人形机器人行业深度报告( 71 页)

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目录

一、人形机器人蓄势待发，市场空间广阔.... 8

1.1 人形机器人发展近半个世纪，科技赋能实现新突破 ..... 8

1.2 新型人形机器人百花齐放，中国市场蓄势待发 .... 8

1.2.1 波士顿动力/Atlas:运动控制领域翘楚 ....... 9

1.2.2 Agility Robotics/Digit:为工作而生，主攻物流领域 ..... 10

1.2.3 优必选/Walker X:机器人+AI，服务性能优异 ..... 11

1.2.4 小米/CyberOne & CyberDog 2:小米腿足式机器人新突破 ..... 11

1.2.5 傅利叶智能/Fourier GR-1:运动能力优秀，具备多场景应用潜力 ....... 13

1.2.6 宇树科技：深耕机器人行业多年，发布首款人形机器人H1...... 13

1.2.7 纯米科技/ DaQiang ：智能家具企业进军机器人领域 ....... 15

1.2.8 达闼科技/Cloud Ginger XR-1：基于智能柔性执行器构建的云端智能服务机器人....... 16

1.2.9 小鹏汽车/PX5：具备世界顶级行走越障能力，未来有望在小鹏工厂应用 ...... 17

1.2.10 特斯拉/Optimus:技术迭代迅速，引领全球人形机器人发展 ..... 18

1.2.10 三星电子/ Semicon：即将登台亮相，具有味觉和嗅觉 .... 20

1.3 预计人形机器人将首先进入工业、服务娱乐和军事等应用场景 ..... 21

1.4 人形机器人主要性能可划分为运动控制能力、感知能力和人机交互三方面，发展前景广阔 ....... 22

1.4.1 运动控制能力：已能满足基本行动，解决方案仍在迭代 ....... 22

1.4.2 感知能力：视觉感知初显成果，电子皮肤存在制约 ...... 23

1.4.3 人机交互：构成机器人软实力，GPT 时代人机交互存在无限可能 ....... 24

1.5 核心零部件有望国产替代，性价比提升带来机器人放量 ....... 24

1.6 劳动人口逐年递减，人形机器人潜在市场空间巨大 ....... 27

1.7 动作类人性、智能化程度、学习进化能力构成人形机器人整机的竞争核心力 ....... 28

1.8 人工智能赋能人形机器人，机器人有望加速商业化 ....... 29

二、减速器：主要应用于机器人旋转关节与灵巧手，为核心零部件之一 ...... 31

2.1 减速器主要应用于机器人旋转关节与灵巧手，为核心零部件之一 ..... 31

2.2 谐波减速器：主要用于机器人旋转关节，体积小、精度高、传动比高 ...... 31

2.2.1 单人形机器人预计需要14 个谐波减速器 ....... 31

2.2.2 谐波减速器30 年市场空间有望超700 亿元 ....... 32

2.2.3 海外厂商具有先发优势，国内厂商已逐步迎头赶上 ....... 33

2.2.4 谐波减速器具备护城河，工艺、设计、轴承等均为产品壁垒 ..... 33

2.3 RV 减速器负载能力强，有望应用于机器人髋、腰腹等重负载位置 .... 34

2.3.1RV 减速器目前主要用于工业机器人，产品负载能力强 ...... 34

2.3.2RV 减速器因其高负载的特性或在机器人髋关节使用 ...... 35

2.3.3 目前主要由海外厂商占据市场，国内企业技术逐步突破 .... 36

2.4 行星减速器主要应用于手指关节，至30 年市场规模有望达599 亿元 ....... 36

2.4.1 行星减速器体积小，适用于人形机器人灵巧手 ...... 36

2.4.2 行星减速器市场空间有望达到约600 亿元 ..... 37

建议关注：绿的谐波 ...... 38

建议关注：双环传动 ...... 39

三、丝杠：线性关节关键零部件，可转化线性、旋转运动 .... 39

3.1 丝杠下游应用广泛，在人形机器人中主要用于线性关节 .... 39

3.2 丝杠主要可分为3 种，预计行星滚柱丝杠将为人形机器人线性关节首选 ....... 40

3.3 行星滚柱丝杠市场空间至30 年有望破千亿 .... 42

3.4 行星滚柱丝杠国产化程度低，国内企业已逐步具备技术储备 ..... 42

3.5 行星滚柱丝杠的技术壁垒：原材料、加工工艺、试验与检测 .... 43

建议关注：鼎智科技 ....... 44

建议关注：五洲新春 ...... 44

3.6 执行器分为旋转、线性执行器，预计共需使用28 个..... 45

建议关注：三花智控 ...... 45

建议关注：拓普集团 ...... 46

四、电机：机器人动力来源，空心杯电机进口替代潜力大 .... 46

4.1 电机在执行器及手部位置中使用，机器人主要使用无框力矩电机和空心杯电机 .... 46

4.2 无框力矩电机：海外厂商市占率高，国内企业正寻求突破 ..... 47

4.2.1 无框力矩电机为伺服电机的一种，适用于人形机器人 .... 47

4.2.2 单个人形机器人预计需使用28 个无框力矩电机，市场空间有望达2107 亿元 . 49

4.3 空心杯电机：产品精度、响应度高，主要应用于灵巧手 .... 51

4.3.1 空心杯电机为灵巧手核心零部件，单机器人预计使用12 个 ...... 51

4.3.2 空心杯电机市场空间广阔，国产替代潜力大 ...... 52

4.3.3 空心杯电机的竞争格局：长期被外资垄断，大量国产替代机遇 ..... 53

4.3.4 空心杯电机的技术壁垒高，绕线等工艺为主要壁垒 ....... 53

建议关注：鸣志电器 ...... 54

建议关注：伟创电气 ...... 55

五、传感器：人形机器人需多种传感器，人机交互关键部件..... 55

5.1 传感器种类多样，是感知并转化外界信息的装置 ....... 55

5.1.1 传感器分类：外部传感器和内部传感器 ..... 56

5.1.2 人形机器人传感器的构成 ....... 56

5.1.3 力传感器占人形机器人总成本的30%，为目前人形机器人传感器主要突破方向....... 57

5.2 力传感器：机器人精细工作核心部件 ..... 58

5.2.1 力传感器为机器人精细工作核心部件，可分为一维至六维力传感器 ...... 58

5.2.3 力矩传感器竞争格局：多维力矩传感器技术壁垒较高，市场由外资主导 ....... 59

5.2.4 力矩传感器市场空间：30 年可达2681 亿元，7 年CAGR 达88%.... 60

建议关注：柯力传感 ...... 61

5.3 视觉传感器：增强机器人与外界交互能力，有多种技术路线 ..... 61

5.3.1 机器视觉概念及工作原理 ....... 61

5.3.2 人形机器人视觉传感器市场空间大，有望在30 年达到82 亿元 .... 62

5.4 编码器：电机系统的前端测量元件，国产化程度偏低 .... 63

5.4.1 编码器是电机系统的前端测量元件，按检测原理可分为光编和磁编 ...... 63

5.4.2 单台机器人预计需要54 个编码器，市场空间广阔 ..... 65

5.4.3 编码器主要以海外企业供应为主，CR3 超40% ..... 65

5.5 电子皮肤：迈向人造皮肤的第一步，目前技术处于初期 .... 66

5.5.1 电子皮肤为让机器人具备触觉的系统，未来机器人有望触摸物体并感知温度 ... 66

5.5.2 机器人触觉传感技术的发展历程 .... 67

建议关注：博实股份 ...... 70

六、风险提示 ..... 71

图表目录

图1：人形机器人发展历程 ...... 8

图2：波士顿动力机器人迭代过程 ..... 10

图3：Atlas 进行跳跃和后空翻 ....... 10

图4：Digit 膝盖可向后弯曲 ....... 10

图5：RoboFab 人形机器人工厂 ....... 10

图6：优必选Walker X 零部件构成 ....... 11

图7：CyberOne 零部件构成 ..... 12

图8：小米自研CyberGear 微电机 .... 12

图9：小米AI 强化学习平台 ...... 12

图10：GR-1 进行快速行走 ....... 13

图11：GR-1 应对冲击干扰.... 13

图12：Unitree H1 自如应对外界干扰 ....... 14

图13：Unitree Go1 图示 ....... 15

图14：Unitree Go1 亮相杭州亚运会 ..... 15

图15：“大强”图示 ...... 15

图16：机器人“云端大脑”赋予融合智能 ..... 16

图17：Cloud Ginger 图示 ..... 17

图18：Cloud Ginger 2.0 灵巧手 ....... 17

图19：小鹏双足机器人PX5 ..... 17

图20：PX5 灵巧手 .... 18

图21：Optimus 概念到原型机研发过程 .... 18

图22：Optimus 已能完成做瑜伽、拉伸等复杂工作 ...... 18

图23：Optimus 的损害控制借鉴了汽车保护机制 ..... 19

图24：Optimus 手部有6 个执行器和11 个自由度 ....... 19

图25：28 个驱动器分布 .... 19

图26：Optimus 所含6 种关节执行器 ....... 19

图27：Optimus 使用纯视觉和关节位置编码器进行精准定位 ....... 20

图28：Optimus 可以自动进行颜色分类同时纠正人为干扰 ....... 20

图29：三星即将推出具有嗅觉和味觉的人形机器人 ...... 20

图30：人形机器人主要应用场景 ....... 22

图31：Optimus 完成平稳行走 ...... 23

图32：特斯拉Optimus 电机扭矩控制升级 ....... 23

图33：电子皮肤示意图 ..... 24

图34：人形机器人分零部件成本占比图 .... 26

图35：人形机器人的关节结构示意图 ....... 27

图36：人形机器人智能AI 系统主要层级 ...... 29

图37：Optimus 识别人类功能 ...... 29

图38：特斯拉FSD Beta V12 自动驾驶识别图 ..... 30

图39：华为智能驾驶系统图 ...... 30

图40：特斯拉人形机器人发展过程图 ....... 30

图41：各减速器人形机器人应用位置及数量图 ..... 31

图42：谐波减速器示意图 ...... 32

图43：2022 年国内谐波减速器市场竞争格局 ....... 33

图44：谐波减速器的柔轮和刚轮 ....... 34

图45：绿的谐波P 型齿与哈默纳科IH 型齿对比 .... 34

图46：RV 减速器结构图 ....... 35

图47：2021 年RV 减速器市占率情况 ...... 36

图48：2021 年RV 减速器市占率国家划分情况 .... 36

图49：行星齿轮减速器示意图 ...... 37

图50： 2022 年行星减速器全球市场份额占比 ..... 38

图51：丝杠下游主要应用场景 ...... 40

图52：梯形丝杠结构示意图 ...... 41

图53：滚珠丝杠结构示意图 ...... 41

图54：行星滚柱丝杠结构示意图 ....... 41

图55：特斯拉Optimus 示意图 ..... 42

图56：行星滚柱丝杠市场竞争格局（包含汽车等其他行业） ....... 43

图57：旋转执行器方案示意图 ...... 45

图58：线性执行器方案示意图 ...... 45

图59：Tesla 电驱执行器示意图 .... 47

图60：Moog 液压执行器示意图 .... 47

图61：伺服电机图示 ..... 48

图62：伺服电机分类 ..... 48

图63：无框力矩电机只由定子和转子构成 ..... 49

图64：科尔摩根TBM2G 系列无框力矩电机转矩参数 ...... 50

图65：步科股份FMC05707 系列参数 ...... 50

图66：空心杯电机结构 ..... 51

图67：特斯拉Optimus 手部关节 ...... 51

图68：2022 微特电机应用场景的市场份额占比 .... 52

图69：空心杯电机竞争格局 ...... 53

图70：三种空心杯电机线圈绕制模型和实物图 ..... 54

图71：传感器的组成 ..... 55

图72：2022 年中国传感器下游应用领域分布情况 .... 56

图73：机器人传感器分类 ...... 56

图74：机器人传感器构成示意图 ....... 57

图75：力传感器实物图 ..... 58

图76：一、三、六维传感器力矩示意图 .... 59

图77：六维力传感器实物图 ...... 59

图78：国内多维力矩传感器厂商梯队示意图 ..... 59

图79：全球机器视觉市场规模（亿元） .... 62

图80：中国机器视觉市场规模（亿元） .... 62

图81：2021 年全球机器视觉竞争格局 ...... 63

图82：2021 年中国机器视觉竞争格局 ...... 63

图83：编码器的组成 ..... 64

图84：磁编码器结构示意图 ...... 65

图85：学旋转编码器透射型（左）及反射型（右） ...... 65

图86：2021 年磁编码器全球竞争格局 ...... 66

图87：触觉传感器模拟人类皮肤 ....... 67

图88：智能机器人触觉传感技术历年专利申请量与国内外申请量分布 ..... 68

图89：触觉传感器技术发展路线图 ....... 68

图90：电子触觉皮肤传感器的转换机制 .... 69

图91：柔性传感器传感性能的关键问题概述 ..... 70

表1：目前主要人形机器人 ...... 9

表2： CyberDog 2 技术参数 .... 12

表3：Unitree 技术参数及售价 ....... 14

表4：各类人形机器人优劣势总结 ..... 20

表5：主要人形机器人视觉解决方案 ..... 23

表6：主要人形机器人交互能力概览 ..... 24

表7：人形机器人各部分成本拆分预测表 ...... 25

表8：我国人形机器人市场空间预测表 ...... 27

表9：全球人形机器人市场空间预测表 ...... 28

表10：谐波减速器优点及应用部位 ....... 32

表11：应用于人形机器人的谐波减速器的市场空间预测表 ....... 32

表12：RV 减速器优点及应用部位 .... 35

表13：RV 减速器全球市场空间预测表 ..... 36

表14：行星减速器优点及应用部位 ....... 37

表15：行星减速器市场空间预测表 ....... 38

表16：行星滚柱丝杠市场空间预测表 ....... 42

表17：行星滚柱丝杠核心加工技术 ....... 43

表18：各类电机情况比较表 ...... 47

表19：伺服电机与无框力矩电机的区别 .... 49

表20：无框力矩电机市场空间预测表 ....... 49

表21：无框力矩电机主要公司情况 ....... 50

表22：空杯电机市场空间预测表 ....... 52

表23：国外厂商的情况 ..... 53

表24：不同类型传感器的价格、国产化情况 ..... 58

表25：不同类型六维力/力矩传感器原理、特点及代表企业 ...... 59

表26：力传感器的市场空间预测表 ....... 60

表27：不同路线的优劣点对比 ...... 61

表28：2023-2030 年人形机器人视觉传感器的市场空间预测表 ....... 63

表29：人形机器人编码器市场空间预测表 .... 65

表30：触觉传感器原理优劣势对比 ....... 69