一、風(fēng)起人形機(jī)器人，多方勢力入局

1.1 復(fù)盤工業(yè)機(jī)器人：場景適用性+降本是提升滲透率的關(guān)鍵

傳統(tǒng)機(jī)器人按照使用類型和應(yīng)用場景的不同，主要分為三類； 1）工業(yè)機(jī)器人：工業(yè)機(jī)器人指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，在工業(yè)生產(chǎn) 加工過程中通過自動控制來代替人類執(zhí)行某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，主要包括 焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、包裝機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、切割機(jī)器人和凈室機(jī) 器人。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人類的行走、扭腰、大臂、小臂、手腕、爪子等部 件，由計(jì)算機(jī)控制。工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等工業(yè)領(lǐng)域。 2）服務(wù)機(jī)器人：指在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的先進(jìn)機(jī)器人，主 要包括家用服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人和公共服務(wù)機(jī)器人。其中，公共服務(wù)機(jī)器人指在 農(nóng)業(yè)、金融、物流、教育等除醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外的公共場合為人類提供一般服務(wù)的機(jī)器人。 3）特種機(jī)器人：特種機(jī)器人指代替人類從事高危環(huán)境和特殊工況的機(jī)器人，主要包括軍事應(yīng) 用機(jī)器人、極限作業(yè)機(jī)器人和應(yīng)急救援機(jī)器人。應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，一般由受過專門培訓(xùn)的 人員操作或使用，輔助機(jī)器人或代替人執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。

軟硬件技術(shù)為機(jī)器人發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，整體機(jī)器人市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年提升趨勢。隨著互聯(lián) 網(wǎng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)器人逐漸從機(jī)械自動化向人工智能化方向前進(jìn)，機(jī)器人技術(shù)逐漸 成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，不斷提升工業(yè)等場景自動化水平和智能化水平，機(jī)器人市場規(guī)模呈 現(xiàn)上升趨勢。1）工業(yè)機(jī)器人方面，隨著國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，國內(nèi)機(jī)器人逐步滲透到以往 自動化水平較低的領(lǐng)域，不斷提升我國制造業(yè)自動化水平；2）服務(wù)機(jī)器人方面，隨著國內(nèi)互 聯(lián)網(wǎng)等企業(yè)的入局，應(yīng)用市場逐步多元化，如智能配送、家庭機(jī)器人、AI 教育等。 從市場規(guī)模來看，全球工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，2021 年市場規(guī)模為 175 億美 元，IFR 預(yù)計(jì) 2024 年全球工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模有望達(dá)到 230 億美元；服務(wù)機(jī)器人整體保持較高 速增長，2021 年市場規(guī)模為 172 億美元，IFR 預(yù)計(jì) 2024 年全球工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模有望達(dá)到 290 億美元；特種機(jī)器人方面，2021 年市場規(guī)模為 82 億美元，IFR 預(yù)計(jì) 2024 年全球特種機(jī)器 人市場規(guī)模有望達(dá)到 140 億美元。

從競爭格局來看和下游市場來看： 1） 工業(yè)機(jī)器人：參考 MIR 睿工業(yè)數(shù)據(jù)，海外企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人方面積淀依然深厚，海外機(jī)器 人企業(yè)依然在我國占據(jù)較大市場份額。我們機(jī)器人企業(yè)技術(shù)不斷追趕海外企業(yè)，國內(nèi)工業(yè) 機(jī)器人市占率逐漸提升，2023Q1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市占率提升至 40.8%，相比 2022Q1 提升約 3.6pct。從應(yīng)用場景來看，新能源汽車、動力電池、醫(yī)療增速相對較快，是拉動市場增長 的主要應(yīng)用場景。 2） 服務(wù)機(jī)器人：服務(wù)機(jī)器人方面，下游細(xì)分場景較多，如商用服務(wù)機(jī)器人這塊細(xì)分產(chǎn)品包括 有送餐、配送、迎賓、消殺，清潔類機(jī)器人等，整體競爭格局較為分散。

國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展復(fù)盤：場景適用性+成本是影響應(yīng)用的重要因素

我們認(rèn)為以下兩個因素是影響機(jī)器人落地和滲透提升的關(guān)鍵：1）場景適用性，機(jī)器人本身的 感知能力，思考決策能力和執(zhí)行能力決定了潛在的應(yīng)用場景；2）成本，成本是決定機(jī)器人滲 透的關(guān)鍵，若場景應(yīng)用成本過高則相應(yīng)場景難以應(yīng)用機(jī)器人。

協(xié)作機(jī)器人提升了機(jī)器人場景適用性+降低成本，加速工業(yè)機(jī)器人滲透。 協(xié)作機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的分支之一，相比傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，協(xié)作機(jī)器人追求輕量化、柔性及 安全協(xié)作性。2008 年第一臺輕量化、小型化、人機(jī)協(xié)作的六關(guān)節(jié)協(xié)作機(jī)器人誕生，但 2018 年 以前市場規(guī)模相對較小。在 5G 通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為技術(shù)支撐 的背景下，協(xié)作機(jī)器人潛在場景逐步提升，滲透率逐步提升，市場規(guī)模逐步擴(kuò)大。 協(xié)作機(jī)器人擴(kuò)展了應(yīng)用場景、降低了應(yīng)用成本：1）協(xié)作機(jī)器人逐漸打破了傳統(tǒng)工業(yè)場景的局 限，在機(jī)器人產(chǎn)品與工人之間無需設(shè)置隔離欄進(jìn)行分離，雙方能夠在共同空間中進(jìn)行近距離交 互，進(jìn)行人機(jī)協(xié)作，同時較容易編程，擴(kuò)展了應(yīng)用場景；2）價(jià)格上，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格 一般位于 10 萬~40 萬人民幣之間，使用壽命為 5~8 年，而要將其應(yīng)用到生產(chǎn)線上，那將要多出 2~3 倍的部署花費(fèi)，而協(xié)作機(jī)器人的價(jià)格一般介于 2~3 萬美元，但因?yàn)槭∪チ瞬渴鸬倪^程，應(yīng) 用成本有所降低，從而提升了工業(yè)機(jī)器人在工廠等場景的滲透率。

1.2 人形機(jī)器人風(fēng)起，多方勢力入局

人形機(jī)器人處于產(chǎn)業(yè)早期階段。目前，人形機(jī)器人處于產(chǎn)業(yè)鏈初期階段，世界范圍內(nèi)對于人 形機(jī)器人并沒有標(biāo)準(zhǔn)定義，常常將其模糊定義為外表和行為都接近人的機(jī)器人。從應(yīng)用角度來 看，人形機(jī)器人可以應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域也可以應(yīng)用于商用、家庭領(lǐng)域，對傳感和人機(jī)交互要求較 高，更接近于服務(wù)機(jī)器人。 參考 GGII 研究，當(dāng)前，全球人形機(jī)器人行業(yè)處于發(fā)展的早期階段，市場上真正意義做人形機(jī) 器人的企業(yè)較少，主要集中在日本、美國、歐洲、中國等機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈較為領(lǐng)先的國家和地區(qū)。 多數(shù)產(chǎn)品還處于原型或者概念驗(yàn)證階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)和廣泛商業(yè)化應(yīng)用。已實(shí)現(xiàn)推出 原型機(jī)/產(chǎn)品的公司包括日本本田、美國波士頓動力、美國敏捷機(jī)器人、中國優(yōu)必選、中國小 米和美國特斯拉等。

從人形機(jī)器人發(fā)展來看，1969 年，日本早稻田大學(xué)研制出了全球第一臺雙足機(jī)器人。發(fā)展至 今，人形機(jī)器人技術(shù)研究的主要方向還是圍繞著如何讓它快速魯棒地在人類的生活環(huán)境里面去 運(yùn)動而展開。這具體經(jīng)歷了三個階段：第一個階段是 1969-1995 年，它是一個緩慢靜態(tài)行走的 過程，以日本本田 ASIMO 機(jī)器人的前身為代表；第二個階段是 1996-2015 年，此時是連續(xù)動態(tài) 行走，這時候更多考慮到了機(jī)器人的質(zhì)心慣量以及質(zhì)心的加速度等因素；第三個階段是 2016年至今，追求的是高動態(tài)的運(yùn)動性能，以波士頓動力的 ATLAS 機(jī)器人做出的難度較高的運(yùn)動動 作為標(biāo)志。

商業(yè)化漸進(jìn)，多方勢力紛紛布局。人形機(jī)器人方面，除了傳統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)和機(jī)器人企業(yè)以外， 互聯(lián)網(wǎng)、車企等多方勢力也紛紛入局。2022 年 8 月，小米推出 CyberOne；2022 年 9 月 30 日特 斯拉展示 Optimus 原型機(jī)，并宣稱 2 萬美金的量產(chǎn)價(jià)格；2022 年 11 月，大語言模型 GTP 發(fā)布， 2023 年 1 月，優(yōu)必選向港交所遞交招股說明書。我們認(rèn)為隨著各方的入局及 AI 技術(shù)的發(fā)展， 人形機(jī)器人整體商業(yè)化應(yīng)用漸進(jìn)。

潛在市場規(guī)模超萬億人民幣。人形機(jī)器人主要目標(biāo)是在某些場景上代替人工，潛在市場空間 大。以中短期來看，我們認(rèn)為家務(wù)、安保及代替歐美等發(fā)達(dá)國家工廠缺口等可能為早期潛在應(yīng) 用場景：1）家務(wù)應(yīng)用方面，以特斯拉公布機(jī)器人性能來看，可以完成澆花等簡單家務(wù)，未來 隨著進(jìn)一步完善，有望代替部分家政人員；2）安保領(lǐng)域，OpenAI 提供 ChatGPT 為 EVE 機(jī)器人 提供軟件支持，讓其有望在安保領(lǐng)域應(yīng)用，尤其是保安、監(jiān)獄、養(yǎng)老院等領(lǐng)域，因此我們認(rèn)為 安保領(lǐng)域有望成為潛在應(yīng)用場景；3）代替工廠缺口，海外發(fā)達(dá)國家勞動力成本高，以德國為例，最低時薪為 12 歐元（2023 年 6 月 21 日歐元兌美元匯率為 1.092，換算為 13.1 美元），若 機(jī)器人一年工作 300 天，日工作 24 小時，換算成人工費(fèi)用為 9.43 萬美元/年。若特斯拉機(jī)器 人量產(chǎn)目標(biāo)價(jià)能達(dá)到 2 萬美元,相比發(fā)達(dá)國家人工成本而言，Optimus 使用成本較低，有望替代 部分空缺勞動力。

我們僅計(jì)算家庭、安保場景和部分發(fā)達(dá)國家職位缺口場景下的潛在市場空間，這些潛在市場 規(guī)模為 2231 億美元（價(jià)格以 2 萬美元單臺測算），市場規(guī)模超過萬億人民幣：1）假設(shè)僅計(jì)算 家庭、安保、部分發(fā)達(dá)國家替代工廠職位缺口需求；2）家庭方面，目前掃地等服務(wù)機(jī)器人滲 透率較高，應(yīng)用場景相對較容易實(shí)現(xiàn)，因此假設(shè)滲透率達(dá)到 10%；3）安保領(lǐng)域，由于安保領(lǐng)域 主要應(yīng)用場景是監(jiān)控和巡視，相較工廠場景實(shí)現(xiàn)較為容易，考慮發(fā)達(dá)國家人力成本較高，假設(shè) 滲透率達(dá)到 15% ；4）替代發(fā)達(dá)國家工廠缺口，考慮目前工廠缺口人數(shù)，由于工廠環(huán)境較為復(fù) 雜，初始從搬運(yùn)等簡單環(huán)節(jié)的需求滲透，因此假設(shè)滲透率為 5%。

短期來看，制約人形機(jī)器人應(yīng)用的主要是：運(yùn)控能力需要提升，高技術(shù)+高成本+應(yīng)用場景為 主要痛點(diǎn)

1）運(yùn)控能力為核心，技術(shù)要求高，需要提升機(jī)器人感知+思考+執(zhí)行能力。機(jī)器人目前技術(shù)較 為復(fù)雜，涉及軟硬融合等技術(shù)，對運(yùn)控技術(shù)要求較高。以優(yōu)必選機(jī)器人為例，需要機(jī)器人本體 技術(shù)、人工智能技術(shù)，手眼協(xié)調(diào)、人機(jī)交互、SLAM與導(dǎo)航等融合技術(shù)，技術(shù)門檻較高。分開來 看，機(jī)器人本體相關(guān)技術(shù)包括高性能的伺服驅(qū)動器、機(jī)器人傳動、運(yùn)動規(guī)劃與控制算法等方面； 人工智能方面，包括視覺算法和語音能力、人機(jī)交互能力、以及對環(huán)境的理解能力；在底層技 術(shù)方面，包括操作系統(tǒng)等方面。我們認(rèn)為，短期來看，運(yùn)動控制軟件與硬件之間的復(fù)合能力是 人形機(jī)器人核心痛點(diǎn)，如目前展示的部分機(jī)器人存在動作僵硬等情況，未來隨著 AI 深度強(qiáng)化 學(xué)習(xí)、仿真+AI 大模型的應(yīng)用，運(yùn)動能力、步態(tài)控制等有望優(yōu)化。 2）成本高，人形機(jī)器人技術(shù)包括步態(tài)規(guī)劃、人機(jī)交互、手眼協(xié)調(diào)、視覺與導(dǎo)航等多方面技術(shù)， 高技術(shù)情況下，人形機(jī)器人成本較高。 3）產(chǎn)業(yè)鏈處于初期階段， 由于整體人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于初期階段，且價(jià)格相對較高，因此應(yīng) 用場景不太明確。我們認(rèn)為隨著人形機(jī)器人功能穩(wěn)定性、操作簡易性、交付和維護(hù)、價(jià)格方面 等痛點(diǎn)逐步解決，商業(yè)化有望到來。

二、AI 賦能+特斯拉入局，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有望加速

2.1 特斯拉入局，開啟藍(lán)海新賽道

特斯拉入局，人形機(jī)器人遠(yuǎn)期市場空間大。2021 年特斯拉首次公布人形機(jī)器人項(xiàng)目，2022 年 特斯拉正式公布首款人形機(jī)器人原型，展示了 Optimus 搬運(yùn)箱子、為植物澆水、在汽車工廠中 移動金屬棒等可能應(yīng)用場景，人形機(jī)器人迭代升級速度較快。2023 年 5 月，特斯拉 CEO 埃 隆·馬斯克在大會現(xiàn)場介紹了特斯拉人形機(jī)器人 Optimus 的全新型號，展示了人形機(jī)器人抓取 物體的能力，運(yùn)控能力進(jìn)一步提升，人形機(jī)器人已經(jīng)擁有電機(jī)扭矩控制、環(huán)境探索與記憶、基 于人類跟蹤運(yùn)動的 AI 訓(xùn)練以及物體操縱能力。我們認(rèn)為，從最開始提出人形機(jī)器人概念，到 原型，再到擁有一定抓握能力和操縱能力，特斯拉在人形機(jī)器人領(lǐng)域迭代迅速，未來產(chǎn)業(yè)化有 望加速。

AI 賦能，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有望加速。OpenAI 的 GPT 出現(xiàn)有望推動 AI 感知現(xiàn)實(shí)世界，并與現(xiàn) 實(shí)世界進(jìn)行交互，進(jìn)而推動大模型在物理世界應(yīng)用。目前來看，大模型在人形機(jī)器人的行動中 有望扮演推理決策的角色，將人類的自然語言轉(zhuǎn)化為機(jī)器人可執(zhí)行的步驟，從而補(bǔ)全機(jī)器人核 心的推理決策能力，推動機(jī)器人走向通用之路。 參考微軟 Autonomous Systems and Robotics Group 將大模型結(jié)合實(shí)際機(jī)器人的案例：研究者 使用 ChatGPT 生成機(jī)器人的高層控制代碼，從而通過自然語言和 ChatGPT 交流，使用 ChatGPT 來控制機(jī)械臂、無人機(jī)、移動機(jī)器人等機(jī)器人，他們在沒用任何微調(diào)的情況下，利用大語言模 型去控制機(jī)器人完成各種任務(wù)。我們認(rèn)為，AI具有快速學(xué)習(xí)訓(xùn)練和迭代的能力，通過學(xué)習(xí)理解 人類語言，提升人形機(jī)器人的智能化水平，使機(jī)器對人的意圖、對環(huán)境的理解進(jìn)一步加深，最 終推動人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化。

特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈共用+規(guī)?；当灸芰?，有望加速人形機(jī)器人落地。 1）特拉斯在新能源汽車端積累了大量配套產(chǎn)業(yè)鏈資源，而電動汽車與人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈有共 通之處，如電池、電機(jī)、電控、芯片、攝像頭、傳感器等多種零部件，我們看好特斯拉產(chǎn) 業(yè)鏈遷移能力。 2）特斯拉規(guī)?；当灸芰Γ?以特斯拉電車為例，從 2017-2022 年，特拉斯汽車單車價(jià)格降幅 明顯，而公司凈利率不斷提升，這反應(yīng)了特斯拉較強(qiáng)的規(guī)模化降本能力。 3）特斯拉 AI 領(lǐng)域和芯片方面的積淀： 2022 年 Tesla AI DAY 中，特斯拉展示了 Dojo 的單個 訓(xùn)練模塊由 25 個特斯拉自主研發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練芯片——DI 芯片組成。DI 芯片則由臺積 電制造，采用 7nm 工藝，擁有 500 億個晶體管。實(shí)際應(yīng)用中，特斯拉將以 120 個訓(xùn)練模塊 組裝成 ExaPOD，每個 ExaPOD 內(nèi)置 3000 個 DI 芯片，擁有超過 100 萬個訓(xùn)練節(jié)點(diǎn)，算力達(dá) 到 1.1EFLOP*（每秒千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算）。此外，特斯拉自身自動駕駛領(lǐng)域積淀的感知方面 算法也有望移植人形機(jī)器人，加快其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

特斯拉 Optimus 方案成本較低，量產(chǎn)可能性較大。

驅(qū)動方案：采用電機(jī)驅(qū)動

機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動或者電機(jī)驅(qū)動方案，相比液壓驅(qū)動，電機(jī)驅(qū)動方案性價(jià)比高：1） Atlas 選擇液壓驅(qū)動方案，Atlas 可以像運(yùn)動員一樣奔跑、翻轉(zhuǎn)、跳躍和騰空，并能夠快速越 過具有一定傾斜度的障礙。Atlas 擁有世界上最緊湊的移動液壓系統(tǒng)之一，其核心原理是通過 液體壓縮泵產(chǎn)生高壓液體，高壓強(qiáng)作用于缸體產(chǎn)生巨大推力，帶動機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動。但缺點(diǎn)是 噪音大、易漏液、對污染敏感、對液壓元件的精度質(zhì)量要求高、對維護(hù)團(tuán)隊(duì)要求高等，導(dǎo)致制 造成本居高不下，難以走出實(shí)驗(yàn)室、走向商業(yè)化；2）特斯拉 Optimus 選用了穩(wěn)定性、性價(jià)比 更高的電機(jī)驅(qū)動方案，更加注重實(shí)用性，量產(chǎn)可能性較高。

視覺感知：采用純視覺方案，成本較低

Optimus 復(fù)用了 Tesla 汽車上的純視覺環(huán)境感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用純視覺算法實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的感知 和目標(biāo)識別，成本較低。1）Optimus 的頭部集成三顆攝像頭（魚眼攝像頭），可以提供大于 180 度體前場景覆蓋。2）而 Atlas 需要深度相機(jī)和激光雷達(dá)，使用深度相機(jī)以每秒 15 幀的速 度生成環(huán)境點(diǎn)云。點(diǎn)云是距離測量數(shù)據(jù)的集合。Atlas 的感知軟件使用多平面分割的算法從點(diǎn) 云中提取表面。接著算法輸出的數(shù)據(jù)被輸入地圖系統(tǒng)，最后系統(tǒng)幫助 Atlas 用相機(jī)看到不同物 體建立模型。

運(yùn)控環(huán)節(jié)：采用實(shí)時狀態(tài)感知的閉環(huán)控制

Optimus 目前的步態(tài)控制策略是：根據(jù)行進(jìn)路線生成「腳印」級別的每一步位置規(guī)劃，再拆解 為對應(yīng)路徑下的抬腳和后跟落地動作，最后系統(tǒng)會計(jì)算得出機(jī)器人在對應(yīng)動作下的可以保持動 態(tài)平衡的重心移動軌跡。而真實(shí)世界的環(huán)境要復(fù)雜得多。比如機(jī)器人自身會有抖動，傳感器會 受到噪聲干擾以及類似的種種。這些在運(yùn)動規(guī)控棧計(jì)算之外的干擾會讓原本的運(yùn)動規(guī)劃在執(zhí)行 中發(fā)生偏差。 對于干擾和偏差等問題，Optimus 機(jī)器人在穩(wěn)定檢測系統(tǒng)中融入實(shí)時的環(huán)境感知反饋，并將穩(wěn) 定系統(tǒng)通過環(huán)境檢測得到的糾偏信號輸出給運(yùn)動控制系統(tǒng)，從而形成融入實(shí)時狀態(tài)感知的閉環(huán) 控制，讓機(jī)器人保持動態(tài)平衡。我們認(rèn)為深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)積累下，相關(guān)技術(shù)如 FSD 有望持續(xù)迭 代，最終提升機(jī)器人運(yùn)控能力。

2.2 人形機(jī)器人成本構(gòu)成及零部件分析

以產(chǎn)業(yè)化程度較高的工業(yè)機(jī)器人為例來看，工業(yè)機(jī)器人中技術(shù)難度最高的三大核心零部件分別 是減速器、伺服系統(tǒng)、控制器，三者分別占工業(yè)機(jī)器人成本構(gòu)成的 35%、25%、10%。核心零部 件成本大約占到工業(yè)機(jī)器人整機(jī)成本的 70%左右。目前人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化程度較低，考慮人形 機(jī)器人需要對感知能力要求較高，我們認(rèn)為從硬件角度來看，電機(jī)驅(qū)動、減速器、傳動設(shè)施及 傳感器為人形機(jī)器人核心成本構(gòu)成。

從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，人形機(jī)器人更接近智能服務(wù)機(jī)器人，上游關(guān)鍵零部件主要是伺服電機(jī)、傳 感器、減速機(jī)等，中游主要是硬件集成和系統(tǒng)集成，對軟件系統(tǒng)要求較高。由于特斯拉在軟件 算法、部分核心零部件擁有較深的積淀，我們推測這塊主要以特斯拉自研為主；硬件方面，考 慮規(guī)模效應(yīng)和特斯拉降本需求，伺服電機(jī)、傳動環(huán)節(jié)、減速機(jī)等環(huán)節(jié)有望依靠外部供應(yīng)商提供 為主，而國產(chǎn)廠商在硬件成本端控制較好，結(jié)合特斯拉人形機(jī)器人未來售價(jià)目標(biāo)，有望為國產(chǎn) 零部件廠商業(yè)績帶來增量空間。

軀干和手部是機(jī)器人主要活動關(guān)節(jié)，從特斯拉 Optimus 機(jī)器人硬件來看： 1）軀干：特斯拉 Optimus 共有 28 個運(yùn)動關(guān)節(jié)，包括三種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和三種線性執(zhí)行器：其中 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用電機(jī)+傳感器+諧波減速器的方案；而線性關(guān)節(jié)采用電機(jī)+絲杠+傳感器（從形 態(tài)上，我們推測是無框電機(jī)）。 2）手部：特斯拉機(jī)器人靈巧手采取了折中的方案，使用較為經(jīng)典的六電機(jī)驅(qū)動方式，拇指采 用雙電機(jī)驅(qū)動彎曲和側(cè)擺，其它四指各用一個電機(jī)帶動，電機(jī)采用蝸桿傳動機(jī)構(gòu)。從數(shù)量 來看，共 12 個驅(qū)動，手指部分我們推測是空心杯電機(jī)+驅(qū)動裝置+傳動裝置構(gòu)成。

三、國產(chǎn)零部件產(chǎn)業(yè)鏈有望受益

3.1 電機(jī)：核心零部件構(gòu)成之一

3.1.1 空心杯電機(jī)：海外積淀深厚，國產(chǎn)廠商有望突破

空心杯電動機(jī)屬于直流永磁的伺服、控制電動機(jī)，也可以將其歸類為微特電機(jī)?？招谋姍C(jī) 主要由后蓋、接線端子、電刷端蓋、電刷、換向器、杯形繞組（轉(zhuǎn)子）、轉(zhuǎn)軸、墊圈、滑動軸 承、外殼、磁鐵（定子）、法蘭、定位環(huán)組成。定子由永磁體、殼體、法蘭組成。外殼提供了 恒定的磁場，使電機(jī)無鐵損耗。沒有軟磁性牙齒。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是均勻的，即使在低速情況下 也能運(yùn)行平穩(wěn)。在較高的速度下，電機(jī)能減少振動，減少噪音。

分類方面，空心杯電機(jī)可以分為有刷和無刷兩種，有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷空心杯電 機(jī)定子無鐵芯： 1）有刷空心杯電機(jī)：空心杯直流有刷微電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動，線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作 時，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的換向 器和電刷來完成的。在轉(zhuǎn)動的過程中會摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷。碳刷與 線圈接線頭之間通斷交替，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。 2）無刷空心杯電機(jī)：無刷空心杯直流電機(jī)采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷空心杯 直流電機(jī)，是使用一套電子設(shè)備，通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感知， 使用電子線路，適時切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。因 為是自控式運(yùn)行的，所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞 組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。

相比普通電機(jī)，空心杯電機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換效率較高，起動、制動迅速，響應(yīng)較快和運(yùn)行穩(wěn)定性 可靠，轉(zhuǎn)速的波動較小等優(yōu)勢，因此適合需要快速響應(yīng)的系統(tǒng)，如導(dǎo)彈飛行方向快速調(diào)節(jié)，高 倍率光驅(qū)的隨動控制，快速自動調(diào)焦，高靈敏的記錄和檢測設(shè)備，工業(yè)機(jī)器人，仿生義肢等。 在特斯拉人形機(jī)器人中，空心杯電機(jī)可以運(yùn)用在手部，從而滿足手部運(yùn)動的快速響應(yīng)需求。

海外廠商如瑞士的 MAXON、德國 Faulhaber 等企業(yè)深耕行業(yè)多年，行業(yè)地位較高。國內(nèi)企業(yè)相 較海外廠商仍存在一定的技術(shù)差距，未來潛在發(fā)展空間大，主要原因是：1）相比普通電機(jī)， 空心杯電機(jī)由于少了鐵芯支撐，對線圈要求較高；2）國內(nèi)廠商更注重成本控制，缺乏對高端 技術(shù)的投入，導(dǎo)致技術(shù)水平相對滯后，同時在減速器等機(jī)械件上依然在追趕海外企業(yè)。我們認(rèn) 為，在高端微型電機(jī)上，國內(nèi)企業(yè)與海外依然存在差距，但以鳴志電器、江蘇雷利為主的國內(nèi) 企業(yè)也在不斷進(jìn)步，依托國產(chǎn)企業(yè)降本能力，有望在這塊市場取得相應(yīng)進(jìn)展。

3.1.2 無框電機(jī)：國產(chǎn)企業(yè)有望憑借性價(jià)比優(yōu)勢加速突破

無框電機(jī)可以將定轉(zhuǎn)子部件直接裝配在機(jī)器中，便于終端產(chǎn)品的高度集成化，縮小體積。無 框架電機(jī)是傳統(tǒng)電機(jī)中用于產(chǎn)生扭矩和速度的部分，但沒有軸、軸承、外殼或端蓋。無框電機(jī) 只有兩個部件：轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子通常是內(nèi)部部件，由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接 安裝在機(jī)器軸上。定子是外部部件，齒輪外部環(huán)繞鋼片和銅繞組，以產(chǎn)生緊密攀附在機(jī)器殼體 內(nèi)的電磁力。

無框電機(jī)通常安裝在先進(jìn)的機(jī)器中，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)等優(yōu)勢，可以提升機(jī)器性能。

無框電機(jī)可以運(yùn)用在多種機(jī)器人和自動化領(lǐng)域，包括機(jī)器人、醫(yī)藥、機(jī)床、包裝、印刷、加工 和通用自動化。在人形機(jī)器人領(lǐng)域，無框電機(jī)也有望發(fā)揮自身結(jié)構(gòu)緊湊、性能較高的優(yōu)勢，在 機(jī)器人四肢等領(lǐng)域應(yīng)用。

在市場格局方面，Kollmorgen，Moog，Maxon Motor，BEI Kimco，Woodward 和 Shinano Kenshi 等企業(yè)在市場占據(jù)優(yōu)勢地位，國產(chǎn)廠商如步科股份有望借助國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈成本優(yōu)勢，在市場份額 上取得突破。

3.2 減速器：人形機(jī)器人有望帶動諧波減速器市場規(guī)模提升

減速器是連接動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。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(jī)械 設(shè)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(wěn)定， 應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等高端領(lǐng)域。精密減速器種類較多，主流的包括諧波減速器、RV 減速 器等。

減速器主要分為諧波減速器、RV 減速器，諧波減速器具有小體積、低負(fù)載、高精度等特性， 更適合于人形機(jī)器人應(yīng)用。

諧波減速器： 1） 構(gòu)成：諧波齒輪減速器是一種靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形波，通過其與剛輪的 相互作用，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力傳遞的傳動裝置，其構(gòu)造主要由帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪（剛 輪）、帶有外齒圈的柔性齒輪（柔輪）、波發(fā)生器三個基本構(gòu)件組成。 2） 運(yùn)行原理：諧波傳動技術(shù)突破了機(jī)械傳動采用剛性構(gòu)件的模式，使用了一個柔性構(gòu)件來實(shí) 現(xiàn)機(jī)械傳動，其工作原理通常采用波發(fā)生器主動、剛輪固定、柔輪輸出形式，當(dāng)波發(fā)生器 裝入柔輪內(nèi)圓時，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長軸處柔輪齒輪插入剛輪的輪 齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)，當(dāng)波發(fā)生 器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形并產(chǎn)生了錯齒運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn) 動傳遞。

機(jī)器人為實(shí)現(xiàn)多自由度，其各個部位的控制均需在關(guān)節(jié)處搭載電機(jī)，故電機(jī)數(shù)量較傳統(tǒng)工業(yè)機(jī) 械人有大幅提升。類比工業(yè)機(jī)器人，“電機(jī)+減速器”的集成逐漸成為移動機(jī)器人需要大角度旋 轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)（以下簡稱“旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”）的主要動力組合。隨著移動機(jī)器人部分關(guān)節(jié)因體積、重量 等邊界條件限制，需要采用輕量化的技術(shù)路徑，諧波減速器憑借體積小、質(zhì)量小、減速比大、 扭矩密度較高、軸向尺寸小等特點(diǎn)以及能在密閉空間、介質(zhì)輻射的工況下正常工作等優(yōu)點(diǎn)， “無框電機(jī)+雙編碼器+力矩傳感器+諧波減速器”這類方案得到越來越多的應(yīng)用。

市場規(guī)模方面，參考 QYResearch《全球精密減速器市場、結(jié)果和預(yù)測(2017-2028)》，2022 年 全球精密減速器市場規(guī)模為 28.3 億美元，預(yù)計(jì) 2028 年將增長至 40.4 億美元。精密減速器 制造對材料、設(shè)備、工藝等多個環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格要求，具有明顯的投資門檻高、技術(shù)難度大等特 點(diǎn)，行業(yè)壁壘高。競爭方面，日系品牌納博特斯克、哈默納科及日本住友占據(jù)主導(dǎo)地位。而我 國諧波減速器方面起步較晚，國內(nèi)廠商如綠的諧波在減速比、輸出轉(zhuǎn)速、傳動精度等方面已經(jīng) 較國外有明顯的差距收斂，未來市場份額有望提升。

3.3 絲杠：國產(chǎn)企業(yè)發(fā)展空間大

絲桿主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時兼具高精 度、可逆性和高效率的特點(diǎn)，所以其在精度、強(qiáng)度及耐磨性等方面都有很高的要求。特斯拉人 形機(jī)器人上應(yīng)用行星滾柱絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，主要使用在線性關(guān)節(jié)上。相比傳統(tǒng) 絲杠，在性能上，行星滾柱絲杠憑借其在功率密度、速度、加速度、剛度等性能上的顯著優(yōu)勢， 在航空航天、船舶裝備、工業(yè)自動化、精密機(jī)床等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

市場方面，絲杠產(chǎn)品主要以海外為主，以滾珠絲杠為例，2021 年全球主要的滾珠絲桿廠商有 NSK、THK、SKF 等，CR5 市占率達(dá)到約 46%，其中主要來自歐洲和日本，日本和歐洲滾珠絲桿企 業(yè)占據(jù)了全球約 70%的市場份額。而行星滾柱絲杠由于技術(shù)門檻更高，核心技術(shù)一直被歐美少 數(shù)幾家廠商壟斷。

國產(chǎn)化方面，江蘇雷利（其控股子公司鼎智科技）經(jīng)過多年研究，已經(jīng)形成了自有絲桿生產(chǎn)體 系，產(chǎn)品質(zhì)量對標(biāo)美國 Roton 公司，可以實(shí)現(xiàn)全過程完全國產(chǎn)化，鼎智主要產(chǎn)品中，絲桿步進(jìn) 電機(jī)已經(jīng)形成了自有絲桿生產(chǎn)體系，產(chǎn)品質(zhì)量逐步提升，并開始在國內(nèi) IVD 醫(yī)療器械領(lǐng)域進(jìn)行 替代，隨著公司產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)一步成熟以及在醫(yī)療器械領(lǐng)域的進(jìn)一步滲透，公司絲桿產(chǎn)品有望 在更大市場得到充分推廣，擁抱更大成長藍(lán)海。