人形机器人: 第一性原理，为什么最看好特斯拉链及看好什么（一） 本文数据和模型请联系：孙潇雅/张童童摘要传统机器人是工具，人形机器人是下一代智能终端传统机器人是千亿规模成熟赛道，分为工
来源：雪球App，作者：郭伟松_鑫鑫投资，（https://xueqiu.com/2524803655/254334562）
本文数据和模型请联系：孙潇雅/张童童
摘要
传统机器人是工具，人形机器人是下一代智能终端
传统机器人是千亿规模成熟赛道，分为工业和服务机器人，工业/服务机器人均为千亿级别市场，近些年全球增速约为10%/20%。人形机器人属于新兴赛道，参与者多为科技、互联网企业，由于技术难度较大+成本较高，迟迟未落地量产，产业尚处于探索状态，近期我们认为行业发生了明显的变化，人形机器人有望实现0到1的突破，即供给侧-出现明显变化（TSL、X1Technologies）+技术侧-人工智能技术取得重大进展。
考虑到目前人形机器人的已投入应用的情况和经济性，我们认为人形机器人第一步渗透的场景或为安保、仓储物流行业，率先渗透的地区或在欧美等高人力成本国家。从长逻辑看，我们认为传统机器人只是“工具”，而人形机器人是具身智能，即能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统，人形机器人的应用领域先从toB场景开始，通过不断迭代优化最终会进入家庭等场景的toC领域。我们预计24年人形机器人销量有望达1万台，28年达563万台，24-28年CAGR=387%，28年市场空间达1万亿。往远期空间展望，按照马斯克说的人的数量和机器人的数量来比，如果做成2：1的话，全球80亿人口，人形机器人40亿，单价2万美元，则有80万亿美元空间。
特斯拉有望复刻当年电动车战果，引领人形机器人新时代
人形机器人是人工智能的载体，是一个“输入-计算平台-输出”的过程，过去机器人仅有“输出”，新的产品定位和商业模式下，我们看好特斯拉实现人形机器人梦想，本质逻辑为其具备完成商业模式闭环的能力，以核心软硬件自研+低成本、规模优势的供应链为护城河：
1）FSD视觉感知算法可以在机器人上复用，并以智驾领域积累的Know-How进行赋能，未来FSDV12、Dojo超算落地将大幅提升AI训练速度；
2）电车供应链直接迁移（传感器、电机、减速器等），规模化降本能力强（具备硬件制造、降本能力）；
3）自有工厂创造应用场景，以机器学习+大量数据的方式，在真实的场景不断训练-优化机器人。
人形机器人产业链投资怎么看？核心看特斯拉，核心零部件有电机、减速器、丝杠、传感器
特斯拉机器人Optimus躯干关节有28个执行器（旋转14+线性14），手部有12个执行器。旋转关节：采用旋转式驱动器，主要由无框力矩电机+谐波减速器（有可能部分替换为行星）+力矩传感器+编码器构成；线性关节：采用线性驱动器，主要由无框力矩电机+滚柱/行星滚珠丝杠+力矩传感器+编码器构成；手部：每个手有6个驱动器，主要由空心杯电机+精密行星齿轮箱+力矩传感器+编码器构成。
电机：我们预计特斯拉躯干关节大概率选择无框力矩电机，手部选择空心杯电机。目前无框力矩电机做的好的是美国科尔摩根，国内无框力矩电机做的好的有步科股份等。按照步科股份口径单个无框力矩电机价格在几百元-1千元，我们预计特斯拉量产后单个人形机器人无框力矩电机价值量=500元*28个身体关节算=1.4万元。无刷空心杯电机海外以MAXON做的较好，国内鸣志电器、鼎智科技、恒帅股份可做，我们预计特斯拉量产后单个人形机器人空心杯电机价值量=600元*12个手部关节算=0.7万元。
减速器：我们预计特斯拉旋转关节主要采用谐波，手部采用精密减速器，行星减速器有一定概率在下半身替代谐波。行星减速器因抗冲击能力强于谐波+成本低，有望用在机器人下半身关节（旋转关节有4个），谐波减速器全球龙头为哈默纳科，国内绿的谐波、来福谐波、同川精密（汉宇集团子公司）等可做，行星减速机全球龙头是赛威传动等，国内企业有中大力德、双环传动等可做。国内谐波减速器目前价格在1200元/个，未来有望降本至500-1000元/个，行星减速器未来有望降本至200元/个。我们预计特斯拉量产后单个人形机器人减速器/齿轮箱价值量=600*（10~14）+200*（12~16）=0.9~1.1万元。
丝杠：我们预计特斯拉在下半身关节采用行星滚柱，上半身采用滚珠/T型丝杠。行星滚柱具有承载能力强、轴向刚度大、传动效率高、使用寿命长等优点，但价格较高&海外垄断（舍弗勒目前售价在2万元/个），故我们预计或用在对承载能力要求高的下半身（8个）。目前，鼎智科技、贝斯特处于研发中，恒立液压处于扩产中。我们预计特斯拉量产后单个人形机器人丝杠价值量=200元*6个上半身+1200（降本后）*8=1.1万元。
传感器：人形机器人用传感器主要有视觉、力控、位置（编码器）。视觉传感器在头部，力控、编码器传感器用在全身各个关节。视觉传感器与无人驾驶供应链类似，国内做的好的有海康威视（是否带算法明显影响价值量，但T自研算法），力控传感器我们预计特斯拉机器人或在身体关节采用单轴力矩传感器，脚部采用6轴力传感器，此外，UCLA论文提到的IMU（惯性测量单元）值得注意，相关国内上市标的有芯动联科。我们预计特斯拉量产后单个人形机器人力控+编码器价值量=力控1.8+编码器0.4=2.2万元。
投资建议:
机器人在今年的投资仍是0-1阶段，行情比较极致，0-1阶段景气度的确认（确立方向）和产业空间（确立高度）最重要。景气度上，海外有特斯拉、X1（背后是OpenAI），国内不仅仅是小米，很多大厂如华为、腾讯等也在加入，此外，更多的国产供应链涌现（加入T链/想要加入T链+真正开始投钱投产线）。产业空间上，马斯克给我们做了展望，人形机器人是以80亿人口为基数的万亿美元市场。
从投资的角度来说，当前时点与其花精力扩散其他下游，不如聚焦特斯拉的optimus变化和进展，这才是推动行情的根本所在。特斯拉optimus关节总成商供应价值量如下：
线性关节总成商A：我们预计大批量量产后价值量在2-3W，主要负责线性关节集成（旋转在研）。我们预计核心零部件有电机（自己做，500*14）+行星滚柱丝杠/滚珠丝杠（自己做，预计行星滚柱丝杠得降本至千元水平，我们采用1200*8+200*6）。
旋转&线性关节总成商B：我们预计大批量量产后价值量在2-3W，负责旋转+线性关节总成（目前旋转更有优势）。我们预计旋转关节核心零部件有电机（500*14）+谐波减速器（和绿的合资做）+编码器（100*14），线性关节核心零部件有电机（500*14）+行星丝杠/T型丝杠+编码器（拟自己做，100*14）。
手部关节总成商C：我们预计大批量量产后价值量在1-1.1W，负责手部关节总成。我们预计核心零部件包括空心杯电机（600*12）+精密齿轮箱（大概率自己做200*12）+编码器（100*12）。
综合价值量&壁垒的确定性。我们首推Tier1供应商【拓普集团】、【三花智控】、【鸣志电器】。市场多担心大市值标的空有确定性但弹性不足，我们认为在全球100万台机器人销量下，假设拓普&三花&鸣志价值量分别在2.5/2.5/1.1万元/机器人，市场份额为50%、净利率15%，机器人业务给50X估值，以上三个标的上涨弹性均在50%+。
其次，推荐有望成为Tier1供应商的【双环传动】和Tier2供应商【绿的谐波】。双环具备生产行星/谐波减速器能力，我们预计行星/谐波减速器大批量量产价格在200/600元/个。
最后，推荐弹性较大+但尚未明确接触特斯拉但未来或有机会&有望进其他供应链。1）丝杠：【鼎智科技】、【贝斯特】；2）减速器：【中大力德】；3）电机：无框力矩-【步科股份】、空心杯-【鼎智科技】（江苏雷利）、【恒帅股份】、【伟创电气】；4）传感器【柯力传感】、【芯动联科】等。
1、
传统机器人是工具，人形机器人是下一代智能终端
1.1.传统机器人行业是发展多年的成熟赛道
机器人技术的研究起始于20世纪中期，主要是基于计算机技术和自动化技术的快速发展。
根据IFR分类，机器人主要包括工业机器人和服务机器人。
工业机器人：是一种通过编程或示教实现自动运行，具有多关节或多自由度，并且具有一定感知功能，如视觉、力觉、位移检测等，从而实现对环境和工作对象自主判断和决策，能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。
服务机器人：服务机器人是除工业机器人以外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人的统称。根据应用场景的不同，服务机器人可分为家用服务机器人和专业服务机器人两个领域，其中，家用服务机器人可分为清洁机器人、娱乐机器人、教育机器人、陪护机器人、家庭安全机器人等；专业服务机器人可分为医疗机器人、安防巡检机器人、物流机器人、客服机器人以及军事机器人等。
我们认为传统的机器人如工业机器人更类似工业装备，服务机器人类似与家电的消费品，故传统机器人（工业+服务）行业的发展更多和工业制造以及服务业行业增速相关。
图：2017-2024全球机器人销售额及预测（亿元）
资料来源：绿的谐波招股书、IFR、中国电子学会、天风证券研究所
1.2.工业/服务机器人均为千亿级别市场，近些年全球增速约为10%/20%
工业机器人市场空间：2021年全球工业机器人市场强劲反弹，市场规模为1190亿元，同比增长26%；2021年全球工业机器人安装量达52万台，同比增长35%。随着市场需求持续释放以及工业机器人的进一步普及，工业机器人市场规模保持稳定增长，2024年将有望达到1564亿元，5年CAGR为10.8%。工业机器人是实现自动化生产的终端设备，下游是汽车制造业、3C行业、化工、金属加工业、食品制造等。
服务机器人市场空间：2021年全球服务机器人市场规模达1170亿元，同比增长25%。服务机器人应用场景和服务模式正不断拓展，预计2024年全球服务机器人市场规模达1972亿元，5年CAGR为20%。
图：2017-2024全球工业机器人市场规模及预测（亿元）
图：2017-2024全球服务机器人市场规模及预测（亿元）
图：2015-2025全球工业机器人安装量及预测（万台）
图：2018-2021全球工业机器人分行业安装量及预测（万台）
资料来源：中国电子学会、Wind、IFR、天风证券研究所
1.3.工业机器人四大家族占据半壁江山，服务机器人格局分散
工业机器人竞争格局：从全球竞争格局来看，“四大家族”日本发那科、瑞士ABB、日本安川、德国KUKA占据半壁江山，2020年全球合计市占率达58%，其中发那科的销售占比最高达到17%，中国品牌工业机器人仅占11.9%。
服务机器人竞争格局：服务机器人下游细分种类较多，分为家务机器人、物流机器人、休闲娱乐机器人、医疗机器人等，应用场景更为多元复杂，整体格局也较为分散。
图：2020年全球工业机器人竞争格局
图：2018年中国服务机器人市场应用结构占比
资料来源：华经产业研究院、智妍产业信息、天风证券研究所
1.4.人形机器人尚处于0-1的概念阶段
人形机器人目前没有标准定义，一般是指模仿人的形态和行为而设计制造的智能机器人。比一般机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统，设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活。
人形机器人从提出到现在已历时50余年，目前已进入产业化初试阶段：
1973-2000年：技术起步阶段。特点：能初步模仿人类直立行走，但行动能力缓慢。
2001-2015年：技术突破阶段。特点：技术发展，功能性能突破，已具备初步的行动能力。
2016年-至今：产业化初试。特点：技术达到一定基础，初步探索落地场景，主要问题在实用性+成本。
资料来源：观研天下、各公司官网、天风证券研究所
1.5.不同于工业机器人，四大家族占据核心地位，人形机器人多为科技、互联网企业
传统工业机器人龙头四大家族在人形机器人赛道竞争力不强，目前没有明显的人形机器人研发进展，只有一些人性化设计的双臂机器人，如ABB推出的双臂协作机器人Yumi。
人形机器人赛道上科技、互联网龙头押注，其中互联网探索应用场景。近几年人形机器人迎来较高关注度，除了传统机器人厂商，车企、互联网企业纷纷入驻，多方势力的交流丰富了机器人的可用性，通过技术迁移，向多领域不断渗透。1）头部科技企业对人形机器人赛道的关注可赋能自身消费娱乐等主要业务，AI赋能探索下游应用场景，侧面推动技术向工业等领域的落地应用。2）科技企业电新系特斯拉依托业务理解优势，整合多方资源，加速降本和规模化量产。
表：人形机器人主流产品商业化情况
资料来源：高工机器人、观研天下、各公司官网、智东西、21世纪经济、天风证券研究所
1.6.波士顿动力Atlas，液压驱动追求极致运动能力，高成本难以商业化
波士顿动力公司历史：波士顿动力成立于1992年，最早只是为美国军方开发军用机器人的一个实验室。曾先后被谷歌、软银、现代汽车集团收购，目前现代汽车持有80%的股份。
Atlas液压结构件和感知能力打造卓越运动性能：Atlas可以像运动员一样奔跑、翻转、跳跃和腾空，并能够快速越过具有一定倾斜度的障碍物，被称为“跑酷”机器人。Atlas极致运动能力的背后是强大的硬件性能和感知、控制技术：
液压驱动：Atlas机器人四肢均由液压驱动，全身共拥有28个自由度，液压系统由伺服阀、执行器、液压管路等构成，通过3D打印嵌入四肢结构件中。相比电机驱动：1）液压驱动具备高负载驱动特性，核心原理是通过液体压缩泵产生高压液体，高压强作用于缸体产生巨大推力，带动机器人关节运动，从而做出后空翻等高难度动作；2）液压结构还使机器人更具弹性，除了油液自身的可压缩性，如果用蓄能器还能起到减震作用，使肢体具有弹性。
运动控制：Atlas执行的动作都源自其行为库中的动作模板，它可以根据目标情况自主从库中选择相应的动作执行。跑酷过程中，Atlas的模型预测控制器（MPC）会调整其发力、姿势、动作发生时机等细节，来应对环境、脚滑等各种可能实时出现的因素。
环境感知力：Atlas利用头部的RGB摄像头和TOF深度传感器获取环境信息，利用多平面分割算法从点云中提取平面，从而构建不同对象的3D模型，基于模型来规划路径，计算每一步的落脚点。
缺点：液压系统噪音大、易漏液、对污染敏感、对液压元件的精度质量要求高、对维护团队要求高，导致制造成本居高不下，单台价值约200万美元，难以走出实验室、走向商业化。
资料来源：智东西、技术邻、中国设计智造大奖公众号、天风证券研究所
1.7.Ameca机器人：接入GPT，面部表情逼真+交互能力强+运动能力弱
Ameca由机器人公司EngineeredArts制造，拥有极其接近真人的面部表情和动作，主要设计为进一步开发人机交互机器人技术的平台，未来有望应用于娱乐和交流场景。Ameca利用嵌入式麦克风，双目眼安装的摄像头，胸部摄像头和面部识别软件与公众互动，底层系统采用Tritium+Mesmer。交互可以由GPT-3或人类远程呈现管理。
Tritium：连接了软件，设备的和云端，主要负责智能化和各个机械结构之间的联动；
Mesmer：提供丰富的面部表情和肢体动作数据。Mesmer用36个摄像机对人体进行360度的3D扫描后，通过比较像素的颜色和锚点定位，来重建3D模型，从而为机器人提供微笑、傻笑、张嘴、挑眉、吃惊等表情能力，重现人脸的变化。
缺点：目前还不能行走，无明确商用化计划，据路透社，可以13.3万美元出售。
图：Ameca面部表情逼真
图：Ameca机器人头部组件
资料来源：玩机械、VRAR5、观研天下、天风证券研究所
1.8.特斯拉Optimus：以降本量产破局，与车端协同，研发速度快
2022年9月特斯拉人形机器人Optimus（擎天柱）原型机首次亮相，Optimus高1.72米，重56.6公斤，研发进程较快，已经可以完成行走、上楼梯、下蹲、拿取物体等动作，整体运动能力有待进一步研发。
关节执行器：Optimus身体共有28个结构执行器，全身自由度57个，关节采用仿生学关节设计，处分为旋转关节和线性关节。和Atlas不同，Optimus选用了稳定性、性价比更高的电机驱动方案，更加注重实用性，行走速度为每小时5英里（约时速8公里）。
手部自由度领先：Optimus手部借鉴了生物学设计，单手拥有11个自由度，可拿取约20千克重的物品。
电气系统：机器人躯干处搭载了2.3kWh、52V电池包，高度集成了充电管理、传感器和冷却系统，可以支持机器人工作一整天。
大脑：Optimus的“大脑”采用与Tesla车辆相同的芯片，支持Wi-Fi、LTE链接和音频交流，令它可以处理视觉数据、基于多个传感器输入做出行动决策、支持通信交流等，系统软硬件的安全性保障也再度提升。基于FSD系统的Dojo超算平台赋予Optimus强大的计算机视觉能力。
截至目前，Optimus的研发还不是很成熟，特斯拉的远景目标是让机器人服务于工厂和家庭。在机器人设计原则上，马斯克强调高可靠性和低成本，认为机器人最终的价格会是两万美元以内，产量可能达到数百万台。
图：Optimus机器人运快递
资料来源：特斯拉官网、玩机械、VRAR5、观研天下、机器之心、天风证券研究所
1.9.人形机器人发展痛点在于尚不成熟的产品和高要求的应用场景之间的矛盾
一直以来，人形机器人行业发展的痛点具体体现在1）运动能力不达标：2）成本居高不下；3）缺乏能落地的应用的场景。
随着近几十年的发展，人形机器人从早期的动辄几百万美元（如ASIMO造价300-400万美元）下降到目前的几万美元（如EVE售价32万元），且有了可商业化落地的场景（EVE可应用到安保行业），我们认为当前产品的核心矛盾在于运动控制能力不达标，具体体现在
运动控制技术不成熟：下肢运动控制是最大难点，以往工业机械臂、协作机器人只代替了上肢运动，而下肢对力量、稳定性、动作连贯性要求更高，目前下肢运动的研发还需关键性突破。
力感知能力差易摔倒：人形机器人力感知能力不足，踩到小石子就会因无法控制力度而摔倒，摔倒会损坏关节、维修成本极高。先谈如何融入非结构化的世界，才能实现多样化应用。
关节扭矩技术需发展：目前关节驱动器做不到人体水平，主流方案各有优缺点，谐波减速机重量轻但扭矩有限，RV减速机扭矩大但体积也大。
总体上看，人形机器人已经过了“展示为主+噱头性大”的阶段，目前技术已有初步基础，现阶段重点在于解决技术和成本痛点，一旦技术接近临界点，人形机器人在各个非结构化场景下的通用性能将创造大量需求。
表：人形机器人运动控制与人类类比
资料来源：OFweek、高工机器人、天风证券研究所
1.10.1.人形机器人有望实现0的突破，原因1：供给侧出现明显变化（TSL、X1）
跟踪技术和成本难题主要看供给侧变化，目前人形机器人赛道出现了一些重磅玩家，如特斯拉和X1Technologies已经展现/即将展现出技术/成本侧的较大边际变化，人形机器人产业在优秀企业带动下正飞速成长：
玩家1：特斯拉。1）迭代和进化速度惊人：22年9月特斯拉AI日上出现的人形机器人，是特斯拉人形机器人项目正式立项后不到一年的成果，而波士顿动力用十几年换来的如今的顶尖性能。这是因为它可以复用特斯拉汽车同款的FSD和Dojo超级计算机，每8分钟就训练一个神经网络模型，在代码、设计方面实现30%的训练速度提升。2）低价撬开市场：ASIMO、Atlas单台成本为250、200万美元，而特斯拉的人形机器人直接将目标价格控制在2万美元（人民币14万），有望成为现象及产品。特斯拉能将人形机器人的成本压降，主要得益于其自动驾驶积累的先天条件：Optimus的视觉识别、场景构建等都采用了FSD（完全自动驾驶能力）相同的神经网络学习技术，Optimus“大脑”中植入的芯片也是特斯拉车辆同款。3）远期规划宏大。特斯拉2023年股东大会马斯克花大量篇幅阐述了机器人，一方面是对市场空间广阔的畅想（如果按照人的数量和机器人的数量来比，如果做成2：1的话，人形机器人的需求可能会远远超过对汽车的需求），另一方面是对特斯拉在人形机器人上信心的表达（机器人电机、控制器和电子设备，全部是自主设计的，特斯拉有世界一流的电机和电子团队，可以设计出了这个世界上本不存在的一种机器人），甚至认为特斯拉长期价值是人形机器人给的。
玩家2：X1Technologies。1）人形机器人实现量产并在安保领域实现应用：挪威人形机器人公司X1Technologies原名为HalodiRobotics，成立于2014年，主要生产两款人形机器人：EVE（双轮）和NEO（双足），其中EVE人形机器人已经实现量产、并成功找到应用场景，于2022年向ADTCommercial交付了140台机器人，应用于夜间巡逻工作，23年1月表示今年目标是部署150到300台机器人（即23年销量），5月23日，由OpenAI支持的机器人公司1X的CEO透露，其开发的人形机器人已经在美国和欧洲投入使用，这款机器人在两个工业现场担任保安工作：与其他安保机器人不同，它有一个头、一张脸、两条手臂，并且可以自主导航。2）OpenAI注资促进研发及扩产：2023年OpenAI于领投1XTechnologies2350万美金，加大NEO的研发力度、并扩产EVE。
1.10.2.人形机器人有望实现0的突破，原因2：人工智能技术取得重大进展-AI助力
人形机器人产业化或乘AI东风。人形机器人包含人机交互、环境感知、运动控制三大核心能力，多家风投机构表示，人形机器人的进步取决于人工智能水平的整体发展。因此，ChatGPT背后的多模态搭模型、自然语言能力是近期促进人形机器人产业化趋势的重要因素，具体而言，可以帮助人形机器人突破一些痛点：
解决力感知问题。据亿嘉合回答投资者问题，以深度学习为代表的CV等技术可以让机器人更好的理解环境，识别物体和缺陷，解决通用智能问题，来满足半结构化环境的适应能力和完成任务能力。
加速技术迭代，更快解决运动控制问题：运动控制关键在算法迭代速度。1）运动控制技术最好的波士顿动力公司采用模型预测控制（MPC），也是业界通用的算法，即构建机器人动力学模型来预测机器人未来的动作。先前特斯拉预计用18-36个月解决运动控制问题，而现阶段大模型能够更好地训练学习算法和大数据集、加速迭代；2）一旦软硬件技术（如关节模组、智能仿生材料）有所突破，大模型也能加快技术融合。
带来高价值的下游场景。1）多模态大模型有助于人形机器人更加自然、准确地理解人类情感，更好地适应人类需求，在人口老龄化加速，对精神陪伴和物理陪护需求日益增加的背景下有稀缺价值。2）AI智能模型可以对挖掘其他各行各业的数据集，加速更多有价值的商业化场景应用。
图：模型预测控制（MPC）工作原理
资料来源：CSDN、达闼科技、智源社区、天风证券研究所
1.11.人形机器人需求场景是什么？
考虑到目前人形机器人的已投入应用的情况和经济性，我们认为人形机器人第一步渗透的场景或为安保、仓储物流行业，率先渗透的地区或在欧美等高人力成本国家。
已投入应用情况：2023年5月23日，由OpenAI支持的机器人公司1X的CEO透露，其开发的人形机器人已经在美国和欧洲投入使用，这款机器人在两个工业现场担任保安工作：与其他安保机器人不同，它有一个头、一张脸、两条手臂，并且可以自主导航。据了解，全球保安人数约在2000-2500万人，在保安市场渗透个10%就有200-250万台人形机器人的市场空间，按照单台10-20万元的价格，对应市场空间2000-5000亿。
经济性：此前，马斯克表示未来目标是将人形机器人的成本降至2万美元（约合14万人民币），目前市面上的人形机器人价格动辄上百万元，从上百万降至十几万元难度较大。但我们近期测算发现，美国特斯拉工厂工人起薪在19美元/h（麦当劳工人在14-19美元/h），欧洲德国法律要求人工最低时薪在13欧（合14美元），若人形机器人能替代，即使定价7万美元（合50万元人民币，此外，目前普通工业机器人中位数价格在20W），按照5年折旧，1年工作350天*24h，对应小时成本在1.7美元，远低于人工成本19美元/h。欧美市场的高人力成本，使得其对低成本的机器人需求迫切性十足。
从长逻辑看，我们认为传统机器人只是“工具”，而人形机器人是具身智能，即能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统，人形机器人的应用领域，先从toB场景开始，通过不断迭代优化最终会进入家庭等场景的toC领域。
1.12.人形机器人市场空间：2028年空间有望达万亿，可匹敌2021年的电动车
有望攻克成本难题实现量产，最终形成整个商业模式的闭环。
历史经验表明人形机器人初期成本高，但降本迅速：以1XTechnologies的人形机器人EVE为例，EVE首次销售给丰田研究所时价格高达140万元，2019年预售第三版EVE时价格下降至105万元，到2022年小规模量产的140台EVE价格已降至32万元。
人形机器人的非结构环境适应能力可以为B端C端使用者降本。1）人形机器人具有较高的灵活性和较强的环境适应能力，能够在复杂的人类生活场景人类生活环境中自如运动，B端C端使用者不需要为人形机器人特别改造环境，降低了应用成本。2）人形机器人的可迁移性强，使用寿命和残值比其他机器人更高，降低了每年使用成本。
人形机器人的通用性带来规模化降本效应：人形机器人是一个多任务、通用型机器人平台，未来它在工业、服务、特种等领域将有非常多的应用场景，有望打破各个使用场景间的壁垒，天花板极高，一旦形成产业趋势，较低的渗透率也能带来巨大的市场空间，规模化量产也能快速降本。
我们预计24年人形机器人销量1万台，28年达563万台，24-28年CAGR=387%，28年市场空间达1万亿。
远期空间：马斯克说的人的数量和机器人的数量来比，如果做成2：1的话，全球80亿人口，人形机器人40亿，单价2万美元，则有80万亿美元空间。
表：人形机器人市场空间测算
资料来源：NewAtlas、newsbeezer、特斯拉官网、Wind、天风证券研究所
人形机器人: 第一性原理，为什么最看好特斯拉链及看好什么（二） 2、 特斯拉 有望复刻当年电动车战果，引领人形机器人新时代21 人形机器人核心技术要求明显高于传统机器人传统机器人如
来源：雪球App，作者：郭伟松_鑫鑫投资，（https://xueqiu.com/2524803655/254347484）
2、特斯拉有望复刻当年电动车战果，引领人形机器人新时代
2.1.人形机器人核心技术要求明显高于传统机器人
传统机器人如工业机器人强调动作执行能力，自由度一般在2-6个，服务机器人下游应用场景较多，一般对环境感知能力要求较高，而人形机器人是人工智能的载体，具有高度通用化+集成化+智能化，对运动控制和感知计算都有较高要求，从自由度上看明显高于工业，如特斯拉人形机器人在57个自由度。
根据优必选招股书，人形机器人的核心技术包括：
伺服控制：高性能伺服驱动器控制，可作为手指及脚的驱动机制，提供精确及可重複的运动，以实现广泛的灵活运动，包括行走、跳舞及俯卧撑；
计算机视觉：使机器人能够识别并认出类似人类视觉的人脸、物体及环境，助其挑选下一次行动、动作或人机互动决策的物体细节的技术。
语音交互：是一种以语音为基础信息载体的综合技术，使机器人能够以类似人类方式与人类互动。集成如自动语音识别(ASR)、自然语言处理(NLP)及文字转语音(TTS)等技术。
运动规划及控制：运动规划是指运动任务方法，控制是执行过程。运动规划及控制确保机器人能够准确执行，所提供的运动指示，并实现操作、移动及运动等功能。
2.2.依托电动汽车协同优势，TSL人形机器人有望在24年实现量产，26年实现商业化
特斯拉电动车产业化第一步历时5年，从成立到大批量交付历时15年。特斯拉成立于2003年，历史5年于2008年推出Roadster，随后又过了4年于2012年推出ModelS，随后2015年推出ModelX，真正实现大批量交付系2018年。
特斯拉机器人2021年8月特斯拉的AIDay上，马斯克宣布做人形机器人“擎天柱”（TeslaBot），22年9月发布人形机器人“Optimus”的原型机，该机器人重73公斤、高1.72米，能够搬运货物、给植物浇水以及移动金属棒。
从目前进展看，机器人进展明显或快于电动车，我们认为原因或在于特斯拉彼时公司刚刚成立，资金、管理还不到位等，而人形机器人可基于电动车已有的研发团队、管理团队，甚至是电车的产业链、算法可复刻到机器人，故进展更快。
马斯克认为特斯拉机器人未来价格会比特斯拉的车便宜，售价瞄准2万美元，计划销量超过百万台，预计3年实现量产，5年实现商用，以21年作为预测期，即24年实现量产，26年实现商用。
表：特斯拉电动汽车发展时间线
表：特斯拉人形机器人进展
资料来源：特斯拉官网、天风证券研究所
2.3.1.为什么看好特斯拉实现人形机器人梦想？原因1：车端算法直接迁移
AI模型的进化速度是人形机器人迭代中的关键一环，算法是训练模型的重要工具。人形机器人通过摄像头捕捉场景，再由算法计算物品尺寸、规划道路等，指导机器人的机械臂做出拿取动作，或驱动机器人做出道路规划前进。其中最关键是要让机器人准确识别大量物品，并对数据进行分类处理，这样的能力无疑离不开高质量数据的训练。如何利用AI算法缩短训练时间、有效识别关键数据、完成模拟仿真，是加速机器人的迭代进步的关键。
特斯拉车端打造FSD和Dojo加速数据训练、模型迭代的速度。1）FSDBeta已在超过16万辆车上测试，一年内就训练7.5万个神经网络模型，相当于每8分钟就训练一个，未来将推出的V12版本有望实现完全的端到端大模型，大幅优化迭代的速度。2）超级计算机Dojo是训练加速器，预计将在23年7月落地，有望让特斯拉在代码、设计方面的训练速度提升30%（如果采用人工标注，训练一个神经网络模型需一两周甚至几个月时间），并且具备成本和能耗优势。
特斯拉人形机器人可迁移车端算法。特斯拉人形机器人的视觉识别、场景构建等都采用了FSD相同的神经网络学习技术，利用深度学习、大数据分析、Dojo训练、自动标记等算法，Dojo的巨大算力可提供云端训练支持。未来随着用户进一步扩大，数据量、模型体量都会更大，特斯拉在视觉AI算法、人工智能芯片、自动驾驶应用实践、AI训练平台方面的优势也会进一步扩大，有望打破人形机器人的发展桎梏。
图：Optimus眼中的世界，利用了FSD中同样用到的occupancynetwork
资料来源：特斯拉、CSDN、穿云寻恒星、硬科技星球、天风证券研究所
2.3.2.为什么看好特斯拉实现人形机器人梦想？原因2：供应链直接迁移，规模化降本能力强
电车供应链可迁移至机器人供应链：
人形机器人零部件价值量占比高：1）人形机器人关节数要远高于工业、协作机器人，大幅提高人形机器人零部件成本，伺服电机、减速机、控制系统、驱动器与机器视觉等重要零部件占据人形机器人成本超70%。2）人形机器人技术的出现并非革命性，而是现有机器人/自动化、自动驾驶、人工智能等技术的延续性演变，本质上依然和原先行业产业链上游有着较强的共性。
特斯拉机器人可共用其成熟的汽车供应链，有利于大幅降低制造成本：人形机器人与车端供应链相似，有些跟车端一样，比如电池、摄像头、芯片的供应链可共用，其余新能源车里的几大件，电机、速器、电池热管理，经过简单改造可以迁移至人形机器人。
特斯拉规模化降本能力在车端验证过，我们有理由相信在机器人端复刻。通过测算，我们发现特斯拉汽车销量达37万辆时开始盈利，同时从2017-2021年，单车固定成本、可变成本等持续下降，规模效应显著。因为我们预判人形机器人的成本构成与汽车类似，如果人形机器人未来成为销售规模匹敌汽车的终端产品，降本效应可期。
表：特斯拉单车盈利测算表
资料来源：特斯拉财报、机器人大讲堂、极客公园、天风证券研究所
2.3.3为什么看好特斯拉实现人形机器人梦想？原因3：自己具备应用场景
特斯拉提到其人形机器人的第一个应用场景自己的工厂里，替代重复劳动。特斯拉机器人的第一个版本将专注于完成简单的重复性任务，第一个用途是在自己工厂周围搬动零部件。根据特斯拉机器人计划的新招聘信息，特斯拉计划在其工厂内部署“数千个人形机器人”。工厂生产是当前人形机器人为数不多的清晰使用场景，Optimus已经在特斯拉弗里蒙特工厂投入简单工作。
与自动驾驶类似，特斯拉在人形机器人赛道的打法也是采用“渐进式”路线，从简单的动作开始，在应用中迭代。通过与原有业务协同、自己创造应用场景的实际性打法，特斯拉很有可能在人形机器人领域复刻在汽车领域的颠覆性影响，改变它原有的、缓慢的线性增长轨迹。
训练优化的进步速度可参考腾讯RoboticsX机器人。腾讯通过将前沿的预训练AI模型和强化学习技术应用到机器人控制领域，让腾讯机器狗Max的灵活性和自主决策能力得到大幅提升。其第一阶段就是收集收集真狗的运动姿态数据，包括走、跑、跳、站立等动作，特斯拉有自己的工厂充当应用场景可更好的完成训练。
表：特斯拉超级工厂的人形机器人销量测算
资料来源：特斯拉、维科网机器人、车知知、teslacar、机器人大讲堂、天风证券研究所
3、人形机器人产业链投资怎么看？核心看特斯拉，核心硬件零部件有电机、减速器、丝杠、传感器
从投资上看，更看好特斯拉产业链的运动控制模块，即硬件部分
人形机器人产业链主要包含软件端（环境感知模块、智能AI芯片模块、操作系统模块）和硬件端（运动控制模块）。我们认为软件端特别是算法相关的大概率特斯拉自己做，故从A股投资机会看，国内硬件供应商机会更大。
由于目前暂无量产的人形机器人，产业链没有细致的成本拆分，我们通过看工业机器人、服务机器人成本构成+结合目前特斯拉机器人已有信息，大致推算人形机器人产业链价值量分布。
从大的产业链上看，机器人可分为上游核心零部件（占大头）、中游机器人本体，下游系统集成商，考虑到人形机器人行业尚处于早期+本体制造的高壁垒，我们认为国内企业的机会多在核心零部件，故后文重点分析核心零部件。
图：工业机器人产业链
图：工业机器人成本构成
资料来源：绿的谐波招股书、华经产业研究院、天风证券研究所
工业机器人核心零部件是减速器、伺服、控制器、服务机器人核心零部件是传感器等
工业机器人三大核心零部件分别为减速器（成本占比25-30%）、伺服系统（成本占比25%左右）、控制器（成本占比20%左右），其中伺服系统主要由驱动器、电机、编码器所组成。
与工业机器人的环境特定、追求效益、对精度和力矩要求高等特点相比，服务机器人工作环境处于不确定性较大的领域，应用场景比较复杂，对环境识别、控制算法、人工智能等要求更高。
服务机器人的核心零部件及技术主要包括激光雷达、视觉识别、SLAM导航、伺服舵机、语音技术等，根据我们得知的某服务机器人内部数据显示，成本构成中大头为传感器（22%）、机加件（20%）。
图：工业机器人成本构成（%）
图：服务机器人成本构成（%）
资料来源：艾瑞咨询、天风证券研究所
特斯拉人形机器人躯干设计&配置
特斯拉于22年AI日亮相的人形机器人体重73公斤，身高172cm。其中彩色是机械部分，包含28个关节执行器和双手，全身自由度57个；灰色包含大脑和躯干，大脑使用车端同款芯片，躯干集成了热管理、电池包、外传感器等。
特斯拉机器人Optimus躯干有28个执行器（分为旋转关节14个执行器和线性关节14个执行器）+手部（双手一共12个执行器）。
图：特斯拉人形机器人配置
图：特斯拉机器人驱动器设计（28个关节设计了6种驱动器分别以不同的颜色标识）
图：特斯拉机器人驱动器分布
资料来源：特斯拉官网、天风证券研究所
特斯拉人形机器人灵巧手设计&配置
特斯拉机器人采用仿人手原因在于确保了我们工厂里的物体是可以被抓取的，这个逻辑和机器人为什么非要做成人形是一致的。我们周围的世界被设计成符合人体工程学，场景、物体都是根据人类的特征设计的，做成人类的样子，可以让机器人更好的适合应用场景。
特斯拉Optimus灵巧手有6个驱动器和11个自由度。它有一个手内控制器，可以驱动手指并接收传感器反馈，传感器反馈对于了解我们正在抓取的物体和本体感受非常重要，这是让我们能识别我们手的空间位置的能力。
图：特斯拉人形机器人灵巧手
资料来源：特斯拉官网、天风证券研究所
特斯拉的Optimus构成：核心是电机（空心杯、无框力矩）、减速器/丝杠、传感器（位置&力矩)
旋转关节：采用旋转式驱动器，由无框力矩电机+谐波减速器（有可能部分替换为行星）+力矩传感器+位置传感器（编码器）构成。
线性关节：采用线性驱动器，由无框力矩电机+滚柱/行星滚珠丝杠+力矩传感器+位置传感器（编码器）构成。
手部关节：每个手有6个驱动器，由空心杯电机+精密行星齿轮箱+编码器+力矩传感器构成。
图：特斯拉执行器构成
资料来源：特斯拉官网、天风证券研究所
TSL机器人三大核心部位零部件价值量拆分
从关节看，我们预计量产后单个特斯拉机器人价值量分布为：
旋转关节：合计价值量在2.2万元。其中电机0.7+谐波减速器0.8+编码器0.1+力矩传感器0.6万元。
线性关节：合计价值量在2.7万元。其中电机0.7+行星丝杠1+滚珠/T型丝杠0.1+编码器0.1+力矩传感器0.8万元。
手部：合计价值量在1.6万元。其中电机0.7+行星减速器0.2+编码器0.1+力矩传感器0.5万元。
从零部件看，我们预计量产后单个特斯拉机器人价值量分布为：无框力矩电机1.4万元、空心杯电机0.7万元，减速器（谐波、行星）1万元，丝杠（行星、滚珠/T型）1.1万元，编码器0.4万元，力矩传感器1.8万元（普通、六维）。
资料来源：天风证券研究所
3.1.电机（无框力矩、空心杯）
无框力矩电机：结构紧凑，适合高功率场景，人形机器人身体关节大概率采用
无框电机由独立的转子和定子部件组成，这些部件分别安装到机械设备中，以将扭矩传递给负载。他们通常与其他组件集成在一起，包括外壳、轴系、轴承、反馈装置和其他元件，构成整个驱动系统。由于无框电机取消外壳和轴承，通过精心的结构设计，定子和转子分别直接固定至机械设备上，从而精简了设备的结构、减小了整体的空间。普通的旋转直驱电机具有节省体积、降低重量、节能环保、高精度，免维护等诸多有点。无框电机除了具备这些优势之外，还进一步通过减小体积、降低重量优化了整体尺寸，通过降低系统惯量、提高系统带宽提升了系统性能。
目前无框力矩电机主要用在协作机器人。目前无框力矩电机的产品单价是几百元至一千元不等，针对不同的功率段和尺寸则价格会有所不同，产品单个的用量体现在协作机器人上一般是一个协作机器人会用到6至7个无框力矩电机。
我们认为人形机器人身体关节处采用的电机大概率是无框力矩电机。无框力矩电机专为需求体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、功率高的应用场合而设计，其适配性强，在机器人关节、医疗机器人等。步科股份公开调研纪要表示：基于现有信息，在人形机器人大关节的使用上无框力矩电机产品可以满足其功能需求。
图：协作机器人无框力矩电机
资料来源：步科股份公告、科尔摩根官网、步科股份公众号、天风证券研究所
无框力矩电机：海外龙头是美国科尔摩根，国内供应商有步科股份、昊志机电
目前无框力矩电机做的好的是美国科尔摩根，其代表产品为TBM2G无框力矩电机。TBM2G拥有高性能、小尺寸、性能稳定、定制化等特点。TBM2G最大扭矩可达15.1N/m，扭矩密度比竞争对手高约40%，功率密度比竞争对手高约150%。
国内有无框力矩电机做的好的有步科股份、昊志机电。
步科股份：2016年步科首代无框电机以媲美国外某品牌的性能上市，2022年，步科基于更多用户痛点推出了第三代无框力矩电机FMC系列，相比同业产品，步科无框力矩电机目前有52mm-132mm10种框架尺⼨，覆盖3-25kg负载需求，相同转矩下，尺⼨更⼩，温升更低。
昊志机电：根据其2022年年报，公司开发的无框力钜电机，具有以下特点：1）转矩波动≤1%，更利于机器人力矩控制2）3.5倍过载能力，使得机器人负载能力大大加强。
图：科尔摩根TBM2G无框力矩电机
图：步科股份无框力矩电机
资料来源：步科股份公告、科尔摩根官网、步科股份公众号、昊志机电年报、天风证券研究所
空心杯电机：分为有刷和无刷，无刷因转速更高、寿命更长适合应用在人形机器人手部
有刷空心杯电机：转子结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。
无刷空心杯电机：又名无刷无齿槽电机，其定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计。该型电机具有传统直流无刷电机高转速、长寿命、低噪音的特性，又兼具有刷空心杯电机高功率密度、高效率的优势。
无刷与有刷空心杯电机区别：1）寿命：有刷空心杯电机寿命在于换向器（一旦损坏，即要更换电机），寿命一般1000-3000h；无刷空心杯电机采用轴承，寿命更长，可达10000h+；2）转速：无刷空心杯电机转速更高；3）控制：无刷空心杯电机需要搭配电机驱动器，实现驱动控制；有刷空心杯电机电流控制即可。
无刷空心杯电机主要应用于生物医疗、光学领域、机器人和自动化（包括电动夹爪、机器人关节、机器人手、半导体ZR模组、物流穿梭车、深井油田阀门、挂轨机器人）、航空航天领域。
图：无刷空心杯电机
表：无刷与有刷空心杯电机对比
资料来源：电机设计工艺工程、鸣志电器官网、天风证券研究所
无刷空心杯电机：高端品壁垒较高，海外龙头在稳定性、批量生产上领先国内
无刷空心杯电机结构紧凑小体积，绕组成杯状，大小有6、8、10mm；高功率密度，转速高达5、10、15万转/min；微型电机中效率最高、动态响应快、低振动低噪音，可实现精密控制形态。
无刷空心杯电机海外以MAXON做的较好，国内鸣志电器、鼎智科技、恒帅股份可做。1）国外供应商：瑞士MAXON，德国FAULHABER，瑞士PORTESCAP，美国AMP；2）国内供应商：鸣志电器，鼎智科技（江苏雷利子公司）、伟创电气、恒帅股份等。
高端空心杯电机国产化率较低，痛点在于
生产技术：设计性能达不到国际先进水平，制造能力不具备一致性、长寿命。1）设计，瑞士MAXON拥有精密直流电机的五种绕组技术，德国FAULHABER采用了FritzFaulhaber博士设计的斜交缠绕设计；2）制造，主要系设备要求高，MAXON，FAULHABER生产设备自研自制，外部不供应，国内鸣志电器的绕线机采购自日本小田原&田中精机，鼎智科技自研设备；
批量生产能力：国内尚不能大批量供应。瑞士MAXON，德国FAULHABER均实现自动化量产，产能2000万台；国内已有厂商主要采用半自动/手工生产，返工率高（国内万分之三十，国外万分之五），性能有偏差，鼎智科技表示能实现自动化批产，但尚未进入量产阶段。
驱动系统（控制芯片、软件算法）未能及时跟进。
表：主要厂商空心杯电机生产技术对比
资料来源：鸣志电器、MAXON、FAULHABER官网、天风证券研究所
海外供应商：行业龙头为瑞士MAXON、德国FAULHABER，成立早，技术工艺深厚
瑞士MAXON、德国FAULHABER为行业龙头，年销售额（空心杯电机+齿轮箱+编码器）约32亿欧元
瑞士MAXON：成立于1961年，全球约3200名员工，总部在瑞士Sachseln。1）产品，1.2w个品种，包括直流有刷、无刷电机，齿轮箱，传感器，编码器，伺服放大器，位置控制器；2）产量，约500万件；3）营收，2021年6.26亿瑞士法郎（折合人民币50亿元）；4）用于高要求领域，如NASA火星探测车的驱动力来源就是maxon电机。
德国FAULHABER：1947年Dr.FritzFaulhaberGmbH在德国斯图加特附近成立，全球约2300名员工，总部在德国。1）产品，包括高性能直流电机、无刷直流电机、线性电机、步进电机；2）研发生产基地，包括德国、瑞士、美国、罗马尼亚、匈牙利。
图：MAXON简介
图：FAULHABER直流无刷电机
资料来源：MAXON、FAULHABER官网，江苏雷利公告，天风证券研究所
国内供应商：鸣志、鼎智具有性价比优势，产品性能接近海外水平
产品性能：通过产品性能参数对比，可以看出国产空心杯电机基本与瑞士MAXON、德国FAULHABER对标。1）转速：MAXON>鼎智>FAULHABER>鸣志；2）转矩：MAXON优于FAULHABER、鸣志、鼎智；3）响应速度（机械时间）：鸣志、MAXON、鼎智优于FAULHABER；4）重量：鸣志、鼎智、FAULHABER优于MAXON；5）电机效率：MAXON、鸣志、鼎智均在80%以上，FAULHABER略低。
价格：海外均价在3000-5000元/个，国产均价1500元/个，鸣志表示量产时价格可降至600+元/个，具备性价比优势。
降价空间：1）产线投资，根据鼎智，自动化产线投资约500-600w/条；鸣志表示单条半自动产线设备投资额280w（绕线机40w/台*3+其他）；2）产线产出，鸣志表示单台设备平均年产出近3w个（5分钟下线一个），年产出额4500w元。根据投入产出比，国内厂商还具有进一步降价空间。
表：主要厂商同尺寸空心杯电机性能对比
资料来源：MAXON、FAULHABER、鸣志电器、鼎智科技官网，鼎智科技招股说明书，天风证券研究所
鸣志电器：优势在于技术积累+驱动配套+本地化服务，有望成为主力供应商
公司主要优势在于：1）技术积累：鸣志2018年起开始空心杯电机布局，截至目前公司拥有空心杯电机发明专利30项，产品线包括空心杯电机（本体+驱动器）、减速机、编码器；2）驱动器：驱动器通过高频率控制电压电流驱动电机，技术和算法门槛较高。子公司瑞士TMotion生产的驱动器，技术对标以色列ELMO，能与空心杯电机搭配形成微驱系统；3）本土化服务：国内生产空心杯电机，美国子公司AMP（专注高精度运动控制）提供控制算法和前端研发，美国子公司LIN整合销售网络，可直接对接北美客户提供服务。
图：Tmotion的电机驱动器可搭配空心杯电机
图：公司收购历程
资料来源：鸣志22年报，鸣志官网天风证券研究所
潜在供应商：鼎智科技/江苏雷利、伟创电气表示有相关技术
鼎智科技/江苏雷利：微特电机龙头，主要优势在于
研发实力：1）自制核心零部件和配件，公司自制丝杆、螺母，实现核心零部件自主可控，研发生产高速精密行星齿轮，打破国外垄断；2）持续新产品开发，20年H1推出音圈电机，打破国外垄断，进入迈瑞有创呼吸机供应链，22年推出空心杯电机，可实现自动化批产。
生产能力：1）自动化生产：国内第一家能够实现自动化批产厂商，公司自研高速无槽无刷电机制造一体化技术，能够实现空心杯电机自动化批产，降低返工率，制造能力具备一致性、长寿命；2）产能：生产设备为自研自制，可避免需求爆发，企业急需产能扩张但受设备供应限制的情况。
伟创电气：公司22Q2成立了机器人行业部，有空心杯电机产品。目前主要是以机器人大配套为出发点，执行端主要以低压伺服、空心杯电机、特种无框力矩电机、谐波减速器等这类产品为主。公司研制的空心杯电动机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的优势，电机运行平稳、更精确的控制；电机结构紧凑让电机提供了更高的效率和功率密度。
图：鼎智科技空心杯电机产品
资料来源：鼎智科技官网，鼎智科技招股说明书，伟创电气公告、天风证券研究所
3.2.减速器（谐波、行星）
减速器包括RV、谐波、行星，预计特斯拉大概率用的谐波，下半身有可能采用行星
减速器连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。按照控制精度划分，减速器可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动减速器控制精度低，精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端领域。
谐波减速器因体积小+传动效率高，适用于人形机器人关节处。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点。且与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少2/3，重量可减轻1/2，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。
行星减速器因抗冲击能力强于谐波+成本低，有望用在机器人下半身关节。根据中大力德公告：谐波减速器具有体积小、传动比大的优点，但是抗冲击能力方面稍差；行星减速器则具备刚性大、抗冲击能力强、价格低的优势，但速比大小直接影响体积大小，所以空间上受限。从技术角度出发，我们认为两者都可以实现在人形机器人上的应用，但都会做出特殊的设计调整，不是单个零件，而是以模组化形态融入，精度更高、体积更小。
表：谐波减速器和行星减速器对比
资料来源：绿的谐波招股书、中大力德公告、天风证券研究所
谐波减速器：全球龙头为哈默纳科，国内绿的谐波、来福谐波等可做
绿的谐波率先打破海外谐波减速器垄断，如今，国内企业纷纷实现谐波减速器量产。1）从全球看：21年龙头是哈默纳科占比82%，绿的谐波7%；2）从国内看：21年哈默纳科占比38%，绿的谐波26%，来福谐波8%、日本新宝7%，同川精密（汉宇集团子公司）6%、大族激光4%。此外，中大力德、丰立智能、昊志机电也表示能做。
国内谐波减速器价格逐年下行，目前在1000-1500元/个，未来在人形机器人大规模量产下有望降价至500-1000元/个。根据绿的谐波招股书，2018、2019年公司谐波减速器单价分别为1885元/个、1632元/个，后续公司未单独批量谐波减速器收入，我们预计目前国内谐波减速器单价在1500元/个，后续若人形机器人大规模量产，价格有望下探到500-1000元/个。
绿的谐波和三花智控公告合资在墨西哥扩产。双方同意在三花位于墨西哥的工业园内共同出资设立一家合资企业，合资公司的主营业务为谐波减速器相关产品的研发、生产制造及销售，合资企业由绿的占据控股地位。
图：2021年中国谐波减速器市场格局
图：绿的谐波谐波减速器毛利率（20年开始数据包括其他金属件，但占比不大）
资料来源：华经产业研究院、绿的谐波年报、天风证券研究所
行星减速器：格局较为分散，国内中大力德等可做
根据QYResearch调研显示，2022年全球行星减速机市场规模为9.6亿美元，预计2029年将达到13亿美元，复合增长率为5.02%。行星减速机主要集中在欧洲，亚洲，北美三大地区，2022年中国占全球市场份额为36.68%。
行星减速机全球龙头是赛威传动等，国内企业有纽氏达特，湖北科峰，中大力德等。
图：2022全球行星减速器市场格局
图：中大力德行星减速器产品
资料来源：QYResearch、中大力德官网、天风证券研究所
3.3.丝杠（T型、滚珠、滚柱）
丝杠分为滑动/滚动丝杠，滚动丝杠分为滚珠/滚柱丝杠
丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。
丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠。滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。
我国滚动功能部件制造厂商众多，但多数企业只能生产品种单一、技术含量不高的中低档产品，制造工艺水平与国外相比存在一定差距，目前尚未形成国际影响力的品牌，自主品牌有待进一步突破。滚动丝杠全球主要厂商有博世力士乐台湾HiwinTechnologies、日本黑田精密工业、日本NSK、德国舍弗勒等公司。
图：丝杠分类
资料来源：恒立液压公告、天风证券研究所
行星滚柱丝杠：高技术壁垒丝杠，特斯拉采用反向式
行星滚柱丝杠是一种可将伺服电机的旋转运动转变成直线运动的精密机械传动机构。它主要是依靠多个滚柱与丝杠、螺母之间的螺纹啮合传动来传递动力的，相比于传统丝杠、滚柱丝杠等类似机构，其具有承载能力强、轴向刚度大、传动效率高、使用寿命长、动态性能好、适用性强和安装维护方便等诸多优点，是智能高端装备的理想功能部件，在精密数控机床、重型机械、医疗器械、武器装备、航空航天等领域具有广阔的应用前景。
标准式行星滚柱丝杠：丝杠、螺母为三角形多头螺纹，滚柱为具有一定螺旋升角的球形单头螺纹，并在其两端加工有直齿，内齿圈固定在螺母两端并与滚柱两端的直齿轮啮合。
反向式行星滚柱丝杠（特斯拉方案）：结构形式与标准式类似，不同在于其没有内齿圈，丝杠两端加工有直齿与滚柱两端的齿轮啮合，且螺母作为主动件，其长度比标准式的大得多。一般情况下，反向式行星滚柱丝杠的螺母为主动件，丝杠为输出构件，滚柱、丝杠之间无相对轴向位移，其主要用于中小负载、小行程和高速的应用场景，其最大的优势在于可将其螺母作为电机转子实现电机和丝杠一体化设计，形成结构紧凑的一体式机电作动器。
图：标准式行星滚柱丝杠结构组成
图：反向式行星滚柱丝杠结构组成
资料来源：中国知网、天风证券研究所
行星滚柱丝杠：壁垒较高，稳定供应商多为海外企业
行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的结构相似，区别在于行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱，是典型的线接触；而滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，是点接触。主要优势是有众多的接触点来支撑负载。螺纹滚柱替代滚珠将使负载通过众多接触点迅速释放，从而能有更高的抗冲能力。承载能力及寿命行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的优势在于能够提供高于滚珠丝杠的额定动载和静载，螺纹滚柱替代滚珠将使负载通过众多接触线迅速释放，从而能有更高的抗冲击能力。
壁垒：1）设计：行星滚珠丝杠有一定设计壁垒（海外有一定专利限制）：2）原材料：主要是钢材，不同供应商材料差距很大，有配方的差异（微量元素添加），有较大价格差异（进口材料是国产价格的2-3倍）；3）工艺know-how：如材料采购后的热处理阶段，有温度、流程等差异。
供应商：国内企业仅具备单件生产能力，和海外大规模量产企业仍有较大差距，国内和进口产品的差距体现在：传动效率、传动精度、传动平稳性及使用寿命。
国外：德国Schaeffler、美国Exlar、瑞士Rollvis、瑞典SKF公司、日本NTN。
国内：鼎智科技、贝斯特处于研发中，恒立液压处于扩产中。非上市公司有山东博特精工、常州思科瑞传动科技、南京工艺。
表：行星滚柱丝杠生产流程
资料来源：中国知网、天风证券研究所
鼎智科技、贝斯特、恒力液压均在布局滚动丝杠
鼎智科技目前可做T型丝杠，行星滚柱丝杠正处于研发中。
T型丝杠：独立设计T型丝杆的牙形及滚压轮，采用国际先进滚压设备和生产工艺，产品表面光洁度Ra＜0.2，导程精度±0.002mm，行程误差＜0.1mm@300mm，具有良好的丝杆精度、光洁度及传动效率，根据母公司江苏雷利公开平台表示，产品在样品测试阶段已得到客户认可，已完成开发并在成本上实现突破，量产时点根据客户进度确定。
行星滚柱丝杠：公司技术部按研发领域分为四大平台，其中步进电机平台下设独立的丝杆螺母传动组，专门致力于丝杆、螺母研发。T型丝杆和行星滚柱丝杠在技术、工艺上有一定协同，根据公司2023年6月9日公开平台表示，微型行星滚柱丝杆的研发与生产已有里程碑式达成。
贝斯特拟进军滚珠丝杠赛道，目前处于送样中，现有产能5亿（产值，包括导轨），明年是情况考虑再投10亿。2022年1月，公司设立全资子公司宇华精机，全面布局直线滚动功能部件。全球滚珠丝杠（包括导轨）市场空间在150-200亿元，目前国产化率在10%左右，公司拟实现国产替代。
恒立液压拟扩产滚珠丝杠、行星滚柱丝杠等。恒立液压2021年公告非公开发现股份预案，其中一个募投项目为线性驱动器项目，总投资15亿元，该项目达产后将形成年产10.4万根标准滚珠丝杆电动缸、4500根重载滚珠丝杆电动缸、750根行星滚柱丝杠电动缸、100,000米标准滚珠丝杠和100,000米重载滚珠丝杠的生产能力。
3.4.传感器（视觉、力控）
人形机器人用传感器主要有视觉、力控、位置（编码器）
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
通常来说，关节模组是人形机器人价值量占比最高的环节，占比一般在40%以上，通过梳理人形机器人传感器的可能应用位置与数量，人形机器人传感器价值量占比或仅次于关节模组，其中视觉、力控、听觉属于通用型机器人必备传感器，嗅觉、味觉等为非必需传感器，只有特定工作场景需要配备。
视觉：机器人视觉的要点在于移动场景、精细描绘和高集成度。
力控：多维力矩/力传感是目前最优解，电子皮肤或为触觉终极方案。电子皮肤的基本特征是将各种电子元器件集成在柔性基板之上从而形成皮肤状的电路板，像皮肤一样具有很高的柔韧性和弹性。电子皮肤是柔性传感器的一种，国内汉威科技自2013年开始布局。
此外，根据UCLA的论文，除了关节电流传感器和关节角度编码器外，主要使用的传感器是立体视觉相机、惯性测量单元（IMU）和脚部接触力传感器。
图：机器人传感器分类
资料来源：《DesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot》、机器人大讲堂、汉威科技公众号、天风证券研究所
视觉：与汽车视觉类似，国内领先企业有海康威视
与汽车视觉类似，机器人视觉需要在移动场景中做到精细描绘，这对感知单元提出了较高要求。同时，机器人（尤其是人形机器人）受限于内部空间，其感知单元需具有更高集成度。
机器人自主导航与汽车自动驾驶共同的三大关键技术为环境感知、规划决策与执行控制，自动驾驶和机器人主要通过传感器来获取周围环境信息，同时也会通过高精度地图和IoT技术来扩展环境感知能力。常用的视觉和环境感知传感器为摄像头、雷达（毫米波、激光、超声波等）、红外传感器、GPS等。
摄像头：机器人的眼睛，包括普通单目摄像头与深度摄像头。
雷达：有激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达。
红外传感器：红外传感器的测距基本原理为发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据发射光的强弱可以判断物体的距离，它的原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。p海外企业多是布局全面的综合供应商，而我国的传感器起步相对较晚，在高端传感器方面的发展落后于欧美日韩等发达国家，但目前已出现海康威视等龙头。从业务上看，国内视觉传感领域的优秀企业多能提供从硬件到算法的整套视觉传感解决方案。
单个人形机器人视觉传感器用量一般在2-4个，是否带算法影响较大，如海康威视配有视觉算法的传感器价格在1万元/个左右。p但特斯拉已经打通了FSD和机器人的底层模块，实现了一定程度的算法复用。FSD算法利用传感器数据进行环境感知，这些传感器也可以帮助机器人感知周围环境，识别物体、人和障碍物等。
力控：多维力传感器海内外差距较大，尚未出现龙头企业
目前机器人力控方案大致分为三类，其中多维力矩/力传感器力控为当前最优方案，我们预计特斯拉机器人或在身体关节采用单轴力矩传感器，脚部采用6轴力传感器。
电流环力控：通过电机的电流闭环做力闭环反馈控制，适用于直驱电机或者带小减速比的应用场景。其优点在于成本低，不需要增长额外的传感设备，而缺点在于精度较低，响应较慢，适用场景有限。
力矩/力传感器力控：机器人中的力传感器主要有关节部位的【单轴力矩传感器】和机器人执行器末端的【6轴力传感器】，测量机器人内部受力情况，以及末端执行器与外界环境交互的受力情况。特斯拉Optimus在旋转关节执行器处配置了力矩传感器，其在股东日上展示了机械手控制力道不打碎鸡蛋的视频，显示出优秀的电机转矩控制能力。
被动力控（弹性体）：在末端执行器上添加弹性体，通过弹性体形变测量力矩，或用于向终端施加恒定力。该方案常用于低成本、高集成度的场景。
在力控传感器领域，国内企业与海外龙头差距较大，目前国内宇立做的最好，但和海外龙头仍有一定差距。1）国外：TDK、ST、ADI；2）国内：宇立仪器（非上市）、坤维科技（非上市）、海伯森（非上市）、柯力传感表示公司部分传感器可应用于工业机器人相关领域，柯力目前已经在研发并小批量试制微型、扭距、多维力等传感器，今年加快推进在深圳的产线建设和相关细分领域的投并购。
图：力传感器
资料来源：机器人大讲堂、柯力传感公告、天风证券研究所
力控：用于平衡和稳定行走的IMU值得重视
UCLA论文提到IMU是平衡和稳定行走的关键传感器。典型的IMU（惯性测量单元）传感器包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。可选地，还包括用于真北参考的三轴磁力计，通常称为姿态和航向参考系统(AHRS)。
IMU是伴随着传感器技术和微电子技术不断发展而出现的一种惯性传感器，属于MEMS的一种，是一项整合度较高的技术。
根据Yole统计的数据，2021年全世界高性能MEMS惯性传感器市场规模约45亿元（含MEMS惯性传感器系统），份额集中在Honeywell、ADI、NorthropGrumman/Litef等行业巨头手中，前三的公司合计占有50%以上的份额。芯动联科2021年惯性传感器销售收入为1.7亿元，全球份额在4%左右。
表：MEMS产品类型与市场结构
图：全球MEMS惯性传感器市场格局（亿元、%）
资料来源：《DesignofaHighlyDynamicHumanoidRobot》、芯动联科招股书、天风证券研究所
4、投资建议
投资建议：人形机器人赛道长坡厚雪，催化连连，明年特斯拉有望量产
人形机器人行业壁垒高（对企业资金、技术、资源整合要求均很高）+天花板高（以全球80亿人口为基数）+产业链长，是未来不可多得的有望超越此前消费电子-苹果产业链、特斯拉-电动车产业链的长坡厚雪大赛道。
站在当前时间点，我们看好这个产业原因系：
软件层面：NVIDIA创始人黄仁勋提出的下一代人工智能浪潮是“具身智能”，即能够理解、推理并与物理世界互动的智能系统；不同于传统机器人仅具有“物理”执行力，大模型可通过将图像、文字、具身数据联合训练，引入多模态输入，进而提升大模型和环境的交互能力和学习能力，为机器人注入了“灵魂”；
优秀供给层面：特斯拉旗下机器人Optimus运动控制能力进化明显+马斯克对人形机器人远景乐观。Optimus目前可捡起物品、环境发现和记忆，基于AI模仿人类动作，能完成分类物品的复杂任务。
特斯拉进展：根据其一级供应商反馈，特斯拉机器人现正处于B样测试中，预计明年5月B样结束，7月定C样&价格，9月拉产线，若所有环节都顺利的话，明年有望出货1万台。
投资建议：特斯拉的Optimus是本轮行情主线
不同于去年户储的投资（赚钱效应好的超长蜜月期），景气度上行-业绩上修-股价上涨，机器人在今年的投资仍是0-1阶段，行情比较极致，我们的投资思路和观点如下。
0-1阶段什么最重要？景气度的确认（确立方向）和产业空间（确立高度），落地到机器人产业链，不少投资者解读为基本面跟去年比没有变化，仅仅是AI投资的外溢。不妨听产业链下游的声音：
国内不仅仅是小米，很多大厂如华为、腾讯等也在加入，只是作为重要的加密产业，跟二级市场的沟通比较少。今年的一大变化确实是AI的赋能，外部AI大模型带来的好处在于降低了模拟仿真的门槛，一方面，从基于规则的编程到基于图像、视频的训练，也就是提高认知的训练，而内部数据迭代后面讲。另一方面，AI降低了机器人研发的门槛（比如某个小团队，1个人软件程序员替代了3个电机工程学博士，2-3个月解决了过去需要研发几年的问题），有利于加速演变。
今年的另一大变化，更多的国产供应链涌现（加入T链/想要加入T链+真正开始投钱投产线）、学术界降本方案反哺实业开始出现。
从投资的角度来说，当前时点与其花精力扩散其他下游，不如聚焦特斯拉的optimus变化和进展，这才是推动行情的根本所在。之前也反复说过特斯拉有数据迁移（算法）、车供应链迁移（降本），场景的闭环，是最有可能跑出大单品的。而最近新增关注的是FSDV12版本的发布（demo版本对内测试V11.4已经开始试用），因为Optimus将会使用和FSD同样的神经网络“占用网络”来识别可行动区域，根据传感器采集的外部环境感知信息输入，进行分析、决策和规划，找出合理的行动轨迹并避开障碍物，最后通过执行器完成动作。
投资建议：特斯拉的Optimus供应链怎么选？
特斯拉optimus关节总成商具体供应价值量如下：
线性关节总成商A：我们预计大批量量产后价值量在2-3W，主要负责线性关节集成（旋转在研）。我们预计核心零部件有电机（自己做，500*14）+行星滚柱丝杠/滚珠丝杠（自己做，预计行星滚柱丝杠得降本至千元水平，我们采用1200*8+200*6）。
旋转&线性关节总成商B：我们预计大批量量产后价值量在2-3W，负责旋转+线性关节总成（目前旋转更有优势）。我们预计旋转关节核心零部件有电机（500*14）+谐波减速器（和绿的合资做）+编码器（100*14），线性关节核心零部件有电机（500*14）+行星丝杠/T型丝杠+编码器（拟自己做，100*14）。
手部关节总成商C：我们预计大批量量产后价值量在1-1.1W，负责手部关节总成。我们预计核心零部件包括空心杯电机（600*12）+精密齿轮箱（大概率自己做200*12）+编码器（100*12）。
综合价值量&壁垒的确定性。我们首推Tier1供应商【拓普集团】、【三花智控】、【鸣志电器】。市场多担心大市值标的空有确定性但弹性不足，我们认为在全球100万台机器人销量下，假设拓普&三花&鸣志价值量分别在2.5/2.5/1.1万元/机器人，市场份额为50%、净利率15%，机器人业务给50X估值，以上三个标的上涨弹性均在50%+。
其次，推荐有望成为Tier1供应商的【双环传动】和Tier2供应商【绿的谐波】。双环具备生产行星/谐波减速器能力，我们预计行星/谐波减速器大批量量产价格在200/600元/个。
最后，推荐弹性较大+但尚未明确接触特斯拉但未来或有机会&有望进其他供应链。1）丝杠：【鼎智科技】、【贝斯特】；2）减速器：【中大力德】；3）电机：无框力矩-【步科股份】、空心杯-【鼎智科技】（江苏雷利）、【恒帅股份】、【伟创电气】；4）传感器【柯力传感】、【芯动联科】等。