机械设备-人形机器人系列十二：2024年策略：等风来乘风起-广发证券代川,孙柏阳-20240221

人形机器人系列十二人形机器人系列十二核心观点：.量产什么时候到来？需要回归到人形机器人应用场景的讨论。从操作，距离机器人实现自主作业仍有距离。短期内人形机器人更需要五洲新春等；设备环节建议关注华辰装备、田中精机等；传感器环节中大力德。相对市场表现3%02/2304/2306/2308/2302/2304/2306/2308/2310/2312/23-12%-20%-28%-36% 通用设备沪深300请注意，孙柏阳并非香港证券及期货事务监察委员会的注册持牌人，不可在香港从事受监管活动。报告日期合理价值（元/股） （一）国内进展：政策频繁催化，本体厂百花齐放 （一）短期：工业场景自动化率逼近瓶颈，需要人形机器人破局 一、复盘：显著加速的海外进展形机器人板块的第一波行情，此轮行情由减速器和灵巧手领涨，两者均具备高确定机器人板块第一次较大回调。人形机器人板块第二波行情始于2023年5月，特斯拉发布视频展示Optimus灵活行走和抓由丝杠领涨，2023年9月特斯拉视频中展示出机器人运动控制及政策催化频繁，人形机器人对于国家创新驱动发展战略的重要性逐步确立。从人形机器人相关政策的发布时间线来看，2023年下半年以来有关人形机器人的政策密集市经济和信息化局，广东省科学技术厅、上海政府网，北京、广东、上海多地已设基金注册落地经开区。表1：人形机器人相关政策梳理发布时间发布部门人形机器人地位《新产业标准化领航工年）》人自主决策、集群控制等智能感知决策和控制标准新产品落地应用。《人形机器人创新发展部《关于推动未来产业创及应用数据来源：中国政府网，工业和信息化部网站，广发证券发叶、宇树、智元、小鹏先后发布人形机器人原型机。国内人形机器人厂商仅我们统计到的就有超过20家，绝大部分在202官方发布“量产如期而至”视频，国产人形机器人产业化破晓之刻到来。人形机器人发布时间-可以完成单腿站立、室内三维环境建模以及适应不同路面傅利叶GR-1动作方面具备直腿行走快进行走、敏捷避障、稳健上下坡、应对冲击福德机器人-7首先用于养老助残，后续发展工厂作业、家庭陪伴场景，销售给可以在不同类型的地面上稳步前进，潜在奔跑速--伟景智能-触觉人形机器人，定位于服务智能制造、医疗康养、工业生产、消费电子行走和越障。计划用于工厂巡逻、门店介绍-产品目标为机器人懂知识、会学习，并应用于陪伴等场景。复杂任务搭载开源鸿蒙系统，将针对特种救援、高危作业等应用场景展开探索CL-1-优必选WalkerS复杂地形自适应、动态足腿控制、手眼协调操作、柔顺物理交航、自主径规划等发布感知、认知、决策和行为生成能力；基于数字孪生的深度强化学习完成自主2024年1月4日公告称，公司与杭州钱塘新区管理执行器和域控制器研发及生产基地项目；拓普集团20波经济技术开发区管理委员会签署了《机器人电驱系统研发生产基地项目投资协议报，公司研发的机器人直线执行器和旋转执行器已经多次向客户送样，获得客户认可及好评，项目要求自24Q1开始进入量产爬坡阶段，初始订单为每周100台。拓普人“定型与量产”的新纪元，亦彰显了终端客户对机器人产业化的信心。人形机器人产业链是中国制造重要的产业机遇之一。人形机器人在产品、产能端均已准备充分，首批量产指日可待，持续关注电机、减速器、丝杠、传感器等国产零靠端到端的深度神经网络。先使用32个同款机器人采集数据训练出基础模型，针对不同场景对模型进行微调，大幅降低算力要求，机器人的任务实现主要依靠自主工ALOHA2：根据Aloha2官网，2月斯坦福&谷歌联合推出ALOHA2，在硬件方片组合，并没有真正掌握世界的知识。而Sora具备对现实世界的理解和对世界的模公众号，腾讯科技公众号，广发证券发展研究中心二、何时量产：回归应用场景的讨论从Figure与宝马的合作（应用于汽车生产线优必选与天奇股份的合作（探索新人形机器人在工业领域的应用主要针对场景结构化，操作非结构化。对于简单、高使用工业机器人（更灵巧的手臂）即可实现替代人工降本增效，在这些场景下自动仍需人形机器人破局。人形机器人在造车领域的应用潜力包括1）需求端：冲压/涂装自动化率在逼近同一个神经网络，已展现出在工厂搬运、分拣能力，与总装需求匹配。2014201520162017201820192020202120222023E2030E201420152016201720182019202020212022全球汽车销量全球汽车销量（万辆）全球新能源车销量及预测全球新能源汽车销量（万辆）特斯拉汽车销量及员工数量特斯拉新能源汽车销量（万辆）特斯拉员工人数（万人）（右轴）特斯拉各汽车工厂及生产员工人数(2022)2014201520162017201820192020202120222023E2030E201420152016201720182019202020212022全球汽车销量全球汽车销量（万辆）全球新能源车销量及预测全球新能源汽车销量（万辆）特斯拉汽车销量及员工数量特斯拉新能源汽车销量（万辆）特斯拉员工人数（万人）（右轴）特斯拉各汽车工厂及生产员工人数(2022)6,0005,0004,0003,0002,0001,000012,000806040200864201-3后期特斯拉中期目标1000万台销量总产能（万台/年）1000人均产能（台/人）20员工人数（万人）50渗透率60%90%需求量（万台）15232新能源车市场按照30年5000万台产能产能（万台/年）5000人均产能（台/人）员工人数（万人）278渗透率60%90%需求量（万台）831253汽车市场参考当前9500万台产能总产能（万台/年）9500人均产能（台/人）员工人数（万人）633渗透率60%90%需求量（万台）190285人形机器人销量预测特斯拉汽车工厂特斯拉汽车工厂-总装新能源车工厂-总装汽车工厂-总装10,0008,00029.5台/人/年8,0006,0004,00025.0台/人/年4,0002,000037.5台/人/年0特斯拉24年规划1-1前期1-2中期汽车工厂产能（万台/年）人数渗透率需求量（万台）渗透率德州工厂705.620%0.5680%2.24加州工厂652.240%0.4490%0.99柏林工厂502.040%0.4090%0.90上海工厂1102.950%0.73100%1.47墨西哥工厂201.620%0.1680%0.64合计31514.3/2.3/6.2核心假设：①特斯拉人形机器人优先用于汽车总装环节；②机器人电池可以连续工作6，按照一天轮岗三次，约等于2人工作量；③假设示范期达成日约为25年，人数CAGR为假设值中长期来看，当人形机器人的大模型逐渐成熟，交互及运控能力达到家庭端使用要求时，ToC的消费领域市场空间更大。），理解为远程遥控），距离机器人实现自主作业仍有距离。当前主要瓶颈主要在于大模型尚未成熟，机器人无法自主实现感知+决策+动作的闭环，我们预计大模型的导入至少需要1-2年时间。人训练过程，对于交互模块的数据整理和算力处理也进一步升级，使得人形机器人更人机器人是典型的机电软一体化产品，软件与硬件是相互限制又相互促进的矛盾体。目前人形机器人的硬件水平接近可用水平，产业发展的主要瓶颈在于人形机器人通用化能力，即软件能力不足，难以形成产业发展的正向循环（即开发更多应用和更型领域，希望借助大模型的能力提升人形机器人的通用化水平，以此来实现商业化VLA，分别聚焦于高层级规划问题和一体化解决方案，其中VLM方向已经取得了阶段性的成果。长期机遇与可能性：长期来看，随着算力提升、模型结构优化升级。高效率的一体任务级任务理解任务拆分关键层级行动决策伺服级计算伺服信号驱动电机运动轨迹任务级任务理解任务拆分关键层级行动决策伺服级计算伺服信号驱动电机运动轨迹下，用户仅需向机器人明确抽象的任务目标，它便能够理解自然语言并自主规划、通用化水平。以目前的人形机器人落地案例来看，实现任务级交互的难点主要集中低层级输入视觉信号视觉信号触觉信号触觉信号输出机器人动作机器人动作设计基本动作设计基本动作具象化路径动作级插值计算插值计算数学优化初始级80%60%40%20%100%80%60%40%80%60%40%20%100%80%60%40%20%0%只能输出文本决策指令还需要调用API将决策指令映射成控制指令传统运控:在高层级依靠VLM实现决策，低层级依靠传统控制算法实现运控。优点VVLMVVLM84%80%VLM模型关注决策准确率现世界87%74%见现世界87%74%见62%过虚任任拟世务务界的新RT-2RT-2VLA模型关注执行成功率直接输出运控指令transferwebknowledge需要依赖大模型实现通用化。大模型是最有希望实现人类思维的算法，Latransweriswrongans后续重点关注：算力水平提升、新模型控制周期提高以及是否有新的高效大模型架的过程。因此，第二阶段早期接触特斯拉并且公司产品具有壁垒和竞争力的公司能够跨越主题炒作，在第二轮洗牌中被留下。进入定型与量产阶段后，选股思路将从出现的新增量的零部件标的有望在这一轮胜出。（一）高壁垒环节：丝杠、丝杠设备、传感器与目前广泛应用的滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠拥有如承载能力强、传速度加速度特性好、传动精度高等较多优势。行星滚柱丝杠具备独特的优势，但对于国内厂商而言，其加工制造难度较高，行星滚柱丝杠生产对于应用到的磨床、机表3：行星滚柱丝杠较滚珠丝杠的优势承载能力强传动效率高速度和加速度特性好传动精度高传动噪声低滚柱丝杠制造商数量较少，且每一个品牌的产品特性与所在的细分市场也有很大不同。目前全球滚柱丝杠厂商较为集中，设备制造商更倾向于选用具有稳定供货质量的供应商进行长期合作，故产品质量领先的老牌厂家在市场中位于领先地位。根据目前我国市场占有率最高的三个品牌分别为Rollvis、GSA以及Ewellix，其市场份额优仕特,3%原材料质量与材料热加工工艺欠佳为国内丝杠较进口丝杠性能存在差距的原因之一。与国外进口丝杠仍存在一定差距。行星滚柱丝杠加工Know-how细节多，精密加工设备及核心工艺环节把控对产品质降本诉求是国产厂商的机遇。尽管目前国内行星滚柱丝杠性能不及海外，但当前海外行星滚柱丝杠价格高，特斯拉对于量产人形机器人成本要求高，因此中长期寻求精度是加工行星滚柱丝杠的难点。丝杠是细而长的柔性轴，其结构形状较复杂。行星滚柱丝杠由于滚动体阶梯轴与环形齿的特殊结构，在保证齿形精度的同时还需控条技术路线的不同点在于粗加工环节。铣削也可以单独在粗加工环节使用。经过粗加工处理后的工件仍需通过磨削的精加可分为粗车和半精车，以丝杠螺纹加工为例，粗车留余量1~2mm，半精车人形机器人对于传感器的需求多，量产后有望推动传感器行业空间扩容。根据特斯而此处并未计算手部和头部需要的传感器。此外，现阶段协作机人关节一般都配备成双编码器模式，使用双编码器可以补偿关节刚度，因此我们推测特斯拉的关节上表4：人形机器人传感器详细拆分传感器旋转执行器数量（个）单个执行器传感器数量（个）合计（个）旋转关节1拉压力传感器1旋转关节2位置传感器旋转关节语权较小，当前仍处于国产化率提升阶段。此外，人形机器人产业的发展为传感器OptimusGen2灵巧手传动优化，力度控制更精准。根据特斯拉20布的Optimus第二代视频，手部的灵活性和力控均展示出灵巧手传动能力：单手11个自由度，我们预计灵巧手仍采用绳驱的传动方式。抓取动作的实现过程中第二指节的运动优先与第一指节。实现抓取动作时，第二指节先行反馈控制，完成对易碎物体的抓取。手腕上有扭矩传感器；手指部分使用触觉传灵巧手是机器人实现各项的任务的核心，因此会不断更新迭代，在众多环节中增量变量：关节驱动模式影响减速器选择，行星和谐波依然存在方案之争。人形机器