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機(jī)器人行業(yè)分析一、風(fēng)起人形機(jī)器人,多方勢(shì)力入局1.1復(fù)盤工業(yè)機(jī)器人:場(chǎng)景適用性+降本是提升滲透率的關(guān)鍵傳統(tǒng)機(jī)器人按照使用類型和應(yīng)用場(chǎng)景的不同,主要分為三類;1)工業(yè)機(jī)器人:工業(yè)機(jī)器人指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人,在工業(yè)生產(chǎn)加工過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)代替人類執(zhí)行某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè),主要包括焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人、包裝機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、切割機(jī)器人和凈室機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)上有類似人類的行走、扭腰、大臂、小臂、手腕、爪子等部件,由計(jì)算機(jī)控制。工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子、物流、化工等工業(yè)領(lǐng)域。2)服務(wù)機(jī)器人:指在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的先進(jìn)機(jī)器人,主要包括家用服務(wù)機(jī)器人、醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人和公共服務(wù)機(jī)器人。其中,公共服務(wù)機(jī)器人指在農(nóng)業(yè)、金融、物流、教育等除醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外的公共場(chǎng)合為人類提供一般服務(wù)的機(jī)器人。3)特種機(jī)器人:特種機(jī)器人指代替人類從事高危環(huán)境和特殊工況的機(jī)器人,主要包括軍事應(yīng)用機(jī)器人、極限作業(yè)機(jī)器人和應(yīng)急救援機(jī)器人。應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域,一般由受過(guò)專門培訓(xùn)的人員操作或使用,輔助機(jī)器人或代替人執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。軟硬件技術(shù)為機(jī)器人發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),整體機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)逐年提升趨勢(shì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展,機(jī)器人逐漸從機(jī)械自動(dòng)化向人工智能化方向前進(jìn),機(jī)器人技術(shù)逐漸成熟,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,不斷提升工業(yè)等場(chǎng)景自動(dòng)化水平和智能化水平,機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。1)工業(yè)機(jī)器人方面,隨著國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,國(guó)內(nèi)機(jī)器人逐步滲透到以往自動(dòng)化水平較低的領(lǐng)域,不斷提升我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化水平;2)服務(wù)機(jī)器人方面,隨著國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)等企業(yè)的入局,應(yīng)用市場(chǎng)逐步多元化,如智能配送、家庭機(jī)器人、AI教育等。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看,全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì),2021年市場(chǎng)規(guī)模為175億美元,IFR預(yù)計(jì)2024年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到230億美元;服務(wù)機(jī)器人整體保持較高速增長(zhǎng),2021年市場(chǎng)規(guī)模為172億美元,IFR預(yù)計(jì)2024年全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到290億美元;特種機(jī)器人方面,2021年市場(chǎng)規(guī)模為82億美元,IFR預(yù)計(jì)2024年全球特種機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到140億美元。從競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看和下游市場(chǎng)來(lái)看:1)工業(yè)機(jī)器人:參考MIR睿工業(yè)數(shù)據(jù),海外企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人方面積淀依然深厚,海外機(jī)器人企業(yè)依然在我國(guó)占據(jù)較大市場(chǎng)份額。我們機(jī)器人企業(yè)技術(shù)不斷追趕海外企業(yè),國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市占率逐漸提升,2023Q1國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市占率提升至40.8%,相比2022Q1提升約3.6pct。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看,新能源汽車、動(dòng)力電池、醫(yī)療增速相對(duì)較快,是拉動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景。2)服務(wù)機(jī)器人:服務(wù)機(jī)器人方面,下游細(xì)分場(chǎng)景較多,如商用服務(wù)機(jī)器人這塊細(xì)分產(chǎn)品包括有送餐、配送、迎賓、消殺,清潔類機(jī)器人等,整體競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展復(fù)盤:場(chǎng)景適用性+成本是影響應(yīng)用的重要因素我們認(rèn)為以下兩個(gè)因素是影響機(jī)器人落地和滲透提升的關(guān)鍵:1)場(chǎng)景適用性,機(jī)器人本身的感知能力,思考決策能力和執(zhí)行能力決定了潛在的應(yīng)用場(chǎng)景;2)成本,成本是決定機(jī)器人滲透的關(guān)鍵,若場(chǎng)景應(yīng)用成本過(guò)高則相應(yīng)場(chǎng)景難以應(yīng)用機(jī)器人。協(xié)作機(jī)器人提升了機(jī)器人場(chǎng)景適用性+降低成本,加速工業(yè)機(jī)器人滲透。協(xié)作機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的分支之一,相比傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人,協(xié)作機(jī)器人追求輕量化、柔性及安全協(xié)作性。2008年第一臺(tái)輕量化、小型化、人機(jī)協(xié)作的六關(guān)節(jié)協(xié)作機(jī)器人誕生,但2018年以前市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小。在5G通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等為技術(shù)支撐的背景下,協(xié)作機(jī)器人潛在場(chǎng)景逐步提升,滲透率逐步提升,市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。協(xié)作機(jī)器人擴(kuò)展了應(yīng)用場(chǎng)景、降低了應(yīng)用成本:1)協(xié)作機(jī)器人逐漸打破了傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)景的局限,在機(jī)器人產(chǎn)品與工人之間無(wú)需設(shè)置隔離欄進(jìn)行分離,雙方能夠在共同空間中進(jìn)行近距離交互,進(jìn)行人機(jī)協(xié)作,同時(shí)較容易編程,擴(kuò)展了應(yīng)用場(chǎng)景;2)價(jià)格上,傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格一般位于10萬(wàn)~40萬(wàn)人民幣之間,使用壽命為5~8年,而要將其應(yīng)用到生產(chǎn)線上,那將要多出2~3倍的部署花費(fèi),而協(xié)作機(jī)器人的價(jià)格一般介于2~3萬(wàn)美元,但因?yàn)槭∪チ瞬渴鸬倪^(guò)程,應(yīng)用成本有所降低,從而提升了工業(yè)機(jī)器人在工廠等場(chǎng)景的滲透率。1.2人形機(jī)器人風(fēng)起,多方勢(shì)力入局人形機(jī)器人處于產(chǎn)業(yè)早期階段。目前,人形機(jī)器人處于產(chǎn)業(yè)鏈初期階段,世界范圍內(nèi)對(duì)于人形機(jī)器人并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)定義,常常將其模糊定義為外表和行為都接近人的機(jī)器人。從應(yīng)用角度來(lái)看,人形機(jī)器人可以應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域也可以應(yīng)用于商用、家庭領(lǐng)域,對(duì)傳感和人機(jī)交互要求較高,更接近于服務(wù)機(jī)器人。參考GGII研究,當(dāng)前,全球人形機(jī)器人行業(yè)處于發(fā)展的早期階段,市場(chǎng)上真正意義做人形機(jī)器人的企業(yè)較少,主要集中在日本、美國(guó)、歐洲、中國(guó)等機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈較為領(lǐng)先的國(guó)家和地區(qū)。多數(shù)產(chǎn)品還處于原型或者概念驗(yàn)證階段,尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)和廣泛商業(yè)化應(yīng)用。已實(shí)現(xiàn)推出原型機(jī)/產(chǎn)品的公司包括日本本田、美國(guó)波士頓動(dòng)力、美國(guó)敏捷機(jī)器人、中國(guó)優(yōu)必選、中國(guó)小米和美國(guó)特斯拉等。從人形機(jī)器人發(fā)展來(lái)看,1969年,日本早稻田大學(xué)研制出了全球第一臺(tái)雙足機(jī)器人。發(fā)展至今,人形機(jī)器人技術(shù)研究的主要方向還是圍繞著如何讓它快速魯棒地在人類的生活環(huán)境里面去運(yùn)動(dòng)而展開。這具體經(jīng)歷了三個(gè)階段:第一個(gè)階段是1969-1995年,它是一個(gè)緩慢靜態(tài)行走的過(guò)程,以日本本田ASIMO機(jī)器人的前身為代表;第二個(gè)階段是1996-2015年,此時(shí)是連續(xù)動(dòng)態(tài)行走,這時(shí)候更多考慮到了機(jī)器人的質(zhì)心慣量以及質(zhì)心的加速度等因素;第三個(gè)階段是2016年至今,追求的是高動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)性能,以波士頓動(dòng)力的ATLAS機(jī)器人做出的難度較高的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作為標(biāo)志。商業(yè)化漸進(jìn),多方勢(shì)力紛紛布局。人形機(jī)器人方面,除了傳統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)和機(jī)器人企業(yè)以外,互聯(lián)網(wǎng)、車企等多方勢(shì)力也紛紛入局。2022年8月,小米推出CyberOne;2022年9月30日特斯拉展示Optimus原型機(jī),并宣稱2萬(wàn)美金的量產(chǎn)價(jià)格;2022年11月,大語(yǔ)言模型GTP發(fā)布,2023年1月,優(yōu)必選向港交所遞交招股說(shuō)明書。我們認(rèn)為隨著各方的入局及AI技術(shù)的發(fā)展,人形機(jī)器人整體商業(yè)化應(yīng)用漸進(jìn)。潛在市場(chǎng)規(guī)模超萬(wàn)億人民幣。人形機(jī)器人主要目標(biāo)是在某些場(chǎng)景上代替人工,潛在市場(chǎng)空間大。以中短期來(lái)看,我們認(rèn)為家務(wù)、安保及代替歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家工廠缺口等可能為早期潛在應(yīng)用場(chǎng)景:1)家務(wù)應(yīng)用方面,以特斯拉公布機(jī)器人性能來(lái)看,可以完成澆花等簡(jiǎn)單家務(wù),未來(lái)隨著進(jìn)一步完善,有望代替部分家政人員;2)安保領(lǐng)域,OpenAI提供ChatGPT為EVE機(jī)器人提供軟件支持,讓其有望在安保領(lǐng)域應(yīng)用,尤其是保安、監(jiān)獄、養(yǎng)老院等領(lǐng)域,因此我們認(rèn)為安保領(lǐng)域有望成為潛在應(yīng)用場(chǎng)景;3)代替工廠缺口,海外發(fā)達(dá)國(guó)家勞動(dòng)力成本高,以德國(guó)為例,最低時(shí)薪為12歐元(2023年6月21日歐元兌美元匯率為1.092,換算為13.1美元),若機(jī)器人一年工作300天,日工作24小時(shí),換算成人工費(fèi)用為9.43萬(wàn)美元/年。若特斯拉機(jī)器人量產(chǎn)目標(biāo)價(jià)能達(dá)到2萬(wàn)美元,相比發(fā)達(dá)國(guó)家人工成本而言,Optimus使用成本較低,有望替代部分空缺勞動(dòng)力。我們僅計(jì)算家庭、安保場(chǎng)景和部分發(fā)達(dá)國(guó)家職位缺口場(chǎng)景下的潛在市場(chǎng)空間,這些潛在市場(chǎng)規(guī)模為2231億美元(價(jià)格以2萬(wàn)美元單臺(tái)測(cè)算),市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)萬(wàn)億人民幣:1)假設(shè)僅計(jì)算家庭、安保、部分發(fā)達(dá)國(guó)家替代工廠職位缺口需求;2)家庭方面,目前掃地等服務(wù)機(jī)器人滲透率較高,應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn),因此假設(shè)滲透率達(dá)到10%;3)安保領(lǐng)域,由于安保領(lǐng)域主要應(yīng)用場(chǎng)景是監(jiān)控和巡視,相較工廠場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)較為容易,考慮發(fā)達(dá)國(guó)家人力成本較高,假設(shè)滲透率達(dá)到15%;4)替代發(fā)達(dá)國(guó)家工廠缺口,考慮目前工廠缺口人數(shù),由于工廠環(huán)境較為復(fù)雜,初始從搬運(yùn)等簡(jiǎn)單環(huán)節(jié)的需求滲透,因此假設(shè)滲透率為5%。短期來(lái)看,制約人形機(jī)器人應(yīng)用的主要是:運(yùn)控能力需要提升,高技術(shù)+高成本+應(yīng)用場(chǎng)景為主要痛點(diǎn)1)運(yùn)控能力為核心,技術(shù)要求高,需要提升機(jī)器人感知+思考+執(zhí)行能力。機(jī)器人目前技術(shù)較為復(fù)雜,涉及軟硬融合等技術(shù),對(duì)運(yùn)控技術(shù)要求較高。以優(yōu)必選機(jī)器人為例,需要機(jī)器人本體技術(shù)、人工智能技術(shù),手眼協(xié)調(diào)、人機(jī)交互、SLAM與導(dǎo)航等融合技術(shù),技術(shù)門檻較高。分開來(lái)看,機(jī)器人本體相關(guān)技術(shù)包括高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制算法等方面;人工智能方面,包括視覺(jué)算法和語(yǔ)音能力、人機(jī)交互能力、以及對(duì)環(huán)境的理解能力;在底層技術(shù)方面,包括操作系統(tǒng)等方面。我們認(rèn)為,短期來(lái)看,運(yùn)動(dòng)控制軟件與硬件之間的復(fù)合能力是人形機(jī)器人核心痛點(diǎn),如目前展示的部分機(jī)器人存在動(dòng)作僵硬等情況,未來(lái)隨著AI深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)、仿真+AI大模型的應(yīng)用,運(yùn)動(dòng)能力、步態(tài)控制等有望優(yōu)化。2)成本高,人形機(jī)器人技術(shù)包括步態(tài)規(guī)劃、人機(jī)交互、手眼協(xié)調(diào)、視覺(jué)與導(dǎo)航等多方面技術(shù),高技術(shù)情況下,人形機(jī)器人成本較高。3)產(chǎn)業(yè)鏈處于初期階段,由于整體人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于初期階段,且價(jià)格相對(duì)較高,因此應(yīng)用場(chǎng)景不太明確。我們認(rèn)為隨著人形機(jī)器人功能穩(wěn)定性、操作簡(jiǎn)易性、交付和維護(hù)、價(jià)格方面等痛點(diǎn)逐步解決,商業(yè)化有望到來(lái)。二、AI賦能+特斯拉入局,人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有望加速2.1特斯拉入局,開啟藍(lán)海新賽道特斯拉入局,人形機(jī)器人遠(yuǎn)期市場(chǎng)空間大。2021年特斯拉首次公布人形機(jī)器人項(xiàng)目,2022年特斯拉正式公布首款人形機(jī)器人原型,展示了Optimus搬運(yùn)箱子、為植物澆水、在汽車工廠中移動(dòng)金屬棒等可能應(yīng)用場(chǎng)景,人形機(jī)器人迭代升級(jí)速度較快。2023年5月,特斯拉CEO埃隆·馬斯克在大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)介紹了特斯拉人形機(jī)器人Optimus的全新型號(hào),展示了人形機(jī)器人抓取物體的能力,運(yùn)控能力進(jìn)一步提升,人形機(jī)器人已經(jīng)擁有電機(jī)扭矩控制、環(huán)境探索與記憶、基于人類跟蹤運(yùn)動(dòng)的AI訓(xùn)練以及物體操縱能力。我們認(rèn)為,從最開始提出人形機(jī)器人概念,到原型,再到擁有一定抓握能力和操縱能力,特斯拉在人形機(jī)器人領(lǐng)域迭代迅速,未來(lái)產(chǎn)業(yè)化有望加速。AI賦能,人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化有望加速。OpenAI的GPT出現(xiàn)有望推動(dòng)AI感知現(xiàn)實(shí)世界,并與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互,進(jìn)而推動(dòng)大模型在物理世界應(yīng)用。目前來(lái)看,大模型在人形機(jī)器人的行動(dòng)中有望扮演推理決策的角色,將人類的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為機(jī)器人可執(zhí)行的步驟,從而補(bǔ)全機(jī)器人核心的推理決策能力,推動(dòng)機(jī)器人走向通用之路。參考微軟AutonomousSystemsandRoboticsGroup將大模型結(jié)合實(shí)際機(jī)器人的案例:研究者使用ChatGPT生成機(jī)器人的高層控制代碼,從而通過(guò)自然語(yǔ)言和ChatGPT交流,使用ChatGPT來(lái)控制機(jī)械臂、無(wú)人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人等機(jī)器人,他們?cè)跊](méi)用任何微調(diào)的情況下,利用大語(yǔ)言模型去控制機(jī)器人完成各種任務(wù)。我們認(rèn)為,AI具有快速學(xué)習(xí)訓(xùn)練和迭代的能力,通過(guò)學(xué)習(xí)理解人類語(yǔ)言,提升人形機(jī)器人的智能化水平,使機(jī)器對(duì)人的意圖、對(duì)環(huán)境的理解進(jìn)一步加深,最終推動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化。特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈共用+規(guī)?;当灸芰?,有望加速人形機(jī)器人落地。1)特拉斯在新能源汽車端積累了大量配套產(chǎn)業(yè)鏈資源,而電動(dòng)汽車與人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈有共通之處,如電池、電機(jī)、電控、芯片、攝像頭、傳感器等多種零部件,我們看好特斯拉產(chǎn)業(yè)鏈遷移能力。2)特斯拉規(guī)?;当灸芰Γ阂蕴厮估娷嚍槔?,從2017-2022年,特拉斯汽車單車價(jià)格降幅明顯,而公司凈利率不斷提升,這反應(yīng)了特斯拉較強(qiáng)的規(guī)?;当灸芰Α?)特斯拉AI領(lǐng)域和芯片方面的積淀:2022年TeslaAIDAY中,特斯拉展示了Dojo的單個(gè)訓(xùn)練模塊由25個(gè)特斯拉自主研發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練芯片——DI芯片組成。DI芯片則由臺(tái)積電制造,采用7nm工藝,擁有500億個(gè)晶體管。實(shí)際應(yīng)用中,特斯拉將以120個(gè)訓(xùn)練模塊組裝成ExaPOD,每個(gè)ExaPOD內(nèi)置3000個(gè)DI芯片,擁有超過(guò)100萬(wàn)個(gè)訓(xùn)練節(jié)點(diǎn),算力達(dá)到1.1EFLOP*(每秒千萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算)。此外,特斯拉自身自動(dòng)駕駛領(lǐng)域積淀的感知方面算法也有望移植人形機(jī)器人,加快其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。特斯拉Optimus方案成本較低,量產(chǎn)可能性較大。驅(qū)動(dòng)方案:采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動(dòng)或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案,相比液壓驅(qū)動(dòng),電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案性價(jià)比高:1)Atlas選擇液壓驅(qū)動(dòng)方案,Atlas可以像運(yùn)動(dòng)員一樣奔跑、翻轉(zhuǎn)、跳躍和騰空,并能夠快速越過(guò)具有一定傾斜度的障礙。Atlas擁有世界上最緊湊的移動(dòng)液壓系統(tǒng)之一,其核心原理是通過(guò)液體壓縮泵產(chǎn)生高壓液體,高壓強(qiáng)作用于缸體產(chǎn)生巨大推力,帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。但缺點(diǎn)是噪音大、易漏液、對(duì)污染敏感、對(duì)液壓元件的精度質(zhì)量要求高、對(duì)維護(hù)團(tuán)隊(duì)要求高等,導(dǎo)致制造成本居高不下,難以走出實(shí)驗(yàn)室、走向商業(yè)化;2)特斯拉Optimus選用了穩(wěn)定性、性價(jià)比更高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案,更加注重實(shí)用性,量產(chǎn)可能性較高。視覺(jué)感知:采用純視覺(jué)方案,成本較低Optimus復(fù)用了Tesla汽車上的純視覺(jué)環(huán)境感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),采用純視覺(jué)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的感知和目標(biāo)識(shí)別,成本較低。1)Optimus的頭部集成三顆攝像頭(魚眼攝像頭),可以提供大于180度體前場(chǎng)景覆蓋。2)而Atlas需要深度相機(jī)和激光雷達(dá),使用深度相機(jī)以每秒15幀的速度生成環(huán)境點(diǎn)云。點(diǎn)云是距離測(cè)量數(shù)據(jù)的集合。Atlas的感知軟件使用多平面分割的算法從點(diǎn)云中提取表面。接著算法輸出的數(shù)據(jù)被輸入地圖系統(tǒng),最后系統(tǒng)幫助Atlas用相機(jī)看到不同物體建立模型。運(yùn)控環(huán)節(jié):采用實(shí)時(shí)狀態(tài)感知的閉環(huán)控制Optimus目前的步態(tài)控制策略是:根據(jù)行進(jìn)路線生成「腳印」級(jí)別的每一步位置規(guī)劃,再拆解為對(duì)應(yīng)路徑下的抬腳和后跟落地動(dòng)作,最后系統(tǒng)會(huì)計(jì)算得出機(jī)器人在對(duì)應(yīng)動(dòng)作下的可以保持動(dòng)態(tài)平衡的重心移動(dòng)軌跡。而真實(shí)世界的環(huán)境要復(fù)雜得多。比如機(jī)器人自身會(huì)有抖動(dòng),傳感器會(huì)受到噪聲干擾以及類似的種種。這些在運(yùn)動(dòng)規(guī)控棧計(jì)算之外的干擾會(huì)讓原本的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃在執(zhí)行中發(fā)生偏差。對(duì)于干擾和偏差等問(wèn)題,Optimus機(jī)器人在穩(wěn)定檢測(cè)系統(tǒng)中融入實(shí)時(shí)的環(huán)境感知反饋,并將穩(wěn)定系統(tǒng)通過(guò)環(huán)境檢測(cè)得到的糾偏信號(hào)輸出給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),從而形成融入實(shí)時(shí)狀態(tài)感知的閉環(huán)控制,讓機(jī)器人保持動(dòng)態(tài)平衡。我們認(rèn)為深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)積累下,相關(guān)技術(shù)如FSD有望持續(xù)迭代,最終提升機(jī)器人運(yùn)控能力。2.2人形機(jī)器人成本構(gòu)成及零部件分析以產(chǎn)業(yè)化程度較高的工業(yè)機(jī)器人為例來(lái)看,工業(yè)機(jī)器人中技術(shù)難度最高的三大核心零部件分別是減速器、伺服系統(tǒng)、控制器,三者分別占工業(yè)機(jī)器人成本構(gòu)成的35%、25%、10%。核心零部件成本大約占到工業(yè)機(jī)器人整機(jī)成本的70%左右。目前人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化程度較低,考慮人形機(jī)器人需要對(duì)感知能力要求較高,我們認(rèn)為從硬件角度來(lái)看,電機(jī)驅(qū)動(dòng)、減速器、傳動(dòng)設(shè)施及傳感器為人形機(jī)器人核心成本構(gòu)成。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來(lái)看,人形機(jī)器人更接近智能服務(wù)機(jī)器人,上游關(guān)鍵零部件主要是伺服電機(jī)、傳感器、減速機(jī)等,中游主要是硬件集成和系統(tǒng)集成,對(duì)軟件系統(tǒng)要求較高。由于特斯拉在軟件算法、部分核心零部件擁有較深的積淀,我們推測(cè)這塊主要以特斯拉自研為主;硬件方面,考慮規(guī)模效應(yīng)和特斯拉降本需求,伺服電機(jī)、傳動(dòng)環(huán)節(jié)、減速機(jī)等環(huán)節(jié)有望依靠外部供應(yīng)商提供為主,而國(guó)產(chǎn)廠商在硬件成本端控制較好,結(jié)合特斯拉人形機(jī)器人未來(lái)售價(jià)目標(biāo),有望為國(guó)產(chǎn)零部件廠商業(yè)績(jī)帶來(lái)增量空間。軀干和手部是機(jī)器人主要活動(dòng)關(guān)節(jié),從特斯拉Optimus機(jī)器人硬件來(lái)看:1)軀干:特斯拉Optimus共有28個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié),包括三種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和三種線性執(zhí)行器:其中旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用電機(jī)+傳感器+諧波減速器的方案;而線性關(guān)節(jié)采用電機(jī)+絲杠+傳感器(從形態(tài)上,我們推測(cè)是無(wú)框電機(jī))。2)手部:特斯拉機(jī)器人靈巧手采取了折中的方案,使用較為經(jīng)典的六電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,拇指采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)彎曲和側(cè)擺,其它四指各用一個(gè)電機(jī)帶動(dòng),電機(jī)采用蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。從數(shù)量來(lái)看,共12個(gè)驅(qū)動(dòng),手指部分我們推測(cè)是空心杯電機(jī)+驅(qū)動(dòng)裝置+傳動(dòng)裝置構(gòu)成。三、國(guó)產(chǎn)零部件產(chǎn)業(yè)鏈有望受益3.1電機(jī):核心零部件構(gòu)成之一3.1.1空心杯電機(jī):海外積淀深厚,國(guó)產(chǎn)廠商有望突破空心杯電動(dòng)機(jī)屬于直流永磁的伺服、控制電動(dòng)機(jī),也可以將其歸類為微特電機(jī)。空心杯電機(jī)主要由后蓋、接線端子、電刷端蓋、電刷、換向器、杯形繞組(轉(zhuǎn)子)、轉(zhuǎn)軸、墊圈、滑動(dòng)軸承、外殼、磁鐵(定子)、法蘭、定位環(huán)組成。定子由永磁體、殼體、法蘭組成。外殼提供了恒定的磁場(chǎng),使電機(jī)無(wú)鐵損耗。沒(méi)有軟磁性牙齒。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是均勻的,即使在低速情況下也能運(yùn)行平穩(wěn)。在較高的速度下,電機(jī)能減少振動(dòng),減少噪音。分類方面,空心杯電機(jī)可以分為有刷和無(wú)刷兩種,有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)鐵芯,無(wú)刷空心杯電機(jī)定子無(wú)鐵芯:1)有刷空心杯電機(jī):空心杯直流有刷微電機(jī)采用機(jī)械換向,磁極不動(dòng),線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時(shí),線圈和換向器旋轉(zhuǎn),磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn),線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器和電刷來(lái)完成的。在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)摩擦碳刷,造成損耗,需要定期更換碳刷。碳刷與線圈接線頭之間通斷交替,會(huì)發(fā)生電火花,產(chǎn)生電磁破,干擾電子設(shè)備。2)無(wú)刷空心杯電機(jī):無(wú)刷空心杯直流電機(jī)采取電子換向,線圈不動(dòng),磁極旋轉(zhuǎn)。無(wú)刷空心杯直流電機(jī),是使用一套電子設(shè)備,通過(guò)霍爾元件,感知永磁體磁極的位置,根據(jù)這種感知,使用電子線路,適時(shí)切換線圈中電流的方向,保證產(chǎn)生正確方向的磁力,來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。因?yàn)槭亲钥厥竭\(yùn)行的,所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組,也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。相比普通電機(jī),空心杯電機(jī)具有能量轉(zhuǎn)換效率較高,起動(dòng)、制動(dòng)迅速,響應(yīng)較快和運(yùn)行穩(wěn)定性可靠,轉(zhuǎn)速的波動(dòng)較小等優(yōu)勢(shì),因此適合需要快速響應(yīng)的系統(tǒng),如導(dǎo)彈飛行方向快速調(diào)節(jié),高倍率光驅(qū)的隨動(dòng)控制,快速自動(dòng)調(diào)焦,高靈敏的記錄和檢測(cè)設(shè)備,工業(yè)機(jī)器人,仿生義肢等。在特斯拉人形機(jī)器人中,空心杯電機(jī)可以運(yùn)用在手部,從而滿足手部運(yùn)動(dòng)的快速響應(yīng)需求。海外廠商如瑞士的MAXON、德國(guó)Faulhaber等企業(yè)深耕行業(yè)多年,行業(yè)地位較高。國(guó)內(nèi)企業(yè)相較海外廠商仍存在一定的技術(shù)差距,未來(lái)潛在發(fā)展空間大,主要原因是:1)相比普通電機(jī),空心杯電機(jī)由于少了鐵芯支撐,對(duì)線圈要求較高;2)國(guó)內(nèi)廠商更注重成本控制,缺乏對(duì)高端技術(shù)的投入,導(dǎo)致技術(shù)水平相對(duì)滯后,同時(shí)在減速器等機(jī)械件上依然在追趕海外企業(yè)。我們認(rèn)為,在高端微型電機(jī)上,國(guó)內(nèi)企業(yè)與海外依然存在差距,但以鳴志電器、江蘇雷利為主的國(guó)內(nèi)企業(yè)也在不斷進(jìn)步,依托國(guó)產(chǎn)企業(yè)降本能力,有望在這塊市場(chǎng)取得相應(yīng)進(jìn)展。3.1.2無(wú)框電機(jī):國(guó)產(chǎn)企業(yè)有望憑借性價(jià)比優(yōu)勢(shì)加速突破無(wú)框電機(jī)可以將定轉(zhuǎn)子部件直接裝配在機(jī)器中,便于終端產(chǎn)品的高度集成化,縮小體積。無(wú)框架電機(jī)是傳統(tǒng)電機(jī)中用于產(chǎn)生扭矩和速度的部分,但沒(méi)有軸、軸承、外殼或端蓋。無(wú)框電機(jī)只有兩個(gè)部件:轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子通常是內(nèi)部部件,由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成,直接安裝在機(jī)器軸上。定子是外部部件,齒輪外部環(huán)繞鋼片和銅繞組,以產(chǎn)生緊密攀附在機(jī)器殼體內(nèi)的電磁力。無(wú)框電機(jī)通常安裝在先進(jìn)的機(jī)器中,具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì),可以提升機(jī)器性能。無(wú)框電機(jī)可以運(yùn)用在多種機(jī)器人和自動(dòng)化領(lǐng)域,包括機(jī)器人、醫(yī)藥、機(jī)床、包裝、印刷、加工和通用自動(dòng)化。在人形機(jī)器人領(lǐng)域,無(wú)框電機(jī)也有望發(fā)揮自身結(jié)構(gòu)緊湊、性能較高的優(yōu)勢(shì),在機(jī)器人四肢等領(lǐng)域應(yīng)用。在市場(chǎng)格局方面,Kollmorgen,Moog,MaxonMotor,BEIKimco,Woodward和ShinanoKenshi等企業(yè)在市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,國(guó)產(chǎn)廠商如步科股份有望借助國(guó)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈成本優(yōu)勢(shì),在市場(chǎng)份額上取得突破。3.2減速器:人形機(jī)器人有望帶動(dòng)諧波減速器市場(chǎng)規(guī)模提升減速器是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu),具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。按照控制精度劃分,減速器可分為一般傳動(dòng)減速器和精密減速器。一般傳動(dòng)減速器控制精度低,可滿足機(jī)械設(shè)備基本的動(dòng)力傳動(dòng)需求。精密減速器回程間隙小、精度較高、使用壽命長(zhǎng),更加可靠穩(wěn)定,應(yīng)用于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等高端領(lǐng)域。精密減速器種類較多,主流的包括諧波減速器、RV減速器等。減速器主要分為諧波減速器、RV減速器,諧波減速器具有小體積、低負(fù)載、高精度等特性,更適合于人形機(jī)器人應(yīng)用。諧波減速器:1)構(gòu)成:諧波齒輪減速器是一種靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形波,通過(guò)其與剛輪的相互作用,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的傳動(dòng)裝置,其構(gòu)造主要由帶有內(nèi)齒圈的剛性齒輪(剛輪)、帶有外齒圈的柔性齒輪(柔輪)、波發(fā)生器三個(gè)基本構(gòu)件組成。2)運(yùn)行原理:諧波傳動(dòng)技術(shù)突破了機(jī)械傳動(dòng)采用剛性構(gòu)件的模式,使用了一個(gè)柔性構(gòu)件來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng),其工作原理通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式,當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時(shí),迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀,使其長(zhǎng)軸處柔輪齒輪插入剛輪的輪齒槽內(nèi),成為完全嚙合狀態(tài);而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸,處于脫開狀態(tài),當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形并產(chǎn)生了錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動(dòng)傳遞。機(jī)器人為實(shí)現(xiàn)多自由度,其各個(gè)部位的控制均需在關(guān)節(jié)處搭載電機(jī),故電機(jī)數(shù)量較傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械人有大幅提升。類比工業(yè)機(jī)器人,“電機(jī)+減速器”的集成逐漸成為移動(dòng)機(jī)器人需要大角度旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)(以下簡(jiǎn)稱

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