（報告出品方/作者：廣發(fā)證券，代川、孫柏陽、姚佳）

一、產(chǎn)品功能日趨完善，未來成長高預期

（一）產(chǎn)品功能日趨完善，身體、視覺能力同步提升

人形機器人產(chǎn)品研發(fā)逐步推進，功能日趨完善。2021年8月特斯拉首次公開Optimus 機器人計劃，并采用真人舞臺表演的方式表達設計概念；2022年9月，一款人形機器人原型公開亮相，并能夠在舞臺上表演、走動；2023年5月，根據(jù)特斯拉官網(wǎng)所發(fā)布的視頻，可以看到多個人形機器人能夠同步或單獨執(zhí)行任務，新變化包括：（1）身體能力：機器人身體能力逐步健全，例如行走、抓取物體、感應較軟的物體以及使用電機扭矩控制施加有限的力；（2）視覺能力：機器人具備特斯拉視覺AI，能夠發(fā)現(xiàn)并記憶周邊環(huán)境，特斯拉機器人和汽車均連接到同一個神經(jīng)網(wǎng)絡，并安裝了相同的完全無人駕駛系統(tǒng)（FSD）；（3）同步控制：特斯拉能夠同時控制多個機器人，連接到同一個神經(jīng)網(wǎng)絡（NN），并可以同步執(zhí)行任務，為之后產(chǎn)業(yè)化應用奠定基礎。

（二）機器替人具備潛力，市場空間預期較高

預計未來人形機器人將憑借其性能優(yōu)勢在工業(yè)、生活等各領域高速滲透。根據(jù)高盛、 Payscale數(shù)據(jù)，特斯拉工廠工人的平均時薪為23.75美元，每日工作8小時，假設25- 26年人形機器人能滿足工廠作業(yè)需求，其每日工作20小時（其余時間為充電、維護），約2年便可回收投資成本，具備商業(yè)可行性。高盛中性估計未來人形機器人市場約60億美金，而最為樂觀估計下市場超千億美金。根據(jù)高盛預測，在中性假設下，人形機器人到2030年將填補美國制造業(yè)勞動缺口的4%，到2035年添補全球養(yǎng)老需求缺口的2%，預計未來10-15年內(nèi)，人形機器人市場規(guī)模將達60億美元；而在最為樂觀情景下，若人形機器人完全克服產(chǎn)品設計、價格、技術、公眾接受等一系列障礙得到全面普及，2035年市場規(guī)模高達1540億美元，接近2021年全球電動汽車市場。目前，人形機器人仍處在產(chǎn)品研發(fā)階段，產(chǎn)業(yè)化應用仍任重道遠。

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根據(jù)我們測算，人形機器人潛在市場空間約百億美元。假設人形機器人在美國物流運輸、看護照料、危險作業(yè)場所率先替人。根據(jù)U.S. News，美國2021年最低工資10 美元/小時左右，以每日8小時和250天工作日計算各崗位的年薪，對于危險崗位假設給3倍左右溢價。結(jié)合wind的美國勞工局的就業(yè)人數(shù)進行估計，考慮了我們上述預測的機器換人替代率，預計美國未來這塊潛在的市場可達數(shù)百億美元。綜上所述，人形機器人雖然仍處在研發(fā)階段，未來產(chǎn)業(yè)化仍具有不確定性，但市場潛力大。若順利產(chǎn)業(yè)化并有效推廣，市場空間從百億到千億美金不等。

二、本土企業(yè)在一體化關節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會

（一）人形機器人包括五大模塊，中國產(chǎn)業(yè)鏈具備機會

人形機器人包括硬件層和軟件層兩大類。其中軟件層配有特斯拉AI，為特斯拉汽車 FSD算法的橫向遷移；硬件包括控制、感知、運動、動力模塊等。我們認為，特斯拉在頂層數(shù)據(jù)和開發(fā)上實現(xiàn)逐步突破，自研核心軟件層，而打開下游硬件及其產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展機會。

（1）控制模塊：機器人的中央處理器在軀干中，是其自動駕駛相關的硬件和軟件的橫向遷移。機器人控制系統(tǒng)能處理人腦所能處理的大部分功能，例如處理視覺數(shù)據(jù)、做多元決策、感官感知和通信等，同時能夠支持WiFi通信和音頻。

（2）感知模塊：外部傳感器和內(nèi)部傳感器兩大類。以視覺為代表的外部傳感器遷移自汽車FSD，二者基于相同的神經(jīng)網(wǎng)絡的大數(shù)據(jù)，目前特斯拉已完成了橫跨美國絕大多數(shù)道路的數(shù)據(jù)采集，有助于幫助機器人實現(xiàn)更復雜“自動駕駛”快速落地；內(nèi)部傳感器包括位置、力矩、力量等，主要集成于一體化關節(jié)中。

（3）運動模塊：包括驅(qū)動裝置、執(zhí)行裝置、傳動裝置等。特斯拉將機器人的運動模塊和部分感知模塊整合為一體化關節(jié)，包括轉(zhuǎn)動、直線關節(jié)兩大類。人形機器人共有40個執(zhí)行器，其中身體28個，手部12個。

（4）動力模塊：電池內(nèi)置于軀干中間，容量為2.3kwh。機器人蹲坐、行走的功率分別約100W、500W，電池電量可以待機約20h，相當于一天的工作。所有的電子元器件全部集成到電池包的PCB中，可以完成傳感、充放電、管理等多功能。同時特斯拉將汽車電池關鍵技術遷移至機器人，可以做到使用高效、溫控簡單、安全管理，并可以做到供應鏈的橫向遷移。

（5）散熱和總裝：包括機器人熱管理、骨架和結(jié)構設計、裝配等。綜上所述，我們認為，人形機器人控制模塊、外部傳感器與軟件層、特斯拉汽車FSD 關聯(lián)度較大，更多依靠產(chǎn)品自研和海外供應商；動力模塊中電池的容量遠小于新能源汽車（機器人電池2.5kwh，對比Model Y標準版55kwh），產(chǎn)業(yè)鏈彈性不大；一體化關節(jié)為非核心部件，機器人公司傾向于外購，且中國制造業(yè)的崛起帶動了本土以綠的諧波、鳴志電器、匯川技術為代表的工業(yè)自動化企業(yè)發(fā)展，全球競爭實力提升，因此產(chǎn)業(yè)化早期重點關注一體化關節(jié)領域的投資機會。

一體化關節(jié)模塊約占整體成本的50%。根據(jù)Ofweek機器人網(wǎng)，工業(yè)機器人運動模塊（伺服電機+減速器）約占整體成本的47%；人形機器人相比于傳統(tǒng)工業(yè)機器人關節(jié) 數(shù)量更多，但是感知、控制難度也更大，我們預計一體化關節(jié)約占機器人總成本的 50%.

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（二）身體：共計 28 個自由度，包括直線、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器共計 28 個

人形機器人關節(jié)采用仿生設計，單關節(jié)效用高。以膝關節(jié)為例，特斯拉參考人體膝蓋結(jié)構，將線性連接變成了仿生的四桿連接方式，從而增加了關節(jié)的柔性，適用于更多場景并降低受力。同時，特斯拉選取多個場景對機器人進行工作模擬，計算每一個關節(jié)在每一種場景下的投入產(chǎn)出并抽象為一個點，求解數(shù)十萬個點的帕累托最優(yōu)便得到了可以滿足多使用場景的關節(jié)選型。6類執(zhí)行器復用實現(xiàn)身體28個自由度。機器人關節(jié)需要完成Pitch（繞X軸旋轉(zhuǎn)）、Yaw （繞X軸旋轉(zhuǎn)）、Roll（繞Z軸旋轉(zhuǎn)）等不同動作，特斯拉通過關節(jié)優(yōu)化選型做到復用，3類旋轉(zhuǎn)和3類直線執(zhí)行器共實現(xiàn)28個自由度，其中旋轉(zhuǎn)、直線執(zhí)行器數(shù)量各為 14個。

按照執(zhí)行器的運動方式不同，分為轉(zhuǎn)動和直線執(zhí)行器。轉(zhuǎn)動執(zhí)行器用于聯(lián)接各運動機構，同時傳遞各機構間的回轉(zhuǎn)運動，由無框力矩電機+諧波減速器+離合器+位置/ 扭矩傳感器+軸承等組成，主要用于機器人的肩部、腕部、臀部和軀干。直線執(zhí)行器在垂直方向上具有剛度，可類別于人的肌肉，主要傳遞伸縮運動，主要由無框力矩電機+倒置式行星滾柱絲杠+位置/力傳感器+軸承等組成，主要用于機器人的膝蓋、腳踝、肘部、臀部、腕部。因此，身體部分所用的零部件包括驅(qū)動/執(zhí)行裝置無框力矩電機，傳動裝置諧波減速器、行星滾柱絲杠、各類軸承等，以及位置、力矩、力量傳感器。

（三）雙手：共計 22 個自由度，包括 12 個關節(jié)

機器人雙手采用人體工程學設計，對物體抓取進行優(yōu)化。靈巧手之上配有傳感器，能夠識別抓取的物體，并實時感知手所處的空間位置，抓住細小而精致的物體。同時，靈巧手具有“自適應性（Adaptive grasp）”和“非反向驅(qū)動能力（Non-backdrivable fingers）”，可以自適應所抓取的物體并在不開啟馬達的情況下抓住和運輸物體。特斯拉靈巧手單手共有11個自由度和6個執(zhí)行器。靈巧手單手共有11個自由度，包括 6個主動自由度和5個被動自由度，其中主動自由度大拇指有兩個（擺動+彎曲），其余4個手指各有1個。手指的主動自由度由執(zhí)行器實現(xiàn)，其驅(qū)動/執(zhí)行裝置為空心杯電機，傳動裝置為精密齒輪，并配有多種傳感器等。

（四）總結(jié)：重點關注電機、減速器、絲杠等領域

根據(jù)我們測算，人形機器人一體化關節(jié)中高價值環(huán)節(jié)有無框力矩電機、空心杯電機、諧波減速器和行星滾柱絲杠，此類產(chǎn)品側(cè)重標準化，且部分產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)機器人等行業(yè)運用相對成熟；而軸承和傳感器領域所涉及的產(chǎn)品種類較多、均價偏低，各供應商所側(cè)重細分領域有所差異，對國內(nèi)企業(yè)的采購集中度可能不大。

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三、本土企業(yè)在一體化關節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會

（一）電機：空心杯電機應用廣，力矩電機逐漸系列化

電機品種繁多，普遍有兩種分類方式，按照控制方式分類和按照驅(qū)動方式分類?？刂品绞椒诸悾喊ㄋ欧姍C、步進電機和力矩電機，伺服電機采用閉環(huán)/半閉環(huán)控制、控制精度高、高低速切換流暢、成本較高；步進電機將脈沖信號直接轉(zhuǎn)化為角動量，步距角恒定，精度弱于伺服但結(jié)構簡單成本低。按照驅(qū)動方式分類：分為直流電機和交流電機，其中交流電機按照轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動是否同步可以分為同步電機和異步電機（感應電機），同步電機通過轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場之間的“互鎖”來運行。而異步電機的工作原理是“電磁感應”，定子旋轉(zhuǎn)變化的磁場在轉(zhuǎn)子中感應出電流，此電流在磁場中受力，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

人形機器人涉及的電機產(chǎn)品包括無框力矩電機和空心杯電機等。力矩電機是一種多級對、無機殼的直驅(qū)電機，扭矩增強且結(jié)構緊湊。相較于普通電機主要規(guī)格為功率，力矩電機的規(guī)格和選型主要取決于扭矩，力矩電機極對數(shù)多，在電機低速甚至堵轉(zhuǎn)時仍能持續(xù)運轉(zhuǎn)并提供穩(wěn)定的力矩給負載；同時，力矩電機為直驅(qū)電機，負載直接連接轉(zhuǎn)子，不需要任何傳動件，減少摩擦損耗，結(jié)構緊湊；除此之外，力矩電機為無框架式永磁電機，沒有機殼，只有定子和轉(zhuǎn)子兩個部件，中空孔大，方便走線。目前，無框力矩電機主要用在協(xié)作機器人等領域?？招谋姍C是微特電機的一種，無鐵芯轉(zhuǎn)子，重量輕且效率高。

空心杯電機在結(jié)構上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。因為沒有鐵損，所以它的效率要比普通的微型直流電機要高；同時，由于轉(zhuǎn)子重量大幅降低，所以轉(zhuǎn)動慣性減小，相比傳統(tǒng)鐵芯電機，大扭矩急加速急減速性能突出；另外，空心杯電機還具有體積小、可控性高、噪音小等優(yōu)點。因此，空心杯電機主要用在需要快速響應（如軍工、檢測）和對重量和能耗要求較高（如無人機、機器人）等領域。

國內(nèi)無框力矩電機主要玩家有步科股份、昊志機電。其中步科股份無框力矩電機產(chǎn) 品形成完整的系列化的產(chǎn)品線，收入達到百萬級；昊志機電產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于協(xié) 作機器人和輕型機器人領域。空心杯電機主要玩家為鳴志電器、江蘇雷利、偉創(chuàng)電氣。其中鳴志電器為運動控制領域優(yōu)質(zhì)的出口企業(yè)，空心杯電機暢銷國內(nèi)外；江蘇雷利和鼎智科技的空心杯電機為共同研發(fā)生產(chǎn)，產(chǎn)品廣泛應用于軍工、半導體、醫(yī)療等領域，同時當前多款樣品處在測試階段。匯川技術和禾川科技為國內(nèi)伺服產(chǎn)品主要供應商。其中匯川技術具備工控和工業(yè)機器人雙重業(yè)務優(yōu)勢，并持續(xù)研發(fā)提高直驅(qū)電機競爭力；禾川科技的無框力矩直驅(qū)電機廣泛應用于工業(yè)機器人、激光等領域。

（二）減速器：諧波減速器水平一流，RV 本土市占率提升

減速機是機器人的核心精密零部件之一，技術壁壘高。減速機的主要工作原理為通過機械傳動裝置實現(xiàn)對原動機的減速增矩，是影響機器人性能的核心因素，在高精度場景中尚未存在替代方案，技術壁壘較高。同時，研發(fā)投入和固定資產(chǎn)投入都較高，綠的諧波從研發(fā)到成品花了10年的時間，初始投入大（根據(jù)招股書披露，其磨床原價約200萬元，滾齒300萬元），是典型的高壁壘的行業(yè)。機器人用減速器主要有諧波、RV、行星齒輪減速器等。一般來說，機器人的每個關節(jié)都需要配置一臺減速器，減速器的選型需要綜合考慮體積、減速比、扭矩和價格等方面因素，不同的機器人有不同數(shù)量的關節(jié)，而且負載不同，所用的減速器也不同。一般而言，重載的關節(jié)多使用RV減速器，輕載關節(jié)一般用諧波減速器。

國內(nèi)諧波和RV減速器主要用于工業(yè)機器人領域，市場持續(xù)擴容。根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，受益下游工業(yè)機器人等行業(yè)高景氣，國內(nèi)諧波和RV減速器銷量有19年的54.3萬臺增長至22年的126.3萬臺，期間CAGR為32.5%，預計23-25年將繼續(xù)以16.8%的CAGR增長超過200萬臺；結(jié)構性看，工業(yè)機器人為減速器第一大應用領域，22年占比為79.7%。競爭格局角度，國產(chǎn)品牌以具備一定話語權。國內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)機器人減速器的企業(yè)數(shù) 量逐漸增多，且技術在逐步提升，部分廠商已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)并逐步推向市場，在精密減速器國產(chǎn)化的道路上進步明顯。22年，綠的諧波在諧波減速器領域的中國市占率為40%，位列第一位，相較于17年提升5pct，在國內(nèi)市場已具有一席之地。

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綠的諧波為國內(nèi)諧波減速器龍頭，市占率達40%，同時生產(chǎn)銷售無框力矩電機等機電一體化產(chǎn)品。23年4月綠的諧波與三花智控簽署了框架協(xié)議，雙方同意在三花墨西哥工業(yè)園共同設立合資企業(yè)，綠的諧波有望借助三花的渠道和客戶優(yōu)勢加速出海，具備打入人形機器人供應鏈的潛力。中大力德、國茂股份等企業(yè)在各自減速機細分領域也較為領先。其中中大力德產(chǎn)品線齊全，包括RV、諧波、精密行星減速器等；國茂股份擺線針輪減速器實力強，且子公司國茂精密也切入諧波減速器領域。

（三）絲杠：行星滾柱絲杠已有里程碑式達成

絲桿的主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，主要包括滑動絲杠、滾柱絲杠、行星滾柱絲杠等產(chǎn)品?；瑒咏z桿是滑動摩擦，結(jié)構簡單但精度差，傳動效率25%-50%，主要用于電梯、汽車等各領域；滾珠絲杠是滾動摩擦，高效率、高精度、高速，但價格高。滾動摩擦的摩擦系數(shù)遠遠低于滑動摩擦系數(shù)，滾珠絲桿的傳動效率大約在 90%-99%；行星滾柱絲桿在周圍行星布置了6-12個螺紋滾柱，接觸面的增加使承載能力和剛性大大提高，且絲杠軸是小導程角的非圓弧螺紋，有利于達到較高的導程精度，具有高承載、耐沖擊、高精度、體積小等特點。行星滾柱絲杠因其較小的體積空間使用，高效精準的大推力輸出，以及耐用穩(wěn)定的性能等特點正被越來越廣泛的應用在工業(yè)領域，對滾珠絲杠、液壓驅(qū)動等技術路線形成有效替代，在機器人、自動化、數(shù)控機床、醫(yī)療器械、汽車、石油天然氣等領域的應用正逐漸普及。

人形機器人直線執(zhí)行器應用反向式行星滾柱絲杠，主要用于中小負載、小行程和高速的應用場景。反向式行星滾柱絲杠結(jié)構形式與標準式類似，不同在于其沒有內(nèi)齒圈，絲杠兩端加工有直齒與滾柱兩端的齒輪嚙合，且螺母作為主動件，其長度比標準式的大得多。一般情況下，不同于標準滾柱絲杠，反向式行星滾柱絲杠的螺母為主動件，絲杠為輸出構件，滾柱、絲杠之間無相對軸向位移，其主要用于中小負載、小行程和高速的應用場景，其最大的優(yōu)勢在于可將其螺母作為電機轉(zhuǎn)子實現(xiàn)電機和絲杠一體化設計，形成結(jié)構緊湊的體式機電作動器。

海外高度壟斷，國內(nèi)處于起步階段。行星滾柱絲杠制造壁壘極高，海外企業(yè)大多于 1950年左右在國防軍工等領域開啟產(chǎn)品研發(fā)，主要企業(yè)包括瑞典斯凱孚、瑞士舍弗勒、美國穆格、美國Exlar等，國內(nèi)外在行星滾柱絲杠的產(chǎn)品差距主要為制造材料（硬度、耐腐蝕、可加工性等）和制造能力（含機床、工藝等）。本土玩家大多為非上市公司，逐漸嶄露頭角，包括中國船舶704所、博特精工、思科瑞傳動、仲孚機械等，其行星滾柱絲杠已在閥門、石化、軍事、工業(yè)等各領域逐步應用。

鼎智科技微型行星滾柱絲桿的研發(fā)與生產(chǎn)上已有里程碑式達成，具備發(fā)展?jié)摿?。?智科技深耕于線性傳動領域，其線性傳動產(chǎn)品包括滑動絲桿、滾動絲桿，行星滾柱絲桿。三類絲桿的應用場景、壽命、傳動效率有差異，在技術和工藝等方面有一定協(xié)同，鼎智線性傳動產(chǎn)品的精密性、穩(wěn)定性、使用壽命、定制化程度等均處于行業(yè)領先水平。在微型行星滾柱絲桿領域，公司已取得里程碑式進展，該類產(chǎn)品應用領域包括機器人、飛機起落架、部分工業(yè)場景等。

（四）傳感器：全球競爭集中，本土企業(yè)發(fā)展任重道遠

機器人需要多傳感器來保證靈敏度。各種傳感器相當于工業(yè)機器人的手、眼、耳和鼻，有助于識別自身的運動狀態(tài)和環(huán)境狀況。在這些信息的幫助下，控制器可以發(fā) 出相應的指令，使機器人完成所需的動作。根據(jù)檢測對象的不同，可以分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器一般用來檢測機器人本身狀態(tài)，包括位置、速度、力覺傳感器等；外部傳感器一般用來檢測機器人搜出環(huán)境狀況，包括距離、觸覺、聽覺、視覺傳感器等。

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傳感器下游細分領域多，龍頭企業(yè)才易具有規(guī)模效應。以基恩士為代表的國際傳感器大公司需要國際化銷售、制造外包模式來攤薄研發(fā)成本。根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，基恩士一直以來占據(jù)位移傳感器市場的“半壁江山”，產(chǎn)品憑借優(yōu)異的性能、優(yōu)惠的價格和良好的貨期，2022年市場份額進一步提升，市占率超過60%。規(guī)模效應更強的領域，或率先實現(xiàn)國產(chǎn)替代。中國消費類電子的傳感器，由于市場的拉動，近十年已經(jīng)有了很大的進步。在工業(yè)領域，部分低端領域已有成功案例，但高端產(chǎn)品目前卡脖子情況仍較為嚴重，國產(chǎn)替代之路任重道遠。未來人形機器人如果能夠達到消費品級別的體量，可能推動細分板塊的國產(chǎn)替代加速。

全球競爭集中，行業(yè)高盈利。以基恩士、安森美、意法半導體為代表的全球頭部企業(yè)具備產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化或跨行業(yè)解決方案能力，占據(jù)全球大多數(shù)市場，且毛利率平均約50%以上，盈利能力較強。本土企業(yè)包括漢威科技、柯力傳感、保隆科技等，其產(chǎn)品包括壓力、光學、位置、速度傳感器等，目前主要應用于汽車、儀器儀表、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領域，未來收入和盈利仍有較大的提升空間。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

一、產(chǎn)品功能日趨完善，未來成長高預期

二、本土企業(yè)在一體化關節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會

三、本土企業(yè)在一體化關節(jié)產(chǎn)業(yè)鏈具備機會

一、產(chǎn)品功能日趨完善，未來成長高預期