机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。
二、机器人分类:
从我国应用环境把机器人分为两类:工业机器人和特种机器人。国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人。
三、人形机器人又叫具身智能机器人
是实现具身智能的最佳形态之一,或将是AI的终极形态。人形机器人可参照人体进行仿生学设计,由于结构设计接近人体,人形机器人的活动场景可覆盖人类活动的方方面面,可应用于家庭、商用、工业等场景。
目前特斯拉人形机器人开发进展迅速,2022年10月特斯拉人形机器人首次亮相,需要人搀扶,无法正常工作;2023年3月其可实现直立行走,且能实现装配任务,2023年5月可在车间灵活行走、抓取物体,并展示了电机扭矩控制技术(不打碎鸡蛋)。
英伟达CEO黄仁旬表示具身智能机器人有望成为AI下一浪潮。AI的赋能有望让机器人商业化大幅提速;
以特斯拉Optimus为例,2023年人形机器人核心零部件价值量分布:
1)具身执行:主要部件价值量占比约62%,主要由无框力矩电机、减速器、丝杠、空心杯电机、轴承等构成。
2)具身感知:主要部件价值量占比约18%,主要由摄像头、力传感器、惯导imu等构成。
特斯拉设计了人形机器人结构和关节分布,优化过程通过仿真模型和实际验证,在低功耗,低成本和最有质量的目标下,最大效能的发挥各个执行器。
经过分析优化将共28个大的执行器(不含手指执行器),其中包含14个旋转执行器和14个线性执行器减少到6种实际的执行器,包含3个系列的直线/线性执行器,和3个系列旋转执行器。
机器人的运动控制系统包含哪些方面:1、执行机构——伺服电机或步进电机;2、驱动机构——伺服或者步进驱动器;3、控制机构——运动控制器,做路径和电机联动的算法运算控制;从产业来看伺服器、减速机、控制器三大核心占成本的70%左右。而其中减速器占机器人总成本近32%
四、最新政策热点及未来市场:
工业和信息化部近日印发《人形机器人创新发展指导意见》,提出到2025年,我国人形机器人创新体系初步建立,“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平,并实现批量生产,在特种、制造、民生服务等场景得到示范应用,探索形成有效的治理机制和手段。
短期来看,制约人形机器人应用的主要痛点包括:运控能力不足、高成本问题、应用场景不明确。
在解决方案上,我们认为,运控能力、算法问题未来有望由AI大模型赋能处理;国产企业擅长降本增效,随着规模化生产,成本端问题有望得到改善,并以此反哺国内厂商。
重点减速器
步科股份、昊志机电、鸣志电器、江苏雷利、秦川机床、鼎智科技等;
机器人轴承板块:
五洲新春、长盛轴承、苏轴股份;
工业机器人本体制造厂商:
如埃斯顿、博实股份、新时达等;
聚焦人形机器人核心部件制造龙头电机:
鸣志电器,汇川技术、江苏雷利、伟创电气、禾川科技、步科股份等;
丝杠:
恒立液压、长盛轴承、五洲新春,贝斯特、鼎智科技、日发精机、秦川机床等;
减速器:
双环传动、绿的谐波,中大力德、上海机电、汉宇集团、丰立智能、大族激光、昊志机电等;
传感器:
华依科技,柯力传感、汉威科技、芯动联科等;
控制器:
华中数控、博众精工,新时达、埃夫特、英威腾等;
轻量化:
精工科技,中复神鹰、吉林化纤、吉林碳谷等;
集成:
三花智控、拓普集团等;
机器人整机:
埃斯顿,博实股份、天奇股份、新松机器人等。
人形机器人行业主要龙头公司:小米集团-W(01810.HK);智元机器人;优必选;达闼;傅利叶;追觅科技等。
中国人形机器人企业区域竞争;中国人形机器人企业业务布局对比;中国人形机器人企业业务规划对比
目前,我国人形机器人本体制造的龙头公司数量较少,但人形机器人产业整体代表性公司较多。其中,上游核心零部件公司包括减速器厂商绿的谐波(688017.SH)、双环传动(002472.SZ)、中大力德(002896.SZ);无框力矩电机厂商步科股份(688160.SH);行星滚柱丝杠厂商秦川机床(000837.SZ)、长盛轴承(300718.SZ)、恒立液压(601100.SH)、贝斯特(300580.SZ)、五洲新春(603667.SH);传感器厂商汉威科技(300007.SZ)、华工科技(000988.SZ)、四方光电(688665.SH)、南华仪器(300417.SZ)、昊志机电(300503.SZ)、敏芯股份(688286.SH)、芯动联科(688582.SH);空心杯电机厂商鸣志电器(603728.SH)、江苏雷利(300660.SZ)、恒帅股份(300969.SZ);编码器厂商汇川技术(300124.SZ)、奥普光电(002338.SZ)、埃斯顿(002747.SZ)
中游的人形机器人制造公司包括小米集团-W(01810.HK)、优必选、智元机器人、追觅科技、达闼、傅利叶智能等。
人形机器人下游应用领域广泛,所涵盖的公司极多,通过分析中游公司的客户情况,前瞻认为医疗康复、物流、汽车制造是人形机器人的主要应用领域。其中,医疗康复领域公司包括普门科技(688389.SH)、诚益通(300430.SZ)、翔宇医疗(688626.SH)、伟思医疗(688580.SH)、麦澜德(688273.SH);物流领域公司包括顺丰控股(002352.SZ)、韵达股份(002120.SZ)、申通快递(002468.SZ)、中通快递-W(02057.HK)、圆通速递(600233.SH)、德邦股份(603056.SH);汽车制造领域公司包括长安汽车(000625.SZ)、吉利汽车(00175.HK)、比亚迪(002594.SZ)、北京汽车(01958.HK)、理想汽车-W(02015.HK)、广汽集团(601238.SH)、长城汽车(02333.HK)、蔚来-SW(09866.HK)、上汽集团(600104.SH)、长城汽车(02333.HK)。
当前人形机器人的主要布局者多为科技公司,也有多家跨界公司入局。小米Cyberone重建真实世界、实现运动姿态平衡、感知人类情绪;优必选WalkerX主要应用于科技展馆、影视综艺、商演活动、政企展厅;傅利叶GR-1在工业、康复、居家、科研等多应用场景潜能巨大;达闼CloudGinger2.0应用场景主要包括卖场促销、直播卖货、教育科研、清洁打扫、康养陪护、迎宾导览;智元机器人远征A1预计先应用在工业制造领域,随后逐步走向toC应用。
2023年7月20日,在特斯拉二季度业绩说明会上,特斯拉CEO埃隆·马斯克表示,特斯拉目前已经生产10人形机器人。预计人形机器人Optimus(“擎天柱”)在2023年11月进行行走测试,2024年在特斯拉工厂进行实用性测试。
但特斯拉人形机器人Optimus量产还存在很多挑战,例如并没有供应商生产Optimus所需的执行器,必须进行定制,而这需要一定周期。总体而言,在人形机器人领域,用相对低成本的硬件发挥出可用的运控能力难度较大。除了开始的硬件存在一些不稳定之外,不同技术路线的控制方案在同一套硬件上,也需要做好平衡与取舍。
除此之外,任何新技术、新产品的首次推出,也往往伴随着高昂成本和C端用户难以企及的价格。这也是为何创新技术往往会最先在支付得起高昂技术成本的工业领域启用。技术成熟、成本下降之后,最后才演变为消费品,人形机器人也不例外。因此,前瞻从量产前景的角度对国内主要的人形机器人对比分析:优必选Walker已实现成本可控以及稳定量产交付;特斯拉Optimus将于2024年底量产;达闼GingerXR预计2025年可规模化量产;傅利叶GR-1将在1-2年内实现量产交付。而小米Cyberone、追览科技及宇树科技的通用人形机器人尚不具备量产能力,也未发布量产计划。
人形机器人进入门槛高,科技巨头拥有研发实力及软件基础。头部科技公司,如特斯拉、腾讯、OpenAI、小米等纷纷布局人形机器人,与工业机器人四大家族相比,可能在机械硬件方面积累较少,但在视觉感知、算法、虚拟仿真等软件方面领先优势明显,且与原有业务协同效应明显。综合来看,特斯拉人形机器人优势最为突出,一是可直接嫁接FSD感知与算法、深度神经网络训练软硬件基础,且具备最为顶级的研发团队;二是成熟的汽车供应链,降本路径清晰;三是特斯拉汽车工厂提供率先应用场景。
延伸阅读二
从工业机器人成本构成来看,上游的三大零部件是产业链中技术壁垒高、成本占比较大的环节。上游三大零部件控制器、伺服系统和减速器,成本占比分别为12%、22%、32%,合计成本占比为66%。从盈利水平看,上游零部件的毛利率相对较高,其中减速器毛利率为40%,伺服系统为35%,控制器为25%;中游机器人本体毛利率最低、为15%;下游系统集成毛利率为35%。
从服务机器人成本构成来看,三大核心模块环境感知、运动控制和人机交互成本占比至少可达85%。以公共(商用)服务机器人为例,包含三大核心技术模块:环境感知、运动控制和人机交互。环境感知模块即感知系统,运动控制模块主要指控制系统、驱动系统、机械结构系统,人机交互模块主要指交互系统。其中对于本体厂商,人机交互和其他基础软硬件基本实现自研,环境感知和运动控制模块会有企业选择外采,但随着技术的进步以及成本考虑,现在多数机器人企业也实现了环境感知和运动控制模块的自研。环境感知与运动控制模块自研的情况下,三大核心模块的成本占比为85%,非自研情况下,环境感知与运动控制模块成本占比高达70%,三大核心模块成本占比约92%。
据工信部网站消息,工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》。其中提出,到2025年,人形机器人创新体系初步建立,“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。到2027年,人形机器人技术创新能力显著提升,形成安全可靠的产业链供应链体系,构建具有国际竞争力的产业生态,综合实力达到世界先进水平。