人形机器人行业研究：AI赋能人形机器人，关注核心零部件发展机遇

AI 赋能机器人，具身智能发展正当时。

AI 赋能机器人，具身智能发展正当时。具身智能是 AI 进入物理世界进行交互的载体。机器人与人工智能的交集，被称为智能机器人，智能机器人可以与外界交互，根据自身对外界的感知，决定完成任务的方式，并且可以在失败中不断学习进步，相较于非智能机器人的“机器”属性，智能机器人更像是“人”。近年来随着硬件和软件算力的不断提升，各大公司相继推出 AI大模型算法，包括 Open AI 的 GPT-4、谷歌的 RT-1、PaLM-E 等，有望解决机器人的通用性问题，具身智能迎来快速发展。

特斯拉 Optimus软硬件不断迭代升级，核心为优化成本和效率。2022年 9月特斯拉人形机器人 Optimus 原型机首次公开，马斯克称 Optimus 有望在 3-5年时间内交付，产量可以达到数百万台，价格可能不到 2万美元。特斯拉人形机器人 Optimus 采用电机驱动，身体拥有 28 个执行器，使用旋转执行器和线性执行器两种方案：1）基于无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器+交叉滚子轴承+角接触球轴承的旋转执行器；2）基于无框力矩电机+编码器+行星滚柱丝杠+力传感器+深沟球轴承+四点接触轴承的线性执行器。Optimus手掌共 12 个空心杯关节，采用空心杯电机+微型行星齿轮箱+绳驱+蜗轮蜗杆+传感器的方案。2030 年乐观/中性/悲观情景下谐波减速器市场空间分别为168/126/67亿元；行星滚柱丝杠市场空间分别为 560/420/224亿元；伺服电机市场空间分别为 168/126/67 亿元；空心杯电机空间分别为 96/72/38 亿元。

人形机器人蓄势待发，为国内相关产业链带来机遇。人形机器人发展给国内供应链带来机遇的预期在于特斯拉 Optimus 未来价格不超过 2 万美元的产品定价，特斯拉降本诉求和终局 C段定位意味着持续的降本诉求，国内供应链可以满足特斯拉的降本诉求。人形机器人发展初期主要应用为 B 端，B 端意味着对成本约束的放松。特斯拉在人形机器人发展相对领先，产品放量和降本诉求带给国内供应链发展机遇。1）减速器：具有较高技术壁垒，机器人零部件核心赛道。精密减速器包括行星减速器、谐波减速器、RV 减速器，日本哈默纳科和纳博特斯克全球市占率在 60-70%，国产谐波减速器企业技术水平不断接近海外龙头，凭借成本与交付周期优势，正在加速实现国产替代。2）无框力矩电机：可用于协作机器人关节，国内产品逐步系列化。无框结构省去了外壳，使电机更好嵌入，与有框电机相比，无框电机的优势包括更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性。3）空心杯电机：小巧轻便，手部驱动不二之选。空心杯电机结构上采用无铁芯转子（空心杯型转子），拥有功率密度高、体积小、无齿槽效应等优势，一般和微型行星齿轮箱配套，设计和规模量产为壁垒。4）丝杠：技术壁垒高，国产替代空间大。常见的螺旋丝杠传动形式包括梯形丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动三种。滚珠丝杠和行星滚柱丝杠国产化率低，壁垒体现在材料、设备、工艺等方面，日本和欧洲企业占全球滚珠丝杠约 70%的市场份额。5）传感器：视觉和力控必不可少，精度和可靠性为关键。传感器是机器人感知外界的重要零部件，主要分为视觉传感器和物理量传感器，技术壁垒高，目前主要被国外厂商占据市场。