机器人零部件国产化进程加速

专题报告 主要内容： 机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，机器人技术是新质生产力的体现之一，是AI落地的最重要载体之一。人形机器人的发展历程经历了四个阶段，目前正处于商业化落地的初级阶段。人形机器人尚未实现大规模商业化主要原因是硬件成本高昂、部分技术瓶颈尚未突破，特别是软件层面智能化程度偏低是人形机器人打开C端远期大场景的核心掣肘。目前，多模态大模型赋予机器人泛化能力，智能化曙光初现。“具身智能”的机器人已不再是仅仅机械式地完成单一任务的工具，而是能够基于感知到的任务和环境进行自主规划、决策、行动和执行的新个体。 中证鹏元资信评估股份有限公司研究发展部翁欣wengx@cspengyuan.com 人形机器人有望在汽车领域率先落地。人形机器人商业化行之将至，将率先从to B端落地，逐步向面向消费者to C端拓展。人形机器人有望在汽车领域率先落地。首先，汽车行业是自动化程度最高的行业之一，也是最早采用流水线作业的产业，其次，车端供应链与机器人构架高度重合，量产降本经验丰富。 人形机器人分为软件和硬件两大部分。AI大模型作为机器人的“大脑”，软件层面国内通用大模型的与海外仍存在一定差距。华为切入机器人领域多年，凭借大模型、算法和应用云平台优势，已初步建立生态链，有望成为国产机器人产业的核心力量。 从硬件来看，无框力矩电机（23%）、空心变电机（9%）、谐波减速器（11%）、行星滚珠丝杠（15%）是智能机器人产业中成本占比较大，增量空间也较大，国内在机电一体化方面具备一定优势，国产替代空间较大。整体来看，电机、传感器环节国产化率中等，丝杠、减速器、空心杯电机目前国产化率偏低，国内厂商处于技术加速追赶阶段。 原材料方面，原材料以钢材、磁材、铜材等金属原材料为主，具体包括钕铁硼磁材、工装刀具（铜镀层丝、硬质合金）、钢材、轻量化材料（镁合金、铝合金、PEEK、碳纤维）等。原材料方面市场关注钕铁硼磁材、轻量化材料PEEK和碳纤维，对于提升人形机器人的性能和降低成本具有重要意义，也是重要 的增量空间。PEEK、碳纤维等轻量化材料国内需求有望迎来爆发。 一、人形机器人是AI落地的最重要载体之一，大模型智能化曙光初现，商业化行之将至 机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，机器人技术是新质生产力的体现之一，也是AI落地的最重要载体之一。人形机器人的发展历程经历了四个阶段，目前正处于商业化落地的初级阶段。人形机器人尚未实现大规模商业化主要原因是硬件成本高昂、部分技术瓶颈尚未突破，特别是软件层面智能化程度偏低是人形机器人打开C端远期大场景的核心掣肘。目前，多模态大模型赋予机器人泛化能力，智能化曙光初现，商业化行之将至 新质生产力是当今社会经济发展的重要驱动力，机器人技术是新质生产力的体现之一。机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。从应用场景来看，机器人可划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人及人形机器人四大类别。人形机器人集成了先进的人工智能、传感器技术和机械自动化设计，能够执行复杂的人类动作和任务，是解决全球劳动力短缺的重要工具。从机器人产业链的构成来看，该产业主要分为零部件与机器人本体及系统两大组成部分，分别对应于产业链的上游与中游。上游零部件环节可进一步细分为核心零部件（包括减速器、伺服系统、控制器）及其他零部件（如传感器、轴承、芯片、电机等），其中核心零部件的成本占比合计约70%。中游机器人本体及系统环节则可细分为工业机器人、服务机器人、特种机器人、人形机器人及系统集成（涵盖解决方案、云平台、网络通信、操作系统及应用开发等领域）。 人形机器人正处于商业化落地的初级阶段，人形机器人尚未实现大规模商业化主要原因是硬件成本高昂、部分技术瓶颈尚未突破，特别是软件层面智能化程度偏低是人形机器人打开C端远期大场景的核心掣肘 人形机器人的发展历程经历了四个阶段，包括早期发展阶段（1960—1999年）、高度集成发展阶段（2000—2015年）、高动态发展阶段（2016—2020年）及商业化落地初级阶段（2021年至今）。目前，人形 机器人正处于商业化落地的初级阶段。人形机器人历经数十年发展，尽管在特斯拉Optimus引发广泛关注之前，日本本田与美国波士顿已推出人形机器人，但均未实现商业化量产。这主要归因于：（1）成本高昂：波士顿动力的Atlas与本田的Asimo成本均超过百万美元。人形机器人当前面临“价格高－落地难－能力差”的负面循环，类似电动车阶段，打破循环仍取决于主机厂的能力边界，量产落地或是打破循环的第一步。 （2）技术瓶颈尚未突破：例如，软件层面智能化程度偏低是人形机器人打开C端远期大场景的核心掣肘，软件层面难以适应复杂应用场景、交互能力不足、运动控制与平衡能力有待提升；硬件层面则存在续航能力不足、执行器的精度与功率密度/力矩密度需进一步优化等问题。 人形机器人是AI落地的最重要载体之一，多模态大模型赋予机器人泛化能力，AI技术突破带动智能化曙光初现 人形机器人的运动灵活程度主要取决于其硬件配置，而这些零部件多源自其他行业的应用迁移。通用大模型为具身智能领域带来了革命性的潜力，也是2023年以来机器人周期开启的核心逻辑。针对成本痛点，可通过产业链的规模生产来加以解决。然而，软件算法则扮演着机器人“大脑”的角色，决定着机器人的应用上限，成为机器人商业化拓展的主要瓶颈所在。以往，机器人主要依赖固有的程序设定来执行任务，由于缺乏在各类场景中通用的算法，机器人的落地应用受到了较大的限制。 近年来，随着LLM、VLM、VNM等通用大模型的发展，机器人本体获得了强大的泛化能力，从而能够适用于更多复杂场景。非专业人员无需编程即可实现对机器人的操作，机器人智能有望向更高层级的人机交互、多元感知和自主决策发展，向真正的“具身智能”迈进，这无疑加速了人形机器人的商业化进程。“具身智能”的机器人已不再是仅仅机械式地完成单一任务的工具，而是能够基于感知到的任务和环境进行自主规划、决策、行动和执行的新个体。再叠加运控算法和硬件配置的优化协调，真正的通用型人形智能机器人有望在未来走进现实。 资料来源：各公司官网，中证鹏元整理 量产方面，人形机器人将率先从to B端落地，逐步向面向消费者to C端拓展，汽车领域有望成为人形机器人率先落地的领域，人形机器人市场在经历了2022—2023年的高速发展后，已有多家厂商入局该领域，预计2024年下半年人形机器人实现小批量量产，2025年真正实现商业化，2030全球累计需求有望超200万台 为什么汽车领域有望成为人形机器人率先落地的领域？任务型交付是人形机器人实现商业化落地的关键，汽车领域有望成为人形机器人率先落地的领域。根据主流机器人厂商的战略规划，人形机器人将首先在工业制造领域得到应用，并在技术成熟后逐步拓展至商用服务和家庭陪伴等场景。首先，汽车行业是自动化程度最高的行业之一，也是最早采用流水线作业的产业。在汽车制造的四大工艺——冲压、焊接、涂装和总装中，前三项工艺已经通过机床和工业机器人实现了较高的自动化水平。机械臂和AGV（自动引导车）的应用也在这些领域达到了较高的自动化程度。然而，在零部件众多、需要灵活决策的环节，尤其是汽车总装环节，对人工的需求仍然较高。这些环节适合人形机器人的应用，因为它们需要在结构化的环境中执行非结构化的操作。其次，车端供应链与机器人构架高度重合，量产降本经验丰富。（1）车端成熟供应链复用。人形机器人零部件涉及感知、决策、执行三大系统，在电动关节、内部传感器等零部件上与车端重合度大， 车端供应链具有可迁移性。我们认为，国产特斯拉供应链厂商有望在复用车端经验的基础上针对人形机器人需求与特点进行品类拓展与产品升级，具有配套经验与技术储备的双重优势。在关节执行器、减速器、力矩电机等零部件上，国产供应商已与特斯拉达成送样、联合开发等形式的接触。（2）制造产业优势突出，量产降本经验丰富。伴随特斯拉Optimus订单量的释放，核心零部件国产供应商有望迎来规模效应，引领生产降本，进一步促进机器人产品放量，形成量产－降本－量产的加速飞轮。 资料来源：特斯拉AI DAY，中证鹏元整理 随着特斯拉Optimus的落地，大模型不断迭代升级及硬件等技术水平突破，随着特斯拉执行器定点发放，2025年人形机器人将开始进入量产阶段，未来成本有望降至20万。初期人形机器人的供应将主要由特斯拉等领先企业承担，并随后逐渐在制造业中得到广泛应用。特斯拉人形机器人预计于2025年实现交付，以汽车产业类比机器人产业，在汽车行业某车型量产前1～2年，主机厂将提前向供应商发放定点，因此2024年特斯拉人形机器人向Tier1发放执行器定点。随着执行定点发放，机器人进入量产阶段。预测2030年，全球人形机器人累计需求量有望达到200万台。从成本来看，人形机器人可以类比汽车，汽车可以看作四轮的机器人且零部件更多，因此人形机器人可以做到更低的材料成本。但人形机器人自由度更高，智能化水平更高，通用大模型难度更高，人形机器人最终成本有望和汽车相当。中国在硬件端具备优势，生产成本低、生产效率高，供应链及硬件端具有优势，因此人形机器人价格未来有望降至20万以内。 资料来源：中证鹏元整理 资料来源：中证鹏元整理 二、人形机器人产业链各环节快速突破，国产替代正在进行时 无框力矩电机、空心变电机、谐波减速器、行星滚珠丝杠是智能机器人产业中增量空间较大的核心零部件，国内在机电一体化方面具备一定优势，国产替代空间较大；原材料方面市场关注钕铁硼磁材和轻量化材料PEEK及碳纤维，对于提升人形机器人的性能和降低成本具有重要意义，也是重要的增量空间 人形机器人分为软件和硬件两大部分。AI大模型作为机器人的“大脑”，软件层面国内通用大模型的与海外仍存在一定差距。华为切入机器人领域多年，凭借大模型、算法和应用云平台优势，已初步建立生态链，有望成为国产机器人产业的核心力量。 硬件部分主要由原材料、核心零部件以及整机构成。核心零部件方面，核心零部件以无框力矩电机、谐波减速器、行星滚珠丝杠等核心零部件为主。由于人形机器人供应链与汽车供应链高度重合，在电动关节、内部传感器等零部件上与车端重合度大，车端供应链具有可迁移性。在众多零部件中，无框力矩电机（23%）、空心变电机（9%）、谐波减速器（11%）、行星滚珠丝杠（15%）是智能机器人产业中成本占比较大，增量空间也较大。国内在机电一体化方面具备一定优势，零部件国产替代空间较大。 原材料方面，原材料以钢材、磁材、铜材等金属原材料为主，具体包括钕铁硼磁材、工装刀具（铜镀层丝、硬质合金）、钢材、轻量化材料（镁合金、铝合金、PEEK）等。原材料方面市场关注钕铁硼磁材和轻量化材料PEEK及碳纤维，对于提升人形机器人的性能和降低成本具有重要意义，也是重要的增量空间。 资料来源：特斯拉AI DAY，中证鹏元整理 资料来源：特斯拉AI DAY，中证鹏元整理 资料来源：特斯拉AI DAY，中证鹏元整理 2023年12月，特斯拉展示Optimus人形机器人全身具备50个自由度，这些自由度均匀分布在各个身体部位。Optimus由14个旋转执行器、14个线性执行器以及灵巧手上的多个空心杯关节构成，共同赋予了其50个自由度。这使得Optimus的不同身体部位能够进行前摆（Pitch）、扭转（Yaw）、侧摆（Roll）等运动。此外，每只灵巧手具备的11个自由度，使其能够执行更为复杂的操作。2024年10月，特斯拉推出新一代Optimus机器人，Optimus新一代灵巧手具备22个自由度，主要集中于前臂和手指部分，远超大多数 同类灵巧手的设计。与上一代Gen2灵巧手的11个自由度相比，新一代灵巧手的灵活性和多样化操作能力得到了显著提升。 资料来源：chipsetc，传感器专家网，智电芯片，国海证券研究所，中证鹏元整理 机器人核心零部件 （1）无框力矩电机 无框力矩电机用于线性关节和旋转关节，具有高效率、紧凑结构和易