机器人行业市场简析

机器人行业市场简析一、人形机器人行业发展历程具身智能：第一人称视角，强调感知与理解环境具身智能：能够感知并理解周边环境，通过自主学习完成任务的智能体。1950年，图灵在论文《ComputingMachineryandIntelligence》中首次提出了这一概念，具身概念的可测量性、可解释性和可检验性，使得机器能够通过学习理解具身概念，具身智能成为迈向通用智能的起点。英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在ITFWorld2023半导体大会上表示：“人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodiedAI）”。智能受脑、身体与环境协同影响，侧重智能体与环境的“交互”，利用行为实现学习。从认知的角度来看，人类为第一人称视角的智能，以1963年的一个实验为例，被绑起来的猫，只能看这个世界，是一种旁观的智能；另一只猫可以主动去探索，是具身的智能。前者有点像现在基于大量数据的智能，比如我们给机器很多盒子，并且标注这就是盒子，然后机器就会觉得这种pattern是盒子，属于第三人称的智能，而我们人类是通过体验才知道的。具身智能基于智能体具身行为的学习机制可以将数据的采集、模型的学习融为一体，真正实现主动交互的学习，这也是对人类学习过程的更高级模拟。具身智能运行框架：交叉学科发展，包含具身感知、具身想象、具身执行多学科交叉+政策加速具身智能发展。具身智能包含具身感知、具身想象和具身执行三个模块，涉及机器人学、计算机视觉、认知科学、博弈学等诸多学科，各学科相对成熟的积累为具身智能进一步发展提供基础。2023年5月，北京市发布的《北京市促进通用人工智能创新发展的若干措施（2023-2025年）（征求意见稿）》中提出探索具身智能、通用智能体和类脑智能等通用人工智能新路径，包括推动具身智能系统研究及应用，政策支持加速具身智能技术突破。具身感知（Perception）：通过视觉、触觉等传感器交互感知，构建模型，定义、获取、表达可以被机器人使用的具身概念。具身想象（Imagination）：构建仿真引擎，模拟具身任务，为机器人具身执行提供支撑。具身执行（Execution）：基于计算机视觉、机器人学和计算机图形学，通过多模型训练，在多传感器合作下完成任务执行。特斯拉人形机器人快速迭代，环境感知与控制能力显著提升特斯拉人形机器人Optimus全方位升级。特斯拉2023年股东大会发布Optimus机器人最新视频，机器人外观较2022年更精致，力度控制更加精准、AI学习与环境感知能力提升，逐步满足执行复杂任务条件。小米CyberOne全身21个自由度，实现双足运动姿态平衡，尚未商业化小米于2022年8月公布首款全尺寸人形机器人CyberOne，高1.77米，重52kg。环境感知上，小米自研Mi-Sense深度视觉模组，结合AI算法，可对真实世界三维虚拟重建；情绪感知上，CyberOne搭载自研MiAI环境语义识别引擎+MiAI语音情绪识别引擎，能够实现85种环境音识别和6大类45种人类情绪识别。关节运动上，全身5种关节驱动，合计13个，峰值扭矩300Nm。运动规划和控制上，自研全身控制算法，协调运动21个关节自由度。商业化情况：据2022年小米新品发布会，CyberOne单台成本在60-70万元左右，尚未商业化。WalkerX具有41个自由度，可完成多个高精度动作，商业化初期Walker系列人形机器人：是中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人，于2018年首次亮相，一经推出即赢得了多项世界级奖项及认可。作为是一款外形亲切、具有自然互动功能的真人尺寸人形机器人，其适用于家居及商务场景。WalkerX拥有41度的自由度以及类似人类的运动能力，能够以每小时三公里的速度平稳而快速地行走，且在运动中，其单臂可承载的重量可达1.5公斤。在不同的地面，包括不平的地面、斜坡和楼梯上行走时，Walker可以自行保持稳定和平衡。Walker可以规划自已的路线并在移动过程中避开障碍物，适应家庭和商业环境，还可以执行人类任务，例如识别及抓取物体、开门、倒水、下棋、弹钢琴、绘图和其他游戏等。技术突破：Walker于2019年获《机器人报告》评选为最值得关注的五大人形机器人之一，并于2021年获24/7Tempo评为百年来最具突破性及创新性的机器人发明之一。商业化情况：2021年世界人工智能大会，优必选表示Walker系列机器人单台成本在10万美金左右，根据优必选招股说明书2020财年、2021财年及2022年前九个月，Walker系列产品的收入40万元、890万元及人民币730万元，商业化待拓展。二、人形机器人产品解析AI赋能机器人智能化，环境感知和辅助决策功能实现突破AI与机器人是相对独立的学科：AI是以实现模拟人类智能行为为目的的智能体（intelligentagent），机器人则是面向任务、面向应用的机器，模拟人类行为只是机器人达成任务的手段之一。深度学习的提出促进AI技术在机器人场景的渗透。从机器人感知、决策、执行三部分来看，AI技术目前主要运用在机器人的感知领域和部分辅助决策领域。多模态大语言模型快速迭代进化赋能机器人：微软发表论文提出了利用ChatGPT操控机器人的基本思路，谷歌PaLM-E模型实现了视觉语言任务融合的训练，英伟达开发多模态具身智能系统NvidiaVIMA，马斯克认为通用型AI算法支持的机器人，是特斯拉未来长期价值所在。PaLM大模型：探索通用人工智能，参数大幅提升，指导机械手行动2023年3月，谷歌推出5620亿参数的大模型PaLM-E，其模型能力实际上综合了ViT（VisionTransformer，220亿参数）和PaLM（5400亿参数）两个模型的能力。前者将大模型能力泛化至CV领域，赋予大模型视觉能力；后者凭借优秀的语言理解、逻辑推理、代码生成等能力，赋予大模型思考能力。2023年5月，谷歌于I/O大会上正式发布PaLM-2。作为谷歌下一代语言大模型，谷歌在三方面实现大模型能力的升级，进一步优化计算效率、丰富训练语料、完善模型架构，使得性能相较初代PaLM模型呈现二次提升。旋转关节：无框电机+减速器，实现多角度、精细化、高动态移动需求据2022特斯拉AIDay发布会，我们推测特斯拉Optimus全身使用14个旋转执行器，旋转执行器包括无框电机、减速器、双编码器、力矩传感器、角接触轴承、交叉滚子轴承。无框力矩电机、减速器和力矩传感器是旋转关节中价值占比最高的零部件。伺服电机：运动控制核心部件伺服电机系统：工业自动化行业中应用最广的电机，作为自动化运动控制核心部件，它将电能转换为机械能，可实现对速度、转矩与位置进行精确、快速、稳定的控制。伺服电机系统一般由驱动器、电机、编码器构成。特斯拉机器人线性、旋转关节处预计使用无框力矩电机，它是去掉轴、轴承、外壳、反馈或端盖的伺服电机，只包含定子和转子。无框力矩电机的核心优势是输出力矩大、结构紧凑、使用寿命长、散热性好。线性关节：无框电机+滚柱丝杠，追求低成本、低功耗、高可靠性特斯拉Optimus全身预计使用14个线性执行器，将采用无框电机+滚柱丝杠的方案。丝杠的传动精度高、能耗低、高负载，但反驱透明度差（需配备力矩传感器），响应速度偏慢。无框电机+滚柱丝杠方案可以实现低功耗、高负载、高刚度，但可能会限制下肢高动态的运动能力。行星滚柱丝杠结构复杂、加工难度大因而成本较高。行星滚柱丝杠、倒置滚柱丝杆是线性关节中价值量占比较高的零部件，在特斯拉机器人硬件总成本中占比较高。未来可通过技术迭代+规模化生产实现大幅降本，满足大规模应用需要。视觉感知：纯视觉方案，高性能+低成本基于特斯拉自动驾驶技术的视觉感知方案，技术成熟，成本更低。特斯拉Optimus环境感知移植于特斯拉全自动驾驶系统，Optimus机器人头部搭载三枚摄像头（鱼眼摄像头+左右摄像头），通过YUV色彩+全景分割（PanopticSegmentation）+自研的三维重建算法（3DOccupancyNetwork）对环境进行解构分析。Optimus视觉方案继承了Autopilot算法框架，基于机器人工作特点，通过重新采集数据、训练神经网络，以捕获环境高频特征，实现机器人工作环境三维重建，生成对机器人自身位置、姿态等信息，实现自主导航、路径规划等。三、人形机器人国产供应链投资机遇：聚焦占比高、增量大、高毛利环节人形机器人产业链：上游核心零部件、中游研发生产集成、下游应用场景人形机器人产业链上游包括原材料及核心部件（价值占比高），中游为系统集成及本体制造。下游为细分应用场景（ToB&ToC），如教育、物流及移动、康养及巡检等。人形机器人产业链与传统机器人产业链大致相似，上游核心部件除减速器、伺服电机、控制器、传感器外，增加了体现算力水平的芯片。随着机器人感知、决策、控制、交互能力升级，软件系统与配套技术支持在产业链中占比加大。谐波减速器：渗透率提升+场景延拓推动需求增长，国产份额快速提升工业机器人渗透率提升+机械自动化场景延拓提升谐波减速器需求，根据研究数据，到2025年国内谐波减速器市场规模预计将达到33亿元，其中工业机器人为主要应用领域，规模达27.5亿元。人形机器人关节数量多，对谐波减速器的需求比例远高于工业机器人，相比其他产业链环节，谐波减速器具备最大增量空间。竞争格局方面，日企哈默纳科为全球寡头，全球市占率超8成，国内市场，国产品牌市场份额快速提升。根据GGII数据，绿的谐波作为国内谐波减速器龙头，2021年国内市占率（销量）为24.7%，较2020年21%的市占率有所增长，并且市占率仅次于全球龙头哈默纳科。谐波减速器相比RV减速器技术壁垒偏低，发展时间较短，上下游产业链未形成稳固利益联盟，国内厂商相对容易突破，国产替代加速进行时。丰立智能：国内高端电动工具用齿轮龙头，谐波减速器带来新增长丰立智能成立于1995年，专注于钢齿轮、精密减速器及零部件、精密机械件、粉末冶金制品以及气动工具等产品的研发制造，产品广泛应用于电动工具、农林机械、医疗器械、智能家居、特高压电网、工业缝纫机等领域。营收结构：2022年，公司主营业务按照产品类型可以分为四大板块，分别是齿轮（2.28亿元，53.1%）、谐波减速器及零部件（1.05亿元，24.78%）、气动工具及零部件（0.92亿元，21.43%）、新能源传动（0.01亿元、0.26%）。齿轮业务为公司的核心产品及主要业务来源，收入占比维持在50%以上；此外，谐波减速器业务带来新增长，收入占比提升至25%附近。公司已进入全球一流供应链体系，与博世、史丹利百得、牧田、创科实业等电动工具行业跨国龙头建立长期稳定的业务合作，产品实力得到认可。公司通过与博世的合作，从齿轮业务延伸至精密减速器业务，公司开始陆续向百得、牧田、日立等跨国巨头供货精密减速器。汇川技术：中国工业自动化行业的领军企业，通用伺服市占率居国内第一公司是专门从事工业自动化和新能源相关产品研发、生产和销售的高新技术企业。定位服务于中高端设备制造商，公司已经成为国内最大的中低压变频器与伺服系统供应商、行业领先的电梯一体化控制器供应商、我国新能源汽车电机控制器的领军企业。公司是国家高新技术企业，掌握了高性能矢量变频技术、PLC技术、伺服技术和永磁同步电机等核心平台技术。作为行业龙头，公司充分享受机器换人和工厂自动化/智能化行业利好：2022年汇川技术实现营收230.1亿元，同比增长28.2%；归母净利润43.2亿元，同比增长20.9%。2022年，公司通用伺服系统在中国市场份额约21.5%，位居第一名；低压变频器产品位居第三名；小型PLC产品在中国市场的份额约11.9%，位居第二名。空心杯电机：灵巧手核心零部件，长期被外资垄断，蕴藏国产替代机遇空心杯电机作为微特电机的一种，在高精度、高速响应、紧凑高效场景得到广泛应用。根据报告，从微特电机的下游看，信息处理、家用电器和武器、航空等领域占据主要份额，市场份额占比分别为29%、26%、20%，其余为汽车电器设备、视像处理、工业控制等领域。人形机器人灵巧手核心零部件：随着人形机器人量产曙光，未来有望快速增长。竞争格局：空心杯电机市场长期被外资垄断，蕴藏大量国产替代机遇。目前空心杯市场被德国FAULHABER、瑞士Maxon、日本电产主导，随着国产厂商的量产工艺水平不断突破，未来有望实现国产替代。鸣志电器、江苏雷利、鼎智科技等为我国空心杯电机主要生产商。奥比中光：国内3D视觉传感器龙头，多业务布局发展奥比中光成立于2013年，于2022年7月登陆科创板，为行业领先3D视觉感知整体技术方案提供商。公司主营业务是3D视觉感知产品的设计、研发、生产和销售，现已成为全球少数几家