2023人形机器人行业简析报告

人形机器人行业简析报告 版权归属上海嘉世营销咨询有限公司 01.全球机器人行业进入智能应用期 •全球机器人行业的发展经历了萌芽阶段（20世纪40-50年代）、初级阶段（20世纪60-70年代）、迅速发展阶段（20世纪80-90年代）、智慧化阶段（21世纪初-至今）等四个阶段。•当前阶段，随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化、智能化、通用化趋势日益明显。•在日本，机器人的关键性部件—减速器是遥遥领先的，并且已经形成了技术壁垒；德国则在原材料、本体零部件具有很大的优势；美国当前在人形机器人方面、机器人AI技术方面引领潮流。 全球机器人历史发展阶段 20世纪80-90年代迅速发展阶段 20世纪60-70年代初级阶段 21世纪初至今智慧化阶段 20世纪40-50年代萌芽阶段 德国、日本第二次世界大战后劳动力短缺，工业基础好 计算机技术、传感器技术迅速发展 制造业升级，工业自动化，机器人代替人 具备初步感知、反馈能力，在工业生产中广泛应用 具有逻辑思维、决策能力 按程序重复作业 02.“具身智能”被认为是人工智能的终极形态 •具身智能（Embodied AI）指的是具有身体的人工智能，是AI进入物理世界交互的载体。它包含AI领域几乎所有的技术，包括机器视觉、自然语言理解、认知和推理、机器学习、机器人学等，横跨多个学科方向，是人工智能的集大成者。•目前，具身智能已经成为国际学术前沿研究方向，包括美国国家科学基金会在内的机构都在推动具身智能的发展，各大国际学术会议也在越来越多地关注具身智能，美国顶尖高校已经开始形成具身智能研究社区。 具身机器人四大挑战 机器人不能够像大语言模型一样有一个基础大模型直接一步到位，做到最底层的控制。 如何把机器人多模态的感官感知全部融合起来，仍面临诸多难题需要解决。 机器人的发展需要收集很多数据，其中也面临很多安全隐私等方面的问题。 计算能力的挑战。即使谷歌Transformer模型，要做到机器人控制，距离实际需要的控制水平仍有许多事情要做。 03.人形机器人有望成为“具身智能”终极载体 •人形机器人一方面由于其与人类相似，能够更好地服务人类，所以有望成为数量最大的机器人类型；另一方面由于其下游应用广泛，所以有望接触更多复杂场景。得益于未来人形机器人基数大&场景复杂的特性，其有望成为具身智能最好的载体。•今年，微软、OpenAl、EngineeredArts、特斯拉等公司相继推进AI+机器人布局，且已有人形机器人投入实际使用，如1XTechnologies披露其人形机器人EVE自今年4月以来已在美国和欧洲投入实际工作（担任保安）。 2月微软 腾讯、小米 英伟达、谷歌 6月 4月 •英伟达开发IndustReal用于帮助机器人解决仿真中的装配任务;•谷歌DeepMind推出用于机器人的AI智能体。 •腾讯Robotics X实验室推出自研机器人灵巧手(TRX-Hand)和机械臂(TRX-Arm);•北京小米机器人技术有限公司成立。 •宣布正在探索如何将ChatGPT扩展到机器人领域，旨在让人类用自然语言控制机器人等硬件平台。 达闼、谷歌 特斯拉、英伟达、1X、优必选 3月Open Al, Engineered Arts 5月 •OpenAl领 投 挪 威 人 形 机 器 人 公 司1XTechnologies;•Engineered Arts展 示 接 入GPT-3的Ameca. •2023特斯拉股东大会.上展示了接通FSD算法的人形机器人Optimus最新进展;•黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能;•1XTechnologies人形机器人已在美国和欧洲担任保安;•优必选发布WalkerX在智慧工厂“中工作的演示视频 •达闼展示接入大模型的类人形机器人;•李飞飞团队将大模型接入机器人实现零训练行动规划;•谷歌发布机器人研究新进展RT-2。 04.软件决定人形机器人高度 •人形机器人本质是AI系统落地物理世界的最佳载体，算法是核心，需与硬件匹配。算法对运动能力的控制，包括本体平衡、行走的步态、手部抓取等规划与控制。这需要成熟的感知系统基础、强大的算法分解任务和规划动作、大模型不断仿真训练以及超强的算力支撑，同时要求算法与硬件相匹配。这要求机器人企业需自研算法，并持续更新迭代。•人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件，例如无框力矩电机、空心杯电机、传感器、专用芯片等；中游为机器人本体制造，包括设计、制造、测试三大环节;下游为人形机器人应用领域，包括工业制造、仓储物流、医疗服务、商业服务、家庭使用等。 04.软件决定人形机器人高度 05.人形机器人三大驱动模式 •人形机器人包括液压，气动和电机三种驱动方式。相比于液压驱动、气动驱动，电机驱动可采用多种灵活的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高，能保证机器人能完成高复杂、高精度的动作。因此，基于电机驱动的人形机器人商业化机会更高。 06.我国政策引导人形机器人产业发展 •2023年我国相关政策密集出台，积极推动人形机器人产业发展。2023年5月31日，深圳市提出建设1000亿元人工智能基金群，推动智能机器人发展；6月15日，上海市在三年计划中提出加快人形机器人创新发展；6月28日，北京市提出集中突破人形机器人原型机关键技术；9月13日，工信部以榜单的形式鼓励各社会部门积极突破人形机器人核心技术。•目前人形机器人产业尚处发展初期，我国各部门相关政策的密集出台有助于抢占行业先机，为人形机器人产业创建良好的发展环境，未来人形机器人行业有望在政策的持续催化下迎来加速发展的契机。 07.人形机器人市场规模或超千亿美元 •人形机器人应用领域广泛，理论上能应用于绝大多数行业。传统的机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类，能覆盖的下游场景有限，而人形机器人在结构上与人类类似，理论上能覆盖所有涉及人类作业的下游场景，未来有望应用于多个下游行业。 •据高盛预测，未来10~15年人形机器人市场空间至少达60亿美元，最理想情况下预计2035年人形机器人市场空间有望达1540亿美元。从远期来看，马斯克预计人形机器人数量将远超电动车，假设人形机器人与人口比例为2：1，未来人形机器人需求量有望达到100~200亿台。 08.人形机器人零部件国产替代空间大 •2023年人形机器人核心零部件价值量排名前三的是无框力矩电机、减速器和力传感器;2030年无框力矩电机价值量占比下降，力传感器、减速器价值量占比上升，且力传感器将超过减速器，排名第二、三者合计占比仍超过50%。 •从单机价值量占比来看，无框力矩电机、减速器和力传感器价值量占比较高；从降本空间来看，空心杯电机、无框力矩电机等降本空间较大；而从国产替代空间来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机、惯导imu等国产化率较低，国产替代空间大。 09.中国第一、二产业人形机器人替代市场空间大 •农业机器人的成本偏高被认为是其发展的最大制约因素之一，制约了市场的增长。随着未来人形机器人成本的下降，农业人形机器人将有巨大的机会。•根据中国煤炭工业协会数据，一个人形机器人可以不间断的工作，替代3个矿工，按照1：3的比例，人形机器人在中国煤矿领域潜在的市场空间也达千亿元。•未来人形机器人可替代“危、繁、脏、重”施工作业。这部分工作若由人形机器人代替，考虑到建筑行业是世界上数字化程度最低、自动化程度最低的行业之一。即使在1%替代率的保守假设下，按机器人单体30万的价格来计算，国内潜在市场空间也在千亿以上。 10.中国第三产业人形机器人替代市场空间 •在家庭服务机器人领域，“陪伴”是一个未被解决的刚需。陪伴机器人就是以情感识别为特征，聚焦家居陪伴，涵盖儿童陪伴、老人陪伴、宠物陪伴等场景，而人形机器人的独特优势正有望替代家政清洁和家庭陪伴两种刚需场景，可有粘性地融合于家庭，成为智慧家庭的一部分。 •物流工作重复性、机械性较强，且工作时长较长，较大的工作强度使得机器人方案具备合理性。这部分物流的工作若由人形机器人代替，即使在5%替代率的保守假设下，仅国内潜在市场空间就在千亿以上。 •在商用领域，仅假设餐饮、旅游和酒店三个细分赛道，用保守5%的人形机器人替代率，未来国内市场空间就可以达到百亿元。 11.各家企业持续推动人形机器人降本 •过去高昂的成本是制约人形机器人大规模量产的关键因素，降本将是人形机器人商业化推广的必由之路。过去一台Atlas造价高达200万美金，这也导致其至今难以走出实验室、走向商业化。•在电机驱动方案中，伺服驱动器将位置、速度、扭矩传输给伺服电机，伺服电机将接收到的电压信号转换为扭矩、转速，虽然扭矩密度远低于液压驱动，但电机驱动可以通过搭配减速器来加以补足，其现有技术已能满足机器人的多数运动需求，同时拥有能量转化效率、易维护、低成本、零件规整等优势。 12.人形机器人的竞争格局 •随着零矩点（ZMP）稳定性理论被攻克，人形机器人逐步由静态机转向动态机发展。波士顿动力、软银、亚马逊等企业纷纷布局人形机器人行业，2021年特斯拉强势入局，推动了全球人形机器人行业加速发展。 •在全球人形机器人产业逐步成长的背景下，2000年国内首台人形机器人“先行者”（国防科大发布）问世，并涌现了优必选、小米、傅利叶、达阔等一批人形机器人主机厂。 13.大模型有望促进人形机器人加速落地 •人工智能算法是人形机器人的“灵魂”。人形机器人软件架构自下而上可大致分为算力、操作系统、人工智能算法与应用四个层级，其中人工智能算法包括感知算法、运动控制算法、大语言模型与其他AI算法，是人形机器人“智能性”的来源。大模型蓬勃发展，催化人形机器人加速落地。•Transformer架构解决了传统RNN和CNN无法解决长距离信息关联的难题，推动人工智能向大模型时代迈进，以ChatGPT为代表的大语言模型的率先落地验证了其可行性，未来更多大模型有望逐渐成熟。伴随着大模型的发展，人形机器人的可用性有望显著增强，相关产业链有望加速落地。 Tesla Dojo、D1芯片、FSD芯片 14.人形机器人行业四大发展趋势 人形机器人越来越接近人以及技术的高度融合 全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位 人工智能技术让机器人可以实现多模态发展，从语音、视觉感知、决策、控制等多方面为机器人更好进行学习训练和进化，使人与机器人之间的交互形式更加多样，除了语言、肢体之外，人形机器人在未来更是有望仅通过观察人类表情就获得指令。 整体而言，人形机器人赛道处于相当早期的阶段，当前并未形成产业化，各大参与者以研发为主，赛道的参与者主要将其定位为基础研究平台。从产业链发展趋势来看，“核心零部件生产+本体生产+系统集成”的全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位。 01 02 “机器人+”加速机器人应用拓展 伦理和法规问题将变得更加重要 在人工智能、新型传感、生物仿生、新材料等多种技术融合驱动下，机器人向复杂精密场景渗透的步伐不断加快，在未来可落地的应用场景进一步打开了想象空间，并在关键零部件性能提升，拓展应用深度广度，有力支撑行业数字化转型、智能化升级。 人形机器人引发了一系列伦理问题，包括机器人是否应该拥有权利、如何处理机器人的责任问题以及机器人在决策中的角色等。社会需要制定相关法律和伦理准则来解决这些问题，以确保人形机器人的发展不会伤害社会价值观和道德标准。 版权说明 本报告为简版报告，内容均从嘉世咨询原有完整报告中精炼提取，如需了解详细内容，请联系：mcr@chinamcr.com. 本报告中的所有内容，包括但不限于文字报道、照片、影像、插图、图表等素材，均受《中华人民共和国著作权法》、《中华人民共和国著作权法实施细则》及国际著作权公约的保护。 本报告的著作权属于上海嘉世营销咨询有限公司所有，如需转发、转载、引用必须在显著位置标注出处，并且不