2024年人形機(jī)器人行業(yè)深度報(bào)告：人形機(jī)器人從0到1-國產(chǎn)化和軟件賦能帶來行業(yè)變革

2024年人形機(jī)器人行業(yè)深度報(bào)告：人形機(jī)器人從0到1_國產(chǎn)化和軟件賦能帶來行業(yè)變革人形機(jī)器人潮起，特斯拉引領(lǐng)全球人形機(jī)器人定義&功能&結(jié)構(gòu)定義：機(jī)器人是能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、操縱或定位且具有一定程度自主能力的可編程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。按外在形態(tài)分類可分為傳統(tǒng)機(jī)器人和人形機(jī)器人，其中人形機(jī)器人是一種利用人工智能和機(jī)器人技術(shù)制造的具有類似人類外觀和行為的機(jī)器人。主要作用：醫(yī)療領(lǐng)域、教育培訓(xùn)、服務(wù)行業(yè)、工業(yè)制造、公共服務(wù)等。組成：身體、機(jī)械和電纜、動(dòng)力單元、控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：仿真程度高、具備較強(qiáng)的自主性、多功能性。人形機(jī)器人需求側(cè)分析：提高生活水平+高質(zhì)量就業(yè)機(jī)會(huì)完成各類繁雜工作，提高人類生活水平。相較于傳統(tǒng)單一功能的特種機(jī)器人，人形機(jī)器人有更強(qiáng)的通用性、精確性和自主學(xué)習(xí)能力，可以替代人類完成更多種類的工作。在工業(yè)制造領(lǐng)域，可以代替人類從事各類重復(fù)繁雜和危險(xiǎn)系數(shù)高的工作，從而減少工傷事故的發(fā)生，提高員工的安全性和生產(chǎn)效率。在服務(wù)領(lǐng)域，人形機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用能夠解放人類，擺脫繁重的勞動(dòng)，享受更美好的生活。創(chuàng)造新的高質(zhì)量工作機(jī)會(huì)。人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈條長，涉及各種高性能零部件制造、智能化軟件研發(fā)、機(jī)器人維修、機(jī)器人訓(xùn)練等多個(gè)環(huán)節(jié)，2024年兩會(huì)中提出要加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力被列為2024年的首項(xiàng)工作任務(wù)，人形機(jī)器人作為新興產(chǎn)業(yè)之一或?qū)⒌玫较鄳?yīng)政策支持，未來人形機(jī)器人的發(fā)展有望創(chuàng)造大量的高質(zhì)量就業(yè)機(jī)會(huì)。人形機(jī)器人痛點(diǎn)：硬件成本高設(shè)計(jì)復(fù)雜，零部件數(shù)量多。人形機(jī)器人按照復(fù)雜的人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從大腦、關(guān)節(jié)、軀干等部分涉及大量零部件，累計(jì)在一起造成機(jī)器人整體成本較高。尚未平臺(tái)化，定制成本高。人形機(jī)器人處于發(fā)展初期，尚未實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化，部分零部件的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)線需要進(jìn)行專門定制，無法通過規(guī)模效應(yīng)攤薄固定成本，初期單個(gè)零部件制造成本會(huì)處于較高水平。人形機(jī)器人痛點(diǎn)：非結(jié)構(gòu)化場景無法適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境或環(huán)境變化：機(jī)器人往往會(huì)出現(xiàn)因嚴(yán)格遵循固定的程序，不能靈活應(yīng)對突發(fā)情況的事件，各類復(fù)雜環(huán)境對機(jī)器人正常工作的挑戰(zhàn)性較大，且環(huán)境變化后，用戶無法通過簡單操作實(shí)現(xiàn)場景適配；智能化程度低：傳感器將眼前物體的信息傳輸給機(jī)器人，大腦則負(fù)責(zé)篩選并分辨信息從而輸出正確的決策信號，智能化程度低會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人無法分辨眼前各種各樣的物體導(dǎo)致無法工作，甚至輸出錯(cuò)誤決策；人機(jī)交互問題：人形機(jī)器人作為與人類進(jìn)行交互的工具，需要具備良好的人機(jī)交互能力，但目前來看，人形機(jī)器人與人之間的交互效率不高，且互動(dòng)過于單一，難以應(yīng)對過于復(fù)雜的交互。人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)因素：成熟國產(chǎn)汽車供應(yīng)鏈特斯拉國產(chǎn)化歷程:特斯拉上海工廠建設(shè)至今已經(jīng)歷時(shí)5年：2019年1月，特斯拉上海超級工廠舉行奠基儀式，開始破土動(dòng)工；2019年10月，特斯拉超級工廠正式投產(chǎn)，開始生產(chǎn)國產(chǎn)model3；2021年1月，特斯拉超級工廠開始生產(chǎn)國產(chǎn)modelY；2023年7月，特斯拉上海工廠第100萬臺(tái)量產(chǎn)ModelY下線；2024年1月，特斯拉發(fā)布2023年財(cái)報(bào)：2023年實(shí)現(xiàn)全球銷量180.9萬輛，同比+38%。特斯拉成熟的國產(chǎn)汽車供應(yīng)鏈。我們認(rèn)為，近年來新能源車引發(fā)汽車新一輪技術(shù)革命，相較于傳統(tǒng)燃油車，電動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈具有全新的工藝技術(shù)和商業(yè)模式，一定程度上縮短了國際tier和國內(nèi)汽零廠商的差距。此外，國產(chǎn)零部件廠商具備人工成本低、快速響應(yīng)等優(yōu)勢，因此特斯拉上海工廠更愿意采用本土的供應(yīng)鏈體系，經(jīng)過4年（2019-2024年）的生產(chǎn)特斯拉在國內(nèi)已經(jīng)形成了一套自上而下的成熟供應(yīng)鏈體系。據(jù)我們分析，汽車供應(yīng)鏈和人形機(jī)器人供應(yīng)鏈的部分產(chǎn)品底層技術(shù)同源，未來特斯拉有望將汽車產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)制至機(jī)器人端，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化降本。人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)因素：AI大模型賦能人形機(jī)器人通用化OpenAI入局人形機(jī)器人。2024年2月29日，OpenAI與Figure簽署合作協(xié)議，為Figure仿人機(jī)器人開發(fā)下一代人工智能模型。3月13日晚，F(xiàn)igure公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEOBrettAdcock在自己的X賬戶上發(fā)布一段視頻，展示其的全尺寸人形機(jī)器人Figure01，F(xiàn)igure01通過AI大模型的使用，可完成與人的完整對話，人機(jī)交互能力顯著提升，比以往各類人形機(jī)器人更多展示其運(yùn)動(dòng)操作能力。AI大模型有望加速機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我們認(rèn)為本次AI大模型和機(jī)器人的成功結(jié)合證明了AI能提高人形機(jī)器人在視覺、語音、運(yùn)動(dòng)控制、決策等方面的能力，加強(qiáng)人形機(jī)器人與人類的交互體驗(yàn)。OpenAI布局人形機(jī)器人有望產(chǎn)生鯰魚效應(yīng)，推動(dòng)其他供應(yīng)商對AI機(jī)器人的推進(jìn)，進(jìn)而提高人形機(jī)器人智能化程度和通用性，打開應(yīng)用場景，加速人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。商業(yè)巨頭紛紛布局人形機(jī)器人機(jī)器人“玩家”研發(fā)步伐加速。特斯拉2021年8月提出布局人形機(jī)器人，產(chǎn)生鯰魚效應(yīng)，間接推動(dòng)其他供應(yīng)商加速人形機(jī)器人的研發(fā)，除特斯拉外，傅利葉、EngineeredArts、小米等“玩家”也陸續(xù)推出人形機(jī)器人產(chǎn)品。特斯拉引領(lǐng)人形機(jī)器人熱潮，或?qū)⒊蔀榘鍓K主線特斯拉率先布局人形機(jī)器人領(lǐng)域成為行業(yè)領(lǐng)軍者。2021年8月，馬斯克在AIDAY上首次提出TeslaBot的設(shè)想，經(jīng)過兩年的技術(shù)迭代，TeslaBot已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對物體進(jìn)行分類、瑜伽、流暢抓取物體等功能。2024年1月，馬斯克在業(yè)績交流會(huì)上披露，特斯拉人形機(jī)器人即將于2025年實(shí)現(xiàn)交付。在機(jī)器人的發(fā)布、研發(fā)和量產(chǎn)方面，特斯拉均是行業(yè)領(lǐng)先水平。特斯拉機(jī)器人有望復(fù)制車端優(yōu)勢，或?qū)⒊蔀榘鍓K主線。特斯拉是新能源車龍頭，在車端已經(jīng)展現(xiàn)出較強(qiáng)的制造能力和軟件開發(fā)能力，未來或有望將該能力復(fù)制到機(jī)器人端，繼續(xù)成為人形機(jī)器人界的頭部“玩家”，因此我們認(rèn)為特斯拉未來或?qū)⒊蔀槿诵螜C(jī)器人板塊行情的主線。人形機(jī)器人市場空間預(yù)測2022-2030年全球人形機(jī)器人CAGR有望達(dá)到63%。根據(jù)StratisticsMarketResearchConsulting數(shù)據(jù)預(yù)測，2022全球人形機(jī)器人市場規(guī)模為14億美元，2030年有望達(dá)到704億美元，CAGR=63%，其中國內(nèi)市場從2022年的2.5億美元增長至2030年的105億美元，CAGR=59.4%。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速突破，大有可為特斯拉人形機(jī)器人各環(huán)節(jié)價(jià)值量拆分根據(jù)我們測算，從各組件成本占比來看：直線關(guān)節(jié)（31%）、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（24%）、手部關(guān)節(jié)（23%）、智能硬件（4%）、其他（18%）。根據(jù)我們測算，從各核心零部件成本占比來看：六維力矩/扭矩傳感器（23%）、絲杠（15%）、無框電機(jī)（12%）、諧波減速器（11%）、空心杯電機(jī)（9%）、IMU&編碼器（4%）、芯片（3%）。絲杠：將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)定義：行星滾柱絲杠是一種通過螺母、滾柱、絲桿等零部件將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。組成結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)滾柱絲杠（PRS）主要由幾個(gè)關(guān)鍵組件構(gòu)成：絲桿、滾柱、螺母三個(gè)主要部件以及直齒、內(nèi)齒圈、滾柱保持架和彈簧擋圈等輔助部件。其中，絲桿設(shè)計(jì)為牙型角90°的多頭螺紋；滾柱則是具有相同牙型角的單頭螺紋設(shè)計(jì)；螺母內(nèi)部具備與絲杠頭數(shù)和牙型相匹配的內(nèi)螺紋。工作原理：由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的絲杠利用摩擦轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)滾柱轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺母的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。絲杠：反向滾柱絲杠重量輕結(jié)構(gòu)緊湊，未來有望應(yīng)用于人形機(jī)器人根據(jù)滾柱絲杠結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同，可以分為標(biāo)準(zhǔn)式、反向式、循環(huán)式、差動(dòng)式、軸承環(huán)式5種類型，其中標(biāo)準(zhǔn)式行星滾柱絲杠是目前應(yīng)用最廣泛的類型，其他的4種類型均是為了適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境而在其基礎(chǔ)上演變而來，其中反向行星滾柱絲杠由于可將螺母作為電子轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)電機(jī)絲杠一體化，具備重量輕結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，未來有望應(yīng)用于人形機(jī)器人領(lǐng)域。減速器：機(jī)器人“關(guān)節(jié)”，分諧波、RV、行星三種主流類型定義：減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，其利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減到所需的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。機(jī)器人減速器主要分為諧波、RV、行星三種類型。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，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，主流包括諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器等。空心杯電機(jī)：線圈設(shè)計(jì)、繞線工藝以及繞線設(shè)備是三大核心壁壘空心杯電機(jī)三大核心壁壘：線圈設(shè)計(jì)、繞線工藝以及繞線設(shè)備。從空心杯電機(jī)的生產(chǎn)有近30道工序：前段線圈繞制，中段軸承、芯軸、支撐環(huán)等核心零部件安裝，后段后蓋安裝和線路板焊線等。但其中最關(guān)鍵的是線圈的生產(chǎn)與繞制，共計(jì)有三大壁壘：線圈設(shè)計(jì)。線圈設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)空心杯電機(jī)自支撐繞組的核心，使用導(dǎo)線的粗細(xì)、繞組匝數(shù)等都將影響繞組電阻值、啟動(dòng)電流、速度常數(shù)等電機(jī)參數(shù)，從而直接影響電機(jī)的可靠性和運(yùn)行性能，決定空心杯電機(jī)的質(zhì)量。繞線工藝。線圈繞制方