嘉世咨询：2023人形机器人行业简析报告

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具身智能

”

被认为是人工智能的终极形态•具身智能（Embodied

AI）指的是具有身体的人工智能，是AI进入物理世界交互的载体。它包含AI领域几乎所有的技术，包括机器视觉、自然语言理解、认知和推理、机器学习、机器人学等，横跨多个学科方向，是人工智能的集大成者。•目前，具身智能已经成为国际学术前沿研究方向，包括美国国家科学基金会在内的机构都在推动具身智能的发展，各大国际学术会议也在越来越多地关注具身智能，美国顶尖高校已经开始形成具身智能研究社区。具身智能为人工智能终极形态具身机器人四大挑战机器人不能够像大语言模型一样有一个基础大模型直接一步到位，做到最进化优化01020304底层的控制。形态生成人工设计形态生成形态生成强化学习如何把机器人多模态的感官感知全部融合起来，仍面临诸多难题需要解决。机器人的发展需要收集很多数据，其中也面临很多安全隐私等方面的问题。利用形态产生行为利用形态控制行为利用行为实现学习利用学习提升行为形态行为学习计算能力的挑战。即使谷歌Transformer模型，要做到机器人控制，距离实际需要的控制水平仍有许多事情要做。利用学习优化形态03.人形机器人有望成为“具身智能”终极载体•人形机器人一方面由于其与人类相似，能够更好地服务人类，所以有望成为数量最大的机器人类型；另一方面由于其下游应用广泛，所以有望接触更多复杂场景。得益于未来人形机器人基数大&场景复杂的特性，其有望成为具身智能最好的载体。•今年，微软、OpenAl、EngineeredArts、特斯拉等公司相继推进

AI+机器人布局，且已有人形机器人投入实际使用，如1XTechnologies披露其人形机器人EVE自今年4月以来已在美国和欧洲投入实际工作（担任保安）。2月

微软4月

腾讯、小米6月

英伟达、谷歌•

宣布正在探索如何将ChatGPT扩展到机器人领域，旨在让人类用自然语言控制机器人等硬件平台。•

腾讯RoboticsX实验室推出自研机器人灵巧手(TRX-Hand)和机械臂(TRX-Arm);•

北京小米机器人技术有限公司成立。•

英伟达开发IndustReal用于帮助机器人解决仿真中的装配任务;•

谷歌DeepMind推出用于机器人的AI智能体。2023年3月

OpenAl,EngineeredArts5月

特斯拉、英伟达、1X、优必选7月

达闼、谷歌•

OpenAl领

投

挪

威

人

形

机

器

人

公

司1XTechnologies;•

EngineeredArts展

示

接

入

GPT-3的Ameca.•2023特

斯拉股东大会.上展示了接通FSD算法的人形机器人Optimus最新进展;黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能;1XTechnologies人形机器人已在美国和欧洲担任保安;优必选发布WalkerX在智慧工厂“中工作的演示视频•

达闼展示接入大模型的类人形机器人;•

李飞飞团队将大模型接入机器人实现零训练行动规划;••••

谷歌发布机器人研究新进展RT-2。数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络04.软件决定人形机器人高度•人形机器人本质是AI系统落地物理世界的最佳载体，算法是核心，需与硬件匹配。算法对运动能力的控制，包括本体平衡、行走的步态、手部抓取等规划与控制。这需要成熟的感知系统基础、强大的算法分解任务和规划动作、大模型不断仿真训练以及超强的算力支撑，同时要求算法与硬件相匹配。这要求机器人企业需自研算法，并持续更新迭代。人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件，例如无框力矩电机、空心杯电机、传感器、专用芯片等；中游为机器人本体制造，包括设计、制造、测试三大环节;下游为人形机器人应用领域，包括工业制造、仓储物流、医疗服务、商业服务、家庭使用等。•人形机器人软硬件架构示意图世界模型工具模型工艺参数感知模型文本编程语言拖动示范工艺参数图形化编程离线编程语音指令自助规划任务层实时控制层规划控制建模支持模块接口RT-PlatformRT-OSALRT-RuntimeNonkT-Runtime操作系统第三方支持库操作系统层支持库无框力矩电机传感器空心杯电机减速器编码器芯片丝杠……硬件层04.软件决定人形机器人高度人形机器人行业产业链上游

-核心零部件中游

-人形机器人本体下游

-人形机器人应用无框力矩电机空心杯电机减速器动力电池热管理系统传感器机器人本体设计工业制造商业服务机器人本体制造机器人本体测试仓储物流医疗服务家庭使用……编码器专用芯片执行器总成行星滚柱丝杠……数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络05.人形机器人三大驱动模式•人形机器人包括液压，气动和电机三种驱动方式。相比于液压驱动、气动驱动，电机驱动可采用多种灵活的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高，能保证机器人能完成高复杂、高精度的动作。因此，基于电机驱动的人形机器人商业化机会更高。驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动液压驱动系统通常由液动机(各种油缸、油马达)、伺服阀、油系、油箱等组成，以压缩机油来驱动执行机构进行工作。气力驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机(或由气压站直接供给)等组成，以压缩空气来驱动执行机构进行工作。电力驱动是利用电动机产生的力矩，直接或经过减速机构驱动机器人，以获得所需的位置、速度和加速度。特点电源易取得，无环境污染，响应快，驱动力较大，信号检测、传输、处理方便，可采用多种灵话的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高。操作力大、体积小、传动平稳且动作灵敏、耐冲击、耐振动、防爆性好。空气来源方便、动作迅速、结构简单、造价低、维修方便、防火防爆、溜气对环境无影响。优点液压驱动系统对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，制造精度较高，成本较高。操作力小、体积大，由于空气的压缩性大、速度不易控制、响应慢、动作不平稳、有冲击。缺点动态形态有限、功率密度有限。液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载因气力驱动系统的压强一般只有60MPa左右，此类使用范围适合于中等负载，动作复杂、动作轨迹严格的机器人情形:安全要求高的场景。机器人适宜抓举力要求较小的场合。波士顿研发的Atlas东京大学研发的Liberobot本田ASIMO、AgilityRobotics研发的Digit、优必选Walker、特斯拉Optimus应用产品数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络06.我国政策引导人形机器人产业发展•2023年我国相关政策密集出台，积极推动人形机器人产业发展。2023年5月31日，深圳市提出建设1000亿元人工智能基金群，推动智能机器人发展；6月15日，上海市在三年计划中提出加快人形机器人创新发展；6月28日，北京市提出集中突破人形机器人原型机关键技术；9月13日，工信部以榜单的形式鼓励各社会部门积极突破人形机器人核心技术。目前人形机器人产业尚处发展初期，我国各部门相关政策的密集出台有助于抢占行业先机，为人形机器人产业创建良好的发展环境，未来人形机器人行业有望在政策的持续催化下迎来加速发展的契机。•我国政策引导人形机器人产业发展地区文件内容统筹设立规模1000亿元的人工智能基金群，创建人工智能先锋城市;提出民生诉求平台嵌入民意速办AI机器人，积极孵化高度智能化的生产机器人，孵化高度智能化的生产机器人。.2023/5/312023/6/15深圳市《深圳市加快推动人工智能高质量发展高水平应用行动方案(2023-2024年)》深入贯彻制造强国战略，努力打造高端制造业增长极;打造世界级产业集群，提出加快人形机器人的创新发展。上海市北京市《上海市推动制造业高质量发展三年行动计划(2023-2025年)》《北京市机器人产业创新发展行动方案(2023--2025年)》加快推动机器人产业创新发展，紧扣机器人智能化、仿生化、模块化发展趋势，打造全球机器人产业高地;加紧布局人形机器人，支持高效和企业开展人形机器人研发攻关，集中突破人形机器人通用原型机和通用人工智能大模型等关键技术。2023/6/282023/9/13加快人形机器人等未来产业的创新发展，鼓励企业、金融机构、科技服务机构、高校、科研院积极参与，发掘培育一批掌握关键核心技术、具备较强创新能力的优势单位，突破一批标志性技术产品，加速新技术、新产品落地应用。工信部《2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作》数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络07.人形机器人市场规模或超千亿美元•人形机器人应用领域广泛，理论上能应用于绝大多数行业。传统的机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类，能覆盖的下游场景有限，而人形机器人在结构上与人类类似，理论上能覆盖所有涉及人类作业的下游场景，未来有望应用于多个下游行业。•据高盛预测，未来10~15年人形机器人市场空间至少达60亿美元，最理想情况下预计2035年人形机器人市场空间有望达1540亿美元。从远期来看，马斯克预计人形机器人数量将远超电动车，假设人形机器人与人口比例为2：1，未来人形机器人需求量有望达到100~200亿台。2022-2028全球人形机器人市场规模预测趋势（亿美元）2026-2030年全球及中国人形机器人行业市场规模预测(亿美元)16014012010080全球中国25020015010050604020002026E2030E20222023E2024E2025E2026E2027E2028E08.人形机器人零部件国产替代空间大•2023年人形机器人核心零部件价值量排名前三的是无框力矩电机、减速器和力传感器;2030年无框力矩电机价值量占比下降，力传感器、减速器价值量占比上升，且力传感器将超过减速器，排名第二、三者合计占比仍超过

50%。•从单机价值量占比来看，无框力矩电机、减速器和力传感器价值量占比较高；从降本空间来看，

空心杯电机、无框力矩电机等降本空间较大；而从国产替代空间来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机、惯导

imu等国产化率较低，国产替代空间大。2023年人形机器人核心零部件价值量分布图预测中国人形机器人行业核心零部件国产替代空间对比2023单机核心零部件无框力矩电机减速器国产化率中等较高中等低部分代表企业价值量占比无框力矩电机减速器21%步科股份、利川科技、昊志机电等21.0%28.0%绿的谐波、昊志机电、国茂股份、秦川机床、丰立智能双环传动、中大力德、科风智能等力传感器丝杠16%16%14%4%力传感器丝杠柯力传感、昊志机电等1.0%4.0%16.0%空心杯电机惯导imu其他五洲新春、新剑传动、贝斯特、恒立波压、秦川机床、鼎智科技、利川科技、长盛轴承、南京工艺等14.0%16.0%空心杯电机惯导imu低鸣志电器、鼎智科技(江苏雷利)、托邦股份等1%低芯动联科、华依科技、苏州固锝等09.中国第一、二产业人形机器人替代市场空间大•••农业机器人的成本偏高被认为是其发展的最大制约因素之一，制约了市场的增长。随着未来人形机器人成本的下降，农业人形机器人将有巨大的机会。根据中国煤炭工业协会数据，一个人形机器人可以不间断的工作，替代3个矿工，按照1：3的比例，人形机器人在中国煤矿领域潜在的市场空间也达千亿元。未来人形机器人可替代“危、繁、脏、重”施工作业。这部分工作若由人形机器人代替，考虑到建筑行业是世界上数字化程度最低、自动化程度最低的行业之一。即使在1%替代率的保守假设下，按机器人单体30万的价格来计算，国内潜在市场空间也在千亿以上。我国第一、二产业人形机器人替代市场空间预测当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）农业建筑17700301%5%5310265505164当前就业人数（万人）12230机器人替人比例1：31%机器人单价（万元）3010%机器人数量（万）411549潜在市场空间（亿元）122015492煤矿制造业104711：3.330317395194数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络10.中国第三产业人形机器人替代市场空间•••在家庭服务机器人领域，“陪伴”是一个未被解决的刚需。陪伴机器人就是以情感识别为特征，聚焦家居陪伴，涵盖儿童陪伴、老人陪伴、宠物陪伴等场景，而人形机器人的独特优势正有望替代家政清洁和家庭陪伴两种刚需场景，可有粘性地融合于家庭，成为智慧家庭的一部分。物流工作重复性、机械性较强，且工作时长较长，较大的工作强度使得机器人方案具备合理性。这部分物流的工作若由人形机器人代替，即使在5%替代率的保守假设下，仅国内潜在市场空间就在千亿以上。在商用领域，仅假设餐饮、旅游和酒店三个细分赛道，用保守5%的人形机器人替代率，未来国内市场空间就可以达到百亿元。我国家庭/物流行业人形机器人替代市场空间预测当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）家庭服务细分领域3760305%30%564033840当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）快递外卖合计30070030305%5%30%30%45010501500270063009000物流服务1000我国商用行业人形机器人替代市场空间预测细分领域餐饮当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）

潜在市场空间上限（亿元）253283030305%5%5%30%30%30%379422275252商用旅游酒店27455541183224664993合计数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络11.各家企业持续推动人形机器人降本••过去高昂的成本是制约人形机器人大规模量产的关键因素，降本将是人形机器人商业化推广的必由之路。过去一台Atlas造价高达200万美金，这也导致其至今难以走出实验室、走向商业化。在电机驱动方案中，伺服驱动器将位置、速度、扭矩传输给伺服电机，伺服电机将接收到的电压信号转换为扭矩、转速，虽然扭矩密度远低于液压驱动，但电机驱动可以通过搭配减速器来加以补足，其现有技术已能满足机器人的多数运动需求，同时拥有能量转化效率、易维护、低成本、零件规整等优势。使用电机驱动和液压驱动方案的人形机器人对比比较项特斯拉Optimus优必选WalkerX10万美元以下小米CyberOne10万美元左右波士顿动力Atlas200万美元.成本2万美元以下(目标)驱动方式电机驱动电机驱动电机驱动液压驱动动力扭矩峰值-200Nm300Nm890Nm(旧版)数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络12.人形机器人的竞争格局•随着零矩点（ZMP）稳定性理论被攻克，人形机器人逐步由静态机转向动态机发展。波士顿动力、软银、亚马逊等企业纷纷布局人形机器人行业，2021年特斯拉强势入局，推动了全球人形机器人行业加速发展。•在全球人形机器人产业逐步成长的背景下，2000年国内首台人形机器人“先行者”（国防科大发布）问世，并涌现了优必选、小米、傅利叶、达阔等一批人形机器人主机厂。各主机厂人形机器人布局型号ASIMOAdas生产商本田国家日本美国中国发布时间2000年2013年2016年参敷产品特点身高13m,体重48g,最大速度是9km/h,全身57个关节实现小跑、单脚跳、上下楼梯以及踢足球等系列复杂运动高动态的运动性能，能做高难度运动动作身高1.5m,体重80g,速度1.5m/s,依靠28个液压执行器实现各种高难波士顿动力优必选度运动Walker身高1.3m,体重63kg,具备36个高性能伺服关节突破了波动地形

上的自平衡，力位混合控制，不平整地面行走等技术身高16m,重62kg,能够最快以1m/s速度移动，全身共34个智能柔性关节SCAGingrXR-1达阔中国2019年具备抓取负载能力,能完成端茶倒水、穿针引线等高难度复杂动作AmecaCyberOneOptimusEngincredAts小米英国中国美国2021年2022年2022年高1.87m,重49kg,身体共有52个模块，支持51种关节运动实现人类面部表情的高度模仿，但运动功能非常有限感知人类情绪，具有视觉建模能力身1.77m,体重52kg,单手握持1.5千克重物、多达21个自由度身高1.72m,重量73kg,负载9kg,全身共28个自由度，灵巧手11个自特斯拉具有自由行走和自我组装的能力;可以在不同的环境中自主导航由度身高1.65m,体重达到55kg,全身自由度多达40个，步行速度可达到5km/h，

负重50kgGR-1傅利叶智元中国中国2023年2023年采用自研FSA高性能一体化执行器，拥有强大且灵活的运动性能身高1.75m,体重S53kg,最高步速可达7km/h，全身49个自由度，

成本价不到20万元，

自研核心关节电机PowerFlow,灵巧于5kilHand,统一软件整机承重80kg,单臂最大负载5g框架AgiROS,语言任务模型WorkGPT,具身智脑E1-Brain架构远征A1数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络13.大模型有望促进人形机器人加速落地•人工智能算法是人形机器人的“灵魂”。人形机器人软件架构自下而上可大致分为算力、操作系统、人工智能算法与应用四个层级，其中人工智能算法包括感知算法、运动控制算法、大语言模型与其他AI算法，是人形机器人“智能性”的来源。大模型蓬勃发展，催化人形机器人加速落地。•Transformer架构解决了传统RNN和CNN无法解决长距离信息关联的难题，推动人工智能向大模型时代迈进，以ChatGPT为代表的大语言模型的率先落地验证了其可行性，未来更多大模型有望逐渐成熟。伴随着大模型的发展，人形机器人的可用性有望显著增强，相关产业链有望加速落地。人形机器人软件架构Tesla有望将电动车能力复用至人形机器人应用层应用端人工智能算法自平衡系统FSD+深度学习Transformer+BEV感知算法运动控制算法感知算法占用网络模型人工智能算法人工智能算法LinuxTeslaDojo、D1芯片、FSD芯片14.人形机器人行业四大发展趋势人形机器人越来越接近人以及技术的高度融合全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位人工智能技术让机器人可以实现多模态发展，从语音、视觉感知、决策、控制等多方面为机器人更好进行学习训练和进化，使人与机器