人工智能行業(yè)：從前沿進(jìn)展和技術(shù)路線看人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會(huì)

從前沿進(jìn)展和技術(shù)路線看人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)投資I計(jì)勞動(dòng)力短缺將驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)10-15年內(nèi)達(dá)到60億美元，最樂(lè)觀情況下杯電機(jī)、無(wú)框力矩電機(jī)等。分析師及聯(lián)系人SACS060001SACS120001SACS10500012/2/20從前沿進(jìn)展和技術(shù)路線看人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)投資從前沿進(jìn)展和技術(shù)路線看人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)投資展如何？OpenAl公司1XTechnologies；3月底EngineeredArts展示了接入GPTesearch達(dá)到60億美元。在最樂(lè)觀情況下，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例、成本可控性、公眾接受度等方人對(duì)家庭來(lái)說(shuō)可能和汽車一樣重要。根據(jù)特斯拉2023投資者大會(huì)，馬斯克預(yù)計(jì)如果Optimus狀態(tài)，其數(shù)量可能將達(dá)到100-200億。驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。波士頓動(dòng)力Atlas采用液壓驅(qū)動(dòng)，性能優(yōu)異(舊版膝關(guān)節(jié)扭矩已高達(dá)890Nm，髖關(guān)節(jié)扭矩達(dá)840Nm)的同時(shí)成本高昂(單臺(tái)造價(jià)高達(dá)200萬(wàn)美金)，且存在噪音大、易漏液、電耗高、對(duì)污染敏感、對(duì)液壓元件的精度us此方案，其中小米“鐵大”的髖關(guān)節(jié)主要電機(jī)瞬時(shí)峰值扭矩可達(dá)到300Nm，優(yōu)必選WalkerX00Nm，兩者造價(jià)均在10萬(wàn)美元量級(jí)，因此電驅(qū)更符合商業(yè)化路線。驅(qū)動(dòng)器環(huán)節(jié)投資機(jī)會(huì)？斯拉Optimus的28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器中包含兩類六種伺服驅(qū)動(dòng)器(基于無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器+機(jī)械離合器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，基于力矩電機(jī)+滾柱絲杠的線性驅(qū)動(dòng)器)，關(guān)鍵部件為諧波減速杯電機(jī)和絲桿，均有望充分受益于人形機(jī)器人放量。后評(píng)級(jí)說(shuō)明和重要聲明-04聯(lián)合研究|行業(yè)深度4/4/20 圖1：早期人形機(jī)器人的硬件成本拆分(美元，%) 5 進(jìn)AI+機(jī)器人布局 7AmecaGen 7 圖11：全球智能服務(wù)機(jī)器人及解決方案的市場(chǎng)規(guī)模(十億美元，%) 11圖12：中國(guó)智能服務(wù)機(jī)器人及解決方案的市場(chǎng)規(guī)模(十億元，%) 11圖13：美國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)力過(guò)剩與短缺情況預(yù)測(cè) 12圖14：人形機(jī)器人滲透曲線將與純電動(dòng)車相似 13 圖16：人形機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)展歷程 15圖17：優(yōu)必選機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)器方案 16圖18：特斯拉人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)拆解圖 17特斯拉人形機(jī)器人的6種驅(qū)動(dòng)器及其配置 17 表1：使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)方案的人形機(jī)器人對(duì)比 14表2：各類伺服驅(qū)動(dòng)器特性對(duì)比 15 5/5/20傳感器和芯片伺服電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器精密減速器慣性測(cè)量單元和扭矩傳感器電池和電池控制系傳感器和芯片伺服電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器精密減速器慣性測(cè)量單元和扭矩傳感器電池和電池控制系統(tǒng)其他部件(包括機(jī)身材料)2000,人形機(jī)器人前沿進(jìn)展如何？體現(xiàn)；3)制造成本仍然是限制人形機(jī)器人推廣的關(guān)鍵掣肘。應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人難以使用的領(lǐng)域，包括倉(cāng)庫(kù)管理/物流管理領(lǐng)域以及簡(jiǎn)單但人力負(fù)擔(dān)大得多。根據(jù)GoldmanSachsResearch，人形機(jī)器人有望分別于2025-2028、2030-型代表是波士頓動(dòng)力的Atlas人形機(jī)器人。另一類則在生產(chǎn)成本方面，根據(jù)MacquarieResearch，早期人形機(jī)器人的硬件總成本約為4萬(wàn)元、精密減速器8,000美元、電池和電池控制系統(tǒng)2,000美元系統(tǒng)、其他部件(包括機(jī)身材料)約5,000美元。圖1：早期人形機(jī)器人的硬件成本拆分(美元，%)5005000,10000,25%5000,12%10000,25%8000,20%%資料來(lái)源：MacquarieResearch，長(zhǎng)江證券研究所的人形機(jī)器人售價(jià)甚至達(dá)到數(shù)百萬(wàn)美元，比如ASIMO機(jī)器人的單s6/6/20。優(yōu)必選型號(hào)：Walker優(yōu)必選型號(hào)：WalkerX(2021)身高(cm)：130重量(kg)：63自由度：腿12、臂14、手12、頸3速度(km/h)：3力(kg/手)：伸展?fàn)顟B(tài)單臂1.5kg本田型號(hào)：ASIMO(2005)身高(cm)：130體重(kg)：48波士頓動(dòng)力型號(hào)：Valkyrie(2016)身型號(hào)：Valkyrie(2016)身高(cm)：188體重(kg)：136速度(km/h)：n/a力(kg/手)：n/a執(zhí)行器：電驅(qū)(旋轉(zhuǎn)+直線+手部執(zhí)行器)身高(cm)：150重量(kg)：89速度(km/h)：9.0力(kg/手)：可帶可不帶手指電源：電池執(zhí)行器：液壓速度(km/h)：9.0力(kg/手)：抓力0.5/手(五個(gè)手指)電源：51.8V鋰離子電池電源：54.6V/10Ah/3.6電源：51.8V鋰離子電池執(zhí)行器：電驅(qū)執(zhí)行器：電驅(qū)執(zhí)行器：電驅(qū)(伺服電機(jī)+諧波減速器+驅(qū)動(dòng)單元)特斯拉型號(hào)：Optimus特斯拉型號(hào)：Optimus/TeslaBot(2022)高度(cm)：172重量(kg)：73速度(km/h)：8.0力(kg/手)：伸展?fàn)顟B(tài)單臂4.5kg電源：2.3kWh/52V電池執(zhí)行器：電驅(qū)(旋轉(zhuǎn)+直線+手部執(zhí)行器)小米型號(hào)：CyberOne(2022)身高(cm)：177重量(kg)：52速度(km/h)：3.6力(kg/手)：n/a(兩根手指)電源：電池執(zhí)行器：電驅(qū)型號(hào)：AmecaGEN2(2023)身高(cm)：187體重(kg)：49速度(km/h)：不可移動(dòng)力(kg/手)：n/a電源：2×24V/200W電池執(zhí)行器：電驅(qū)資料來(lái)源：MacquarieResearch，NASA，各公司官網(wǎng)，長(zhǎng)江證券研究所2023年以來(lái)各企業(yè)相繼推進(jìn)AI+機(jī)器人布局。2月，微軟團(tuán)隊(duì)披露正在探索如何將ChatGPT研發(fā)公司OpenAl領(lǐng)投挪威人形機(jī)器人公司1XTechnologies(前稱為Halodi巧操作領(lǐng)域的成果，推出自研機(jī)器人靈巧手(TRX-Hand)和機(jī)械臂(TRX-Arm)；形機(jī)器人Optimus的全新型號(hào)。1XTechnologies披露其人形機(jī)器人EVE自今年4月(擔(dān)任保安)。7/7/20進(jìn)AI+機(jī)器人布局微微軟?宣布正在探索如何將ChatGPT類用自然語(yǔ)言控制機(jī)器人等硬件平臺(tái)。騰訊、小米?騰訊RoboticsX實(shí)驗(yàn)室推出自研機(jī)器人靈巧手(TRX-Hand)和機(jī)械臂 (TRX-Arm)；?北京小米機(jī)器人技術(shù)有限公司成立。OpenAlOpenAl、EngineeredArts?OpenAl領(lǐng)投挪威人形機(jī)器人公司?EngineeredArts展示接入GPT3.0ca?特斯拉2023股東大會(huì)上展示了接通FSD算法的Optimus最新進(jìn)展。?1XTechnologies披露其人形機(jī)器人EVE自今年4月以來(lái)已投入工作。資料來(lái)源：財(cái)經(jīng)網(wǎng)科技，高工機(jī)器人，YouTube，長(zhǎng)江證券研究所英國(guó)公司EngineeredArts于2022年發(fā)布Ameca第一代產(chǎn)品，其身高1.87米，臂展第二代。Ameca結(jié)合了AI與AB(ArtificialBody)技術(shù)，底層系統(tǒng)是機(jī)器人操作系統(tǒng)Ameca。mecaGen資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所人類相8\8\S0資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所9/9/20meca資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所10/10/20資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所人形機(jī)器人未來(lái)發(fā)展空間如何？事的簡(jiǎn)單工作均可由人形機(jī)器人代替，大致可分為工業(yè)場(chǎng)景和消費(fèi)場(chǎng)景。以Ameca為資料來(lái)源：EngineeredArts，長(zhǎng)江證券研究所11/11/20相對(duì)于C端客戶，航時(shí)傳感器以及其他傳感器；3)計(jì)算能力需要繼續(xù)提高，以保證人形機(jī)器人能夠避開(kāi)障礙作成本需要進(jìn)一步降低，以縮短投資回收期。其中全球人形機(jī)器人解決方案市場(chǎng)規(guī)模將于2026年達(dá)到80億美元，約占全球智能服8%。圖11：全球智能服務(wù)機(jī)器人及解決方案的市場(chǎng)規(guī)模(十億美元，%)000040020067.5 .443.233.725.58.1 22.1 15.318.145%40%35%30%25%20%15%10%5%0%201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E智能個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人合計(jì)增速(右)智能專業(yè)服務(wù)機(jī)器人資料來(lái)源：優(yōu)必選招股說(shuō)明書(shū)，長(zhǎng)江證券研究所0040200155.897.673.554.119.328.346.735.270%60%50%40%30%20%10%0%201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E智能個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人合計(jì)增速(右)智能專業(yè)服務(wù)機(jī)器人資料來(lái)源：優(yōu)必選招股說(shuō)明書(shū)，長(zhǎng)江證券研究所GoldmanSachsResearch，2022年美國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)力已有約50萬(wàn)人的短缺，預(yù)計(jì)到2030年將擴(kuò)大到200萬(wàn)人，將驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)的10-15年內(nèi)達(dá)到60億美元，最初始的需求將來(lái)Research國(guó)制造業(yè)勞動(dòng)力短缺，到2035年能夠填補(bǔ)全球2%的養(yǎng)老需求。在最樂(lè)觀情況下，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用案例、成本可控性、公眾接受度等方面的問(wèn)題均得到完全克服，GoldmanSachsResearch預(yù)計(jì)2035年人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將高達(dá)1540億美元，并可替代48%-126%的勞動(dòng)力缺口和53%的老年人護(hù)理缺口。12/12/20資料來(lái)源：GoldmanSachsResearch，長(zhǎng)江證券研究所商業(yè)化。MacquarieResearch動(dòng)車相似，預(yù)計(jì)到2050年，形機(jī)器人身上，并預(yù)測(cè)如果Optimus達(dá)到成熟可用狀態(tài)，其數(shù)量可能將達(dá)到100-20013/13/20與純電動(dòng)車相似資料來(lái)源：MacquarieResearch，長(zhǎng)江證券研究所從技術(shù)路線看人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會(huì)符合商業(yè)化路線強(qiáng)。波士頓舊版Atlas的膝關(guān)節(jié)扭矩已高達(dá)890N·m，髖關(guān)節(jié)扭矩達(dá)需確保不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱量太大而被燒壞或者因?yàn)槊土易矒舳鴵p毀；5)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需與控制。總體來(lái)說(shuō)，人形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器必須做到體積小、重量輕、軸向尺寸短、高功率密度、化，才能保證其關(guān)節(jié)動(dòng)作的高效執(zhí)行。這不僅是制約人形機(jī)器人更靈活、自由的關(guān)鍵，模型預(yù)測(cè)控制器(MPC)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況調(diào)整其發(fā)力、姿勢(shì)、動(dòng)作發(fā)生時(shí)機(jī)等細(xì)節(jié)。14/14/20帶帶集中冷卻功能的主管路腿腿關(guān)節(jié)處旋轉(zhuǎn)密封管接高高強(qiáng)度重量比的殼體結(jié)構(gòu) (截面圖)先進(jìn)的復(fù)合先進(jìn)的復(fù)合材料表面資料來(lái)源：靜液壓，長(zhǎng)江證券研究所as件規(guī)整等優(yōu)勢(shì)。使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)方案的人形機(jī)器人對(duì)比優(yōu)必選WalkerXCyberOneAtlas成本10萬(wàn)美元以下10萬(wàn)美元左右200萬(wàn)美元?jiǎng)臃绞絅mNm890Nm(舊版)資料來(lái)源：高工移動(dòng)機(jī)器人，優(yōu)必選研究院，中國(guó)電子報(bào)，長(zhǎng)江證券研究所壓驅(qū)動(dòng)的Atlas在運(yùn)動(dòng)能力上表現(xiàn)迥異。盡管電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式在運(yùn)動(dòng)性能上略遜準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器改成了高力矩密度電機(jī)+低傳動(dòng)比減速器的組合，通過(guò)電機(jī)的電流大小間15/15/20展歷程資料來(lái)源：《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》丁宏鈺，長(zhǎng)江證券研究所TSA)最大輸出功率只有200-300W/kg，SEA入各類伺服驅(qū)動(dòng)器特性對(duì)比SAA剛性力矩傳感器剛性力矩傳感+并聯(lián)彈性體合機(jī)構(gòu)A或電流片原理或電流片原理片原理制特點(diǎn)低一般一般般點(diǎn)好好好好低一般高非常高非常高高統(tǒng)，如精密機(jī)器人人四足機(jī)器人量效的系統(tǒng)足機(jī)器人資料來(lái)源：《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》丁宏鈺，長(zhǎng)江證券研究所不同廠家在設(shè)計(jì)之初可根據(jù)需求選用不同的驅(qū)動(dòng)器類型，并且常采用組合方案。以Valkyrie驅(qū)動(dòng)器、線性驅(qū)動(dòng)器與手指驅(qū)動(dòng)器組合的方式，且不同部位rie動(dòng)器配置軀干軀干含2個(gè)彈性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(兩側(cè)的大臂關(guān)節(jié))+2個(gè)彈性線性驅(qū)動(dòng)器協(xié)同工作。骨盆骨盆有3個(gè)彈性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(腰部+2條大腿關(guān)節(jié))，另外包含2個(gè)IMU(慣性測(cè)量單元)。聯(lián)合研究|行業(yè)深度16/16/20大扭矩伺服驅(qū)動(dòng)器諧波減速器方大扭矩伺服驅(qū)動(dòng)器諧波減速器方案每個(gè)前臂包括1個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(實(shí)現(xiàn)手腕滾動(dòng))，1對(duì)線性驅(qū)動(dòng)器(實(shí)現(xiàn)手腕俯仰和偏轉(zhuǎn))。個(gè)拇指，含6個(gè)手指和拇指驅(qū)動(dòng)器。腿每個(gè)大腿包含5個(gè)彈性旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，踝關(guān)節(jié)使用2個(gè)彈性線性驅(qū)動(dòng)器。資料來(lái)源：NASA，長(zhǎng)江證券研究所對(duì)不高(用于教育)，目前優(yōu)必選WalkerX的伺服關(guān)節(jié)支持扭矩范圍為4.5-200Nm。方案行星減速器方案行星減速器方案小扭矩伺服驅(qū)動(dòng)器 (齒輪減速器)資料來(lái)源：優(yōu)必選研究院，長(zhǎng)江證券研究所Optimus類六種伺服關(guān)節(jié) (基于無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器+機(jī)械離合器的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，基于力矩電機(jī)+滾柱絲杠的性驅(qū)動(dòng)器分布于膝肘等擺動(dòng)角度較小的單自由度關(guān)節(jié)和腕踝兩個(gè)雙自由度但是體積相對(duì)聯(lián)合研究|行業(yè)深度17/17/20圖資料來(lái)源：特斯拉人工智能日，長(zhǎng)江證券研究所(注：橙色部分是驅(qū)動(dòng)器)琴重力約2000-4000N)，實(shí)際上Optimus采用的最大線性執(zhí)行器負(fù)載可達(dá)到8000N；3)線性執(zhí)行器的螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在合理設(shè)計(jì)之后可以自鎖，從而形成一個(gè)低功耗、穩(wěn)定動(dòng)器及其配置旋旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器諧波減速器線性執(zhí)行線性執(zhí)行器資料來(lái)源：特斯拉人工智能日，長(zhǎng)江證券研究所布局企業(yè)包括但不限于諧波減速器(綠的諧波等)、滾柱絲杠(鼎智科技等)、無(wú)框力矩電機(jī)(步科股份等)。的速度移動(dòng)，擁有成千上萬(wàn)的觸覺(jué)傳感器和21個(gè)主動(dòng)自由度，是18/18/20的代表“機(jī)械臂”主要用于制造和組裝流水線，機(jī)器人2.0時(shí)代的代表具，也可以是氣動(dòng)吸盤(如波士頓動(dòng)力HandleLogistic機(jī)器人)，又或是模仿人手的夾timusOptimus于生物學(xué)，每只手擁有5個(gè)手指和11個(gè)自由度，由5根“經(jīng)資料來(lái)源：特斯拉人工智能日，長(zhǎng)江證券研究所資料來(lái)源：特斯拉人工智能日，長(zhǎng)江證券研究所s投資建議或19/19/20風(fēng)險(xiǎn)提示AI但研發(fā)進(jìn)展存在不確定性。業(yè)整體還需進(jìn)一步降本方能推動(dòng)滲透率提升。聯(lián)合研究|行業(yè)深度20/20/202個(gè)月內(nèi)行業(yè)股票指數(shù)的漲跌幅相對(duì)同期相關(guān)證券市場(chǎng)代表性指數(shù)的漲跌幅為基準(zhǔn)，投資建議的評(píng)平公司評(píng)級(jí)報(bào)告發(fā)布日后的12個(gè)月內(nèi)公司的漲跌幅相對(duì)同期相關(guān)證券市場(chǎng)代表性指數(shù)的漲跌幅為基準(zhǔn)，投資建議的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：相關(guān)證券市場(chǎng)代表性指數(shù)說(shuō)明：A股市場(chǎng)以滬深300指數(shù)為基準(zhǔn)；新三板市場(chǎng)以三板成指(針對(duì)協(xié)議轉(zhuǎn)讓標(biāo)的)或三板做市指數(shù) (針對(duì)做市轉(zhuǎn)讓標(biāo)的)為基準(zhǔn)；香港市場(chǎng)以恒生指數(shù)為基準(zhǔn)。AddAdd區(qū)淮海路88號(hào)長(zhǎng)江證券大廈37樓P.C/(430015)Add/深圳市福田區(qū)中心四路1號(hào)嘉里建設(shè)廣場(chǎng)3期36樓P.C/(518048)Add/浦東新區(qū)世紀(jì)大道1