特斯拉人形机器人产业链

随着当前人工智能浪潮的爆发和全球“机器更换”进程的加快，预计人形机器人将深入消费者细分，成为人工智能下一个重要的着陆应用场景。2022年，马斯克推出Teslabot“Optimus原型机引爆了人形机器人产业链。特斯拉发布的人形机器人擎天柱Optimus承担自动驾驶技术，而人工智能的核心Transformer架构是NLP领域的标志性研究成果。据马斯克介绍，特斯拉人形机计划在未来十年内产能500万台。按量产后2.5万美元单价计算，未来3-5年市场空间将超过100亿美元，十年后市场空间将超过1000亿美元。

01人形机器人产业概述

人形机器人是一种智能机器人，具有与人类相似的身体结构和运动方式（双脚行走、双手合作等）。目前还没有普遍定义人形机器人 ，但是根据专业书籍《Humanoid Robots》综上所述，人形机器人应能够“在人工作和生活环境中工作，操作人工设计的工具和设备，与人沟通”。在此前提下，人形机器人最终应具有与人类相似的身体结构，包括头部、躯干和四肢，用双脚行走，用多个手指进行各种操作，并具有一定程度的认知和决策智能。人形机器人作为一种高度通用、高度集成、智能化的机器人，不仅需要很强的运动控制能力，还需要很强的感知和计算能力。其技术难点在于模仿“感知认知决策执行”的过程，涉及仿生感知认知技术、生机电融合技术、人工智能技术、大数据云计算技术、视深导航技术等领域的尖端技术。人形机器人主要包括环境感知模块、智能人工智能芯片模块、运动控制模块和操作系统模块四个核心技术模块。环境感知模块主要负责数据采集和环境感知(视觉、声音、雷达、压感、光感)等传感器。智能人工智能芯片模块包括负责数据处理和计算的存储器和智能芯片。运动控制模块包括能量管理系统和动作执行系统(驱动器、控制器、减速器等)。操作系统模块包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共享功能执行、程序间信息传输、程序发行包管理等。波士顿动力Atlass已经有几十年的研发经验、本田ASIMO、KAIST HUBO、Walker是最好的选择、Agility Digit是经典产品的代表，具有一定的运动能力、执行任务能力和环境适应能力。

02人形机器人产业链

依托相对成熟的工业机器人产业链，人形机器人产业或人形机器人产业。核心部件类型与现有机器人类似，包括驱动装置(伺服系统+减速器)、控制装置(控制器)和各种传感器。减速器是零件中成本最高的，毛利率最高达40%，其次是伺服系统(35%)和控制器(25%)。人形机器人轨道对减速器和伺服系统的确定性相对较强。从传感器环节来看，与外部环境感知和导航相关的自动驾驶传感器有望受益。资料来源：特斯拉，DS Power、行行查

1. 伺服系统

伺服系统是一种能够准确输出运动状态的驱动系统。与普通工业机器人2-6的自由度相比，人形机器人通常有30-40的自由度，对单个伺服电机的需求显著增加，预计人形机器人的工业化将促进伺服系统的需求。从竞争模式来看，伺服系统的主要参与者包括日本、欧美和国内制造商。日本企业包括安川、三菱、三洋、欧姆龙、松下等，主要是小功率和中型功率产品。西门子、博世力士乐、施耐德等欧美品牌在大型伺服方面具有优势地位。根据MIR数据，2022年中国通用伺服市场规模约223亿元，同比增长超过35%；中国通用伺服厂商占国内市场的42%，市场份额首次超过日韩厂商。汇川技术、埃斯顿、台达、和川技术、步科、森创等国内主要伺服系统制造商。

资料来源：行行查2. 减速器

减速器是连接电源和执行机构的中间机构，具有匹配速度和传递扭矩的功能。它是机器人使用的精密传动装置，通常是1:1与电机一起使用。由于人形机器人的结构更接近人形，每个关节的力更复杂，减速器负载和电机响应速度更高。机器人使用的减速器主要分为行星减速器、谐波减速器和RV（摆线针轮）减速器。谐波减速器谐波减速器是一种传动装置，通过与刚轮的相互作用，使软轮产生可控的弹性变形波，实现运动和动力传递。谐波减速器主要用于多关节机器人和合作机器人，具有较大的市场扩张潜力。在谐波减速器的市场份额方面，国内制造商绿色谐波和福谐波已经实现了大规模生产，可以实现进口替代，市场份额显著增加，哈默纳科的份额进一步略有收缩。资料来源：GGII、由于传动精度、扭转刚度等性能差距，国金证券RV减速器RV减速器仍依赖进口。日本纳博特斯克在RV减速器市场处于垄断地位，占中国市场份额的一半以上，包括日本居民在内的主要海外厂商。双环传动、秦川机床、中大力德、南通振康、珠海飞马、智通科技等国内主要厂家正在大力发展国内RV减速器产品，但在旋转精度和传动效率方面与国外产品仍存在一定差距。

行星减速器

最近有报道称，人形机器人产业链中的一些旋转关节可能会发生方案变化，行星减速器可能会取代谐波减速器。行星减速的传动原理是驱动源启动太阳齿轮，驱动行星齿轮运行，从连接行星齿轮的内齿轮环和输出轴输出功率，实现减速。数据来源：《关于高倒车驾驶性能机器人驱动器的研究》，石田隐藏。广发证券人形机器人专用行星减速器的特点如下：1、高重复定位系统的精度。背部间隙可达3弧以内，定位可准确。2、刚性高。输出轴采用大尺寸、大跨度双支撑轴承设计。3、任何配置的电机。该模块化设计用于电机连接板和衬套，以确保动力系统在高输入速度下传递同心度和界面零背隙。4、高输出扭矩。齿轮箱和内回齿轮采用结构紧凑、密度高、输出扭矩大的整体设计。输出轴能承受较大的轴向和径向载荷，扭矩大，适用范围广。从市场格局来看，行星减速器整体行业进入壁垒高，产品结构复杂，制造安装难度大。行星减速器作为一种高精度产品，研发周期长，对企业的资金、人才和技术要求高，对企业的技术和质量控制要求高。在全球范围内，精密行星减速器市场主要由少数企业占据。如德国纽卡特，德国企业处于领先地位（Neugart）、威腾斯坦在德国（WITTENSTEIN AG）、德国赛威传动（SEW Eurodrive）等等，其他竞争力强的日本企业，如日本居民、日本电产等。

3.控制系统

控制系统是控制其运动的机器人神经系统。目前，人形机器人的生产规模较小。进入量产后，各控制器采用自产或外购模式尚不清楚。控制系统的主要参与者有两种：一种是主流的大型机器人制造商，独立开发控制器和控制算法，包括ABB、KUKA、发那科、国内埃斯顿等。另一种是专业的控制系统制造商，单独销售控制器，提供可扩展和二次开发的硬件和软件平台，包括KEBA、贝加莱，倍福。国内工业机器人制造商独立开发了自己的控制系统，包括新松机器人、埃斯顿、华中数控、新世达、广州数控、汇川技术等公司，也诞生了固高科技、英威腾、卡诺普等多家专业的控制系统服务提供商。控制器的市场份额与机器人本体基本一致。

4. 空心杯电机

人形机器人手指关节的自由度得到了提高。考虑到人形机器人的模拟性，其手指关节需要配备体积小、输出强的电机，空心杯电机具有很强的契合度。空心杯电机结构图：

人形机器人的重点是取代人的一些工作场景，并进行更好的互动来帮助人们工作。因此，它将面临更加多样化和复杂的应用场景。因此，关键是赋予其手指关节更高的自由度，使其具有抓取、传输等基本功能。空心杯应用领域高端，设计制造壁垒高，市场空间相对无刷、伺服等通用产品较小。从竞争模式来看，海外品牌占据高端市场，国内产品具有明显的性价比优势。作为电机的新发展方向，国外厂商也加强了Maxon(瑞士)等产品布局。、Faulhaber(德国)等待知名微电机厂商已经申请了大量与空心杯电机相关的专利技术。目前，中国正在加快国内替代，主要参与江苏雷利、明智电器、卧龙电气、海洋电机等制造商。

5. AI机器视觉系统

人形机器人需要具备识别外部环境、实现导航、避障、交互等功能的能力，并使用传感器识别物体、测距等。机器视觉是人工智能深度学习的应用和技术方向，人形机器人和智能驾驶都是机器视觉的着陆方向之一。机器视觉的本质是将“眼睛”植入机器中，利用环境和物体对光的反射来获取和感知信息。在各种场景下，如读取、确定零件的装配位置等，可以通过机器视觉取代人眼来实现多种功能。特斯拉最著名的人工智能算法是其机器视觉中的纯视觉解决方案，在人形机器人的制造中继续使用。