电力设备及新能源行业机器人主题深度（一）：人形机器人风再起时，电机零部件充分受益

机器人主题深度（一）:人形机器人风再起时，电机零部件充分受益证券分析师：邓伟执业证书编号：S0210522050005证券分析师：游宝来 执业证书编号：S0210523030002请务必阅读报告末页的重要声明证券研究报告|行业深度报告电力设备及新能源行业评级强于大市（维持评级）2023年08月17日 投资要点➢人形机器人：劳动力替代空间广阔。机器人的发展跟随制造业自动化程度不断提升，从最早的单任务起重机式臂到机器人，再到能够与人直接交互的协作机器人，再发展到与人工智能结合的人形机器人。特斯拉人形机器人突破40个关节，有望达到人类的灵活水平，人形机器人不断迭代，产业化加速。受全球劳动力缺口持续扩大影响，人形机器人替代带动巨大市场需求，假设按照2030年105万台空间的计算（替代美国210万劳动力缺口的50%），市场规模达210亿美元。人形机器人商业化的解决方案以电机为主，主要是电机控制精度更高、应用更为广泛。➢特斯拉Optimus核心传动产品解析。特斯拉人形机器人全身有40个关节以及大量传感器，单纯手指有6个执行器和11个自由度，单侧7个旋转关节执行器和7个线性关节执行器。旋转关节采用无框电机+谐波减速器+力矩传感器方案，线性关节采用无框电机+行星滚珠丝杠+力矩传感器方案，手部以空心杯电机为主。在特斯拉等大主机厂带动下，人形机器人有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线，硬件中无框电机的单机价值量最高，假设2030年人形机器人需求量达105万台，单台电机价值量按2,800美元计算，创造无框电机约30亿美元需求空间。➢核心零部件：电机解决方案有望受益。电机行业结合多门学科，对企业的多平台能力提出高要求，我国电机行业市场规模稳步提升，未来技术向高质量高性能方向升级，智能化、模组化趋势清晰。伺服电机控制精度更高，广泛用于半导体、新能源、机器人等高端领域，在机器人中应用的无框力矩电机是低压伺服电机，满足48V移动电源要求，主要是因为机器人尺寸限制或环境方面的特殊需求，同时能够实现高功率和高转矩密度。➢中远期充分受益人形机器人放量。人形机器人的普及将极大拉动伺服驱动、运动控制器、空心杯电机、直线/旋转执行器、传感器等工控产品应用数量。中长期看好人形机器人对工控环节需求的拉动。建议关注执行器总成供应商【三花智控】、【拓普集团】，减速器供应商【双环传动】，电机供应商【步科股份】、【鸣志电器】、【江苏雷利】、【鼎智科技】、【科力尔】、【雷赛智能】、【昊志机电】等。➢风险提示：人形机器人技术路线和成本下降不确定的风险、地缘政治摩擦的风险、下游需求不及预期的风险。2 mOmPrMpMqMrPpRsNqMtO7N8Q9PmOmMtRsRlOmMuMjMoPuM9PoPpPuOnQpRxNoMqR◼人形机器人：劳动力替代空间广阔◼特斯拉Optimus：核心传动产品解析◼核心零部件：电机解决方案有望受益◼产业链重点公司梳理◼风险提示目录3 机器人产业迎来升级换代、跨越发展新窗口➢机器人自动化水平随制造业发展持续提升•机器人的发展跟随制造业自动化程度不断提升，从最早的单任务起重机式臂到机器人，再到能够与人直接交互的协作机器人，再发展到与人工智能结合的人形机器人。在各行各业数字化转型的巨大需求牵引下，机器人在汽车制造、电子制造、仓储运输、医疗康复、应急救援等领域的应用不断深入拓展，推动机器人产业持续蓬勃发展。➢工业类、服务类、特种类机器人同步蓬勃发展•机器人广泛应用于我国各行各业中，一般将其分为三类：工业机器人、服务机器人、特种机器人。工业机器人在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用；服务机器人在建筑、教育领域需求牵引下，不断拓展应用场景和服务模式；特种机器人在极端环境、危险作业等场景下的操作能力大幅增强，在太空探测、深海探索、应急救援等应用领域有望快速发展。4资料来源：《中国机器人产业发展报告 2022年》，《Intelligent humanoids in manufacturing to address worker shortage and skill gaps: Case of Tesla’s Optimus》，华福证券研究所工业机器人服务机器人特种机器人应用发展工业机器人在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用。无人配送成为新焦点；随着人口老龄化趋势加快，以及建筑、教育领域持续旺盛的需求牵引，服务机器人应用场景和服务模式正不断拓展。全球特种机器人整机性能持续提升，在极端环境、危险作业等场景下的操作能力大幅增强，促进太空探测、深海探索、应急救援等应用领域的快速发展。市场空间IFR 数据显示，2021 年全球工业机器人市场规模为 175 亿美元，安装量创下历史新高，达到 48.7 万台，同比增长 27%。预计到2024 年将有望达到 230 亿美元。预计到2024 年，全球服务机器人市场规模将有望增长到 290 亿美元。2017 年以来， 全球特种机器人产业规模年均增长率21.7%，预计到2024 年全球特种机器人市场规模将有望达到 140 亿美元。发展趋势技术持续快速升级：5G 技术将机器人终端接入工业互联网，结合 AI、云计算、物联网等多种技术，实现机器人数字化、网络化、智能化升级智能水平显著提升：通过综合运用视觉、压力等多种传感器，深度融合软硬件，不断优化控制算法，结合人机交互、3D 视觉、激光雷达等技术研发新型产品并投入使用，产生的行业新兴增长点已初具规模活动范围大幅拓展：特种机器人的复杂环境适应能力不断提高，胜任定位、导航、避障、跟踪、场景感知识别、行为预测等复杂工作，将在深海探测、空间探索、紧急救援、防恐防暴等诸多领域释放更大价值。图表：机器人分类图表：机器人历代发展 人形机器人展现强大灵活性➢工业机器人精度和稳定性要求高，人形机器人有望达到人类的灵活水平•当机器人的轴数增加，机器人就有更高的灵活性。四轴SCARA机器人是特别为高速取放作业而设计的，有4个自由度，而六轴机器人有6个自由度，提供了更高的生产灵活性，六轴机器人最初大规模应用在汽车行业，多以负载>20kg型号为主，随着六轴机器人逐渐向3C电子、金属加工、食品饮料、新能源等行业扩展，负载<20kg的小六轴出货量逐渐提升。•人形机器人和工业机器人方案类似，传动部分有减速器、伺服电机、齿轮箱，控制部分为机器人的整机控制器，驱动方式主要是电机驱动。特斯拉机器人共有40个关节，包括28个关节驱动单元和12个高灵敏度要求的手部关节。5资料来源：各公司官网，智驾网，华福证券研究所四轴机器人小六轴机器人大六轴机器人人形机器人示例KUKA-KR SCARA机器人海默机器人-六轴协作机器人KUKA-KR20R1810 六轴机器人Tesla 擎天柱 Optimus图片概述基于圆柱型坐标系的工业机器人，有3个旋转副和1个移动副常见的六轴工业机器人包含旋转，下臂、上臂、手腕旋转、手腕摆动和手腕回转高性能多功能机器人专门用于搬运应用：搬运大型工件、加工、装配、码垛和保护气体焊接。身高约5英尺8英寸，重约58公斤,有效载荷能力高达150磅的硬拉关节数46640自由度466200+有效负载6-12kg6-16Kg20kg20kg工作半径500-850mm900-1508mm1810mm移动速度：8km/h图表：四轴、六轴、人形机器人参数 人形机器人入局玩家增多，产业化降本诉求强烈•2000年本田公司研发了第一代人形机器人ASIMO，随后丰田、波士顿动力、特斯拉等企业参与进来，国内厂商优必选、小米、傅利叶也纷纷入局，加大研发，不断丰富应用场景。但人形机器人的研发周期较长，需要持续不断的、大量的资源和资金投入，国内走在前列的优必选在其招股书中披露22Q1-Q3亏损7.78亿元，对标电动车发展初期，降本成行业的首要问题。•另一方面，人形机器人的难点在于交互能力、通用人工智能的能力，对人体的仿生学和动力学要求高。更擅长加工精度和重负载的传统工业机器人厂商（ABB、Kuka、Fanuc、安川），优势迁移存在一定难度，从人工智能控制算法这一角度，以特斯拉为代表的软件能力强的企业具备相当大的优势，有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线，带动人形机器人产业发展。6资料来源：各公司官网，河马机器人，智慧城市网，京东，动点科技，上海科技，智驾网，上游新闻，钢铁侠科技，《Proceedings of the 27th International Conference on Systems Engineering》（Henry Selvaraj等），华福证券研究所图表：国内外公司发布的人形机器人产品 具身智能催化新一代人形机器人浪潮➢人形机器人是通用人工智能“具身化”的载体•“通用人工智能（AGI）”指的是在任何人类的专业领域内具备相当于人类智慧程度的AI。2023年5月，在ITF World 2023半导体大会上，黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodied AI），即能理解、推理、并与物理世界互动的智能系统。随着技术和产业发展，装有AI大模型“大脑”、运动能力很强的人形机器人有望从事多种工作，包括家政服务、养老陪护、教育、医疗、设施巡检、抢险救灾等。➢AI加持下，机器人训练速度和准确性大幅提高•大模型和云端训练大幅地提升了软件设计和模拟的生产力。将智能算法与机器人的感知、行动和环境交互等能力结合，使机器人以更自然、更智能的方式与周边环境进行交互并完成各种任务。傅利叶智能在WAIC 2023上发布的通用人形机器人GR-1全身40个自由度，具备敏捷避障、上下坡行走、与人协同等能力，它们可以理解各种自然语言指令，与人类很好地沟通；由于体型接近人类，它们视野开阔、能用工具，在很多场景下将成为人的替身。7资料来源：财联社，傅利叶智能官网，华福证券研究所图表：傅利叶通用人形机器人GR-1具有敏捷避障能力图表：傅利叶通用人形机器人GR-1与人协同完成动作 全球劳动力衰竭持续，人形机器人替代空间广阔➢政策催化机器人产业发展，各地明确人形机器人的场景定位•我国机器人产业2020年营业收入突破1000亿元，《“十四五”机器人产业发展规划》提出产业向中高端迈进，目标到2025年机器人产业营业收入年均增速超过20%。山东、深圳、北京等地陆续发布人形机器人相关行动方案，面向3C电子制造、新能源汽车生产等典型场景，突破复杂运动控制、定位导航、视觉处理和精细操作等技术瓶颈，推动人形机器人工程化和产业化。➢潜在替代行业空间大，劳动力缺口带动百亿美元空间•特斯拉人形机器人的目标是帮助人们完成枯燥重复或危险的任务，集中在仓储运输、采矿伐木、家庭服务、服务业等领域。从潜在替代行业的角度看，根据美国劳工局统计的就业和平均薪水数据，针对不同行业在2030年的潜在替代空间，乐观和悲观市场空间预测分别为567/244亿美元，在硬件成本下降后有望加速替代。从补充劳动力缺口的角度看，假设按照2030年105万台空间的计算（替代美国210万劳动力缺口的50%），对标特斯拉人形机器人远期价格降至约2万美元，市场规模达210亿美元。8资料来源：美国劳工局，Deloitte，《Robots and Jobs：Evidence from US Labor Markets》，维科网，华福证券研究所图表：美国人形机器人潜在替代行业的空间测算应用领域美国当前就业人数（万人）年薪（万美元）替代比例（乐观）替代比例（悲观）乐观市场空间（亿美元）悲观市场空间（亿美元）运输和仓储6732.910%5%19397住宿和餐饮服务14121.410%5%19899采矿和伐木644.58%3%239建筑建造1803.78%3%5320私立教育服务3952.95%1%5611个人和家庭服务3012.95%1%439总计567244图表：美国制造业劳动力缺口（百万人） ◼人形机器人：劳动力替代空间广阔◼特斯拉Optimus：核心传动产品解析◼核心零部件：电机解决方案有望受益◼产业链重点公司梳理◼风险提示目录9 特斯拉Optimus迭