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機器人行業(yè)市場簡析一、人形機器人行業(yè)發(fā)展歷程具身智能:第一人稱視角,強調(diào)感知與理解環(huán)境具身智能:能夠感知并理解周邊環(huán)境,通過自主學(xué)習(xí)完成任務(wù)的智能體。1950年,圖靈在論文《ComputingMachineryandIntelligence》中首次提出了這一概念,具身概念的可測量性、可解釋性和可檢驗性,使得機器能夠通過學(xué)習(xí)理解具身概念,具身智能成為邁向通用智能的起點。英偉達創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛在ITFWorld2023半導(dǎo)體大會上表示:“人工智能的下一個浪潮將是具身智能(embodiedAI)”。智能受腦、身體與環(huán)境協(xié)同影響,側(cè)重智能體與環(huán)境的“交互”,利用行為實現(xiàn)學(xué)習(xí)。從認知的角度來看,人類為第一人稱視角的智能,以1963年的一個實驗為例,被綁起來的貓,只能看這個世界,是一種旁觀的智能;另一只貓可以主動去探索,是具身的智能。前者有點像現(xiàn)在基于大量數(shù)據(jù)的智能,比如我們給機器很多盒子,并且標注這就是盒子,然后機器就會覺得這種pattern是盒子,屬于第三人稱的智能,而我們?nèi)祟愂峭ㄟ^體驗才知道的。具身智能基于智能體具身行為的學(xué)習(xí)機制可以將數(shù)據(jù)的采集、模型的學(xué)習(xí)融為一體,真正實現(xiàn)主動交互的學(xué)習(xí),這也是對人類學(xué)習(xí)過程的更高級模擬。具身智能運行框架:交叉學(xué)科發(fā)展,包含具身感知、具身想象、具身執(zhí)行多學(xué)科交叉+政策加速具身智能發(fā)展。具身智能包含具身感知、具身想象和具身執(zhí)行三個模塊,涉及機器人學(xué)、計算機視覺、認知科學(xué)、博弈學(xué)等諸多學(xué)科,各學(xué)科相對成熟的積累為具身智能進一步發(fā)展提供基礎(chǔ)。2023年5月,北京市發(fā)布的《北京市促進通用人工智能創(chuàng)新發(fā)展的若干措施(2023-2025年)(征求意見稿)》中提出探索具身智能、通用智能體和類腦智能等通用人工智能新路徑,包括推動具身智能系統(tǒng)研究及應(yīng)用,政策支持加速具身智能技術(shù)突破。具身感知(Perception):通過視覺、觸覺等傳感器交互感知,構(gòu)建模型,定義、獲取、表達可以被機器人使用的具身概念。具身想象(Imagination):構(gòu)建仿真引擎,模擬具身任務(wù),為機器人具身執(zhí)行提供支撐。具身執(zhí)行(Execution):基于計算機視覺、機器人學(xué)和計算機圖形學(xué),通過多模型訓(xùn)練,在多傳感器合作下完成任務(wù)執(zhí)行。特斯拉人形機器人快速迭代,環(huán)境感知與控制能力顯著提升特斯拉人形機器人Optimus全方位升級。特斯拉2023年股東大會發(fā)布Optimus機器人最新視頻,機器人外觀較2022年更精致,力度控制更加精準、AI學(xué)習(xí)與環(huán)境感知能力提升,逐步滿足執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)條件。小米CyberOne全身21個自由度,實現(xiàn)雙足運動姿態(tài)平衡,尚未商業(yè)化小米于2022年8月公布首款全尺寸人形機器人CyberOne,高1.77米,重52kg。環(huán)境感知上,小米自研Mi-Sense深度視覺模組,結(jié)合AI算法,可對真實世界三維虛擬重建;情緒感知上,CyberOne搭載自研MiAI環(huán)境語義識別引擎+MiAI語音情緒識別引擎,能夠?qū)崿F(xiàn)85種環(huán)境音識別和6大類45種人類情緒識別。關(guān)節(jié)運動上,全身5種關(guān)節(jié)驅(qū)動,合計13個,峰值扭矩300Nm。運動規(guī)劃和控制上,自研全身控制算法,協(xié)調(diào)運動21個關(guān)節(jié)自由度。商業(yè)化情況:據(jù)2022年小米新品發(fā)布會,CyberOne單臺成本在60-70萬元左右,尚未商業(yè)化。WalkerX具有41個自由度,可完成多個高精度動作,商業(yè)化初期Walker系列人形機器人:是中國首個商業(yè)化雙足真人尺寸人形機器人,于2018年首次亮相,一經(jīng)推出即贏得了多項世界級獎項及認可。作為是一款外形親切、具有自然互動功能的真人尺寸人形機器人,其適用于家居及商務(wù)場景。WalkerX擁有41度的自由度以及類似人類的運動能力,能夠以每小時三公里的速度平穩(wěn)而快速地行走,且在運動中,其單臂可承載的重量可達1.5公斤。在不同的地面,包括不平的地面、斜坡和樓梯上行走時,Walker可以自行保持穩(wěn)定和平衡。Walker可以規(guī)劃自已的路線并在移動過程中避開障礙物,適應(yīng)家庭和商業(yè)環(huán)境,還可以執(zhí)行人類任務(wù),例如識別及抓取物體、開門、倒水、下棋、彈鋼琴、繪圖和其他游戲等。技術(shù)突破:Walker于2019年獲《機器人報告》評選為最值得關(guān)注的五大人形機器人之一,并于2021年獲24/7Tempo評為百年來最具突破性及創(chuàng)新性的機器人發(fā)明之一。商業(yè)化情況:2021年世界人工智能大會,優(yōu)必選表示W(wǎng)alker系列機器人單臺成本在10萬美金左右,根據(jù)優(yōu)必選招股說明書2020財年、2021財年及2022年前九個月,Walker系列產(chǎn)品的收入40萬元、890萬元及人民幣730萬元,商業(yè)化待拓展。二、人形機器人產(chǎn)品解析AI賦能機器人智能化,環(huán)境感知和輔助決策功能實現(xiàn)突破AI與機器人是相對獨立的學(xué)科:AI是以實現(xiàn)模擬人類智能行為為目的的智能體(intelligentagent),機器人則是面向任務(wù)、面向應(yīng)用的機器,模擬人類行為只是機器人達成任務(wù)的手段之一。深度學(xué)習(xí)的提出促進AI技術(shù)在機器人場景的滲透。從機器人感知、決策、執(zhí)行三部分來看,AI技術(shù)目前主要運用在機器人的感知領(lǐng)域和部分輔助決策領(lǐng)域。多模態(tài)大語言模型快速迭代進化賦能機器人:微軟發(fā)表論文提出了利用ChatGPT操控機器人的基本思路,谷歌PaLM-E模型實現(xiàn)了視覺語言任務(wù)融合的訓(xùn)練,英偉達開發(fā)多模態(tài)具身智能系統(tǒng)NvidiaVIMA,馬斯克認為通用型AI算法支持的機器人,是特斯拉未來長期價值所在。PaLM大模型:探索通用人工智能,參數(shù)大幅提升,指導(dǎo)機械手行動2023年3月,谷歌推出5620億參數(shù)的大模型PaLM-E,其模型能力實際上綜合了ViT(VisionTransformer,220億參數(shù))和PaLM(5400億參數(shù))兩個模型的能力。前者將大模型能力泛化至CV領(lǐng)域,賦予大模型視覺能力;后者憑借優(yōu)秀的語言理解、邏輯推理、代碼生成等能力,賦予大模型思考能力。2023年5月,谷歌于I/O大會上正式發(fā)布PaLM-2。作為谷歌下一代語言大模型,谷歌在三方面實現(xiàn)大模型能力的升級,進一步優(yōu)化計算效率、豐富訓(xùn)練語料、完善模型架構(gòu),使得性能相較初代PaLM模型呈現(xiàn)二次提升。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié):無框電機+減速器,實現(xiàn)多角度、精細化、高動態(tài)移動需求據(jù)2022特斯拉AIDay發(fā)布會,我們推測特斯拉Optimus全身使用14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器,旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器包括無框電機、減速器、雙編碼器、力矩傳感器、角接觸軸承、交叉滾子軸承。無框力矩電機、減速器和力矩傳感器是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中價值占比最高的零部件。伺服電機:運動控制核心部件伺服電機系統(tǒng):工業(yè)自動化行業(yè)中應(yīng)用最廣的電機,作為自動化運動控制核心部件,它將電能轉(zhuǎn)換為機械能,可實現(xiàn)對速度、轉(zhuǎn)矩與位置進行精確、快速、穩(wěn)定的控制。伺服電機系統(tǒng)一般由驅(qū)動器、電機、編碼器構(gòu)成。特斯拉機器人線性、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)處預(yù)計使用無框力矩電機,它是去掉軸、軸承、外殼、反饋或端蓋的伺服電機,只包含定子和轉(zhuǎn)子。無框力矩電機的核心優(yōu)勢是輸出力矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長、散熱性好。線性關(guān)節(jié):無框電機+滾柱絲杠,追求低成本、低功耗、高可靠性特斯拉Optimus全身預(yù)計使用14個線性執(zhí)行器,將采用無框電機+滾柱絲杠的方案。絲杠的傳動精度高、能耗低、高負載,但反驅(qū)透明度差(需配備力矩傳感器),響應(yīng)速度偏慢。無框電機+滾柱絲杠方案可以實現(xiàn)低功耗、高負載、高剛度,但可能會限制下肢高動態(tài)的運動能力。行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大因而成本較高。行星滾柱絲杠、倒置滾柱絲桿是線性關(guān)節(jié)中價值量占比較高的零部件,在特斯拉機器人硬件總成本中占比較高。未來可通過技術(shù)迭代+規(guī)?;a(chǎn)實現(xiàn)大幅降本,滿足大規(guī)模應(yīng)用需要。視覺感知:純視覺方案,高性能+低成本基于特斯拉自動駕駛技術(shù)的視覺感知方案,技術(shù)成熟,成本更低。特斯拉Optimus環(huán)境感知移植于特斯拉全自動駕駛系統(tǒng),Optimus機器人頭部搭載三枚攝像頭(魚眼攝像頭+左右攝像頭),通過YUV色彩+全景分割(PanopticSegmentation)+自研的三維重建算法(3DOccupancyNetwork)對環(huán)境進行解構(gòu)分析。Optimus視覺方案繼承了Autopilot算法框架,基于機器人工作特點,通過重新采集數(shù)據(jù)、訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),以捕獲環(huán)境高頻特征,實現(xiàn)機器人工作環(huán)境三維重建,生成對機器人自身位置、姿態(tài)等信息,實現(xiàn)自主導(dǎo)航、路徑規(guī)劃等。三、人形機器人國產(chǎn)供應(yīng)鏈投資機遇:聚焦占比高、增量大、高毛利環(huán)節(jié)人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈:上游核心零部件、中游研發(fā)生產(chǎn)集成、下游應(yīng)用場景人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原材料及核心部件(價值占比高),中游為系統(tǒng)集成及本體制造。下游為細分應(yīng)用場景(ToB&ToC),如教育、物流及移動、康養(yǎng)及巡檢等。人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈與傳統(tǒng)機器人產(chǎn)業(yè)鏈大致相似,上游核心部件除減速器、伺服電機、控制器、傳感器外,增加了體現(xiàn)算力水平的芯片。隨著機器人感知、決策、控制、交互能力升級,軟件系統(tǒng)與配套技術(shù)支持在產(chǎn)業(yè)鏈中占比加大。諧波減速器:滲透率提升+場景延拓推動需求增長,國產(chǎn)份額快速提升工業(yè)機器人滲透率提升+機械自動化場景延拓提升諧波減速器需求,根據(jù)研究數(shù)據(jù),到2025年國內(nèi)諧波減速器市場規(guī)模預(yù)計將達到33億元,其中工業(yè)機器人為主要應(yīng)用領(lǐng)域,規(guī)模達27.5億元。人形機器人關(guān)節(jié)數(shù)量多,對諧波減速器的需求比例遠高于工業(yè)機器人,相比其他產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié),諧波減速器具備最大增量空間。競爭格局方面,日企哈默納科為全球寡頭,全球市占率超8成,國內(nèi)市場,國產(chǎn)品牌市場份額快速提升。根據(jù)GGII數(shù)據(jù),綠的諧波作為國內(nèi)諧波減速器龍頭,2021年國內(nèi)市占率(銷量)為24.7%,較2020年21%的市占率有所增長,并且市占率僅次于全球龍頭哈默納科。諧波減速器相比RV減速器技術(shù)壁壘偏低,發(fā)展時間較短,上下游產(chǎn)業(yè)鏈未形成穩(wěn)固利益聯(lián)盟,國內(nèi)廠商相對容易突破,國產(chǎn)替代加速進行時。豐立智能:國內(nèi)高端電動工具用齒輪龍頭,諧波減速器帶來新增長豐立智能成立于1995年,專注于鋼齒輪、精密減速器及零部件、精密機械件、粉末冶金制品以及氣動工具等產(chǎn)品的研發(fā)制造,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電動工具、農(nóng)林機械、醫(yī)療器械、智能家居、特高壓電網(wǎng)、工業(yè)縫紉機等領(lǐng)域。營收結(jié)構(gòu):2022年,公司主營業(yè)務(wù)按照產(chǎn)品類型可以分為四大板塊,分別是齒輪(2.28億元,53.1%)、諧波減速器及零部件(1.05億元,24.78%)、氣動工具及零部件(0.92億元,21.43%)、新能源傳動(0.01億元、0.26%)。齒輪業(yè)務(wù)為公司的核心產(chǎn)品及主要業(yè)務(wù)來源,收入占比維持在50%以上;此外,諧波減速器業(yè)務(wù)帶來新增長,收入占比提升至25%附近。公司已進入全球一流供應(yīng)鏈體系,與博世、史丹利百得、牧田、創(chuàng)科實業(yè)等電動工具行業(yè)跨國龍頭建立長期穩(wěn)定的業(yè)務(wù)合作,產(chǎn)品實力得到認可。公司通過與博世的合作,從齒輪業(yè)務(wù)延伸至精密減速器業(yè)務(wù),公司開始陸續(xù)向百得、牧田、日立等跨國巨頭供貨精密減速器。匯川技術(shù):中國工業(yè)自動化行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè),通用伺服市占率居國內(nèi)第一公司是專門從事工業(yè)自動化和新能源相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。定位服務(wù)于中高端設(shè)備制造商,公司已經(jīng)成為國內(nèi)最大的中低壓變頻器與伺服系統(tǒng)供應(yīng)商、行業(yè)領(lǐng)先的電梯一體化控制器供應(yīng)商、我國新能源汽車電機控制器的領(lǐng)軍企業(yè)。公司是國家高新技術(shù)企業(yè),掌握了高性能矢量變頻技術(shù)、PLC技術(shù)、伺服技術(shù)和永磁同步電機等核心平臺技術(shù)。作為行業(yè)龍頭,公司充分享受機器換人和工廠自動化/智能化行業(yè)利好:2022年匯川技術(shù)實現(xiàn)營收230.1億元,同比增長28.2%;歸母凈利潤43.2億元,同比增長20.9%。2022年,公司通用伺服系統(tǒng)在中國市場份額約21.5%,位居第一名;低壓變頻器產(chǎn)品位居第三名;小型PLC產(chǎn)品在中國市場的份額約11.9%,位居第二名??招谋姍C:靈巧手核心零部件,長期被外資壟斷,蘊藏國產(chǎn)替代機遇空心杯電機作為微特電機的一種,在高精度、高速響應(yīng)、緊湊高效場景得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)報告,從微特電機的下游看,信息處理、家用電器和武器、航空等領(lǐng)域占據(jù)主要份額,市場份額占比分別為29%、26%、20%,其余為汽車電器設(shè)備、視像處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域。人形機器人靈巧手核心零部件:隨著人形機器人量產(chǎn)曙光,未來有望快速增長。競爭格局:空心杯電機市場長期被外資壟斷,蘊藏大量國產(chǎn)替代機遇。目前空心杯市場被德國FAULHABER、瑞士Maxon、日本電產(chǎn)主導(dǎo),隨著國產(chǎn)廠商的量產(chǎn)工藝水平不斷突破,未來有望實現(xiàn)國產(chǎn)替代。鳴志電器、江蘇雷利、鼎智科技等為我國空心杯電機主要生產(chǎn)商。奧比中光:國內(nèi)3D視覺傳感器龍頭,多業(yè)務(wù)布局發(fā)展奧比中光成立于2013年,于2022年7月登陸科創(chuàng)板,為行業(yè)領(lǐng)先3D視覺感知整體技術(shù)方案提供商。公司主營業(yè)務(wù)是3D視覺感知產(chǎn)品的設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,現(xiàn)已成為全球少數(shù)幾家

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