2023人形机器人产品解析及国产供应链投资机遇分析报告

目 录 一、人形机器人行业发展历程 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能1.2具身智能概念、进展：第一人称视角，强调感知与理解环境1.3经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等1.4人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本 二、人形机器人产品解析 2.1软件：AI大模型赋能，微软ChatGPTfor Robotics、谷歌PaLM通用大模型2.2硬件：旋转关节（伺服电机+减速器）、线性关节（滚柱丝杠）、空心杯电机、传感器（视觉、力矩）、芯片 三、人形机器人国产供应链投资机遇：聚焦占比高、增量大、高毛利环节 3.1降本思路：选型方案优化+量产降本+复用车平台，远景成本2万美金3.2谐波减速器：关注绿的谐波、丰立智能3.3行星滚柱丝杠：鼎智科技3.4伺服电机：汇川技术、禾川科技3.5空心杯电机：鸣志电器3.6传感器：柯力传感、奥比中光 四、投资建议及风险提示 4.1投资建议：重演新能源车产业链故事，国产供应链有望受益4.2人形机器人供应链受益标的汇总4.3风险提示 机器人产业图谱——核心硬件、系统与技术支持、本体制造&系统集成 受益标的总览 人形机器人产业链可以分为两类：一是软件生态、二是硬件产业链。软件生态一般由系统集成商自研主导，包括机器人算法及人工智能算法等。硬件产业链方面，基于Optimus原型机，可拆分为动力总成系统、智能感应系统、结构件及其他部件三部分。其中动力总成系统包括电池系统、伺服电机、减速器、滚柱丝杠、控制器等，智能感应系统包括软件、芯片、传感器等。 重点关注：价值占比高、增量空间大、毛利率比较可观的环节，包括谐波减速器、滚柱丝杠、伺服电机、传感器四部分。 一、人形机器人行业发展历程 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能1.2具身智能概念、进展：第一人称视角，强调感知与理解环境1.3经典人形机器人产品性能对比：特斯拉、波士顿动力等1.4人形机器人发展面临核心问题：产品力和成本 1.1机器人行业发展历程：诞生于实验室，工业机器人先行，走向具身智能 工业应用期 智能机器人（概念期） 技术积累期 •1961年，通用汽车生产线装配第一台工业机器人•1962年，AMF研发第一台圆柱形机器人•1967年，欧洲第一台工业机器人Unimate安装在瑞典•1969年，研发日本第一台工业机器人Kawasaki-Unimate2000•1974年，RichardHohn研发了第一台由微型计算机控制的工业机器人•1980年，我国研制成功第一台工业机器人样机•1984年，瑞典ABB最快的组装机器人IRB 1000投入生产•1992年，国产AGV第一次应用于柔性生产线 •1938年，美国W Pollard&HRoselund发明世界第一个机械臂•1948年，美国Norbert Wiener发表《控制论：或关于在动物和机器中控制和通信的科学》•1954年，GeorgeDevol创造了世界第一台可编程的机器人Unimate•1959年，GeorgeDevol& JosephEngelberger研发了第一台工业机器人 智能机器人（应用期）：我们预计数年后，伴随机器人充分降本，智能化水平大幅提升，机器人实用性和性价比显著提升，将逐步进入商业化阶段，逐步进入各类场景 工业应用期（1960s-1990s）：以通用汽车为首的美国企业率先将工业机器人应用在生产线上，欧洲、日本、中国先后入局，推陈出新，工业机器人产业发展加快步伐 技术积累期（--1950s）：伴随机器人理论和技术的发展，第一台工业机器人诞生，机器人从理论迈向实践 1.2具身智能：第一人称视角，强调感知与理解环境 具身智能：能够感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。1950年，图灵在论文《Computing Machinery andIntelligence》中首次提出了这一概念，具身概念的可测量性、可解释性和可检验性，使得机器能够通过学习理解具身概念，具身智能成为迈向通用智能的起点。英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在ITF World 2023半导体大会上表示：“人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodied AI）”。 智能受脑、身体与环境协同影响，侧重智能体与环境的“交互”，利用行为实现学习。从认知的角度来看，人类为第一人称视角的智能，以1963年的一个实验为例，被绑起来的猫，只能看这个世界，是一种旁观的智能；另一只猫可以主动去探索，是具身的智能。前者有点像现在基于大量数据的智能，比如我们给机器很多盒子，并且标注这就是盒子，然后机器就会觉得这种pattern是盒子，属于第三人称的智能，而我们人类是通过体验才知道的。具身智能基于智能体具身行为的学习机制可以将数据的采集、模型的学习融为一体，真正实现主动交互的学习，这也是对人类学习过程的更高级模拟。 1.2具身智能运行框架：交叉学科发展，包含具身感知、具身想象、具身执行 多学科交叉+政策加速具身智能发展。具身智能包含具身感知、具身想象和具身执行三个模块，涉及机器人学、计算机视觉、认知科学、博弈学等诸多学科，各学科相对成熟的积累为具身智能进一步发展提供基础。2023年5月，北京市发布的《北京市促进通用人工智能创新发展的若干措施（2023-2025年）（征求意见稿）》中提出探索具身智能、通用智能体和类脑智能等通用人工智能新路径，包括推动具身智能系统研究及应用，政策支持加速具身智能技术突破。 具身感知（Perception）：通过视觉、触觉等传感器交互感知，构建模型，定义、获取、表达可以被机器人使用的具身概念。 具身想象（Imagination）：构建仿真引擎，模拟具身任务，为机器人具身执行提供支撑。 1.3特斯拉人形机器人快速迭代，环境感知与控制能力显著提升 特斯拉人形机器人Optimus全方位升级。特斯拉2023年股东大会发布Optimus机器人最新视频，机器人外观较2022年更精致，力度控制更加精准、AI学习与环境感知能力提升，逐步满足执行复杂任务条件。 2021年8月特斯拉首届AI活动日 •发布特斯拉人形机器人概念机Tesla Bot。 控制 电机扭矩控制 •2022年2月，特斯拉人形机器人开发平台完成•2022年4月，机器人迈出第一步。•2022年8月，实现手臂摆动功能。•2022年9月，实现机器人双脚离地。 机械关节通过电机扭矩控制，力度更加精准，触碰鸡蛋不易碎。 学习 2022年9月特斯拉第二届AI活动日 人类跟踪运动的AI训练 •Optimus人形机器人首秀，可实现直立行走、搬运、洒水等动作。 基于端到端AI学习人类行为的过程，可实现物体分类摆放。 2023年5月特斯拉股东大会 感知 环境感知与记忆 •展示人形机器人最新机型，功能进一步完善，可实现多个机器人流畅行走、抓取物品等。 机器人Optimus户外行走时可同时对环境进行识别与记忆。 1.3小米CyberOne全身21个自由度，实现双足运动姿态平衡，尚未商业化 环境感知上，小米自研Mi-Sense深度视觉模组，结合AI算法，可对真实世界三维虚拟重建；情绪感知上，CyberOne搭载自研MiAI环境语义识别引擎+MiAI语音情绪识别引擎，能够实现85种环境音识别和6大类45种人类情绪识别。关节运动上，全身5种关节驱动，合计13个，峰值扭矩300Nm。运动规划和控制上，自研全身控制算法，协调运动21个关节自由度。商业化情况：据2022年小米新品发布会，CyberOne单台成本在60-70万元左右，尚未商业化。 1.3WalkerX具有41个自由度，可完成多个高精度动作，商业化初期 Walker系列人形机器人：是中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人，于2018年首次亮相，一经推出即赢得了多项世界级奖项及认可。作为是一款外形亲切、具有自然互动功能的真人尺寸人形机器人，其适用于家居及商务场景。WalkerX拥有41度的自由度以及类似人类的运动能力，能够以每小时三公里的速度平稳而快速地行走，且在运动中，其单臂可承载的重量可达1.5公斤。在不同的地面，包括不平的地面、斜坡和楼梯上行走时，Walker可以自行保持稳定和平衡。Walker可以规划自已的路线并在移动过程中避开障碍物，适应家庭和商业环境，还可以执行人类任务，例如识别及抓取物体、开门、倒水、下棋、弹钢琴、绘图和其他游戏等。 技术突破：Walker于2019年获《机器人报告》评选为最值得关注的五大人形机器人之一，并于2021年获24/7Tempo评为百年来最具突破性及创新性的机器人发明之一。 商业化情况：2021年世界人工智能大会，优必选表示Walker系列机器人单台成本在10万美金左右，根据优必选招股说明书2020财年、2021财年及2022年前九个月，Walker系列产品的收入40万元、890万元及人民币730万元，商业化待拓展。 自由度增加，运动能力增强，感知、语音等功能逐渐完善 1.4产品智能化升级+充分降本是人形机器人广泛商业化应用的关键问题 我们认为，阻碍人形机器人商业化量产主要原因有三： •大规模应用场景不足，应用场景直接影响机器人需求的刚性程度，目前人形机器人应用场景仍有待挖掘。•诸多技术问题亟待解决。目前人形机器人尚处于功能相对简单、初步智能的形态。•机器人成本高企。人形机器人机构复杂，制造成本高昂，成本控制有赖于大规模生产的基础及多方位的技术。 人形机器人商业化量产解决路径： •核心仍是机器人功能和智能化水平提升，支撑机器人从封闭场景走向开放场景，从单一场景进入复杂场景。 •以ChatGPT、PaLM为代表的AI多模态大模型显著智能化水平，增强机器人的人机交互能力、机器人自编译能力；此外，电机、减速器、传感器，芯片等硬件环节，持续升级迭代。 •放量降本+引进国产供应链。特斯拉人形机器人目前仍处样机阶段，尚未量产和交付，随着商业化落地放量，以及在供应链环节引入国产供应商后，成本有望充分下降，使得人形机器人有望得到进一步普及。 二、人形机器人产品解析 2.1软件：AI大模型赋能，微软ChatGPT for Robotics、谷歌PaLM通用大模型2.2硬件：旋转关节（伺服电机+减速器）、线性关节（滚柱丝杠）、空心杯电机、传感器（视觉、力矩）、芯片 2.1 AI赋能机器人智能化，环境感知和辅助决策功能实现突破 AI与机器人是相对独立的学科：AI是以实现模拟人类智能行为为目的的智能体（intelligent agent），机器人则是面向任务、面向应用的机器，模拟人类行为只是机器人达成任务的手段之一。深度学习的提出促进AI技术在机器人场景的渗透。从机器人感知、决策、执行三部分来看，AI技术目前主要运用在机器人的感知领域和部分辅助决策领域。多模态大语言模型快速迭代进化赋能机器人：微软发表论文提出了利用ChatGPT操控机器人的基本思路，谷歌PaLM-E模型实现了视觉语言任务融合的训练，英伟达开发多模态具身智能系统Nvidia VIMA，马斯克认为通用型AI算法支持的机器人，是特斯拉未来长期价值所在。 多模态大模型加速机器人智能化进程 谷歌召开I/O大会推出新一代语言模型PaLM 2，其多语言、理解推理、代码生成等能力较初代PaLM又有了提升 英伟达黄仁勋在ITFWorld2023半导体大会表示，AI下一个浪潮将是“具身智能”。英伟达的多模态具身智能系统Nvidia VIMA，标志着AI能力的显著进步。 马斯克在2023年股东大会上表示通用型AI算法支持的机器人，是特斯拉未来长期价值所在。 2.1ChatGPT通过自然语言交互和自动化决策加速机器人的智能化 ChatGPT由OpenAI于2022年11月30日发布。与其他使用预定义的响应或者规则生成文本的聊天机器人不同，ChatGPT可以根据接收到的输入生成响应，从而生成更自然、更多样化