工业机器人三大核心部件——天才AI
工业机器人用途众多，应用行业极其广泛，不仅在电子产品、机械制造，汽车等机电行业，也应用在医药、食品、科研等领域。行业应用不尽相同，行业对机器人品质的需求也各不相同，充分推动工业机器人设备在由高到低的行业层级中发挥最大效能，构成了凡诚智能的自身责任。
我国的工业机器人产业起步较晚，但发展迅速。在过去的三年时间里，机器人逐渐成为提升我国整体竞争力的重要领域。大量优秀的工业机器人企业涌现，以新松、埃斯顿为代表的企业为我国机器人行业的发展不断添火加薪。
在购进设备时，全新进口机器人是优选，但其高昂的价格让一部分需求企业望而却步，品质优秀的二手进口机器人和全新国产机器人就成为次优选项，但孰轻孰重，难以定夺。先看看在全球市场和中国市场中，国外品牌和国内品牌的市场份额比重：
2016年，被称为工业机器人“四大家族”的发那科、ABB、安川、KUKA在全球市场中的市占率合计达58%，；加上爱普生、欧地希、川崎、松下等其他国际品牌机器人，份额已占足了90.3%。对比之下，国内品牌机器人在全球范围内市占率合计仅9.7%。
国内竞争格局与全球情况大致相似，2016年，“四大家族”在我国的市占率合计达57.4%。18年，KUKA、安川、川崎和那智仍然计划在中国增加产能和新建工厂。
三大核心部件：起决定性作用
工业机器人是一种融汇了机械制造、电子电气、材料科学、计算机编程等学科技术的产品，控制系统发出动作指令，控制驱动器动作，驱动器带动机械系统运动，使末端操作器到达空间某一位置并实现某一姿态，进而实施一定的作业。
如果将工业机器人与人对比，机械系统相当于人类的骨骼，驱动系统相当于肌肉，控制系统相于大脑，感受系统相当于神经，交互系统相当于传播信息的嘴巴和耳朵，多个系统密切协作，才能完成各种精密、准确和复杂的动作。
工业机器人制造存在较高的技术壁垒，最核心的技术即是三大核心零部件：分别是控制系统中的控制器、驱动系统中的伺服电机和机械系统中的精密减速器。
一台工业机器人的成本构成中，减速器、伺服电机、控制器分别占总成本的35%、20%、15%，合计占总成本的70%，是工业机器人最重要的组成部分，三大核心部件之于机器人，像极了发动机之于汽车的重要位置。
一、伺服电机：技术性能存差异
目前我国工业机器人用伺服系统主要为国外品牌，其中日系品牌约占50%，欧美品牌30%，台湾品牌及大陆企业均只有10%。日系企业主要是小型功率和中型功率产品；欧美系品牌在大型伺服具有优势地位；国产品牌主要包括汇川、台达、埃斯顿等公司，主要为中小型伺服。
整体上看，我国伺服电机与日系和欧美品牌仍然存在差距，主要表现为：
大功率产品缺乏
我国伺服电机行业早期模仿日本产品，因而以中小功率为主，功率多在3KW以内，缺乏5.5-15KW的中大功率伺服，导致某些需要大功率伺服电机和驱动配套的系统无法提供。
小型化不够
小功率产品往往追求精细化，目前松下A6和安川的Σ7电机短小精致，而国内伺服电机普遍偏长，小型化不够。
信号接插件不稳定
国产信号接插件的不够稳定，随着接插件的小型化、高密度化趋势，未来需要不断提高接插件的可靠性。
高精度编码器缺乏
工业机器人需要用多圈的绝对编码器，目前该类产品严重依赖进口，是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈。
二、减速机：受制于人难突破
如果以上这些不足以显示国产和进口的差别，那么深入了解不同品牌减速器在机器人中的使用，则会让人陷入沉思。
在工业机器人的每个关节处，都有一个电机，每个电机配套使用一个减速器。减速器的核心性能参数是传动比，其他参数如噪音、寿命、回差(由于设备刚性不足导致的误差)等也十分重要。
全球工业机器人的减速器市场分布高度集中，其中日本纳博特斯克和哈默纳科分别在RV减速器领域和谐波减速器领域处于绝对垄断地位，两家合计占全球市场的75%左右。
工业机器人对精密减速器的要求是长时间、高精度的运行。拿RV减速器来说，结构复杂，零部件数量多，要保证长时间高精度运行，要求每个元器件都有很高的加工精度，某一个零部件加工精度稍有偏差，在减速器开始使用时或许察觉不到，但长时间运转后，整个减速器的运行就会产生明显的震动或噪音，并且影响到工业机器人工作的精度。
全球工业机器人用减速器生产厂家
这种对精度的高要求，带来了对加工机床的高要求，因此，生产精密减速器所需要的设备投资往往很大。
在保证加工精度的前提下，精密减速器制造还面临来自材料科学的挑战，质量过关的精密减速器在长时间运行后，零件不会发生明显变形和磨损，这与各零部件所选用的材料及后续的热处理工艺都密切相关，而这种后续的处理工艺往往是一个厂家的商业机密。
国内工业机器人用减速器生产厂家
减速器市场的技术垄断导致了国内本体厂商的采购弱势，国内品牌机器人出于价格因素考虑，往往选用国内品牌减速器，作为关键部件的减速器的性能影响着工业机器人整体的性能表现，也是在情理之中。
三、控制系统：看家本领需自强
衡量机器人优劣有两个重要标准：稳定性和精确性。核心控制器是影响稳定性和决定机器人性能的关键要素，是工业机器人的“大脑”，。
“大脑”接收来自其他各组元的信号、根据已编程的系统进行处理后，向各组元发出指令，从而控制各组元的运行。“大脑”的想法要想传递出去，需要底层核心算法。硬件部分的工业控制板卡、减速器、编码器等关键部件可以从市场上采购得到，但“四大家族”对核心算法一直秘而不宣，绝不外泄。
未来各本体制造商之间的差异化也将越来越显著，这种差异化最主要体现在控制系统的差异上。控制系统的表现是一家工业机器人厂商设计理念的集中体现，成熟的机器人厂商一般自行开发控制器和伺服系统，从而保证机器人的稳定性和技术体系。因此，全球控制系统的市场份额与工业机器人本体份额占比情况十分接近。
任何一台机械设备，总是面临着负载、速率和稳定性三者之间相云妥协和平衡的问题，高负载高速率则难以保证稳定性，高速率高稳定性运转则要求负载不能太高，工业机器人是一种柔性度很高的设备，这大大提高了数控系统找到载重、速率和稳定性三者之间平衡点的难度，考验开发设计者对运动学、力学、数学的理解。
对于单台伺服系统，国产机器人动态与静态精度都很高，但现在的工业机器人一般同时有6台以上伺服系统，多台伺服系统需要“大脑”提前进行计算。通过底层算法，国外核心控制器可以通过伺服系统的电流环直接操作电机，实现高动态多轴非线性条件下的精密控制，因此“四大家族”的机器人响应速度更快、定位更准确。
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智能机器人，是有哪些部分组成
原标题：智能机器人，是有哪些部分组成？20世纪80年代以来，人们将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人。机器人若是具有认知能力、学习能力、思维能力以及适应环境的能力就属于智能机器人了，智能机器人一般由三大部分组成：
1）运动部分。智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。运动部分包括行走机构、机械手、手爪。
2）智能部分。智能机器人的智能部分包括有认知能力、学习能力、思维能力和决策能力，智能部分根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。智能机器人的智能部分是三个部分中的关键，也是人们要赋予机器人必备的部分。智能部分包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，计算机则是完成这个处理过程的主要手段。
3）感觉部分。感觉部分包括能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器，用来认识周围环境状态。实质上感觉部分相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。
展开全文科学家们研制越来越高级的智能机器人，主要是以人类自身形体为参照对象的。自然先需有一个很仿真的人型外表是首要前提，在这一方面日本应该是相对领先的。当完美的人造皮肤，人造头发，人造五管等恰到好处地遮盖在的机器人身上时，站在那里还配以人类的完美化正统手势。这样从远处乍一看，你还真的会误以为是一个大活人，当走近时，细看才发现原来只是个机器人。
机器人的动作通常模仿人类的动作，而人类能做的动作是极至多样化的，招手、握手、走、跑、跳、等各种手势，都是人类的惯用动作。不过现代智能机器人虽能模仿人的部分动作，不过相对是有点僵化感觉，或者动作是比较缓慢的。未来机器人将以更灵活的类似人类的关节和仿真人造肌肉，使其动作更像人类，从而模仿人的所有动作，甚至做得更真实。机器人能做出一些普通人很难做出的动作，如平地翻跟斗，倒立等。
对于未来机器人，仿真程度很有可能达到即使你近在咫尺细看它的外在，你也只会把它当成人类，很难分辩是机器人，这种状况就如美国科幻大片《终结者》中的机器人物造型具有极至完美的人类外表。返回搜狐，查看更多
责任编辑：智能机器人技术与工程项目介绍 【2024年版】
一、项目背景
机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造及应用无疑是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。智能机器人融合智能感知、计算机视觉、模式识别、深度学习、“互联网+”信息技术、知识图谱等新一代人工智能技术，在工业机器人、移动机器人、服务机器人、特种机器人、AGV与无人机等方向内进一步提升机器人技术的智能化、信息化和柔性化水平，在智能制造、现代工业、自动化、商业、民生、社会服务等领域得到广泛应用。
智能机器人技术与工程是人工智能2.0与机器人技术的深度融合，我们认为，通过机械工程、电气工程、控制工程、计算机技术、传感与信息技术、人工智能和仿生工程学等多学科交叉培养，将有助于同学们更好地成长为可迎接未来领域挑战的高层次人才。因此，浙江大学工程师学院设立跨学科的智能机器人技术与工程项目制人才培养机制，探索专业知识复合型高层次工程科技人才培养的新方法、新模式，并付诸实践检验，是培养智能机器人技术与工程领域高层次人才的重要实践。
二、项目特点
本项目面向机器人与智能装备行业（企业）实际需求，聚焦机器人、人工智能、智能装备及智能制造等行业，以智能化、信息化和柔性化发展为主线，重点培养掌握智能机器人技术与人工智能2.0深度融合的关键技术人才。以项目制的新模式开展多学科复合交叉专业学位研究生培养，面向机器人、高端装备、智能制造、互联网+、人工智能等现代新兴产业，培养智能机器人设计、控制、规划、编程、仿真、传感、检测、运维等方面的应用型、复合型的高层次的机械、电气、控制、计算机、信息工程领域的研发创新、工程技术与管理人才。
构建起“产学研教”深度融合的人才协同培育与科研实践平台，以浙江大学机器人研究院为纽带，联合之江实验室、浙江省机器人与智能装备重点实验室、中国（浙江）机器人及智能装备制造业创新中心、浙江智能机器人研究院、杭州新松机器人自动化有限公司、余姚市机器人研究中心等高能级机器人研究平台和龙头企业，通过共建研发实验室、共建专业课程、共建师资队伍、共同推进技术创新等方式进一步加强与行业、企业的紧密合作，形成人才共育、过程共管、成果共享、责任共担的校企合作办学体制。
三、项目培养特色
1. 课程培养：专业课程体现机器人、人工智能、智能制造、工业互联网等交叉，每门专业课程邀请至少一位行(企)业专家参与共建；重视智能机器人技术前沿专题（技术前沿类）、智能制智能机器人典型工程应用实例（案例教学）、智能机器人技术综合实践（实践实验类）等三类课程。
2. 项目实践：课程学习完成后，每位研究生将进入浙江大学机器人研究院/余姚市机器人研究中心、高能级机器人研究科研院所或合作企业进行为期六个月以上的专业实践训练，开展高水平的智能机器人与智能装备关键技术和工程化技术研究，联合攻关工业/服务/特种机器人、智能终端与高端装备相关项目。由企业导师和校内导师共同指导完成专业实践训练，并得到企业认可，方可完成专业实践训练环节，提升研究生的综合科研创新、技术研发和工程实践能力。
3. 企业实习：半年。可由导师指派到合作企业，也可由学生自主落实实习单位。
四、项目合作企业简介
立足工程类专业学位卓越人才培养目标，通过与行业内知名企业和龙头企业共建研发实验室、共建实训基地、校企项目合作、校企联合培养等方式，构建多方位、全过程的校企深度合作人才培养模式。
目前开展合作的单位和企业包括：之江实验室、北航杭州创新研究院、中科院宁波材料所（浙江省机器人与智能装备重点实验室）、中国（浙江）机器人及智能装备制造业创新中心、余姚市机器人研究中心、浙江智能机器人研究院、杭州新松机器人自动化有限公司、杭州申昊科技股份有限公司、杭州景业智能科技有限公司、杭州海康机器人技术有限公司、浙江国自机器人技术股份有限公司、浙江华睿科技股份有限公司、浙江双环传动机械股份有限公司、浙江浙能数字科技有限公司、浙江云联智能制造研究院有限公司、宁波江丰生物信息技术有限公司、宁波中亿自动化装备有限公司、余姚市永创电磁阀有限公司等。
五、项目研究方向及导师团队简介
研究方向一：工业机器人及集成应用
研究方向二：服务机器人
研究方向三：特种机器人
研究方向四：移动机器人
研究方向五：无人机
研究方向六：人工智能
研究方向七：机器视觉与图像处理
导师团队：浙江大学机械工程学院、电气工程学院、控制科学与工程学院、海洋学院、信息与电子工程学院导师和产业界高级专家组成。
六、项目招生人数及说明
新工科、新实践！本项目欢迎机械工程、控制工程、电气工程、新一代电子信息技术等专业同学报考！
本项目学生住宿：在学院本部住宿资源有盈余的情况下，第一学年可以申请由学院协助安排住宿，住宿收费按学校统一标准执行；第二学年起在研究院所在地安排住宿(浙江省余姚市)，住宿收费按住宿所在地相关标准或相关合同执行。
本项目为每位研究生提供每月3000元研究津贴（二年级到研究院后开始发放），2人60平米一套拎包入住的公寓（免费）。
本项目招收全日制专业学位研究生2024年计划如下，最终按研究生院下达为准。
专业类别
专业类别代码
领域名称
领域代码
招生方向名称
招生计划
电子信息
0854
控制工程
085406
控制工程（机器人研究院智能机器人技术与工程项目）
4
电子信息
0854
新一代电子信息技术
085401
新一代电子信息技术（机器人研究院智能机器人技术与工程项目）
2
机械
0855
机械工程
085501
机械工程（机器人研究院智能机器人技术与工程项目）
6
能源动力
0858
电气工程
085801
电气工程（机器人研究院智能机器人技术与工程项目）
3
咨询方式：gcsxyzs@zju.edu.cn 0571-88281621
机器人研究院 ：zzzhengzhen@zju.edu.cn 0574-62550815
浙江大学机器人研究院简介
浙江大学机器人研究院是浙江大学与余姚市政府于2017年合作共建的综合性、应用型校设研究机构，是推动余姚产业优化升级的重要科创平台。余姚市给研究院提供了充足的建设运行经费和科研经费，也向研究院提出了大量的技术需求。截止2022年6月，研究院引进孵化企业35家，服务企业7000家次以上。自2008年开始招收和联合培养全日制硕士研究生以来，截止2022年6月，研究院已联合学校相关学院累计培养硕士研究生215名，涉及机械工程、电气工程、控制工程、计算机技术、动力工程等多个专业。经过多年的探索与实践，研究院坚持以智能机器人技术研发与工程创新能力为核心，围绕机器人与智能装备领域，以推动创新创业为目标，以产学研紧密合作为特色，以用人机制改革和人才培养模式创新为动力，汇聚一流专家，培养一流专业人才，培育相关新兴产业念，研究生培养工作不断走向成熟、形成特色。
研究院拥有雄厚的研究基础，同时拥有一支高水平研究领导团队，由中国工程院院士谭建荣担任名誉院长，由浙江大学党委副书记朱世强担任院长，由中国工程院院士杨华勇担任学术委员会主任，由国家教学名师陆国栋担任常务副院长。建有关键共性技术实验室5个，中试基地6个，产业化基地4个，加工中心2个，拥有包括3名院士、3名国家高层次人才，1 名外籍教授在内的30多位导师队伍。目前研究院在读研究生80多位，其中绝大多数研究生已承担相关研究团队的研究工作，成为研究院的新生力量。建有省市级创新平台15个；实现科技转移转化35余项；以研究院为核心的机器人与智能装备行业的创新创业生态体已显雏形。
浙江大学机器人研究院
浙江大学工程师学院
2023.06
机器人行业深度研究：人形机器人风起，核心零部件助力扬帆远航
（报告出品方/作者：浙商证券，邱世梁、王华君、林子尧）
1人形机器人开启智能制造时代人形机器人代表着一个国家的高科技发展水平。人形机器人，又称仿人机器人，涉及控制、规划、机电一体化技术、全方位的AI感知技术，移动能力和工作范围，人机交互等，是一个国家的高科技发展水平的最终体现。
1.1人形机器人活力四射，发力多领域人工替代
最早的“机器人”概念起源于亚里士多德的设想。1927年第一个电驱人形机器人“Televox”诞生于美国西屋。随后美国、日本和欧洲在这一领域广泛布局，促进了人形机器人的快速发展。在2000年，我国也独立研制出具有语言功能的“先行者”号人型机器人。2023年随“擎天柱”的诞生，人形机器人或将走入日常生产生活。
群雄并起，逐鹿人形机器人。日韩在人形机器人研究领域表现活跃，日本本田代表产品Asimo身高1.3M，体重48kg，具有57个自由度，可完成上下楼和奔跑等动作。韩国KAIST代表产品HUBO+身高1.7m，体重80kg，具有32个自由度，在2015年“机器人挑战赛”中获得冠军。美国在人形机器人领域后来居上，波士顿动力研发的代表产品Atlas身高1.8m，体重80kg，具有28个关节，可完成原地起跳转身一周等高难度动作。波士顿动力的人形机器人Atlas主要聚焦在科研领域，商业价值低。在波士顿动力优秀的软硬件配置下，Atlas能够完成流畅、高难度的“跑酷”动作。硬件结构上，Atlas拥有轻量级结构件皮肤和足部力控传感器，雷达与深度相机形成视觉感知，28个液压关节驱动完成一系列其敏捷动作，本体搭载3台NUC/工控机负责整体控制系统的运算。软件方面，波士顿动力运用行为库、实时感知和模型预测控制（MPC）技术将相机、雷达等传感器接收的数据进行分析并对决策制定和动作规划提供最有效的支持。
国内人形机器人成果喜人。在科研领域，国科大研发的“先行者”机器人可以完成静态和动态步行动作；哈工大推出的“HIT-III”机器人能完成上、下斜坡等动作；清华大学开发的“THBIP-II”身高0.75m，体重18kg，具有24个自由度；浙江大学研发出会打乒乓球的“悟”、“空”人形机器人；北理工推出的“汇童”机器人可完成摔倒起立，“摔滚走爬”等动作。在产业领域，深圳优必选推出的“Walker”机器人能完成上、下台阶等动作。
小米于2022年8月公布首款全尺寸人形机器人CyberOne（铁大）。升级后的运动控制算法支配这机器人全身13个关节和21个自由度，实现双足运动姿态平衡；电机性能增强10倍，髋关节主要电机的动力扭矩峰值可达300Nm，峰值扭矩密度96Nm/kg。AI算法赋能环境感知，“高情商”展现国内人机交互技术成果。环境感知方面，自研的Mi-Sense深度视觉模组+AI算法帮助CyberOne实现对真实世界的三维虚拟重建。情绪感知上，CyberOne搭载自研MiAI环境语义识别引擎和MiAI语音情绪识别引擎，能够实现85种环境音识别和6大类45种人类情绪识别。
人形机器人将对社会变革与发展产生重要影响作用。人形机器人具有与人类相似的躯干结构与运动能力，使其具有超强环境适应能力，较大工作范围，丰富的动作形态，更高能量利用效率和出色的人机互动能力，可将人类从低级和高危行业中解放出来，使人类能够专注于高级智慧活动，从而提升生产力水平和工作效率。
1.2特斯拉人形机器人正式发布
特斯拉人形机器人“擎天柱”于2022年9月底亮相。2021年8月，马斯克在特斯拉年度AI开放日上首次公开展示了“擎天柱”的想法。仅过一年时间，“擎天柱”原型机于9月30日特斯拉AIDay发布，硬件方面，“擎天柱”身高172CM，整体重量73KG；行走功率500W，坐下功率100W，整体参数与2021年概念机略有出入（概念机参数：身高172CM，体重57KG，负载20KG，行走速度最高可达每小时8公里），我们认为存在进一步降本空间。
电机驱动上，“擎天柱”拥有2.3KWH、52V电压的电池组，内置电子电器元件的一体单位，支持人形机器人工作一整天；选用28个定制关节驱动器，复用汽车动力总成设计经验，设计6种关节驱动器，包括3种不同规格的舵机（采用谐波减速器）和3种不同规格的直线执行器（采用永磁电机，可抬动1.5吨三角钢琴的），找到成本与效率的最佳组合。
量化人体运动轨迹与关节受力，帮助机器人行动更加灵活。以膝盖为例，特斯拉采用仿生思维将机器人膝关节构造成四连推杆结构，复用汽车底层技术，将机器人腿部组件产生的压力数据线性化，优化机器人在不同的运动过程中的下肢运动和力度控制能力。
灵活度方面，“擎天柱”全身约50个自由度，手指灵敏度高，能够满足多种规格的物体抓取需求。机器人单手具有6个执行器，11个自由度，在对生拇指与金属肌腱的配合下，“擎天柱”能够完成对不同重量和大小的物件的抓握。同时，特斯拉机械手搭载能够驱动手指感知物体的传感器，帮助其识别需要抓握的物体，并在不断的抓握过程中学习提高机械手适应性。
“擎天柱”是特斯拉FSD自动驾驶技术的集大成者。特斯拉采用与Autopilot相同的算法框架，通过自动标注（AutoLabeling）、仿真(Simulation)和数据引擎（DataEngine）形成训练数据用以训练“擎天柱”的神经网络，使特斯拉人形机器人能够做到损伤控制、感知周围环境、自主规划行动路径、直立行走并保持相对平衡等功能。
以视觉导航为例，特斯拉依靠纯视觉解决方案在AI算法领域一枝独秀。“擎天柱”采用智能驾驶摄像头（鱼眼广角+左右摄像头）与Autopilot算法，内置FSD芯片，能够识别周围物理环境的高频特征并进行立体渲染，构建了机器人良好的空间感知能力。“擎天柱”的大脑位于躯干，搭载特斯拉自研的DOJO超级计算机，其基本单元是D1芯片（共计1500个）。D1芯片单体采用分布式结构和7纳米工艺，具有超强算力和带宽，相邻芯片间通过自创高宽带、低延迟的连接器连接，最新DojoExaPOD由多Dojo机柜组成，内含3000个D1芯片，拥有1.3TB的高速SRAM、13TB的高带宽DRAM，算力高达1.1EFLOP。
人形机器人应用领域正在逐渐打开。AIDay上，“擎天柱”演示了浇花、搬运纸箱、金属块等工作，能够很好地完成视觉识别、抓握、下蹲、直立行走等动作，研发团队也在不断更新优化，有望在未来解锁更多应用场景，目前目标客群未知。
2人形机器人有望开启千亿蓝海市场2.1人口红利渐退，有望刺激机器人行业高速发展
人口老龄化加剧，劳动力供给紧张。据国家统计局数据，我国65岁以上人口比例逐年增加，于2000年突破7%，进入老龄化社会。2021年65岁以上人口占比更是高达14.2%。从全球看，65岁以上人口从1960年的5%增长至2019年的9%，全面进入人口老龄化阶段，劳动力供给将进一步短缺。
人均工资逐年增加，用工成本高企。中美作为世界前两大经济体，用工成本逐年增加。根据华经产业研究院数据，2019美国人均收入65910美元，9年复合增速3%。从国内看，据国家统计局数据，2021我国就业人员平均工资达8.8万元，2016-2021年复合增速9%，高于美国6个百分点，用工成本承压更重。
人口红利渐退，机器人市场迎来发展机遇。人口结构变化和劳动力成本上升刺激各行各业加速推进一二三产人工替代。根据中国计生协数据，2030年我国劳动力总数约9.58亿人。据《中国企业综合调查（CEGS）报告》数据，2025年中国劳动力替代率可达4.7%。据麦肯锡数据，2030年此数值约15%，复合增速26%。若以此增速估计，中国被替代劳动力数将从2021年的0.15亿人增加到2025年的1.2亿人。根据中国电子学会数据，国内机器人2024年有望达251亿美元市场规模，2020-2024年CAGR约22%。从市场规模看，工业机器人是机器人的主要品类。根据下游不同应用场景，我国将机器人分为工业机器人，服务机器人和特种机器人三大类。根据中国电子学会数据，2021年全球工业机器人、服务机器人、特种机器人市场规模占比分别为41%、40%、19%；中国市场三者的占比为53%、35%、13%。
目前我国是全球最大的工业机器人市场。根据中国电子学会数据，2021年我国工业机器人市场规模约75亿美元，占比全球43%，预计2024年我国工业机器人市场规模有望达115亿美元，在全球工业机器人销售额比重有望达50%，2020-2024年中国工业机器人销量CAGR约15%。
服务机器人市场规模稳定增长。据中国电子学会数据，预计全球服务机器人市场规模将从2020年的138亿美元增长至2024年的290亿美元，2020-2024年CAGR约20%。从国内看，2024年我国服务机器人市场规模将达102亿美元，2020-2024年CAGR约29%。
特种机器人市场规模快速增长。据中国电子学会预测，全球特种机器人市场规模将从2020年的66亿美元增长至2024年的140亿美元，复合增速21%。从国内看，2024年我国特种机器人市场规模可达34亿美元。特种机器人同期复合增速预计可达27%，高于全球6个pct。
关键假设：1）根据MIR、GGII数据，2021年工业机器人销量约25万台；根据国家统计局数据，2021年服务机器人产量约921万台；根据观研天下数据，2021年机器人产销率约80-90%。2）根据武汉大学质量发展研究院2019年数据，预计1个机器人替换3-4个工人（8小时工时，1台机器人对应3个工人），考虑扫地机器人等服务机器人无法替换工人，且销售量占比近90%，因此一台机器人实际可替换0.3-0.4个工人，平均值为0.35个工人。
2.2中性预计2021-2030年全球人形机器人市场规模复合增速约71%
中性预计2030年全球人形机器人市场规模有望达855元。关键假设如下：1、2025-2030年全球人形机器人渗透率假设：主要参考全球新能源车2010-2015年时候渗透率以特斯拉发布新能源车概念车（2008）作为新能源启动元年，假设人形机器人渗透率（人形机器人销量占比机器人总销量）类似新能源车渗透率走势，那么乐观预估下，2030年人形机器人渗透率将对应2015年时新能源车的渗透率（人形机器人2023年小规模销售，到2030年7年时间）。渗透率代表人形机器人产业发展速度，我们假设中性以及保守假设下，渗透率分别向后递延1年/2年。因此2030年人形机器人渗透率在中性/保守情况下的渗透率预估值将对应2014/2013年时新能源车渗透率。
2、乐观情况下2021-2024年人形机器人渗透率假设：2021年人形机器人还处于产业发展萌芽期，行业内商业化机型较少。由于对应新能源车行业中2005年时间段，新能源车渗透率难以估算。因此我们选用了售价类似的波士顿机械狗销量作为参考（2021年波士顿机械狗销售价格约人民币50万元，3个月销量约120台，全年约500台），考虑到全球范围内其他企业推出类似walkerX等仿人形机器人机型。假设2021年仿人形机器人销量在1000台左右，对应渗透率约0.004%作为全部情景下的初始渗透率。
3、中性、保守情况下，其他年份人形机器人渗透率假设：由于假设1中，中性、保守情景下行业发展进程可能延后1-2年，预测中空白部分以0.004%-0.01%均值平滑替代。综上，预估2030年保守/中性/乐观渗透率分别约为0.2%/0.4%/0.6%。全球对应销量分别约39/61/100万台。按早期销售价格70万元（小米人形机器人成本），2030年量产后售价降低至2万美元（人民币约14万元）测算，2030年全球人形机器人市场规模保守/中性/乐观预估下，分别有望达548/855/1400亿元，2021-2030年市场规模CAGR分别为62%/71%/80%。
3动力、AI、结构三大核心系统有望持续受益3.1中性预计人形机器人三大系统市场规模
2021-2030复合增速约65%动力系统，智能AI系统和结构单元是特斯拉人形机器人的三大核心：动力系统：相当于人类的四肢，根据智能AI系统中决策层给出的指令做出相应动作，此系统中包括能源电池系统和执行机系统（减速器、伺服电机、控制器、丝杆等）。智能AI系统：包括感知层、决策层和传输层三大层，感知层相当于人类的感觉器官，用于感知外界环境状态，此层级涉及传感器和压电元件等。决策层相当于人类的大脑，用于分析感知层收集的数据，并给出相应反馈动作指令，此层级涉及计算能力硬件和机器学习算法等。传输层相当于人体的神经元，负责将感知层收集的数据传导给决策层和将决策层指令传输给动力系统，此层级包括以太网、高速连接器等。结构单元：包括相当于人体骨骼，用以支撑机器人形体的轻量化铝合金、耐磨损碳纤维结构件；相当于人体皮肤，用以包覆和感知的有机工程塑料和树脂材料；相当于人体腹膜，用以保护缓冲内部器件的聚氨酯填充材料。其他：包括接插件、低压线束、面罩玻璃等，价值量不高。
中性预估三大系统2030年市场规模增量有望达557亿元，2021-2030年CAGR约65%。乐观预估：人形机器人市场将拉动动力/智能AI系统/结构件市场规模增量分别为577/105/262亿元。2030年三大系统市场规模合计约951亿元，2021-2030年CAGR约75%。中性预估：人形机器人市场将拉动动力/智能AI系统/结构件市场规模增量分别为336/61/153亿元。2030年三大系统市场规模合计约557亿元，2021-2030年CAGR约65%。保守预估：人形机器人市场将拉动动力/智能AI系统/结构件市场规模增量分别为229/42/104亿元。2030年三大系统市场规模合计约381亿元，2021-2030年CAGR约58%。
根据OFweek数据，核心零部件占比工业机器人成本约70%，其中减速器、伺服电机、控制器占比分别约为35%/20%/15%（不同口径下占比略有差异，总体在70%左右）。人形机器人相较于传统工业机器人，自由度大幅提升，预计将使用比工业机器人更多的减速器与电机。中性假设下，预计2030年全球人形机器人核心零部件市场规模约300亿元，9年复合增速91%。假设按未来单台人形机器人配有8个RV减速器用于四肢，腰部、胯关节等大负载处，20个谐波减速器装配在小负载关节处，同时配备28个伺服电机进行测算。乐观预估：按2030年全球人形机器人销量100万台预测，人形机器人市场将拉动RV减速器/谐波减速器/伺服电机市场规模增量分别为200/151/140亿元。三大核心零部件合计约492亿元。
中性预估：按2030年全球人形机器人销量61万台预测，人形机器人市场将拉动RV减速器/谐波减速器/伺服电机市场规模增量分别为122/92/85亿元。三大核心零部件合计约300亿元。保守预估：按2030年全球人形机器人销量39万台预测，人形机器人市场将拉动RV减速器/谐波减速器/伺服电机市场规模增量分别为78/59/55亿元。三大核心零部件合计约192亿元。
3.2减速器、伺服电机、控制器是人形机器人动力系统核心部件
3.2.1减速器：日系厂商占主导地位
精密减速器是工业机器人的重要核心零部件。其具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点，主要作用为将电机的转数减速到所要的转数，并得到较大扭矩。机器人减速器主要包括RV减速器和谐波减速器两大类。
两种减速器优势互补，应用于不同部位。RV减速器具有刚度好、耐冲击能力强、传动系统稳定、高精度等特点，主要用于大臂、肩部、腿部等重负载位置；谐波减速器体积小、构造简易紧凑，一般用于小臂、腕部或手部等轻负载位置。
RV减速器具有两级减速机构，分别为行星齿轮减速机构和差动齿轮减速机构。在第一级减速机构中，输入轴的旋转从输入齿轮传递到直齿轮，按齿数比进行减速。在第二级减速机构中，直齿轮带动偏心轴旋转，成为输入轴。由于外壳针齿数比RV齿轮齿数多1，因此当偏心轴旋转一周时，曲轮外壳旋转一个齿，减速比为外壳针齿数。RV减速器总减速比为两级减速比的乘积。
受下游机器人行业高景气度带动，国内RV减速器行业市场规模快速增长。据前瞻产业研究院数据，机器人用RV减速器需求量从2014年的18万台增长至2020年的47.5万台。按照RV减速器均价6000测算，2020年RV减速器市场规模约29亿元。从竞争格局看，日系厂商占据主导地位。据华经产业研究院数据，2021年纳博特斯克（Nab）市场占有率约53%，位居第一。国内厂商双环传动市场占有率从2020年的9%增长至2021年的14%，提升明显。
谐波减速器由固定的内齿刚轮、柔轮、和波发生器组成。谐波减速机器利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动，从而达到减速的。当波发生器带动柔轮转动时，柔轮在长轴处与刚轮接触，在短轴位置与刚轮分离，导致柔轮上的齿依次与刚轮上的齿进行啮合，达到传递扭矩的目的。通常情况下，谐波减速器刚轮齿数比柔轮齿数多2齿。因此，当波发生器转动一周时，柔轮在相反方向上旋转了刚轮上2个齿所对应的角度，从而实现减速传动。
我国谐波减速器市场规模2021-2025年复合增速约25%。据华经产业研究院数据，我国谐波减速器市场规模2020年约15.7亿元，预计到2025年谐波减速器市场规模有望达47亿元，2021-2025年CAGR约25%，其中机器人用谐波减速器市场规模约30亿元，2021-2025年CAGR约25%。
从竞争格局看，日系厂商为谐波减速器主要玩家。2021哈默纳科市场占有率达36%。伴随关键技术的攻克，国内厂商竞争力显著增加，2021年绿的谐波市场占有率达25%，位居第二。
3.2.2伺服电机：国内厂商竞争力大幅提升
伺服电机广泛应用于机器人关节部位，直接影响机器人性能参数。伺服电机主要由定子、转子和编码器组成，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，具有体积小、质量小、机电时间常数小、线性度高等特性。
我国2021-2025年伺服电机市场规模CAGR约14%。随机器人需求量上升，工业结构升级和电子制造设备等产业的迅速扩张，伺服电机行业充分受益。据工控网统计，2021年我国伺服电机市场规模为169亿元，2015-2021年复合增速11%。从下游应用领域看，据MIRDATABANK数据，2019年机器人市场占比伺服电机下游约8.7%。若维持此比例，我们预计2025年伺服电机市场规模可达287亿元，2021-2025年CAGR约14%。
国产伺服电机品牌市场竞争力逐步提升。据MIRDATABANK统计，2021年上半年，国产品牌汇川技术市场占有率从9.8%升至15.9%，反超安川等日系厂商，首次问鼎。排名第二第三的厂商为安川和台达，市场占有率分别为11.9%和8.9%。
3.2.3控制器：2012-2020市场规模复合增速约52%
控制器负责处理用户指令并驱动伺服电机完成相应动作，其性能直接关系到机器人运行的稳定性、可靠性和精准性。经验积累叠加技术进步促进机器人控制器需求量高涨，据智研咨询数据，机器人控制器需求量从2012年的0.6万套增长为2020年的24万套，复合增速59%。同期机器人控制器市场规模从0.68亿元增长至19.02亿元，复合增速52%。
从竞争格局看，国外厂商占据主导地位。根据头豹研究院数据，2021年发那科、库卡、ABB和安川占据国内机器人控制器约58%的市场份额，国内厂商竞争力较弱，市占率不足20%。
3.3人形机器人有望拉动AI与材料市场需求
3.3.1传感器助力机器人智能化发展
AI系统是机器人赖以感知周围环境的感官，智能传感器是其重要组件。据中国信通院数据，2016年中国智能传感器市场规模约108亿美元，2020年增长至148亿美元，复合增速约8%。从国产化率方向看，我国智能传感器国产化率从2016年的13%增长至2020年的31%，复合增速24%，明显快于行业增速。
国产智能车规级传感器竞争力相对较弱。从竞争格局看，国内车规级传感器形成三级梯队竞争格局。德国厂商博世处于第一梯队；日系厂商日本电装和森萨塔处于第二梯队；国产厂商苏奥传感、正扬电子与禾赛科技处于第三梯队。
3.3.2轻量化材料：机器人的“瘦身餐”
因此机器人轻量化成为行业发展的必由之路。结构材料在机器人本体重量占比最大，轻量化材料选择是机器人“瘦身”的关键一环。总体来看，当前机器人常用的轻量化材料包括铝合金、镁合金和碳纤维等。
国内铝合金产量稳步提升，市场规模不断扩大。据中商产业研究院数据，2016年国内铝合金产量为750万吨，2021年这一数字为1068万吨，复合增速7%。国内铝合金市场规模将从2017年的2011亿元增长至2021年的2298亿元，复合增速10%。
镁合金市场规模稳步增长，市场集中度高。据中研普华研究院数据，2015年国内镁合金市场规模约36亿元，2019年增长至69亿元，复合增速18%。据千数网数据，2018年我国镁合金市场集中度较高，CR5约70%。其中云海金属市占率高达36%，远高于第二名。
碳纤维市场规模过去5年复合增速20%，国产化率仅38%。据中商产业研究院数据，2021年我国碳纤维市场规模约12亿元，同比增长18%，过去5年复合增速20%。从市场份额看，2020年国产厂商市场占有率不足38%。在国产市场中，CR10达97%，市场集中度高。其中碳谷、宝莲和中复神鹰排名前三，市占率约62%。
4投资分析4.1重点推荐产业链上游零部件相关公司
人形机器人有望推动产业链上游核心零部件市场规模快速增长。机器人行业上游为原材料与核心零部件，中游为机器人本体制造和系统集成，下游为各大应用领域。伴随技术迭代，一方面各大国内厂商如小米、优必选等企业有望快速拓展人形机器人领域，有望拉动核心零部件需求，另一方面人形机器人成本高昂，如小米、波士顿动力研发的人形机器人成本在几十万到上百万元人民币，未来特斯拉机器人若要将售价低于2万美元，核心零部件国产替代势在必行，将引爆机器人上游核心零部件需求量。
4.2双环传动、绿的谐波
4.2.1双环传动
RV减速器打开国内齿轮龙头第二增长曲线。2014年三月公司将“工业机器人用齿轮级关节减速器开发项目”列入2014年度工作推进计划，2015年5月公司定增12亿元，应用于工业机器人RV减速器产业化项目，新能源传动齿轮产业化等项目，2018年公司减速器实现营收。2021年减速器业务营收1.84亿元，3年复合增速高达43%。
公司机器人关节领域技术储备深厚，产品涉及RV减速器、谐波减速器和心型减速器等产品。2021年公司RV减速器市占率14%，仅次于日本纳博（约53%），牢牢占据RV减速器国产龙头的位置。公司目前是特斯拉国产电动车齿轮独家供应商，客户粘性强，后续在RV领域进一步合作空间广阔。
股权激励绑定优秀人才，助力公司长期发展。此次激励计划拟向激励对象授予的股票期权数量总计为800万份。其中，首次授予720万份，约占目前公司股本总额的0.93%，占本激励计划拟授出股票期权总数的90%；预留80万份，约占目前公司股本总额的0.10%，占本激励计划拟授出股票期权总数的10%。行权条件超预期，彰显管理层对公司未来发展的强劲信心。此次激励计划首次授予的股票期权行权考核年度为2022-2024年，各年度业绩考核目标为：1）第一个行权期，2022年度归母净利润不低于5亿元；2）第二个行权期，2023年度归母净利润不低于7.5亿元；3）第三个行权期，2024年度净归母利润不低于9.5亿元。
4.2.2绿的谐波
绿的谐波与国内外大客户形成了稳定的合作关系。2013年公司谐波减速器上市销售，与国内知名机器人厂商埃夫特达成批量合作并延续至今。2016年公司与UniversalRobots签订框架协议，公司有望与特斯拉开展合作，充分享受行业利好。
谐波减速器国产化突破者，盈利能力行业领先。公司主营谐波减速器，国产厂商中率先实现为海内外龙头厂商批量供货。2017-2021年公司营收、归母净利润CAGR分别为26%、40%；毛利率稳定在47%以上，明显优于海内外同行；公司伴随下游行业成长，业绩长期趋势稳定。
公司持续加码研发投入，2021年前三季度研发投入0.25亿元，已超过2020年全年研发总和。公司独创P型齿比肩哈默纳科对标产品性能，Y、N系列精度和寿命处于行业领先。目前公司谐波减速器在国产工业机器人市场的份额超60%，2020年公司谐波减速器占比全球市场约5%。伴随公司募投项目逐渐扩产，全球市占率有望从逐年攀升。我们认为公司有望依托P、Y、N系列产品在机器人行业不断建立产业地位。
4.2.3埃斯顿
公司为国产机器人行业龙头，通过内生+外延发展模式，通过收购TRIO、M.A.I、CLOOS完成从数控机床系统到工业机器人业务转型，核心技术自主可控。目前主营业务已形成控制系统与工业机器人及成套设备两大板块。公司2015-2021年营收从4.83亿元提升至30.2亿元，2015-2021年营收CAGR约36%，同期归母净利润从0.51亿元提升至1.22亿元，2015-2021年归母净利润CAGR约16%。机器人业务收入逐年稳步上升，从2016年2亿元提升至2021年20亿元水平，近5年工业机器人业务营收CAGR达57%。
运动控制技术是仿人机器人中的核心关键技术，在仿人机器人中的运用主要体现在步态规划、力控制应用与视觉&导航技术的融合三个方面。公司在自动化化核心部件及运动控制系统方面积累深厚。主要业务及产品包括：金属成形机床自动化完整解决方案、全电动伺服压力机和伺服转塔冲自动化完整解决方案、电液混合伺服系统、运动控制系统（含运动控制器、交流伺服系统）、直流伺服驱动器、机器人专用控制器、机器人专用伺服系统、以机器人为中心的机器视觉和运动控制一体的机器自动化单元解决方案。广泛应用于金属成形数控机床、机器人、纺织机械、3C电子、锂电池设备、光伏设备、包装机械、印刷机械、木工机械、医药机械及半导体制造设备等智能装备的自动化控制领域。2017年收购TRIO100%股权，转型高端运控解决方案提供商。公司充分发挥TRIO全球运动控制专家的产品和技术优势，协同自身交流伺服系统形成通用运动控制解决方案、行业专用及客户定制运动控制解决方案，目前已具备为客户提供复杂运动控制解决方案及高附加值产品的能力。
4.3 汇川技术、禾川科技、江苏雷利，汉宇集团
4.3.1汇川技术
公司是中国工业自动化行业的领军企业。公司核心技涵盖信息层、控制层、驱动层、执行层、传感层的各类产品技术和工业自动化、电梯、新能源汽车、轨道交通等领域应用工艺技术。公司通用伺服系统在新能源行业和先进设备制造行业增长迅猛。2021年公司伺服系统业务实现营收37.69亿元，同比增长超过100%，市场份额约15.9%，在中国市场首次超越外资品牌，获得市场份额第一名。
与同行业公司对比，汇川技术研发处于领先地位。目前公司共有研发人员3560人，占公司总人数的21%，2021年研发投入16.9亿元，同比增长65%，占总营收的9.4%。截至2021年年底，公司拥有2186项专利，专利数量行业领先。未来，公司将继续保持对研发的高投入、扩充研发团队规模，进一步巩固核心竞争力。
作为行业龙头，公司充分享受机器换人和工厂自动化/智能化行业利好。据公司公告，2021年汇川技术实现营收179亿元，同比增长56%、盈利35.73亿，同比增长70%。
4.3.2禾川科技
禾川科技是一家技术驱动的工业自动化控制核心部件及整体解决方案提供商，主要从事工业自动化业务，主要产品由伺服系统、PLC等。公司与多家行业龙头企业达成合作，2020年公司通用伺服系统的市场占有率约为3%，国产品牌中位列第二。
公司具有强产品解决方案的技术支持能力。在伺服系统领域，公司掌握伺服系统三环综合矢量控制技术等核心技术，不断迭代通用型产，持续推出定制化产。
4.3.3江苏雷利
公司是世界范围内电机领域的龙头企业。公司已经形成以微型步进电机、同步电机、直流有刷电机、直流无刷电机、微型水泵等多种电机产品为主导，配套相关精密结构、驱动控制设计和制造方案解决的综合业务能力。2021年公司实现营收29亿元，同比增长21%，归母净利润2.6亿元，连续5年高于2亿元。
公司注重研发，企业核心竞争力持续增强。截止2021年末，公司拥有有效授权专利982项，获“长三角高价值专利三等奖”、“第四届常州市专利金奖”、获批设立国家博士后科研工作站区域分站。产品研发方面公司重点打造产品的技术优势，构建新产品的技术壁垒，牢筑发展“压舱石”。
公司拥有稳定的优质客户群。在汽车电机及零部件领域，公司与宇通、金龙、金康、艾尔希、凯斯库等优质客户建立合作关系；在医疗仪器领域，公司进入迈瑞医疗、爱德士等客户群；在运动健康领域，公司来得到了格力、美的、LG、三星、松下、戴森、GE等生产商的认可。
4.3.4中大力德
中大力德是从事机械传动与控制应用领域关键零部件的研发、生产、销售和服务的高新技术企业，主要产品包括精密减速器、传动行星减速器、各类小型及微型减速电机等，目前已形成减速器+电机+驱动一体化的产品架构，实现了产品结构升级。产品主要应用于工业机器人、智能物流、新能源、工作母机、食品、包装、纺织、电子、医疗等专用机械设备。
2021年公司实现营收9.53亿元，同比增长25%；实现归母净利润0.81亿元，同比增长15.85%。按产品划分，根据2021年年报数据，公司减速电机、精密减速器、智能执行单元分别实现营收5.35/2.54/1.47亿元，分别占比总营收的56%、27%、15%。公司具备自主研发优势，产品种类齐全。公司研发持续投入，结合市场不断升级减速电机集成与检测技术、精密传动与控制技术，逐步形成了减速器、电机、驱动器一体化系统。目前公司拥有减速器、电机、驱动器一体化的完整产品线，细分产品已达上千种，广泛应用于工业机器人、太阳能光伏跟踪系统、电动叉车、AGV无人搬运车、自动分拣系统、服务机器人等高端领域。
4.3.5汉宇集团
汉宇集团是家用电器排水泵细分行业全球龙头。公司是国家首批认定的高新技术企业，主要产品主要应用于洗衣机、洗碗机等。公司旗下同川科技专注于工业机器人核心技术，主要生产销售冲压机械手、谐波减速器。其“同川精密TCDrive”品牌主要包括精密谐波减速机，伺服电机，机电一体化模块等产品，主要应用于工业机器人、机床设备等领域。
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精选报告来源：【未来智库】。