人形機器人行業(yè)專題報告核心零部件的野望_隱形冠軍的搖籃（報告出品方/作者：廣發(fā)證券，代川、孫柏陽、姚佳）一、產(chǎn)品功能日趨完善，未來脫胎換骨高預(yù)期（一）產(chǎn)品功能日趨完善，身體、視覺能力同步提升人形機器人產(chǎn)品研發(fā)逐步推進，功能日趨完善。2021年8月特斯拉首次公開Optimus機器人計劃，并采用真人舞臺表演的方式表達設(shè)計概念；2022年9月，一款人形機器人原型公開亮相，并能夠在舞臺上表演、走動；2023年5月，根據(jù)特斯拉官網(wǎng)所發(fā)布的視頻，可以看到多個人形機器人能夠同步或單獨執(zhí)行任務(wù)，新變化包括：（1）身體能力：機器人身體能力逐步健全，例如行走、抓取物體、感應(yīng)較軟的物體以及使用電機扭矩控制施加有限的力；（2）視覺能力：機器人具備特斯拉視覺AI，能夠發(fā)現(xiàn)并記憶周邊環(huán)境，特斯拉機器人和汽車均連接到同一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并安裝了相同的完全無人駕駛系統(tǒng)（FSD）；（3）同步控制：特斯拉能夠同時控制多個機器人，連接到同一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NN），并可以同步執(zhí)行任務(wù)，為之后產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（二）機器替人具備潛力，市場空間預(yù)期較低預(yù)計未來人形機器人將憑借其性能優(yōu)勢在工業(yè)、生活等各領(lǐng)域高速蔓延。根據(jù)高盛、Payscale數(shù)據(jù)，特斯拉工廠工人的平均值時薪為23.75美元，每日工作8小時，假設(shè)25-26年人形機器人能滿足用戶工廠作業(yè)市場需求，其每日工作20小時（其余時間為電池、維護），約2年便可回收投資成本，具備商業(yè)可行性。高盛中性估計未來人形機器人市場約60億美金，而最為樂觀估計下市場強于千億美金。根據(jù)高盛預(yù)測，在中性假設(shè)下，人形機器人至2030年將填補美國制造業(yè)勞動缺口的4%，至2035年華蓋全球養(yǎng)老市場需求缺口的2%，預(yù)計未來10-15年內(nèi)，人形機器人市場規(guī)模將少于60億美元；而在最為樂觀情景下，若人形機器人完全消解產(chǎn)品設(shè)計、價格、技術(shù)、公眾拒絕接受等一系列障礙贏得全面普及，2035年市場規(guī)模高達1540億美元，開回近2021年全球電動汽車市場。目前，人形機器人仍處在產(chǎn)品研發(fā)階段，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域仍任重道遠。根據(jù)我們測算，人形機器人潛在市場空間約百億美元。假設(shè)人形機器人在美國物流運輸、看護照料、危險作業(yè)場所率先替人。根據(jù)U.S.News，美國2021年最低工資10美元/小時左右，以每日8小時和250天工作日排序各崗位的年薪，對于危險崗位假設(shè)給3倍左右溢價。融合wind的美國勞工局的就業(yè)人數(shù)進行估計，考量了我們上述預(yù)測的機器換人替代率，預(yù)計美國未來這塊潛在的市場可以少于數(shù)百億美元。綜上所述，人形機器人雖然仍處在研發(fā)階段，未來產(chǎn)業(yè)化仍具有不確定性，但市場潛力大。若順利產(chǎn)業(yè)化并有效率推廣，市場空間從百億至千億美金左右。二、本土企業(yè)在一體化關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會（一）人形機器人涵蓋五大模塊，中國產(chǎn)業(yè)鏈具備機會人形機器人涵蓋硬件層和軟件層兩大類。其中軟件層配有特斯拉AI，為特斯拉汽車FSD算法的橫向遷址；硬件涵蓋掌控、心智、運動、動力模塊等。我們表示，特斯拉在頂層數(shù)據(jù)和研發(fā)上同時同時實現(xiàn)逐步突破，自研核心軟件層，而關(guān)上下游硬件及其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展機會。（1）掌控模塊：機器人的中央處理器在軀干中，就是其自動駕駛有關(guān)的硬件和軟件的橫向遷址。機器人控制系統(tǒng)能處理人腦所能處理的大部分功能，比如說處理視覺數(shù)據(jù)、搞出多元決策、感官心智和通信等，同時能夠大力支持WiFi通信和音頻。（2）心智模塊：外部傳感器和內(nèi)部傳感器兩大類。以視覺為代表的外部傳感器遷址自汽車FSD，二者基于相同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)，目前特斯拉已完成了縱貫美國絕大多數(shù)道路的數(shù)據(jù)采集，有助于幫助機器人同時同時實現(xiàn)更繁瑣“自動駕駛”快速落地；內(nèi)部傳感器涵蓋邊線、力矩、力量等，主要內(nèi)放在一體化關(guān)節(jié)中。（3）運動模塊：涵蓋驅(qū)動裝置、繼續(xù)執(zhí)行裝置、傳動裝置等。特斯拉將機器人的運動模塊和部分心智模塊資源整合為一體化關(guān)節(jié)，涵蓋轉(zhuǎn)動、直線關(guān)節(jié)兩大類。人形機器人總計40個執(zhí)行器，其中身體28個，手部12個。（4）動力模塊：電池內(nèi)放到軀干中間，容量為2.3kwh。機器人因狀、跳躍的功率分后別約100W、500W，電池電量可以待機約20h，相等于一天的工作。所有的電子元器件全部內(nèi)置至電池包的PCB中，可以順利完成傳感、充放電、管理等多功能。同時特斯烏將汽車電池關(guān)鍵技術(shù)遷址至機器人，可以重實效使用高效率、溫控直觀、安全管理，并可以重實效供應(yīng)鏈的橫向遷址。（5）散熱和總裝：包括機器人熱管理、骨架和結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配等。綜上所述，我們認為，人形機器人控制模塊、外部傳感器與軟件層、特斯拉汽車FSD關(guān)聯(lián)度較大，更多依靠產(chǎn)品自研和海外供應(yīng)商；動力模塊中電池的容量遠小于新能源汽車（機器人電池2.5kwh，對比ModelY標(biāo)準(zhǔn)版55kwh），產(chǎn)業(yè)鏈彈性不大；一體化關(guān)節(jié)為非核心部件，機器人公司傾向于外購，且中國制造業(yè)的崛起帶動了本土以綠的諧波、鳴志電器、匯川技術(shù)為代表的工業(yè)自動化企業(yè)發(fā)展，全球競爭實力提升，因此產(chǎn)業(yè)化早期重點關(guān)注一體化關(guān)節(jié)領(lǐng)域的投資機會。一體化關(guān)節(jié)模塊約占整體成本的50%。根據(jù)Ofweek機器人網(wǎng)，工業(yè)機器人運動模塊（伺服電機+減速器）約占整體成本的47%；人形機器人較之于傳統(tǒng)工業(yè)機器人關(guān)節(jié)數(shù)量更多，但是心智、掌控難度也更大，我們預(yù)計一體化關(guān)節(jié)約占機器人總成本的50%.（二）身體：總計28個自由度，涵蓋直線、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器總計28個人形機器人關(guān)節(jié)采用人造設(shè)計，單關(guān)節(jié)效用高。以膝關(guān)節(jié)為基準(zhǔn)，特斯拉參考人體膝砌結(jié)構(gòu)，將線性相連接變成了人造的四桿相連接方式，從而增加了關(guān)節(jié)的柔性，適用于于于更多場景并增加受力。同時，特斯拉挑選出多個場景對機器人進行工作模擬，排序每一個關(guān)節(jié)在每一種場景下的投入產(chǎn)出并抽象為一個點，求解數(shù)十萬個點的帕爾格最為優(yōu)便贏得了可以滿足用戶多使用場景的關(guān)節(jié)選型。6類執(zhí)行器F83E43Se同時同時實現(xiàn)身體28個自由度。機器人關(guān)節(jié)仍須順利完成Pitch（甩X軸旋轉(zhuǎn)）、Yaw（甩X軸旋轉(zhuǎn)）、Roll（甩Z軸旋轉(zhuǎn)）等相同動作，特斯拉通過關(guān)節(jié)優(yōu)化選型重實效為叢蘚科扭口蘚用，3類旋轉(zhuǎn)和3類直線執(zhí)行器共同時同時實現(xiàn)28個自由度，其中旋轉(zhuǎn)、直線執(zhí)行器數(shù)量各為14個。按照執(zhí)行器的運動方式相同，分為轉(zhuǎn)動和直線執(zhí)行器。轉(zhuǎn)動執(zhí)行器用做連結(jié)各運動機構(gòu)，同時表達各機構(gòu)間的掉頭運動，由無框力矩電機+諧波減速器+離合器+邊線/扭矩傳感器+軸承等共同共同組成，主要用做機器人的肩部、腕部、臀部和軀干。直線執(zhí)行器在縱向方向上具有剛度，可以類別于人的肌肉，主要表達伸縮式運動，主要由無框力矩電機+翻轉(zhuǎn)式行星滾柱絲杠+邊線/力傳感器+軸承等共同共同組成，主要用做機器人的膝蓋、腳踝、肘部、臀部、腕部。因此，身體部分所用的零部件涵蓋驅(qū)動/繼續(xù)執(zhí)行裝置并并無框力矩電機，傳動裝置諧波減速器、行星滾柱絲杠、各類軸承等，以及邊線、力矩、力量傳感器。（三）雙手：總計22個自由度，涵蓋12個關(guān)節(jié)機器人雙手采用人體工程學(xué)設(shè)計，對物體抓取進行優(yōu)化。小巧手之上配有傳感器，能夠識別抓取的物體，并實時心智手所處的空間邊線，把握住細小而精致的物體。同時，小巧手具有“自適應(yīng)性（Adaptivegrasp）”和“非逆向驅(qū)動能力（Non-backdrivablefingers）”，可以自適應(yīng)所抓取的物體并在無法關(guān)上馬達的情況下把握住和運輸物體。特斯拉小巧手單手總計11個自由度和6個執(zhí)行器。小巧手單手總計11個自由度，涵蓋6個主動自由度和5個被動自由度，其中主動自由度大拇指存兩個（旋轉(zhuǎn)+彎曲），其余4個手指各存1個。手指的主動自由度由執(zhí)行器同時同時實現(xiàn)，其驅(qū)動/繼續(xù)執(zhí)行裝置為空心杯電機，傳動裝置為高精度齒輪，并配有多種傳感器等。（四）總結(jié)：重點高度高度關(guān)注電機、減速器、絲杠等領(lǐng)域根據(jù)我們測算，人形機器人一體化關(guān)節(jié)中低價值環(huán)節(jié)是不是側(cè)邊力矩電機、空心杯電機、諧波減速器和行星滾柱絲杠，此類產(chǎn)品側(cè)重于標(biāo)準(zhǔn)化，且部分產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)機器人等行業(yè)運用相對明朗；而軸承和傳感器領(lǐng)域所牽涉到的產(chǎn)品種類較多、均價相對較低，各供應(yīng)商所側(cè)重于細分領(lǐng)域有所差異，對國內(nèi)企業(yè)的訂貨集中度可能將將并不小。三、本土企業(yè)在一體化關(guān)節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會（一）電機：空心杯電機應(yīng)用領(lǐng)域極廣，力矩電機逐漸系列化電機品種繁多，廣為存兩種分類方式，按照掌控方式分類和按照驅(qū)動方式分類。掌控方式分類：涵蓋伺服電機、STM電機和力矩電機，伺服電機采用閉環(huán)/半閉環(huán)往上制、控制精度高、高低速切換簡約、成本較低；STM電機將脈沖信號輕而易舉轉(zhuǎn)型為角動量，步距角恒定，精度優(yōu)于控制器但結(jié)構(gòu)直觀成本低。按照驅(qū)動方式分類：分為直流電機和交流電機，其中交流電機按照轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動是否同步可以分為同步電機和異步電機（感應(yīng)器電機），同步電機通過轉(zhuǎn)子磁場和的定子磁場之間的“分離式”回去運轉(zhuǎn)。而異步電機的工作原理就是“電磁感應(yīng)”，定子旋轉(zhuǎn)變大化后的磁場在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)器出電流，此電流在磁場中受力，助推轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。人形機器人牽涉到的電機產(chǎn)品涵蓋并并無框力矩電機和空心杯電機等。力矩電機就是一種多級對、無機殼的直驅(qū)電機，扭矩進一步進一步增強且結(jié)構(gòu)緊湊。相較于普通電機主要規(guī)格為功率，力矩電機的規(guī)格和選型主要依賴扭矩，力矩電機極對數(shù)多，在電機低速甚至萬薩縣時仍能持續(xù)運轉(zhuǎn)并提供更多更多均衡的力矩給功率；同時，力矩電機為直驅(qū)型電機，功率輕而易舉相連接轉(zhuǎn)子，不仍須任何傳動件，減少摩擦損耗，結(jié)構(gòu)緊湊；除此之外，力矩電機為并并無框架式永磁電機，沒有機殼，只有定子和轉(zhuǎn)子兩個部件，中空孔大，便捷走線。目前，并并無框力矩電機主要用在協(xié)作機器人等領(lǐng)域?？招谋姍C就是微特電機的一種，并并無鐵芯轉(zhuǎn)子，體積小且效率高。空心杯電機在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的就是并并無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫作空心杯型轉(zhuǎn)子。這種多樣的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而引致的電能損耗。因為沒鐵損，所以它的效率必須比普通的微型直流電機必須高；同時，由于轉(zhuǎn)子重量大幅增加，所以轉(zhuǎn)動慣性減小，較之傳統(tǒng)鐵芯電機，大扭矩心急快速心急減速性能著重；另外，空心杯電機還具有體積小、可控性高、噪音小等優(yōu)點。因此，空心杯電機主要用在仍須快速積極響應(yīng)（比如軍工、檢測）和對重量和能耗建議較低（比如無人機、機器人）等領(lǐng)域。國內(nèi)無框力矩電機主要玩家有步科股份、昊志機電。其中步科股份無框力矩電機產(chǎn)品形成完整的系列化的產(chǎn)品線，收入達到百萬級；昊志機電產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于協(xié)作機器人和輕型機器人領(lǐng)域?？招谋姍C主要玩家為鳴志電器、江蘇雷利、偉創(chuàng)電氣。其中鳴志電器為運動控制領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)的出口企業(yè)，空心杯電機暢銷國內(nèi)外；江蘇雷利和鼎智科技的空心杯電機為共同研發(fā)生產(chǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍工、半導(dǎo)體、醫(yī)療等領(lǐng)域，同時當(dāng)前多款樣品處在測試階段。匯川技術(shù)和禾川科技為國內(nèi)伺服產(chǎn)品主要供應(yīng)商。其中匯川技術(shù)具備工控和工業(yè)機器人雙重業(yè)務(wù)優(yōu)勢，并持續(xù)研發(fā)提高直驅(qū)電機競爭力；禾川科技的無框力矩直驅(qū)電機廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、激光等領(lǐng)域。（二）減速器：諧波減速器水平一流，RV本土市占率提升減速機是機器人的核心精密零部件之一，技術(shù)壁壘高。減速機的主要工作原理為通過機械傳動裝置實現(xiàn)對原動機的減速增矩，是影響機器人性能的核心因素，在高精度場景中尚未存在替代方案，技術(shù)壁壘較高。同時，研發(fā)投入和固定資產(chǎn)投入都較高，綠的諧波從研發(fā)到成品花了10年的時間，初始投入大（根據(jù)招股書披露，其磨床原價約200萬元，滾齒300萬元），是典型的高壁壘的行業(yè)。機器人用減速器主要有諧波、RV、行星齒輪減速器等。一般來說，機器人的每個關(guān)節(jié)都需要配置一臺減速器，減速器的選型需要綜合考慮體積、減速比、扭矩和價格等方面因素，不同的機器人有不同數(shù)量的關(guān)節(jié)，而且負載不同，所用的減速器也不同。一般而言，重載的關(guān)節(jié)多使用RV減速器，輕載關(guān)節(jié)一般用諧波減速器。國內(nèi)諧波和RV減速器主要用于工業(yè)機器人領(lǐng)域，市場持續(xù)擴容。根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，受益下游工業(yè)機器人等行業(yè)高景氣，國內(nèi)諧波和RV減速器銷量有19年的54.3萬臺增長至22年的126.3萬臺，期間CAGR為32.5%，預(yù)計23-25年將繼續(xù)以16.8%的CAGR增長超過200萬臺；結(jié)構(gòu)性看，工業(yè)機器人為減速器第一大應(yīng)用領(lǐng)域，22年占比為79.7%。競爭格局角度，國產(chǎn)品牌以具備一定話語權(quán)。國內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)機器人減速器的企業(yè)數(shù)量逐漸增多，且技術(shù)在逐步提升，部分廠商已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并逐步推向市場，在精密減速器國產(chǎn)化的道路上進步明顯。22年，綠的諧波在諧波減速器領(lǐng)域的中國市占率為40%，位列第一位，相較于17年提升5pct，在國內(nèi)市場已具有一席之地。綠的諧波為國內(nèi)諧波減速器龍頭，市占率達40%，同時生產(chǎn)銷售無框力矩電機等機電一體化產(chǎn)品。23年4月綠的諧波與三花智控簽署了框架協(xié)議，雙方同意在三花墨西哥工業(yè)園共同設(shè)立合資企業(yè)，綠的諧波有望借助三花的渠道和客戶優(yōu)勢加速出海，具備打入人形機器人供應(yīng)鏈的潛力。中大力德、國茂股份等企業(yè)在各自減速機細分領(lǐng)域也較為領(lǐng)先。其中中大力德產(chǎn)品線齊全，包括RV、諧波、精密行星減速器等；國茂股份擺線針輪減速器實力強，且子公司國茂精密也切入諧波減速器領(lǐng)域。（三）絲杠：行星滾柱絲杠未有里程碑式達成一致一致絲桿的主要功能就是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，主要涵蓋滑動絲杠、滾柱絲杠、行星滾柱絲杠等產(chǎn)品?；瑒咏z桿就是滑動摩擦，結(jié)構(gòu)直觀但精度高，傳動效率25%-50%，主要用做電梯、汽車等各領(lǐng)域；滾珠絲杠就是滾動摩擦，高效率、高精度、高速，但價格高。滾動摩擦的摩擦系數(shù)遠遠低于滑動摩擦系數(shù)，滾珠絲桿的傳動效率大約在90%-99%；行星滾柱絲桿在周圍行星布置了6-12個螺紋滾柱，接觸面的增加并使橫跨能力和剛性大大提高，且絲杠軸就是小導(dǎo)程角的非圓弧螺紋，有利于達致較低的導(dǎo)程精度，具有高橫跨、耐沖擊、高精度、體積小等特點。行星滾柱絲杠因其較小的體積空間使用，高效率精準(zhǔn)的大升力輸出，以及堅固耐用均衡的性能等特點正被越來越廣為的應(yīng)用領(lǐng)域在工業(yè)領(lǐng)域，對滾珠絲杠、液壓驅(qū)動等技術(shù)路線形成有效率替代，在機器人、自動化、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、汽車、石油天然氣等領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸普及。人形機器人直線執(zhí)行器應(yīng)用領(lǐng)域逆向式行星滾柱絲杠，主要用做中小功率、小行程和高速的應(yīng)用領(lǐng)域場景。逆向式行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)形式與標(biāo)準(zhǔn)式相近，相同就是其沒內(nèi)齒圈，絲杠兩端加工存直齒與滾柱兩端的齒輪壓板，且螺母作為主動件，其長度比標(biāo)準(zhǔn)式的大得多。通常情況下，不同于標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠，逆向式行星滾柱絲杠的螺母為主動件，絲杠為輸出構(gòu)件，滾柱、絲杠之間并并無相對軸向加速度，其主要用做中小功率、小行程和高速的應(yīng)用領(lǐng)域場景，其最輕的優(yōu)勢就是可以將其螺母作為電機轉(zhuǎn)子同時同時實現(xiàn)電機和絲杠一體化設(shè)計，形成結(jié)構(gòu)緊湊的體式機電作動器。海外高度壟斷，國內(nèi)處于起步階段。行星滾柱絲杠制造壁壘極高，海外企業(yè)大多于1950年左右在國防軍工等領(lǐng)域開啟產(chǎn)品研發(fā)，主要企業(yè)包括瑞典斯凱孚、瑞士舍弗勒、美國穆格、美國Exlar等，國內(nèi)外在行星滾柱絲杠的產(chǎn)品差距主要為制造材料（硬度、耐腐蝕、可加工性等）和制造能力（含機床、工藝等）。本土玩家大多為非上市公司，逐漸嶄露頭角，包括中國船舶704所、博特精工、思科瑞傳動、仲孚機械等，其行星滾柱絲杠已在閥門、石化、軍事、工業(yè)等各領(lǐng)域逐步應(yīng)用。鼎智科技微型行星滾柱絲桿的研發(fā)與生產(chǎn)上已有里程碑式達成，具備發(fā)展?jié)摿?。鼎智科技深耕于線性傳動領(lǐng)域，其線性傳動產(chǎn)品包括滑動絲桿、滾動絲桿，行星滾柱絲桿。三類絲桿的應(yīng)用場景、壽命、傳動效率有差異，在技術(shù)和工藝等方面有一定協(xié)同，鼎智線性傳動產(chǎn)品的精密性、穩(wěn)定性、使用壽命、定制化程度等均處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在微型行星滾柱絲桿領(lǐng)域，公司已取得里