AI赋能，人形机器人产业提速，把握产业链受益机会-安信证券-2023.7.1-47页_2mb

人形机器人产业发展分析总结

核心内容

人形机器人产业目前仍处于0-1阶段，但AI技术的赋能以及多方企业的参与，显著加速了其发展进程。市场投资逻辑偏向事件驱动，如Tesla AI DAY、傅利叶智能新品发布会等，但其长期成长空间巨大，特别是在服务场景中的应用潜力。人形机器人有望成为AI+机械的标杆产品，其市场价值可能超越电动车。

主要观点

• AI赋能：AI大模型显著提升了人形机器人的语言、视觉、运动控制及自动化决策能力，推动其从概念走向实用。
• 多方入局：全球多家企业（如特斯拉、波士顿动力、优必选、达闼、小米等）纷纷布局人形机器人，推动产业热度上升。
• 成本优势：中国制造业具备成本优势，有望在人形机器人硬件供应链中占据重要位置。
• 市场空间：高盛预测，若技术突破，2025-2035年人形机器人销量CAGR可达94%，市场规模达1540亿美元。
• 商业化关键：刚需应用场景、规模化降本和标准构建是人形机器人实现量产的关键。

关键信息

• 特斯拉Optimus：作为当前最具代表性的产品之一，其关节执行器成本占比超51%，其中旋转关节、线性关节和手部关节分别占比20.87%、22.41%和8.13%。
• 核心零部件：包括无框力矩电机、行星滚柱丝杠、谐波减速器、力矩传感器、编码器、空心杯电机、滚珠丝杠等。
• 技术壁垒：行星滚柱丝杠、六维力矩传感器、空心杯电机、谐波减速器、无框力矩电机等为关键高壁垒部件。
• 受益环节：重点关注电机、丝杠、减速器、传感器等硬件领域，相关企业包括拓普集团、三花智控、鸣志电器、鼎智科技、步科股份、禾川科技、汇川技术、秦川机床、江苏雷利、恒立液压、贝斯特、绿的谐波、双环传动、中大力德、通力科技等。
• 市场化展望：人形机器人有望复制新能源汽车和智能手机的发展路径，实现从B端到C端的推广。特斯拉Optimus目标价格低于2万美元，预计实现百万级销量。

成本拆分与技术分析

Tesla Optimus 成本构成（假设）

• 旋转关节执行器：占比约28.91%（无框力矩电机）、28.32%（谐波减速器）、16.52%（编码器）、16.22%（力矩传感器）。
• 线性关节执行器：占比约9.85%（行星滚柱丝杠）、4.31%（无框力矩电机）、1.11%（滚珠丝杠）。
• 手部关节执行器：占比约4.43%（空心杯电机）、1.48%（行星齿轮箱）、1.11%（滚珠丝杠）。
• 其他部件：包括FSD系统（30.8%）、显示屏（0.3%）、摄像头、雷达等（合计约0.9%）。
• 总成本：约2.25万美元。

受益企业推荐

• 执行器：拓普集团、三花智控
• 空心杯电机：鸣志电器、鼎智科技
• 无框力矩电机：步科股份、禾川科技、汇川技术
• 滚珠丝杠：秦川机床、江苏雷利、鼎智科技、恒立液压、贝斯特
• 谐波减速器：绿的谐波、双环传动
• 行星减速器：中大力德、通力科技

市场化展望

• 应用场景：优先在B端应用，如特斯拉超级工厂，之后逐步向C端扩展，如家庭服务、医疗陪护、配送等。
• 规模化降本：特斯拉目标价格低于2万美元，预计实现大规模量产。
• 标准构建：行业标准的建立将有助于推动人形机器人在不同场景中的应用。

风险提示

• 机器人推广不及预期
• 市场竞争加剧
• 产品迭代不及预期
• 政策风险
• 成本测算存在主观性

图表与数据

• 图1：AI大模型高速发展
• 图2：AI赋能Tesla人形机器人
• 图3：2021年起人形机器人重大事件梳理
• 图4：Tesla机器人更新时间线
• 图5：Tesla Optimus电机转矩控制展示
• 图6：Tesla Optimus基于人类动作演示学习
• 图7：中国和世界65岁以上人口占比增长迅速
• 图8：中国劳动力成本快速上升，机器人替代潜力巨大
• 图9：全球人型机器人市场规模预测
• 图10：人形机器人产业链概览
• 图11：人形机器人全套控制系统及对应软硬件示意图
• 图12：Tesla Optimus人形机器人运动执行关节
• 图13：Tesla Optimus核心零部件分布示意图
• 图14：关节执行器成本占比超51%
• 图15：电机、滚珠丝杠、减速器、传感器成本占比较高
• 图16：Tesla Optimus旋转执行器零部件构成
• 图17：Tesla Optimus旋转执行器零部件成本拆分
• 图18：无框力矩电机的定子和转子结构图
• 图19：无框力矩电机能够很好地集成于机器人关节
• 图20：谐波减速器及其内部结构图
• 图21：谐波减速器的“错齿”原理
• 图22：柔轮疲劳损伤断裂示意图
• 图23：谐波减速器近5年专利申请数量排名
• 图24：谐波减速器行业壁垒存在于研发、生产、销售等各个环节
• 图25：2021年哈默纳科全球谐波减速器市占率格局
• 图26：我国谐波减速器行业国产替代逐渐推进
• 图27：行星减速器及其内部结构示意图
• 图28：普通伺服电机+大减速比减速器，反向驱动时合成扭矩会发生异常，从而导致减速器损坏
• 图29：大气隙半径无框力矩电机+行星减速器，正反驱动时合成扭矩均处于正常状态，减速器不会损坏
• 图30：UCLA Zhu.Taoyuanmin博士设计并使用在人形机器人上的行星齿轮箱
• 图31：UCLA Zhu.Taoyuanmin博士设计的行星齿轮箱用于人形机器人的胯骨
• 图32：2022年全球前五大行星减速器竞争格局
• 图33：编码器在伺服系统中的应用
• 图34：三种编码器盘结构对比
• 图35：光电编码器工作原理图
• 图36：磁电编码器工作原理图
• 图37：六维力学传感器外观结构
• 图38：六维力学传感器同时检测三方向力和三方向力矩
• 图39：多维传感器广泛应用于机器人末端关节
• 图40：多维传感器具体功能
• 图41：Tesla Optimus直线执行器零部件构成
• 图42：Tesla Optimus直线执行器零部件成本拆分
• 图43：线性执行器
• 图44：步进电机的步进原理
• 图45：步进电机和伺服电机结构图对比
• 图46：2014-2019年我国直线电机行业市场规模及增长
• 图47：2015-2019年我国直线电机产量及增长
• 图48：2019年直线电机企业市占率情况
• 图49：线性滚珠丝杠实物图
• 图50：滚珠丝杠副结构图
• 图51：滚珠丝杠结构图
• 图52：行星滚柱丝杠结构图
• 图53：Optimus线性执行器剖面图1螺母螺杆
• 图54：Optimus线性执行器剖面图2滚珠
• 图55：中国品牌在国内中低端市场占据一席之地
• 图56：国内高端应用市场基本被德系、日系产品垄断
• 图57：特斯拉人形机器人手部结构
• 图58：特斯拉机器人手部包含6个驱动器和11个自由度
• 图59：Tesla Optimus手部执行器零部件成本拆分
• 图60：传统铁芯电机结构
• 图61：空心杯电机结构
• 图62：有刷空心杯电机可应用于机器人手部
• 图63：有刷空心杯电机
• 图64：机器手触觉传感器结构图
• 图65：基于石墨烯的触觉传感器
• 图66：扫地机器人和吸尘器产品
• 图67：扫地机器人和吸尘器产品
• 图68：优必选旗下人形机器人WalkerX
• 图69：达阔科技旗下人形机器人GingerXR-1
• 图70：优必选2020-2022年营业收入
• 图71：达阔科技2017-2019年营业收入
• 图72：优必选2020至2022年利润率与研发费用率
• 图73：达闼科技2017至2019年利润率与研发费用率

表格数据

• 表1：Tesla Optimus最新数据可视化与2021年概念机数据对比
• 表2：Tesla Optimus成本拆分测算
• 表3：机器人关节用无框力矩电机指标
• 表4：2022年全球及国内无框力矩电机主要参与者情况
• 表5：国外主要谐波减速器厂商概况
• 表6：国内主要谐波减速器厂商概况
• 表7：国内有潜力进入谐波领域厂商概况
• 表8：2022年我国主要行星减速器上市公司情况
• 表9：三种类型编码器性能对比
• 表10：国内主要编码器厂商概况
• 表11：国内主要传感器厂商概况
• 表12：无框力矩电机、步进电机、直线电机对比
• 表13：国内主要步进电机厂商概况
• 表14：国内外主要直线电机厂商概况
• 表15：国内外主要行星滚柱丝杠厂商概况
• 表16：空心杯电机特点与优势
• 表17：无刷电机与有刷电机对比
• 表18：国内主要空心杯电机厂概况
• 表19：国内主要触觉传感器厂商概况
• 表20：人形机器人应用场景
• 表21：扫地机器人与吸尘器对比
• 表22：波士顿动力Atlas、优必选Walker、特斯拉Optimus人形机器人应用场景
• 表23：智能手机/新能源汽车/人形机器人发展历程类比
• 表24：相关企业估值表