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（附下载）
2023年4月，Meta发布了图像分割模型SAM。SAM可以在不需要额外训练的情况下对不熟悉的对象和图像进行零样本泛化，从而“剪切”任何图像中的任何对象。在SAM发布之前，想把图像准确分割，需要人类手动分割后再交给机器人学习，这需要大量专家进行高度专业化的工作，费时费力。SAM使得机器人将所学到的分割图像进行细致标注，让机器人理解对象（Object）是什么，因此可以为任何图像或视频中的任何对象生成遮罩，即使是在训练中没有见过的对象。
2特斯拉人形机器人Optimus的AI赋能分析
2.1软硬件不断迭代升级，核心为优化成本和效率
特斯拉人形机器人Optimus问世，核心为优化成本和效率。2021年8月，马斯克首次发布特斯拉人形机器人（TeslaBot）计划，代号“擎天柱”（Optimus）。在2022年9月底举办的特斯拉AIDAY上，马斯克公开了人形机器人Optimus原型机，人形机器人体重73kg，静坐100W功耗，快走500W功耗，全身自由度200+，手部自由度27，搭载与特斯拉车辆相同的完全自动驾驶（FSD）大脑，2.3KWh电池组（集成充电管理、传感器、冷却系统）可以满足一天的工作需要。特斯拉人形机器人的核心为在满足功能的前提下降低成本和能耗，即尽可能减少零部件数量和每个元件的功耗，例如减少四肢的感应和线路。马斯克称特斯拉机器人有望在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。人形机器人Optimus软硬件不断迭代升级。2023年5月特斯拉股东大会发布人形机器人Optimus最近进展，包括机器人走路、利用视觉感知周围的环境、手臂精确控制力道不打碎鸡蛋、手掌抓取线束等柔性物体、人类演示训练AI、机器人修理机器人等场景，表明人形机器人Optimus的硬件和软件性能得到进一步提升。
2.2AI多次模拟，优化设计方案
车辆碰撞模型技术横向迁移，保护机器人的“大脑”。2022年9月，在特斯拉AIDay上，技术人员展示了如何借助现有的AI碰撞模型对人形机器人部件排布进行优化。车辆碰撞模型会先记录一次实体碰撞时各个传感器的数据，然后将车辆数据和碰撞数据传入系统中，生成一份数据库，再由AI将车辆拆分成超过3500个自由度，模拟上万次不同角度、力度的碰撞，最后将所有碰撞数据汇总，找到车辆现有构型的缺点并加以改进。工程师将此技术用于机器人部件排布设计，将重要部件放置在远离碰撞受损核心处，并将外壳设计成更能抵抗外力的形状，保证机器人即使意外摔倒也不会影响到躯干内的核心零部件。
AI仿真模型寻找成本和效率的最佳组合。人类有超过200个自由度，手部27个自由度，同时快走功耗只有500W，低功耗的同时又具有高度的灵活性。在设计机器人时，需要机器人在完成具体任务的情况下，尽可能降低成本，在运动能力和低成本间找到最佳平衡点。特斯拉为机器人设计了全身28个执行器（不含手部），用以完成Pitch（绕X轴旋转）、Yaw（绕Z轴旋转）和Roll（绕Y轴旋转）等不同动作，再通过AI仿真模型和实际验证，在低功耗、低成本和最轻质量的目标下，选取一个关节的最佳设计。
提高零部件通用程度，将28个关节简化为6种执行器。特斯拉工程师使用多个场景模拟机器人的工作状态，计算出每种场景下执行器的消耗和质量，并将其抽象为一个点，求解整个质点云的帕累托最优，得到可以满足多种使用场景的关节设计。经过AI的分析优化，将关节选型做到复用，最终实际的执行器减少到6种，包含3种规格的旋转执行器和3种规格的线性执行器。
2.3FSD+Dojo加持，提高机器人执行力
FSD海量数据库可提供AI学习所需要的数据基础。AI训练需要大量数据作为底层支撑，而特斯拉的FSDBeta已在北美普及了超过40万台车辆，庞大的用户实测数据为AI的训练提供了帮助。根据特斯拉股东大户展示的数据，FSDBeta数据库目前拥有将近2亿英里（3.2亿千米）的自动驾驶数据，这将对后续机器人的AI训练提供支持。
特斯拉超算Dojo有望在2024年跻身世界前五。2023年6月，TeslaAI公布了一张算力预期图：2023年7月Dojo会正式投产，随后算力将进入快速增长期，2024年2月Dojo算力规模将进入全球前五，2024年10月算力总规模将达到100Exa-Flops，相当于30万块英伟达A100显卡的算力总和。
Dojo计算架构为训练机器人路径规划和执行提供算力支持。Dojo能够处理海量的视频数据，不仅能够加速特斯拉FSD系统的迭代，还能为人形机器人Optimus提供算力支持。同时Dojo可以训练AI解决零样本新问题的能力，如设定“搬起箱子”动作的程序后，面对斜侧箱子时，AI会将动作拆分，使机器人在不转身的情况下拿起斜侧摆放的箱子。据Dojo项目负责人介绍，Dojo相比于业内其他芯片，同成本下性能提升4倍，同能耗下性能提高1.3倍，占用空间节省5倍。
3特斯拉人形机器人Optimus的驱动方案分析
3.1身体：14个旋转线性执行器+14个线性执行器
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AI赋能人形机器人，关注核心零部件发展机遇
AI赋能人形机器人，关注核心零部件发展机遇2023-07-0717:12导读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OpenAI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。投资要点
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OpenAI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。
投资建议：建议关注有望应用到人形机器人领域的国产核心零部件厂商：1）减速器：相关标的包括绿的谐波、双环传动、中大力德、秦川机床、国茂股份等；2）伺服电机/无框力矩电机：相关标的包括汇川技术、禾川科技、步科股份、昊志机电等；3）空心杯电机：相关标的包括鸣志电器、鼎智科技等；4）丝杠：相关标的包括鼎智科技、秦川机床、恒而达、禾川科技等；5）传感器：相关标的包括柯力传感、奥比中光、芯动联科、苏州固锝等。
风险提示：人形机器人发展不及预期的风险、行业扩产不及预期的风险、市场竞争加剧的风险。
（来源：西南证券）
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建议意见反馈jiangy@jfinfo.com西南证券：AI赋能人形机器人 关注核心零部件发展机遇
智通财经APP获悉，西南证券发布研究报告称，AI赋能机器人，具身智能是AI进入物理世界进行交互的载体。各大公司相继推出AI大模型算法，包括OpenAI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。此外，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。关注有望应用到人形机器人领域的国产核心零部件厂商。
西南证券主要观点如下：
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OpenAI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。
投资建议：建议关注有望应用到人形机器人领域的国产核心零部件厂商：
1)减速器：相关标的包括绿的谐波(688017.SH)、双环传动(002472.SZ)、中大力德(002896.SZ)、秦川机床(000837.SZ)、国茂股份(603915.SH)等;
2)伺服电机/无框力矩电机：相关标的包括汇川技术(300124.SZ)、禾川科技(688320.SH)、步科股份(688160.SH)、昊志机电(300503.SZ)等;
3)空心杯电机：相关标的包括鸣志电器(603728.SH)、鼎智科技(873593.BJ)等;
4)丝杠：相关标的包括鼎智科技、秦川机床、恒而达(300946.SZ)、禾川科技等;
5)传感器：相关标的包括柯力传感(603662.SH)、奥比中光(688322.SH)、芯动联科(688582.SH)、苏州固锝(002079.SZ)等。
风险提示：人形机器人发展不及预期的风险、行业扩产不及预期的风险、市场竞争加剧的风险。