车与人形机器人协同深度报告：从制造到科技，从车到机器人

——车与人形机器人协同深度报告 华西证券汽车团队2024年12月23日 分析师：赵水平SAC NO：S1120524050002 联系人：蒲欣雨 分析师：白宇SAC NO：S1120524020001 投资建议 1）人形机器人空间巨大。从需求侧看劳动力供给将面临短缺，用机器人代替人成为不可逆趋势；从供给端看，以ChatGPT为代表的AI大模型不断迭代，使人形机器人应用场景进一步拓宽。人形机器人在短期内有望首先突破工业制造、商用服务等B端场景,中长期可能逐步突破极端作业、家用服务等更为复杂的场景。只有当人形机器人突破C端家用等应用场景后，市场空间才会真正全面打开。环境感知模块、运动控制模块和人机交互模块是人形机器人的发展核心，从发展路径看，人形机器人发展趋势将遵循从硬件驱动到软件驱动的发展规律。 2）由于在软硬底层上的相通性极强，车企在人形机器人领域优势明显。车与人形机器人在技术底层、供应体系、生产环节均形成较强的协同与共振，我们认为，汽车工厂将是人形机器人最为核心的应用场景之一，且有望最快实现商业化落地。 3）在人形机器人硬件筛选细分投资赛道，主要需考量两个维度，一是附加值，二是国产化率。参考特斯拉Optimus发展历程，灵巧手的发展是引领变革的核心。从国产替代维度来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机和六维力矩传感器等目前国产化渗透率仍较低，未来空间巨大。 4）特斯拉与华为引领边际变化，2025年有望成为人形机器人量产元年。2024年以来，Optimus进化迅速，目前，特斯拉Optimus已具备空手接网球能力以及良好的户外行走能力，马斯克预计，2025年特斯拉人形机器人Optimus将量产千台级，人形机器步入量产元年，与此同时，AI大模型+深度学习的不断发展,叠加国家以及地方政府的支持，将为人形机器人的商业化落地和场景拓展提供重要边际催化。 19451947n投资建议：人形机器人2025年有望实现0-1的过程，特斯拉有望引领量产落地过程，华为入局有望重建国内生态,整机厂与核心零部件厂同步受益。整机厂受益标的【特斯拉、赛力斯】;零部件受益标的【拓普集团、三花智控、柯力传感、鸣志电器】等。 n风险提示： 人形机器人量产进度不及预期；人形机器人应用场景拓展不及预期；人形机器人技术迭代不及预期；人形机器人下游需求不及预期等。 目录 一、万亿蓝海初渗透，萌芽阶段大空间 二、三重共振，车与机器人软硬协同三、核心零部件迎国产替代，降本可期五、投资建议四、特斯拉与华为引领边际变化，2025有望成为量产元年六、风险提示 、万亿蓝海初渗透，萌芽阶段大空间 1.1萌芽时期，人形机器人市场空间巨大 n人形机器人想象空间巨大。从需求侧看，根据腾讯新闻，现阶段日本、德国、法国、美国、中国等多个国家均已步入老龄社会，劳动力供给将面临短缺，用机器人代替人成为不可逆趋势；从供给端看，以ChatGPT为代表的AI大模型不断迭代，其自主决策、多模态感知、泛化/涌现等能力持续进步，使人形机器人的应用场景进一步拓宽，打开其未来成长空间。根据前瞻产业研究院数据，2023年全球人形机器人市场规模约21.6亿美元，到2029年，全球人形机器人产业规模预期达324亿美元。 n从应用场景看，人形机器人在短期内有望首先突破工业制造、商用服务等B端场景,中长期可能逐步突破极端作业、家用服务等更为复杂的场景。我们认为，只有当人形机器人突破C端家用等应用场景后，市场空间才会真正全面打开。 1.2三大核心技术能力考验人形机器人成熟度 n人形机器人主要包含三大核心技术模块：环境感知模块、运动控制模块和人机交互模块,三大能力中涉及硬件和软件两部分。 n我们认为，人形机器人发展趋势将遵循从硬件驱动到软件驱动的发展规律。目前阶段，由于应用场景分散化，制约人形机器人商业化进程的核心仍在于运动控制模块,但后续核心将有望向核心算法以及软件能力转移。 资料来源：觅途咨询，华西证券研究所 1.3人形机器人产业链梳理 、三重共振，车与机器人软硬协同 2.1多方势力入局，加速人形机器人量产进程 n总体来看，目前人形机器人玩家主要包括车企、科技企业、消费家电类龙头企业、初创企业等。车企的代表包括特斯拉、小鹏、华为，根据机器人大讲堂消息，小米等科技类企业也官宣入局。根据界面新闻，初创企业以及家电类企业（以美的为代表）也已布局具身智能赛道。 n我们认为，机器人研发团队背景（Robotics background，R-B）、远程操作（Teleoperation，Teleop）、模块化（Modularity，Mod）、灵巧的手（Dexterous hands，D-H）、任务规划（Task planning，T-P）、人工智能（Artificial intelligence，AI）、行走步态（Walking gait，W-G）以及市场/试点（Market/pilot，M/P）等指标可以评判机器人团队的实力。 n综合来看，特斯拉仍处于综合实力最强的地位。 2.2契合点众多，车与人形机器人协同程度高 n由于在软硬底层上的相通性极强，车企在人形机器人领域优势明显。 n1)技术底层共振。由于二者在感知层基础硬件相似，汽车领域的自动驾驶、芯片、传感器、激光雷达等技术可以与人形机器人相互借鉴。 n2)供应体系共振。汽车主机厂拥有强大且成熟的零部件供应链体系,能快速整合形成量产方案以及深化应用场景。自主品牌汽车零部件厂商历经多年积累，目前已具有成熟的技术能力、制造能力和更快的相应速度，在完成人形机器人零部件供应的过程中具有明显先发优势。 n3)生产环节共振。人形机器人可以在工厂内进行关键部件(如发动机、变速箱以及三电系统）的精确组装;也可以凭借其灵活的移动能力和强大的承重能力完成搬运任务，减轻工人的体力负担;也可以通过高精度的传感器和视觉系统，对汽车零部件和整车进行质量检测；部分人形机器人还具备焊接和切割功能，在汽车制造过程中进行精确的金属加工。我们认为，汽车工厂将是人形机器人最为核心的应用场景之一，且有望最快实现商业化落地。 2.3感知端传感高度相似，激光雷达方案仍是主流 n智能汽车与人形机器人在感知端传感器硬件上高度一致。人形机器人视觉方案目前主要以结构光、双目或多目RGB、TOF等的组合方案为主，算法基础强的厂商会采用更为简单的传感器方案，而算法相对薄弱的厂商会选择更为核心的硬件。 n特斯拉仍坚持纯视觉路线。与智能汽车相似，大多数企业仍采取激光雷达方案，而特斯拉Optimus采用纯视觉传感器方案，搭载了2D视觉传感器和与特斯拉车辆相同的FSD技术以及Autopilot相关神经网络技术。 2.4规划决策算法与智能汽车类似，运动控制是关键 n软件层面，人形机器人主要算法包括环境感知类、规划与决策类、运动控制类算法等。 n在路径规划、运动轨迹预测等关键算法上，智能驾驶和机器人具有复用性。如自动驾驶中常用的传统基础模型Dijkstra(单源最短路径)算法、A*算法等，底层逻辑与机器人相通。特斯拉占用网络（Occupancy Network)算法中使用的栅格法在机器人全局路径规划中仍被使用，除此之外，机器人局部路径规划方法包括人工势场法、模糊逻辑算法、遗传算法和基于神经网络方法等。 n特斯拉目前两者算法相似度约为60%，随着环境的变化，算法的相似度有所下降，但随着环境理解的逐步深入，算法相似度可以进一步提升,从工程化经验来看，两者在环境和任务上有一些相似性，可做部分的工程复用。 、核心零部件迎国产替代，降本可期 3.1硬件端：产品附加值+国产替代进程决定商业化落地速度 n我们认为，在人形机器人硬件筛选细分投资赛道，主要需考量两个维度，一是附加值，二是国产化率。 n降本维度来看，基于量产100万台并假设硬件成本降至18万元以内测算，未来降本幅度较大的产品包括行星滚柱丝杠、无框力矩电机、谐波减速器以及触摸传感器；从国产替代维度来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机和六维力矩传感器等目前国产化渗透率仍较低，未来空间巨大。 资料来源：觅途咨询，华西证券研究所 3.2硬件端：特斯拉Optimus人形机器人成本拆解 n从特斯拉硬件构成来看，电机、减速器、丝杠等关键部分价值量占比较大，后续降本空间较大，国产厂商替代能力较强，且从技术原理上具有通用性，有望成为优质投资赛道。 3.3灵巧手：机器人最重要的执行部件 n我们认为，灵巧手是机器人最重要的执行部件，灵巧手的发展将很大程度决定人形机器人进入C端市场后的性能以及接受程度。 n灵巧手是机器人操作、动作执行的末端工具，在机器人学领域属于末端执行器的范畴。灵巧手是一种新型的末端执行器，以人手的结构和功能为模仿对象，在机器人与环境的交互中起着关键作用，目前主要应用在航空航天、医疗、智能制造等领域。 n灵巧手是模仿人手设计的高精度机械手，工业机器人领域的灵巧手大多采用三指设计，而人形机器人大多为五指。灵巧手是实现精细操作的基础，与人形态更相近的人形机器人，更是需要完成抓、握、捏、拧、旋转等不同动作。 3.4灵巧手:核心零部件，降本空间较大 n灵巧手是人形机器人产业中非常关键的产业链细分方向，灵巧手产业中有灵巧手创企、车企/人形机器人创企、科研机构三类企业。 n特斯拉的22个自由度的灵巧手因其复杂的结构和高性能组件，成本高达10-20万元人民币（其中电机和传感器占灵巧手成本达55%-70%）,假设人形机器人成本按80万元计算，灵巧手成本占比为12.5%-25%之间。国内产品通过优化传感器和传动系统，已将成本控制在3-5万人民币。 3.5灵巧手传动系统：机器人机械机构的核心部分 n灵巧手的传动系统是机械结构的核心部分，它负责将输入的动力转换为手指关节的运动。 n根据不同的设计需求和应用场景，灵巧手的传动系统可分为腱绳传动、连杆传动与齿轮传动。1）腱绳传动目前应用最广泛，最类似于人手的肌腱结构，适合空间狭小且需要驱动自由度数量较多的场景，但精度不高、抓取力不足；2）齿轮/蜗轮蜗杆传动式可实现高精度，但结构复杂、成本高，工业机器人中应用较广；3）连杆驱动式能抓取大型的物体且结构设计紧凑，但在远距离的控制上比较困难，多用于工业和商业用途。 3.6驱动系统：空心杯电机是灵巧手关键零部件 n电机驱动是多指灵巧手的主要驱动方式，具有驱动力大、控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等优点。 n空心杯电机是灵巧手关键零部件。特斯拉2023年生产一款名为擎天柱Optimus的人形机器人，空心杯电机占单台机器人成本的4.43%；Optimus单手有11个自由度，采用6个执行器，采用空心杯电机+蜗轮蜗杆+金属肌腱驱动的方案，空心杯电机占手部执行器成本的54.5%。 n从竞争格局看，海外厂商Maxon、Faulhaber、Portescap等技术工艺深厚，目前仍处于第一梯队，但鸣志电器等国产厂商逐步实现批量生产，且具备性价比优势，国产替代在望。 3.7电机与减速器：人形机器人产业化的关键部件 n电机和减速器是人形机器人的核心部件，在国产化方面有巨大潜力，其攻克将推动人形机器人产业化进程。 n电机：电机是机器人的“心脏”，高效率、高动态、高功率密度是关键要求，不同类型电机适用于不同场景，国内企业在技术创新和性能提升方面持续努力，但与国外高端产品仍有差距，有望进一步提升国产份额。 n减速器：减速器作为减速传动装置，在人形机器人领域扮演关键角色，不同类型减速器如RV减速器、谐波减速器、行星减速器各有特点。 3.8电机:为各类关节与灵巧手的执行机构提供动力 n电机是人形机器人动力的产生机构。常见动力驱动形式包括电机驱动、液压驱动、气压驱动等，电机驱动具备效率高、控制精确度高、成本低等优势，被用来为人形机器人的各类关节、以及灵巧手等执行机构提供动力。经过长期技术发展，电机种类纷繁复杂，人形机器人用电机的选择需要考虑到体积、功率、扭矩、成本等各种因素。 n无框力矩与空心杯电机在人形机器人中广泛应用。在各类