人形机器人专题研究：Optimus灵活手实现空中接球，上游供应链受益产业飞速发展

证券研究报告/行业研究 Optimus灵活手实现空中接球，上游供应链受益产业飞速发展 ——人形机器人专题研究 投资评级：看好 分析师：吴起涤执业登记编号：A0190523020001wuqidi@yd.com.cn研究助理：程治执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 人形机器人指数与沪深300指数走势对比 人形机器人指数 沪深300 30%10% -10%-30%-50% 2023/11 2024/3 2024/7 资料来源：Wind，源达信息证券研究所 相关报告：《减速器行业专题研究：人形机器人商业化图景远大，引爆精密减速器市场空间》20240104《力传感器专题研究：六维力传感器：高附加值核心部件，人形机器人推动行业长足发展》20240914 投资要点 特斯拉发布Optimus灵活手视频，或将增加对零部件数量需求 11月28日特斯拉机器人官号发布视频：Optimus已可稳定接住空中抛来的网球，手指能够相对灵活弯曲。据特斯拉工程师介绍：新一代Optimus与上一代相比自由度成倍增加，其中手掌有22个自由度，手腕/前臂上有3个自由度。我们认为新一代Optimus有望增加对传感器和驱控系统的需求：1）传感器：灵活手需要覆盖更多的触觉感知面，需要配备更加集成和精准的触觉传感系统。2）驱控系统：灵巧手传动方案在一级传动中采用行星齿轮箱，二级传动中采用滚珠丝杠，三级传动中采用腱绳方案，将增加对减速器和丝杠需求。 人形机器人产业加速发展，华为成立具身智能产业创新中心 人形机器人产品加快迭代成熟，有望拉动六维力传感器市场空间。2023年12月特斯拉发布的OptimusGen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作，2024年12月Optimus灵活手已能完成空中抓取网球动作。2023年国产人形机器人领军企业优必选推出工业版人形机器人WalkerS，可在工商业领域精密作业。2024年12月华为全球具身智能产业创新中心宣布正式运营，并与机器人、大族机器人和拓斯达等十六家公司签订战略合作备忘录。人形机器人产业有望加速向前发展。 人形机器人商业图景远大，上游供应链迎来市场扩容机遇 人形机器人可分为执行层、感知层和控制层。其中执行层和感知层对精密减速器和力传感器具有大量需求。以Optimus为例：1）减速器：Optimus共有40个传动关节，参考工业机器人约要使用14台谐波减速器和4台行星减速器； 2）力传感器：约需要14个力传感器、14个力矩传感器和4个六维力传感器，在人形机器人的腕部和踝部均需配备一个六维力传感器。考虑到人形机器人产品成熟度的快速提升，我们假设2025年人形机器人正式商业化，2025/2026/2027年销量达1/5/10万套。则根据我们测算，若人形机器人出货量达到10万套，约能提供11.2亿元谐波减速器、1.6亿元行星减速器和40亿元的力传感器市场增量。目前国产公司已在上述领域均有布局且取得一定进展，结合人形机器人对降本和量产的需求，有望带给国产公司发展机遇。 投资建议 建议关注：绿的谐波、双环传动、东华测试、柯力传感等。 风险提示 行业竞争加剧；人形机器人商业化不及预期；产品导入不及预期等。 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、特斯拉发布灵活手视频，人形机器人产业链加速前进4 二、人形机器人有望打开传动装置和传感器市场空间6 三、力传感器：机器人的触觉感官8 四、减速器：机器人的传动关节11 五、建议关注14 1.绿的谐波14 2.双环传动15 3.东华测试16 4.柯力传感17 六、投资建议18 1.建议关注18 2.一致预测18 七、风险提示19 图表目录 图1：特斯拉Optimus系列机器人发布灵活手视频，可稳定接住抛来网球4 图2：特斯拉Optimus系列机器人迭代历史5 图3：优必选Walker系列机器人迭代历史5 图4：华为（深圳）全球具身智能产业创新中心宣布正式运营6 图5：2024-2030年全球人形机器人销量预测（台）6 图6：特斯拉共有40个驱动关节7 图7：Optimus零部件产业链7 图8：传感器的基本原理8 图9：2020-2030年中国六维力传感器市场规模及预测9 图10：人形机器人腕部需配备六维力传感器10 图11：人形机器人踝部需配备六维力传感器10 图12：2023年中国六维力传感器市场格局11 图13：2023年中国六维力传感器国产公司份额情况11 图14：谐波减速器通过柔轮传动，结构简洁、体积小12 图15：RV减速器结构复杂，通过多级齿轮传动12 图16：谐波减速器通过波发生器带动柔轮传动，核心是使柔轮发生弹性形变12 图17：Optimus共有40个驱动关节装置13 图18：2018-2024年Q3绿的谐波营收情况14 图19：2018-2024年Q3绿的谐波盈利情况14 图20：2018-2024年Q3双环传动营收情况15 图21：2018-2024年Q3双环传动盈利情况15 图22：2018-2024年Q3东华测试营收情况16 图23：2018-2024年Q3东华测试盈利情况16 图24：2018-2024年Q3柯力传感营收情况17 图25：2018-2024年Q3柯力传感盈利情况17 表1：常见的力传感器类型8 表2：常见的力传感器类型9 表3：人形机器人蕴含的巨大商业想象力有望大大拓宽精密减速器市场空间10 表4：RV减速器和谐波减速器是精密减速器主流类型，可匹配用于不同应用场景11 表5：谐波减速器与行星减速器对比13 表6：人形机器人蕴含的巨大商业想象力有望大大拓宽精密减速器市场空间13 表7：重点公司盈利预测18 一、特斯拉发布灵活手视频，人形机器人产业链加速前进 2024年11月28日特斯拉机器人官方账号发布视频新动态：Optimus已可稳定接住抛来网球并放下，手指实现相对灵活弯曲。视频中工作人员进行2次抛球，将球抛至Optimus的右侧，而Optimus则用左手在空中对网球完成抓取动作，在抓取数秒后松手。整体过程中动作流畅程度较高，左手手部协调性与人类几乎无异。特斯拉Optimus工程师MilanKovac介绍：新一代Optimus与上一代相比，手部拥有双倍自由度，其中手掌有22个自由度，手腕/前臂上有3个自由度。同时，该视频是在实验室里通过遥操作实时完成。 我们认为新一代Optimus有望增加对传感器和驱控系统的需求：1）传感器：灵活手需要覆盖更多的触觉感知面，如在手指和手掌拥有足够柔软保护层基础上，同时不影响触觉传感，需要具备更加集成和精准的触觉传感系统。2）驱控系统：灵巧手是一种高度灵活、复杂的末端执行器，需要配备更加精细、集成的驱控系统，特斯拉展示了一种驱动器外置的三级传动方案可能性：该方案在一级传动中采用行星齿轮箱，二级传动中采用滚珠丝杠，三级传动中采用腱绳方案。 图1：特斯拉Optimus系列机器人发布灵活手视频，可稳定接住抛来网球 资料来源：TESLA，源达信息证券研究所 特斯拉推动人形机器人商业化加速，Optimus迭代速度惊人。2021年8月，马斯克在特斯拉AIDAY上首次提出Optimus的概念，并计划在未来让人形机器人取代人类从事部分危险工作和重复劳动。相比工业机器人，人形机器人的核心在于与智能化和类人化，所以智能制造、商业服务和家庭场景可能会是人形机器人的主要应用场景。2023年12月，特斯拉发布的OptimusGen2已能完成单腿瑜伽等复杂动作，2024年12月，机器人灵活手已 能完成单手空中抓取网球动作，自2022年发布demo起仅两年，迭代速度惊人。而在人工智能大模型的发展加持下，人形机器人的“iPhone时刻”有望在不久到来。 图2：特斯拉Optimus系列机器人迭代历史 资料来源：机器之心，源达信息证券研究所 国产人形机器人加速迭代。2016年优必选推出Walker原型机，腿部拥有12个自由度，可以完成行走和上下斜坡的动作。2023年优必选推出工业版人形机器人WalkerS，身高1.7米，体重60kg，可替换末端执行器，搭载41个高性能伺服关节以及多维力传感器，机器人自主运动及决策能力大幅提高，可在工业及商用场景广泛应用。 图3：优必选Walker系列机器人迭代历史 资料来源：优必选官网，源达信息证券研究所 2024年11月15日华为（深圳）全球具身智能产业创新中心宣布正式运营。该中心由华为与深圳前海合作区管理局共同合作建立，布局具身智能产业，将围绕华为具身大模型积极布局相关根技术与产业创新赋能，并与超百家企业共同搭建具身智能生态圈。会上华为与乐 聚机器人、大族机器人、拓斯达、中坚科技、中软国际、禾川人形机器人、兆威机电等16 家企业签署了战略合作备忘录。 图4：华为（深圳）全球具身智能产业创新中心宣布正式运营 资料来源：芯榜，源达信息证券研究所 二、人形机器人有望打开传动装置和传感器市场空间 根据GGII发布的《2024中国人形机器人产业发展蓝皮书》，预计2024年全球人形机器人销量为11867台，并预计至2030年销量有望达605680台，GAGR=92.60%。预计人形机器人蕴含的巨大市场潜力将会给六维力传感器行业带来远大市场空间。 图5：2024-2030年全球人形机器人销量预测（台） 全球人形机器人销量预测（台） 605680 319492 182247 11867 26070 52405 99448 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E 资料来源：GGII，源达信息证券研究所 人形机器人对减速器、力传感器等零部件需求巨大。以2023年发布的Optimus为例，共有40个关节驱动装置（手臂12个、脖子2个、腰部2个、手部12个、腿部12个），其中需要用到大量的减速器、滚珠丝杠、力传感器和驱动电机装置。 图6：特斯拉共有40个驱动关节 资料来源：特斯拉，源达信息证券研究所 特斯拉人形机器人Optimus所需的零部件可分为执行层、感知层和控制层三类。其中执行层以驱动电机和传动装置构成，驱动电机有无框电机、空心杯电机等，传动装置有减速器、丝杠和轴承等。感知层主要是传感器，分为力传感器和视觉传感器两类。控制层由芯片和算法系统构成，CPU和GPU构成机器人的“硬件大脑”，算法和系统构成机器人的“控制意识”。 图7：Optimus零部件产业链 资料来源：觅途咨询，源达信息证券研究所 三、力传感器：机器人的触觉感官 传感器是机器人的重要组成部件，功能类似人的感官。传感器是将被测信号按一定规律转化成输出信号的器件，通常由敏感元件和转化元件组成。敏感元件能直接感知或响应被测量 （输入量）；转化元件能将敏感元件中感知的被测量转换成适合测量的电信号。 图8：传感器的基本原理 资料来源：《机器人多维力传感器结构设计》，源达信息证券研究所 力传感器的测量对象是力，并将力量值转换为相关电信号，包括张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。力传感器是机器人感知力的核心器件，常见的力传感器包括一维力传感器、三维力传感器和六维力传感器。六维力传感器适用于力作用点随机并对测量精度要求较高的场景，适合在人形机器人和协作机器人中应用。 名称图示功能 表1：常见的力传感器类型 一维力传感器 三维力传感器 仅能测量方向和作用点固定的力。标定坐标轴为OZ轴，一维力传感器可以测量与OZ轴方向完全重合的力F。 能够测量方向随机，但作用点固定的力。标定参考点为O，三维力传感器可以测量力作用点固定在O点的力F。 六维力 传感器 能够测量方向、作用点随机的力。当力F的 作用点不与标定参考点O重合时，六维力传 感器可以测量任意力F。 资料来源：坤维科技官方公众号，源达信息证券研究所 根据MIR睿工业数据，2023年中国六维力传感器市场规模为2.35亿元，同比增长