人形机器人对金属材料需求拉动专题报告：人形机器人，金属材料新机遇

AI赋能，人形机器人发展提速，拉动金属材料需求。人形机器人具有类人的外貌，一定程度上可替代多种传统机器人，但也需要更加复杂的驱动、传感、控制、交互系统。早期人形机器人造价昂贵，不具备智能，应用场景有限，难以大规模商业化量产。快速发展的AI或可成为人形机器人的大脑，同时近年新发布人形机器人的成本普遍有所下降。一旦人形机器人克服成本高和不智能两大缺点，下游应用空间或将被打开，人形机器人市场空间将迎来快速增长。根据Stratistics Market Research Consulting的数据，2020年全球人形机器人市场估计为5.6亿美元，而到2027年市场规模或将达到141亿美元，CAGR达到58.5%。人形机器人终端的快速放量将带来全产业链投资机会，包括上游材料端。 稀土磁材：伺服电机关键原材料，人形机器人成为新增长极。伺服电机占到工业机器人成本的22%，是机器人重要组成部分，而人形机器人需要精准控制和大扭矩，因此对磁材性能提出了高要求，需要稀土永磁材料才能满足。中性预期下，假设特斯拉人形机器人2024/2025/2026/2030年分别生产5/25/50/500万台，则特斯拉人形机器人2030年将带来2万吨高性能钕铁硼磁材毛坯需求增量，6747吨镨钕氧化物需求增量，分别占2022年钕铁硼/镨钕氧化物总需求的7.1%/7.2%。除了需求量的拉动之外，若考虑磁材公司以磁组件形式进行供应，则单机价值量或将远超新能源车。 精密切割丝：谐波减速器加工耗材，有望受益于人形机器人放量。减速器占到工业机器人成本的32%，是机器人重要组成部分，主要分为谐波减速器和RV减速器。其中谐波减速器的钢轮内齿需要通过慢走丝工艺进行加工，博威合金旗下贝肯霍夫公司在慢走丝用电极丝材料行业表现卓越。我们预计2030年人形机器人带来精密切割丝新增需求3.5万吨。 轻量化材料（铝、镁、碳纤维）：机器人骨架，百舸争流逐浪高。对于人形机器人而言，轻量化的受益远大于汽车。常见的三种汽车轻量化材料铝、镁、碳纤维复合材料中，碳纤维复合材料价格高昂，不利于人形机器人整体降本。与铝相比，镁具备更小的密度，更优秀的减震和散热性能，我们认为其是人形机器人轻量化的重要备选方案。我们预计2030年人形机器人带来新增轻量化材料需求12.5万吨，对于铝/镁/碳纤维的需求弹性分别为0.2%/12.5%/92.6%。 投资建议：基于人形机器人放量对上游材料端潜在的需求拉动。我们重点推荐：金力永磁，正海磁材，宝武镁业，博威合金。建议关注：磁材相关标的中科三环，宁波韵升，大地熊，英洛华，中科磁业；铝加工标的南山铝业，碳-碳复合材料加工标的金博股份、楚江新材，镁加工标的星源卓镁、万丰奥威等。 风险提示：特斯拉人形机器人放量不及预期，行业关键技术突破不及预期，原材料价格波动风险等。 重点公司盈利预测、估值与评级 1AI赋能，人形机器人发展提速 1.1机器人的发展历史：机器——>人 根据国际标准化定义，机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，人们针对机器人提出了两个具有代表性的定义，一是森政弘与合田周平提出的：机器人是一种具有自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性10个特征的柔性机器。二是加藤一郎提出的，具有如下三个条件的机器可称为机器人：①具有脑、手、脚等三要素的个体；②具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；③具有平衡觉和固有觉的传感器。从广义上来看，机器人也并非都具备类似人的外貌和形态特征，事实上早期的机器人大多是以机械臂等形式存在，经过了百年的发展历史，才出现了现阶段的人形机器人。 图1：机器人发展历史 目前机器人根据不同应用领域可分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。根据国家标准委于2020年提出的《机器人分类》（GB/T 39405-2020），机器人根据不同的应用领域可分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。 表1：机器人根据不同应用领域的分类 图2：全球15-64岁人口占比不断下降，65岁以上人口比例不断上升（单位：%） 图3：工业机器人价格与制造业就业人员平均工资差距在减小（单位：万美元） 国家政策也为机器人产业发展提供了强有力的支撑。为了进一步鼓励机器人行业发展，实现产业结构调整和产业升级，国家先后出台了一系列利好机器人行业的发展政策。2023年1月，工信部、教育部等十七部门联合发布《“机器人+”应用行动实施方案》，提出到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。聚焦十大应用重点领域，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，打造一批“机器人+”应用标杆企业，建设一批应用体验中心和试验验证中心。 表2：截至2023年6月，机器人行业相关重点政策梳理 根据中国电子学会《中国机器人产业发展报告（2022）》，2022年全球机器人市场规模或达到513亿美元，2017至2022年的年均增长率达到14%。其中，工业机器人市场规模将达到195亿美元，服务机器人达到217亿美元，特种机器人超过100亿美元。预计到2024年，全球机器人市场规模将有望突破650亿美元。 图4：预计到2024年，全球机器人市场规模将有望突破650亿美元 人形机器人具有类人的外貌，一定程度上可替代多种工业机器人和服务机器人，但也需要更加复杂的驱动、传感、控制、交互系统。①驱动系统：人形机器人的外形更加类似人类，需要更多自由度，膝关节、肘关节、腕关节等处均需要新增驱动系统；②传感系统：人形机器人面对的环境更加复杂，并非工业机器人和服务机器人所面临的单一作业环境，因此需要更复杂的传感系统以帮助其可更好地适应环境。③控制系统：人形机器人的体态类似人类，采用两足行走，对运动控制的要求也需要相应提高。④交互系统：人形机器人作为工业机器人时需要与人类共事，作为服务机器人时需要接触多种人群，两者都对人形机器人的交互能力提出了较高的要求。 图5：美国波士顿动力Atlas 图6：日本本田ASIMO 1.2人形机器人两大痛点（高成本+不智能）均在改善 早期人形机器人造价昂贵，不具备智能，应用场景有限，难以大规模商业化量产。在特斯拉人形机器人制造出来之前，也有厂商布局人形机器人，分别以波士顿动力提出的液压驱动人形机器人和日本本田提出的电驱动人形机器人为代表。动辄上千万人民币的成本使得此前的人形机器人注定只能是实验室产品，而“不智能”的特点则使得其使用难度提升，应用场景受限，更多体现的是各大厂商对未来的探索。 表3：早期人形机器人存在成本高和不智能的缺点，应用场景受限，难以大规模商业化量产 快速发展的AI或可成为人形机器人的大脑。人形机器人将是AI的重要终端应用产品，而人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodiedAI）。1950年，图灵在他的论文中首次提出了具身智能的概念。所谓“具身智能”，指有身体并支持物理交互的智能体，其可以感知并理解周边环境，并通过自主学习完成任务。想要达到具身智能的状态，首先需要听懂人类语言，分解任务、规划子任务，移动中识别物体，与环境交互，最终完成任务。现有的机器人在输入的编程下重复机械的工作，类似于第三人称的旁观型学习方式。而具身智能则如同画龙点睛，赋予了机器人第一人称的主动型学习方式，能够通过自身与周围环境的交互进行感知、分析、理解、学习。人形机器人很好的契合了具身智能的要求，有望成为标杆应用。英伟达创始人黄仁勋在ITF World 2023半导体大会上表示，AI下一个浪潮将是“具身智能”。 图7：具身智能是第一人称智能 图8：具身智能的PIE方案 近年新发布人形机器人的成本普遍有所下降。其中IITiCub3的成本较高，在10万欧元以上，优必选的WalkerX和小米的CyberOne都已经降到10万美元左右，百万以下的价格已经可以和汽车单价处于同一数量级，而特斯拉Optimus的成本在量产后有望降至2万美元。 表4：近年新发布人形机器人成本普遍有所下降 一旦人形机器人克服成本高和不智能两大缺点，下游应用空间或将被打开，人形机器人市场空间将迎来快速增长。人形机器人下游应用领域按照最终用户可以划分为涵盖了教育、医疗、酒店、公共设施、住宅、零售和其他。根据Stratistics MarketResearchConsulting的数据，2020年全球人形机器人市场估计为5.6亿美元，而到2027年预计市场规模将达到141亿美元，CAGR达到58.5%。其中，2027年中国人形机器人市场有望达到23亿美元，CAGR达到56.4%。假设人形机器人在量产时成本降至2万美元（马斯克在AIDay上提出的假设），按照30%左右毛利率，售价定为3万美元，则上述市场规模对应的人形机器人数量为全球47万台，中国8万台。 图9：全球人形机器人市场规模 图10：中国人形机器人市场规模 人形机器人终端的快速放量将带来全产业链投资机会，后续讨论将聚焦于人形机器人量产后带来的金属材料领域需求拉动。市场上的研究报告多针对人形机器人的关键零部件，旋转关节（伺服电机+减速器）、线性关节（滚柱丝杆）、空心杯电机、传感器（视觉、力矩）、芯片等。对人形机器人放量后带来的上游投资机会的研究较少，我们认为，人形机器人放量远期的空间不亚于汽车带来的需求增长，届时将会是全产业链的投资机会，作为不可或缺的上游原材料，其需求的变化也应当引起足够重视。 机器人的三大核心部件为减速器、伺服电机和控制器，成本占比分别为32%/22%/12%。减速器（减速机）是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。伺服电机是能被应用于运动控制系统中的电动机，使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）而变化，它的输出参数，如位置、速度、加速度或转矩都是可控的。控制器的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等，它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。 图11：工业机器人成本结构（2020年） 图12：减速器（减速机）的产品构造 图13：伺服电机的产品构造 图14：控制器的产品构造 2稀土磁材：伺服电机关键原材料，人形机器人成为新增长极 2.1伺服电机：国产替代浪潮下市场空间持续扩张 国内伺服电机市场规模近200亿元，汇川技术引领国产替代浪潮。近看来，我国伺服电机市场规模稳步增长，根据工控网数据，2021年我国伺服电机市场约169亿元，2017-2021年CAGR约为10%，受到下游工业机器人、医疗器械、电子制造设备等产业扩张的影响，伺服电机在新兴产业应用规模也不断增加。从竞争格局上看，汇川技术已占领国内龙头地位，根据睿工业的数据显示，2022年，国产品牌中，汇川技术在国内市场份额排名第一，市占率达21.5%，除汇川外，排名二三四位的厂商为德国西门子（10.4%）、日本松下（7.8%）、日本安川（7.6%），行业CR4为47.3%，集中度较高。但从国内其他厂商竞争力角度看，在汇川引领下，众多国内电机企业开始奋起直追，包括禾川科技、江苏雷利、鸣志电器在内的众多国内品牌都推出自己成熟的伺服电机产品，并开始在市场上崭露头角。 图15：中国伺服电机各公司市占率 从分类上看，普通伺服电机、空心杯电机是主要类型。普通的伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机，其中直流电机是将直流电能转换为机械能，其按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，此外，对于直流电机而言，其还可以按照有无电刷（碳刷）分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机。碳刷是用于电机的换向器或滑环上，作为导出导入电流