高性能、高可靠性的电机、驱动器、直线执行器、AGV 控制解决方案和自动化平台，拥有逾百万款标准和定制产品。七种框架尺寸，可适应主流嵌入式设备和协作机器人设计；48 伏及以下直流电压工作；绕组针对 3.5kg 和 15kg协作机器人应用的速度和转矩要求进行了优化；在不超过 85C 的条件下性能最佳，但在高达 155C 的绕组温度下依然能够连续充分维持性能表现。步科股份公司的自动化设备控制核心部件主要包括工业人机界面、伺服系统、步进系统、可编程逻辑控制器、变频器等，且广泛应用于物流设备、机器人、包装设备、食品设备、服装设备、医疗设备等自动化设备行业。专业化：通过深入优化电磁方案，获得更高的转矩密度；精细化：目前有52mm-132mm10种框架尺寸，覆盖3-25kg 负载需求，相同转矩下，尺寸更小，温升更低；特色化：首创无框灌封工艺，轻量化设计、更薄机，运动速度更快，更平稳，与市场产品相比，铜损下降率高达20%；新颖化：与市场主流的谐波减速机尺寸匹配，更的中空内径满足客户多样化的穿线需求昊志机电专业从事中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等的研发设计、生产制造、销售与维修服务的国家高新技术企业，主要产品包括电主轴、伺服电机、驱动器、传感器等。转矩波动1%，更利于机器人力矩控制；3.5倍过载能力，使得机器人负载能力大大加强。禾川科技公司是一家技术驱动的工业自动化控制核心部件及整体解决方案提供商，主要产品包括伺服系统、PLC等，并在近年沿产业链上下游不断延伸，涉足上游的工控芯片、传感器和下游的高端精密数控机床等领域。2020年公司伺服系统的市场占有率约为3%，国产品牌中位列第二。公司有较成熟的伺服电机、步进电机、空心杯电机、无框电机等各类电机及相关传感器产品，其中伺服产品在国内有较高的市场占有率，其他产品均有实现量产，但销售占比较少。精密减