人形机器人深度：产业化渐行渐近，未来前景广阔

分析师：张志邦（S0010523120004）分析师：刘千琳（S0010524050002）2024年7月16日 华安证券研究所 华安研究•拓展投资价值 引言：作为AI与物理世界交互的载体，人形机器人迎来产业发展窗口期 人形机器人是人工智能与物理世界交互的优质载体。大模型问世是人工智能发展的分水岭，以人工智能大模型为代表的人工智能第三发展阶段未来会有一段较长的发展红利期，将成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。人形机器人作为人工智能落地物理世界的优质载体，将受益于人工智能的快速发展，其拥有感知、思考、决策等能力不再遥不可及。人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。当前人形机器人正处于从实验室研发到产业化转化的关键时期，产业规模快速增长，生态活力不断提升。 应用场景多元化，劳动力缺口加速机器人产业化进程。人形机器人下游应用场景丰富，包括生产制造、应急救援、家庭陪护、教育、医疗等。在产业场景中，人形机器人主要在智能制造领域发力，如IBM结合AI、遥感和边缘计算的力量打造新一代安防巡检机器人，亚马逊采用AI技术驱动机器人用于自动化的仓库操作和物流处理等。劳动力缺口扩大导致用工成本上升，工厂机器替人需求逐渐增加，有望进一步加速机器人产业化进程。 多方入局，人形机器人正迎来产业高速发展窗口期。外资巨头纷纷加速推进人形机器人业务进程，2024年3月，OpenAI与FigureAI合作推出通用型机器人Figure01，全球AI算力头部厂商英伟达发布人形机器人通用基础模型ProjectGR00T；4月，波士顿动力新版Atlas人形机器人亮相；5月，特斯拉发布人形机器人Optimus最新进展视频，展现其已具备分拣电池、行走、执行工厂任务的能力。在激烈竞争的市场环境下，我国人形机器人产业也呈现出蓬勃发展的态势。优必选Walker、小米CyberOne、达闼Ginger、傅利叶GR-1等一批国产人形机器人陆续面市，全球人形机器人产业竞争按下加速键。 目录 目录 1人形机器人行业复盘和投资方法总结 2人形机器人关键技术：运控算法3人形机器人产业链拆解4投资建议5风险提示 华安研究•拓展投资价值 1.1复盘：人形机器人行业复盘 ➢事件驱动型投资，关注头部厂商技术突破。人形机器人属于强预期板块，主要是事件驱动，板块行情和特斯拉、英伟达、优必选等本体头部厂商进展高度相关。 •2023年人形机器人行情在5月16日启动：主因特斯拉和英伟达相继发布人形机器人最新技术，机器人板块作为AI大模型的重要应用端受到市场重视。•2023年10月，机器人板块经过调整之后迎来第二波涨势：主因拓普集团等潜在供应商透露特斯拉机器人最新进展以及特斯拉团队来中国拜访供应链。•2024年1月以来人形机器人板块迅速下跌：主因市场流动性较差，中小股票下跌较多，1月进入业绩预告期，板块公司业绩频频低于预期，叠加1月26日特斯拉在交流会上表示2025年才可能量产机器人，进度低于预期。•从2月7日开始板块迎来超跌反弹：主因市场流动性和风险偏好的改善。2月20日，三花智控等头部供应商表示2季度B样检测有望结束，24年底或者25年初有望进入量产阶段。•2024年3月中旬开始板块迅速下跌：主因人形机器人板块利好落地，加之年报业绩期来临，板块小幅调整。•从4月中旬开始板块迎来反弹：特斯拉、英伟达等头部厂商释放利好信息，业绩期逐渐步入尾声，美股特斯拉、英伟达、谷歌等AI头部厂商表现较好，带动A股AI板块回暖，机器人板块也随之反弹。 1.1复盘：人形机器人行业复盘 •事件驱动型投资，关注头部厂商技术突破。人形机器人属于强预期板块，主要是事件驱动，板块行情和特斯拉、英伟达、优必选等本体头部厂商进展高度相关。 华安研究•拓展投资价值 1.2重点个股复盘：从炒小炒新逐步收敛到核心标的 •2023年，受市场风格影响，在人形机器人板块中，小市值标的涨幅显著高于大市值标的；谐波减速器供应商丰立智能、丝杠供应商贝斯特、力感传感器供应商柯力传感涨幅居前；机构持仓较多的三花智控、拓普集团弹性弱于小市值标的。•2024年，我们通过复盘发现有业绩支撑的大市值股票抗跌性较好,小市值股票反弹弹性大。板块从炒小炒新逐步收敛到有进入 头部厂商产业链的核心标的。图表2：主要个股行情复盘 1.3人形机器人投资方法论——五大维度择选优质公司 •复盘总结：人形机器人产业链表现为事件驱动和炒小炒新，主要原因为这是一个终局能看清，但是中间节奏看不清，短期没有业绩的行业。股价上涨的核心都是围绕增加的期权价值，我们总结了五大维度帮助把握人形机器人产业链的投资机会。 •机器人应用功能增加：事件催化背后是头部厂商技术进展，增加机器人应用功能，增加潜在销量和加快量产进展，确定性和行业潜在空间提升，股价上涨； •被头部厂商采用确定性：环节被头部厂商采用的概率增加增强了确定性和潜在空间，股价上涨； •细分行业格局：细分环节的壁垒越高，格局越好，最终落实到终局可以获得较高的市占率以及净利率； •定点确定性：过往与头部厂商有合作的企业获得定点概率更大； •公司弹性：机器人业务占比高，受其他业务影响的公司，弹性更大。 1.4催化剂：关注特斯拉、英伟达、figure的技术进展 ➢2024年3月18日，英伟达GTC大会发布GT001机器人平台➢2024年3月29-31日，中国具身智能大会（CEAI2024）在上海市徐汇区西岸智塔召开➢2024年4月，中国人形机器人生态大会在上海举行➢2024年5月，特斯拉发布二代optimus最新进展➢2024年6月，特斯拉召开股东大会➢2024年7月，世界人工智能大会在上海举办➢2024年Q2末，特斯拉Optimus的零部件B样测试结束，可能会有公司定点，然后再进入C样➢2024年8月15日-8月19日，2024年世界机器人大会（北京）博览会将在北京举办➢2024年Q3，特斯拉产业链或有定点消息➢2024年底或者2025年初，特斯拉Optimus准备量产。 目录 1人形机器人行业复盘和投资方法总结 2人形机器人关键技术：运控算法 华安研究•拓展投资价值 2.1人形机器人关键技术：运控算法 人形机器人对工业机器人的优势：工业机器人和机械臂等更多在标准工业场景下使用，功能有限，设计人形机器人的意义在于机器人可以像人一样，在各种非结构化的场景下应用，实现多种功能的整合。 运控算法是人形机器人大规模量产的关键要素。运动控制能力是人形机器人的核心能力，在机器人执行具体任务时候，需要解决准确性和实时性问题，AI在机器人的任务和步态规划是其中最大的难点，其他的比如人形机器人行动的速度、步幅、稳定性和路径规划也都是难点。 人形机器人算法可供练习数据相对较少。人形机器人最终仍然需要往与人交互的层面上发展，要确保人形机器人在与人类做物理交互的安全不能仅依靠纯位置控制，最终能决定机器人人机交互能力的主要是AI算法及软件平台能力。相对自动驾驶和ChatGPT等人工智能算法，人形机器人的算法难度在于可获取用于练习的数据较少。 技术发展遵循“工业——2B商业——2C家用”的路线。完全2C需要应用的场景太多样，算法和AI技术都难以满足要求。全通用场景的人形机器人实现难度较大，2B工业是最先应用的场景。2B场景更标准化、更简单，场景结构化程度高，尤其是工业场景，它更加标准，有利于标准数据收集及算法和产品迭代。 2.2人形机器人重点发展方向 ⚫1）具身智能——专用大模型与人形机器人融合 ✓打造具身智能人形机器人，推动专用大模型与人形机器人深度融合，提升人形机器人环境感知、行为控制、人机交互，为人形机器人注入语言理解、视觉泛化、常识推理等关键能力，加速大模型训练迭代和产品应用，提高人形机器人的“人-机-环境”共融交互能力，支撑人形机器人全场景落地应用。 ⚫2）人形机器人核心部件：感知、驱动、结构 ✓聚焦人形机器人专用传感器，突破关键核心技术，提升人形机器人视、听、力、触、嗅等综合感知能力；提升减速器、电机、关节总成、伺服驱动器等驱动执行模块的高爆发移动和高精度作业能力，提升人形机器人运动控制能力；打造仿人机械臂、灵巧手和腿足，突破本体轻量化，研究人体力学特征及运动机理，形成人形机器人新型本体结构，实现多元化。 ⚫3）应用场景落地：制造业、矿山、军警 ✓聚焦3C、汽车等制造业重点领域，提升人形机器人工具操作与任务执行能力，打造人形机器人示范产线和工厂，在典型制造场景实现深度应用；加快人形机器人在矿山环境应用，强化复杂环境下本体控制、快速移动、精确感知等能力，实现高效、安全的矿山作业；面向要地警戒守卫场景，强化人形机器人本体安全防护能力、复杂任务智慧生成与高精度操作能力，降低作业人员危险性。 华安研究•拓展投资价值 华安研究•拓展投资价值 2.5产业链价值及降本空间测算 •硬件降本是人形机器人大规模量产的关键要素，六维力传感器、谐波减速器、行星滚柱丝杠和空心杯电机价值量最大，未来降本空间较大。图表5：产业链价值及降本空间测算 目录 1人形机器人行业复盘和投资方法总结 2人形机器人关键技术：运控算法 3人形机器人产业链拆解 4投资建议5风险提示 华安研究•拓展投资价值 3.1机器人核心部件：执行器 人形机器人的执行器主要负责将能量转化为机器人的机械运动。执行器按运动类型可分为旋转执行器和线性执行器。旋转执行器相对于中点（即沿圆）以角度移动，主要用于使机器人的关节进行旋转运动，而线性执行器则用于推拉动作，如手臂的伸展。 执行器核心零部件包括电机、减速器、丝杠、编码器、力矩传感器等。特斯拉Optimus线性执行器的配置为：无框力矩电机*1+行星滚柱丝杠*1+力传感器*1+编码器*1+驱动器+球轴承*1+四点接触球轴承*1；特斯拉Optimus旋转执行器的配置为：无框力矩电机*1+谐波减速器*1+力矩传感器*1+编码器*2+驱动器*1+交叉滚子轴承*1+角接触球轴承*1。 资料来源：《智能电动执行器关键技术的研究和开发（2012年）》，华安证券研究所 资料来源：特斯拉，华安证券研究所 华安研究•拓展投资价值 3.2机器人触觉：力矩传感器 传感器相当于机器人的触觉，力矩传感器是一种用于测量物体所受到的力矩或扭矩的传感器。力矩是绕轴旋转时的力的效果，可以是静态力矩（未产生旋转的力矩）或动态力矩（产生旋转的力矩）。力矩传感器的作用是将物体的力矩转化为电信号。 按照测量方向分类，可分为一到六维力传感器。六维力矩传感器是性能最优、技术壁垒最高的力矩传感器。在笛卡尔坐标系中，单轴力传感器只能检测一个方向的力值，无法测量其他方向的分量；三维力传感器能够检测X、Y、Z三轴方向的垂直力，但需要保证Z轴方向与重力方向一致，否则力值测量容易引起误差。而六维力矩能够同时测量三个轴向力Fx、Fy、Fz和三个轴向力矩Mx、My、Mz，能够满足任何方向上力的检测，是功能最全面的力矩传感器。 六维力传感器的核心技术是弹性体的结构设计，这影响着传感器的灵敏度、动态性能、维间耦合等关键性能参数。六维力/力矩传感器的结构主要有一体化结构和Stewart并联结构两种。一体化结构的六维力传感器包括竖梁式、横梁式、复合梁式、圆筒式等。 资料来源：付立悦《多维力传感器的静动态性能研究》，华安证券研究所 资料来源：坤维科技公众号，华安证券研究所 华安研究•拓展投资价值 3.2.1六维力传感器技术壁垒：消除维间耦合，六维联合加载 六维力传感器测量的准确度通常由串扰、精度、准度等指标表示。1）串扰：用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响，可以反映测量误差水平，是体现产品性能的关键指标之一；2）精度：衡量测量结果之间的重复性；3）准度：衡量测量结果与理论真值的偏离程度，更能体现产品的综合性能，是多维力传感器最为核心的技术指标之一。 六维力传感器的技术壁垒较高。六维力/力矩传感器提升性能、降低误差的关键是消