人形机器人行业专题报告：人形机器人产业链深度梳理
产业进展：AI赋能，人形机器人迭代有望加速
特斯拉：更新最新进展，展望人形机器人需求量或达200亿台
特斯拉展示Optimus最新视频，产品迭代加速。2023年5月16日，特斯拉在2023股东大会上发布了Optimus人形机器人最新演示视频，展示了其在自然行走、电机扭矩控制、力度控制、环境识别及记忆等方面的进步。马斯克强调，现在是推进研发人形机器人的绝佳机会，因为可以共享大量自动驾驶领域的软硬件技术成果，Optimus将使用与该公司电动汽车相同的全自动驾驶系统（FSD）。
人形机器人需求量未来或超百亿台，潜在空间巨大。特斯拉CEO埃隆·马斯克将人形机器人视作特斯拉长期价值的重要来源，20237月6日，2023世界人工智能大会在上海开幕，马斯克通过视频形式发言认为，在将来某个时刻，机器人与人类的比例可能超过1:1，这意味着机器人将比人类多，甚至是多很多。伴随人形机器人需求量提升，产业链潜在市场空间巨大。
各国人形机器人陆续推出，应用场景多样
人形机器人产品陆续推出，优必选商业化进程领先。21世纪以来，国内外机器人公司陆续推出各自人形机器人产品。本田自2000年起，先后发布三代ASIMO人形机器人，用于展示公司技术实力和进行相关技术
实验；美国波士顿动力的Atlas是知名度极高的先进动力机器人代表，其前身PETMAN人形机器人研发目的是替代人类去测试危险化学环境下的新型防护设备的可靠性。Atlas作为研究平台，造价高昂，亦非商业化产品。日本软银的Pepper自2014年以来累计生产2.7万台，应用于教育、医疗、生活服务等场景，已于2020年停产。优必选的Walker作为中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人，已在迪拜世博会中国馆、沙特NEOM新未来城、中国科学技术馆等场景应用落地。
人形机器人：AI赋能下有望成为最爆款的具身智能
AI下一个浪潮将是“具身智能”，潜在万亿赛道前景广阔。5月16日，NVIDIA（英伟达）创始人黄仁勋表示，下一波人工智能浪潮是“具身人工智能（embodied AI）”。具身人工智能是指有身体并支持物理交互的智能体，能与环境交互感知，自主规划、决策、行动。此前人类依赖手写代码来控制机器人，而进入AIGC时代，GPT等AI大模型有望有效解决这一痛点。
目前已有不少研究者尝试将多模态的大语言模型作为人类与机器人沟通的桥梁。2023年3月，谷歌和柏林工业大学推出的史上最大的视觉-语言模型：PaLM-E，既可理解图像，也能理解并生成语言、执行各种复杂的机器人指令而无需重新训练；2023年4月，微软研究团队展示了多个ChatGPT解决机器人难题的示例。特斯拉的Optimus、波士顿动力的Atlas和Spot、优必选的Walker X等作为“具身人工智能”的理想载体，有望充分受益“机器人+AI”趋势带来的发展机遇。
人形机器人产业链整体梳理
工业机器人成本拆解：三大核心零部件占比超70%
伺服器、减速机、控制器是工业机器人三大核心零部件，成本占比超70%。人形机器人产业链的上游为基础原材料以及零部件，中游为机器人本体和系统集成，下游为不同应用场景。《高精度小型化机器人关节的研究》一文表示，参考工业机器人，核心零部件占工业机器人成本超70％，其中减速器、伺服系统、控制器分别占比约36％、24％、12％。考虑到人形机器人相较于传统工业机器人自由度大幅提升，预计减速器、电机成本占比将会更高。
特斯拉人形机器人结构拆解
特斯拉Optimus机器人身高172cm，体重73kg，全身自由度共28个（不含灵巧手），用电功率静坐/慢走时为100/500W；能够硬拉68公斤，负重20公斤，拥有媲美人类的手和工作能力，可完成在工厂搬运箱、浇水植物、移动金属棒等复杂动作。电动和驱动控制系统方面，Optimus躯干共有28个执行器（不含灵巧手），配备2.3kWh/52V 电池组；配有一块特斯拉SOC芯片。关节执行器方面，Optimus全身采用六种标准执行器，包括20Nm/110Nm/180N 三种旋转执行器和500N/3900N/8000N三种线性执行器，均具备良好的力和力矩输出能力。感知决策层面，Optimus配备基于FSD系统的Dojo超算平台，搭载有8个特斯拉汽车同款摄像头，具备强感知能力；搭载与Tesla 汽车相同芯片，基于全身各部位传感器输入
的信号进行行动决策和反馈控制。
人形机器人：关节驱动原理
机器人关节驱动主要由伺服系统完成：机器人“大脑”（运算决策系统）发出指令→“小脑”（控制器）作出具体运动控制指令→伺服驱动器接收指令后驱动执行机构运动。其中执行机构由电机（空心杯电机/无框力矩电机）、减速器、末端执行器件组成，减速器的作用是将电机转速降低，带动末端执行器运动→末端执行器装有位置传感器、力矩传感器等传感器件，将运动信号检测并反馈至控制器→控制器根据反馈信号对指令进行对比和调节。
旋转关节拆解：无框电机+谐波减速器+传感器+轴承特斯拉召回110万辆
特斯拉Optimus共有14个旋转执行器，电机+减速器成本占比超44%。根据特斯拉披露的参数推测，特斯拉Optimus 全身预计使用14个旋转执行器，由无框电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器、角接触轴承、交叉滚子轴承构成，其中无框电机、谐波减速器、力矩传感器占成本比重较大。参考阿里1688网站部分公司的报价，国产无框电机产品单价在1000-2000元左右，谐波减速器2000-5000元左右，力矩传感器500元左右。
线性关节拆解：无框电机+行星滚柱丝杠+传感器+轴承
特斯拉Optimus全身预计使用14个线性执行器，行星滚柱丝杠、反向滚柱丝杆是线性关节中价值量占比较高的零部件。特斯拉人形机器人线性关节由无框电机、反式滚珠丝杠和行星滚柱丝杠、力矩传感器、位置传感器（编码器）、球轴承和四点接触球轴承构成。根据特斯拉披露的参数推测，特斯拉Optimus全身预计使用14个线性执行器。线性执行器最多可提升一台九英寸三角钢琴，提升能力优异。行星滚柱丝杠具有高承载能力强、高强度、高精度、寿命长的优势特点，但结构较为复杂，加工难度高，因而在零部件成本中占比较高。参考阿里1688网站部分公司的报价，瑞士ROLLVIS 行星滚柱丝杠产品售价在2万元/套左右，国产博特精工相关产品约1900元/套。
灵巧手拆解：空心杯电机+精密行星齿轮箱+螺纹丝杠+编码器
特斯拉Optimus灵巧手主要由空心杯电机、行星减速器、行星精密齿轮箱、螺纹丝杠和编码器构成。灵巧手采用六电机布局方式：大拇指采用双电机用于驱动弯曲和侧摆，其余四根手指各安装一个电机用于驱动动作。因此，Optimus 双手共有12个执行器，算上其他部位，特斯拉机器人全身执行器数量为40个。空心杯电机是灵巧手的核心部件。空心杯电机具有尺寸小、功率低、控制性能好、稳定性高等特点，是典型的微特电机。空心杯电机能够满足人形机器人灵巧手的设计和技术要求。
人形机器人核心零部件分析
核心零部件之一：伺服系统一般包括驱动器+电机+编码器
伺服系统是运动控制的核心部件，每台人形机器人都需要一套伺服系统。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常嵌入伺服电机。伺服系统工作原理为：伺服驱动器发出信号给伺服电机驱动其转动，同时编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。伺服系统可通过闭环方式实现精确、快速、稳定的位置控制、速度控制和转矩控制，主要应用于对定位精度和运转速度要求较高的工业自动化控制领域。
伺服系统竞争格局：欧美日系占据高端市场，国产份额持续提升
我国伺服系统市场主要分为欧美、日韩和国产品牌三大阵营，欧美日系品牌长期占据中高端市场。国内市场看，以德国西门子、伦茨、博世力士乐等为代表的欧系品牌产品过载能力强、动态响应、驱动器开放性好，处于行业第一梯队，但价格昂贵；以安川、三菱、松下等为代表的日系品牌产品可靠性和稳定性强，性价比更高，最适合国内客户需求；性能接近日系的台系品牌凭借其低廉的价格在中低端发展较快。以汇川技术、禾川科技、雷赛智能为代表的厂商通过引进、消化吸收国际先进技术，产品质量和技术水平不断提升，已逐渐在国内市场中取得一定份额，下一步有望凭借性价比优势和技术积累向中高端加速渗透。
核心零部件之二：减速器是关节传动的必要零部件
机器人关节减速器的工作原理是利用齿轮传动的原理，将电机的高速旋转转换为机器人关节的低速高扭矩旋转。具体来说，机器人关节减速器由输入轴、输出轴、齿轮组、壳体等部分组成。电机通过输入轴带动齿轮组旋转，齿轮组中的轮逐级传动，最终带动输出轴旋转，从而实现机器人关节的运动。精密减速器主要有谐波减速器、RV 减速器和精密行星减速器。按照控制精度划分，减速器可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端领域。精密减速器种类较多，包括谐波减速器、RV 减速器、精密行星减速器等。
核心零部件之三：丝杠导轨广泛应用于机器人驱动系统
丝杠是将旋转运动变为直线运动的传动副零件，在精度、强度和耐磨性等方面具有较高要求。丝杠根据其摩擦特性可分为滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠。（1）滑动丝杠：采用滑动螺旋传动。由于滑动螺旋传动的滑动摩擦阻力大，故其传动效率低、磨损快使用寿命短，已不能完全满足现代机械传动在高速度、高效率、高精度等方面的发展要求。（2）滚动丝杠：可分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类，滚珠丝杠在螺母与丝杠滚道之间做滚动运动，利用传动摩擦替代滚动摩擦，传动效率最高可达98%。滚珠丝杠制造难度大，其制造过程甚至对湿度和温度都有很高的要求。（3）静压丝杠：螺纹齿形超过该规格标准螺纹的1.5-2倍，可获得良好的油封性，提高了装载能力。但是调整麻烦，且需要液压系统，技术复杂，成本高。
核心零部件之四：轴承
轴承是机械产品中必不可少的重要部件，起支承转动轴的作用。根据轴承中摩擦性质的不同，可将轴承划分为滚动轴承和滑动轴承，二者最明显的区别在于是否有滚动体。角接触球轴承和交叉滚子轴承是人形机器人关节的常用轴承。角接触球轴承的主要特点是在其构造中使用了球形滚动物来支撑轴承的旋转，并且球和内外圈之间的接触点是角接触点。角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷，能在较高的转速下工作，使用优质钢制成，具有寿命长、静音等特点。
核心零部件之五：传感器，人形机器人不可或缺的感知器官
传感器是一种检测装置，能够感受被测量的信息并将其转化成可用的信息输出。传感器之于机器人相当于人类各感知器官，机器人通过各类传感器识别外部信息，并作出判断和下一步动作。传感器按检测对象可划分为内部传感器和外部传感器。内部传感器用以感知机器人的内部状态，包括位置传感器、速度传感器、力传感器和平衡传感器。外部传感器用于测量机器人外部环境及状态，包括视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器和味觉传感器。
投资分析
汇川技术：国内工控龙头
公司共有五大块业务，通用自动化业务收入占比约50%。整体情况：公司共有五大业务板块，通用自动化/新能源车电驱&电源系统/电梯/工业机器人/轨道交通占比分别50%/22%/22%/2%/2%。通用自动化：公司是国内工控龙头，产品

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