機器人行業(yè)研究：Optimus正式發(fā)布人形機器人開啟新時代

-1-明證券研究報告國金證券研究所機器人行業(yè)研究買入點評 38053024 傳紅志遠露分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130522030002manzaipeng＠分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130522030001chenchuanhong＠分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130522050001mengcan＠分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130518070003fanzhiyuan＠分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130520020003luolu＠分析師SAC執(zhí)業(yè)編號：S1130522020002zhangzhey＠AIDay發(fā)布人形機器人“擎天柱”(Optimus)原型機。本次發(fā)布會現(xiàn)場，特斯拉機器人展示了行走、揮手、搖擺等動作，同時分享了其在汽車工廠搬運、給植物澆水、移動金屬零件的視頻。馬斯克表示人形機器人具備一定程度智能化，可以替代體核心觀點本次原型機數(shù)據(jù)披露更為詳實，人形機器人發(fā)展確定性強。從本次公布數(shù)據(jù)來看，原型機的身高約173cm，體重73kg，較原官方數(shù)據(jù)增加17公斤。原型機全身共有28個執(zhí)行器，共采用6種不同結(jié)構(gòu)單元設(shè)計，應(yīng)對不同載荷需求。同時機器人關(guān)節(jié)設(shè)計加入仿生學(xué)理論，如膝蓋關(guān)節(jié)分為4個子電型機基本采用特斯拉電動車相同設(shè)備，包括其自主研發(fā)的芯片集成系統(tǒng)作為機器人作為下一代智能終端前景廣闊，未來10年全球市場空間約14萬億年，我國人形機器人市場規(guī)模約8700億元。當(dāng)前機器人BOM成本60%-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件方面，從機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動單元和關(guān)節(jié)設(shè)計角度出發(fā)，行星減速器、諧波減速器和RV減速器均存在應(yīng)用場景。未來隨著機器人智能化程度提升，同樣有望增加對芯片、通信模組、云計算資源等需求。我們認(rèn)為未來人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈有望復(fù)刻當(dāng)下智能汽車發(fā)展路徑。對標(biāo)智能汽車，人形機器人將增加傳感器、芯片、智能網(wǎng)Optimus發(fā)布有望加速機器人技術(shù)迭代升級，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。此次TeslaAIDay上展示的原型機作為僅開發(fā)6-8個月的工程樣機，基本符合預(yù)期，考慮到其產(chǎn)品迭代開發(fā)速度快，對電驅(qū)型全尺寸人形機器人的發(fā)展有望持續(xù)推動。根據(jù)馬斯克介紹，特斯拉將繼續(xù)組裝更多機器人投入真實工業(yè)場景(如特斯拉的加州Fremont工廠)進行測試，從而進一步優(yōu)化設(shè)計。我們認(rèn)為，原型機的成功推出將為人形機器人領(lǐng)域注入強心劑，原有自動駕駛優(yōu)勢和工業(yè)機器人供應(yīng)鏈廠商資源有望充分受益。建議關(guān)注機器人相關(guān)核心零部件供應(yīng)鏈廠商的供貨和技術(shù)進展情況，關(guān)注國內(nèi)廠商在AI模型、算力基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的布局進展。建議關(guān)注：綠的諧波、雙環(huán)傳動、三花智控、拓普集團、海康威視、地平線、英偉達、匯川技術(shù)、電器等。險提示人形機器人技術(shù)迭代不及預(yù)期風(fēng)險；產(chǎn)品銷量不及預(yù)期風(fēng)險；宏觀經(jīng)濟下2-明 3-明“擎天柱”(Optimus)原型機。本次發(fā)布會現(xiàn)場，特斯拉機器人展示了行走、揮手、搖擺等動作，同時分享了其在汽車工廠搬運、給植物澆水、移動金屬零件的視頻。馬斯克表示人形機器人具備一定程度智能化，可以替格圖表1：Optimus原型機在搬運貨物圖表2：Optimus原型機在汽車工廠移動零件本次發(fā)布原型機情況基本符合預(yù)期，數(shù)據(jù)披露更為詳細，人形機器人發(fā)展確定性強。從本次公布數(shù)據(jù)來看，原型機的身高約173cm，體重73kg，較原官方數(shù)據(jù)增加17公斤。圖表3：Optimus原型機外形有所變化圖表4：Optimus基本參數(shù)情況6個、腰部2個、髖部6個、膝部2結(jié)構(gòu)加入仿生學(xué)設(shè)計，如膝蓋關(guān)節(jié)分為4個子電機，和人類膝蓋關(guān)節(jié)/韌帶s動力系統(tǒng)：高度集成，搭載特斯拉自研電池技術(shù)，其配備一個帶有集成電子設(shè)備的2.3kWh電池組，理論電壓為52V。冷卻系統(tǒng)特斯拉采用高度集成充電管理，復(fù)用汽車電池的能量管理系統(tǒng)。感知系統(tǒng)：原型機基本采用Tesla電動車相同設(shè)備，包括其自主研發(fā)的芯片集成系統(tǒng)作為“大腦”，以及三顆Autopilot級別攝像頭。同時，原型機在手指搭載了具備感知功能的傳感器，可以自適應(yīng)進行抓取。4-明計算系統(tǒng)：主控芯片采用特斯拉自研SOC芯片，支持Wifi、LTE以及音頻功能，具備硬件級別安全功能。AI訓(xùn)練芯片將采用DOJO進行訓(xùn)練。圖表9：Optimus執(zhí)行器具體結(jié)構(gòu)圖表6：Optimus采用6類執(zhí)行器圖表10：Optimus視覺導(dǎo)航技術(shù)2、點評觀點：六大視角看人形機器人相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈投資機會特斯拉人形機器人正式推出將加快機器人技術(shù)滲透，賽道有望保持高景氣。此次TeslaAIDay上展示的原型機在運動表現(xiàn)上相較于BostonDynamics5-明顯更快，有望進一步催化電驅(qū)型全尺寸人形機器人的發(fā)展。根據(jù)馬斯克介紹，特斯拉將繼續(xù)組裝更多機器人投入真實工業(yè)場景(如特斯拉的加州Fremont工廠)進行測試，從而進一步優(yōu)化設(shè)計。我們認(rèn)為，原型機的成功推出將為人形機器人領(lǐng)域注入強心劑，有望加快智能機器人發(fā)展速度，人形機器人運動設(shè)計難度高，本次原型機亮點在于結(jié)構(gòu)驅(qū)動。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，特斯拉機器人可以量化人體運動軌跡、力度，使得機器人行動更靈敏。研究人員采用與汽車相同的底層技術(shù)，讓機器人在所有組件中產(chǎn)生壓力，使得其行走時控制變得更加容易；機械驅(qū)動系統(tǒng)方面，針對不同載荷和運動精細程度的要求，特斯拉采用了不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)和軸承裝備方案。對比工業(yè)機器人用減速器，我們認(rèn)為人形機器人用減速器存在顯著區(qū)別。人形機器人用減速器成本要求和質(zhì)量要求較高。對大規(guī)模量產(chǎn)的人形機器人來說，成本控制很關(guān)鍵，而人形機器人的關(guān)節(jié)數(shù)量較多，所以對成本更為敏感。此外，人形機器人減速器對其精度的要求可能和工業(yè)機器人有所差異。工業(yè)機器人依賴超高的定位精度，而人形機器人因為有更加智能化的控制算法，未必通過追求超高精度來實現(xiàn)對機器人的控制，可能更多依賴力反饋。人形機器人減速器對效率要求也會更高。工業(yè)機器人可以帶電線工作，一臺機器人的能耗在工廠里占比極低；但人形機器人需帶電池工作，關(guān)節(jié)效率會直接顯著影響人形機器需要的帶電量，進而提高機器人的從機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動單元和關(guān)節(jié)設(shè)計角度出發(fā)，行星減速器、諧波減速器和RV器人應(yīng)用場景中，單靠電機的扭矩直驅(qū)很難實現(xiàn)相應(yīng)功能，在現(xiàn)有人形機器人方案中，目前特斯拉機器人采用的是高減速比的諧波減速器，HondaAsimo采用的也是類似的設(shè)計；美國OSU小減速比力矩透明性更高，具有反向可驅(qū)動性好，效率高，力矩的線性度比大。不同機器人的設(shè)計側(cè)重不同，因此采用大減速比還是小減速比減速器主要取決于機器人的功能、空間布局和設(shè)計等全局因素?？傮w來看，我們認(rèn)為在保證小尺寸、質(zhì)量輕的同時能夠額定輸出較高扭矩的情況下，行當(dāng)下減速器市場內(nèi)資減速器品牌國產(chǎn)替代正在進行。精密減速器作為技術(shù)此先進入者具備先發(fā)優(yōu)勢。當(dāng)下精密減速器市場仍由德日品牌主導(dǎo)，日系龍頭哈默納科、納博特斯克分別占據(jù)諧波減速器、RV減速器市場60%以上的市場份額，兩者產(chǎn)品定位高端，品牌效應(yīng)明顯，與下游客戶廠商深度綁定。但近年來，國內(nèi)減速器市場國產(chǎn)替代趨勢明顯，內(nèi)資品牌不斷實現(xiàn)技術(shù)突破，同時配合下游需求持續(xù)擴充產(chǎn)能，逐漸開始切入下游客戶，內(nèi)資份額開始明顯提升。我們通過分析哈默納科與納博特斯克的發(fā)展歷程和供應(yīng)鏈方面，電動汽車與機器人供應(yīng)鏈存在差異，目前機器人供應(yīng)鏈主要成本結(jié)構(gòu)方面，人形機器人與特斯拉電動汽車成本結(jié)構(gòu)有所差異，其中電池成本占比較低，2.3kwh電池預(yù)計成本為2000-3000元左右。從目前人形機器人公布的運動功耗500w來看，未來機器人的電池路線與電動汽車會有所不同，考慮到機器人的總重量受限，我們認(rèn)為人形機器人對電池體積能量密度要求比車載電池更高。6-明技術(shù)體系方面，特斯拉機器人未來行業(yè)主要看點在供應(yīng)鏈配套和技術(shù)方向。由于機器人對輕量化和輸出密度方向的要求高于汽車，因此新材料和新技術(shù)有望受益。同時人形機器人對電機和減速器功率密度和輸出扭矩等要求，動安全或有應(yīng)用空間，特斯拉機器人目前仍然有安全繩保護，我們認(rèn)為未用在人形機器人上。特斯拉機器人采用與特斯拉汽車相同的FSD計算平臺，所有動作都是通過AI模型學(xué)習(xí)得來，面部配置8個autopilot攝像頭。最遠監(jiān)測距離250米；通過視覺系統(tǒng)和算法，能夠準(zhǔn)確識別手與物體的位置，完成視頻中顯示的取放物體、澆花、工廠勞動；眼見為實，人類從外部世界獲取的信息有75-80%來自視覺，而機器人是替代人去完成各項從基礎(chǔ)/逐步復(fù)雜的工作，所以人形機器人的感知系統(tǒng)，勢必會更多映射人與世界交互的特點，即以視覺為核心感知手段。而除了可見光視角下的感知，還存在其他光譜波長下的客觀世界，因此，為了更好的應(yīng)對復(fù)雜的場景變化，我們預(yù)計人形機器人未來可能需要在可見光感知的基礎(chǔ)上，拓展其他關(guān)譜波長(比如紅外、毫米波、微博、X光等)的感知能力，帶來相應(yīng)的市場機遇。感知過后是認(rèn)知，即類似人從五官到大腦的處理過程，基于不斷完善優(yōu)化的算法模型與足夠的算力，通過海量視覺信息，來訓(xùn)練模型，不斷提升識人而言，AI視覺是對視覺傳感器所采集信息的分析環(huán)節(jié)，在機器認(rèn)知系統(tǒng)中起著重要作用。在具體的商業(yè)實踐當(dāng)中，算極限，算法與數(shù)據(jù)被認(rèn)為是現(xiàn)階段相對稀缺的AI要素資源，前者往往來自于頂尖的模型貢獻，后者一般需要長期與行業(yè)客戶保持密切合作積累海量用戶數(shù)據(jù)，以獲得不同場景下的客觀差異，匹配不同的策略。中國市場具備豐富的落地應(yīng)用機遇。2.4電子：從特斯拉機器人看半導(dǎo)體芯片投資機會要功能是協(xié)調(diào)四肢和傳感視覺反饋，借助超級計算機的算力，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回顧電子半導(dǎo)體發(fā)展的歷程，每一輪的高速成長，都有硬科技爆款產(chǎn)品的年，智能手機的高速發(fā)展帶動電子半導(dǎo)體的黃金十年，2018-2021年，AIoTG算、智能電動汽車等新興領(lǐng)域的崛起驅(qū)動半導(dǎo)體快速發(fā)展。目前電子半導(dǎo)體進入到了階段性下行周期，我們研判，未來有望在AI芯片：AI芯片是所有機器人的核心大腦和心臟。Tesla擎天柱將運用Tesla最先進的AI技術(shù)，頭部配備8顆與Tesla汽車相同的Autopilot攝像頭，內(nèi)置FSD芯片，并基于視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)測能力的自動駕駛技術(shù)驅(qū)動，與汽車共用AI系統(tǒng)，D1芯片將為機器人提供算力支持。同時每個特斯拉機器人將配備1個特斯拉SOC，同時支持Wi-Fi和LTE連接。同時特斯拉機器人也支持如同電動汽車那樣的迭代與升級。21年8月20日，特斯拉在AIDay上推出其人工智能訓(xùn)練計算機DojoD1芯片，基于7納米工藝，Dojo訓(xùn)練模塊由25個D1芯片組成，算力高達每秒9千萬億次。22年10月1日，特斯拉在AIDay上表示預(yù)計在2023年建造第一臺利用D1芯片打造的超級計算機集群DojoExaPod。22年英偉達秋季GTC發(fā)布了新一代史詩級自動駕駛芯片Thor，算力高達2000TOPS，將兼顧輔助駕駛、座艙娛樂等功能，英偉達芯片目前在自動駕駛領(lǐng)域市占率極高，性能7-明優(yōu)勢明顯，未來有望向其他應(yīng)用場景擴展。小米研發(fā)的仿生機器人智能機器人芯片全志科技、瑞芯微等，海外主要為高通、英偉達以及特斯拉自研芯片為主。功率半導(dǎo)體器件：和電動汽車的邏輯一樣，驅(qū)動電機需要功率半導(dǎo)體器件，這一塊我們認(rèn)為中高壓MOS、IGBT、碳化硅器件會比較受益。國內(nèi)重點息顯示屏，并搭配深度相機，如特斯拉擎天柱的頭部上將配備8個跟特斯拉汽車相同的智能駕駛攝像頭，最遠監(jiān)測距離可達250米，這將增加對圖MCU，越高的自由度能夠模仿更逼真的人類動作。目前特斯拉機器人全身能夠?qū)峂CUMCU，預(yù)計整個控制器成本占比在10%左右，預(yù)計隨著未來機器人不斷迭代，在行為上更接近人體動作后，中高端MCU的用量將不斷增加。目前國內(nèi)中存儲芯片：機器人活動中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)以及邊緣端算力的提升也將基于存儲數(shù)據(jù)，大容量存儲芯片需求將帶動市場擴容，將催生對DRAM、NandFlash、NorFlash以及SRAM等存儲芯片的需求。國內(nèi)重點存儲標(biāo)的：長江存儲、合肥長鑫、兆易創(chuàng)新、北京君正等。模擬芯片：在人形機器人中動力總成系統(tǒng)為核心關(guān)鍵，包括電池系統(tǒng)(電芯、熱管理等)，電驅(qū)系統(tǒng)(電機、電控與減速器等)總成本占比超30%，這些動力系統(tǒng)以及身體其他部位進行連接，以及信號轉(zhuǎn)換、信號傳輸、隔離等均帶動電源管理芯片、信號鏈等模擬芯片的需求。目前國內(nèi)典型模擬2.5通信：從特斯拉機器人看智能化投資機會機器人和汽車是智能化時代的兩個最大場景，機器人作為下一代智能終端形機器人產(chǎn)品形態(tài)上雖然仍處于初級階段，但對于未來的迭代和演進指明了非常明確的方向和目標(biāo)。馬斯克提出Optimus擎天柱機器人未來規(guī)模要Optimus學(xué)習(xí)，以類似自動駕駛的方式來驅(qū)動，AIDay的三部分Optimus人形機器人、業(yè)，其芯片、算法等技術(shù)積淀可在人形機器人中高度復(fù)用。FSD所用到的持。借鑒波士頓動力、日本本田等已有的人形機器人，預(yù)計公司在雙臂雙代，R驅(qū)動、控制等機身硬件，然而智能化程度提升必然增加對芯片、通信模組、云計算資源的需求。我們認(rèn)為機器人軟件占比也將復(fù)刻汽車軟件發(fā)展路徑，對標(biāo)智能汽車，人形機器人將增加傳感器、芯片、智能網(wǎng)聯(lián)、導(dǎo)航需求。預(yù)計人形機器人主要用于商用場景，不管居家還是外出服務(wù)，或從事危險8-明能汽車，增加攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、紅外傳感器、超聲波雷達等需求；2)算力芯片：當(dāng)前芯片市場份額主要由海外玩家占據(jù)，包括英偉達、英特爾Mobileye、高通等，可關(guān)注有工程師紅利、本土化服務(wù)能力強AI主要面對家庭和服帶芯片、模組、智控器行業(yè)機會；4)定位：根據(jù)機器人使用場景不同，需室內(nèi)或戶外導(dǎo)航、高精度地圖等需求。AGI的本質(zhì)是涌現(xiàn)，需要足夠的數(shù)量才能從量變到質(zhì)變，云計算基礎(chǔ)設(shè)施AI化。智能化AI算法訓(xùn)練需要大量場景數(shù)據(jù)，R人對算力的需求也將維持接近50%左右的復(fù)合增速。人機交互、AI視覺等算法是人形機器人商用場景的核心競爭力。根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，科大訊飛、百度云、阿里云當(dāng)前已進入人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈。預(yù)計未來更多人形機器人走向商業(yè)化，以上企業(yè)有更多機會參與行業(yè)總體機會。人形機器人在今年上半年一級市場已然火爆，互聯(lián)網(wǎng)大廠紛紛押注投資布局。互聯(lián)網(wǎng)大廠具備技術(shù)、人才、資金、客戶等多方優(yōu)勢，投資方向具備一定指導(dǎo)意義。雖然當(dāng)前人形機器人仍處于行業(yè)早期階段，但隨著特斯拉等全球領(lǐng)，市場投資機會將層出不窮。2.6工控：從特斯拉機器人看伺服電機投資機會根據(jù)本次會議內(nèi)容，特斯拉人形機器人在驅(qū)動電機方面采用：1)28個一體化關(guān)節(jié)驅(qū)動器，以模擬人類關(guān)節(jié)與肌腱形態(tài)，并根據(jù)不同場景分為6類，化等。據(jù)不同關(guān)節(jié)需求，按照不同功率參數(shù)與電機類型，初步測算單臺價值量在幾萬到十萬元區(qū)間，按照未來百萬臺級別的出貨預(yù)期，對應(yīng)數(shù)百億的市場需求規(guī)模，需求彈性較大；2)伺服是國內(nèi)工控企業(yè)的優(yōu)勢環(huán)節(jié)，在伺服份額、方案儲備、工藝沉淀、成本控制方面較強，技術(shù)上國產(chǎn)化路徑通暢。投資建議機械板塊：預(yù)計隨著機器人持續(xù)迭代優(yōu)化，未來國內(nèi)各減速器廠商的技術(shù)和設(shè)備持續(xù)升級、產(chǎn)能持續(xù)提升，有望加速滲透減速器市場，提高市場份建議關(guān)注國內(nèi)諧波減速器龍頭綠的諧波，國內(nèi)RV減速器領(lǐng)跑企業(yè)雙環(huán)傳動，國內(nèi)精密減速器領(lǐng)先企業(yè)中大力德，進軍精密領(lǐng)域的通用減速器龍頭國茂股份以及大族激光(子公司大族精密傳動主營諧波減速器)等。電車板塊：特斯拉有望整合原有自動駕駛和汽車供應(yīng)鏈資源發(fā)展人形機器人，建議關(guān)注目前已進入特斯拉供應(yīng)鏈，確定性較強的內(nèi)資廠商如三花智計算機板塊：映射到投資機會，除了少部分有可能直接參與特斯拉機器人產(chǎn)業(yè)鏈，建議更多應(yīng)該關(guān)注國產(chǎn)人形機器人崛起后的規(guī)模采購機會，推薦關(guān)注在視覺感知、算法等領(lǐng)域有長期積累，并在汽車、機器人場景已有業(yè)關(guān)半導(dǎo)體芯片的需求，重點推薦關(guān)注地平線、全志科技、瑞芯微、斯達半9-明通信板塊：建議關(guān)注機器人初創(chuàng)頭部公司優(yōu)必選，AI芯片龍頭英偉達，工工控板塊：推薦伺服整體方案完善、累計出貨量較多、工藝積累較強、成本優(yōu)勢突出(如編碼器自制)的匯川技術(shù)，以及電機方案全面、海外品牌4、風(fēng)險提示人形機器人技術(shù)迭代不及預(yù)期風(fēng)險：目前全球人形機器人技術(shù)開發(fā)還處于初級階段，大部分企業(yè)仍處于非盈利狀態(tài)，若有