人形機(jī)器人行業(yè)研究：產(chǎn)業(yè)前景廣闊看好核心零部件

人形機(jī)器人行業(yè)研究：產(chǎn)業(yè)前景廣闊，看好核心零部件1人形機(jī)器人：潛在市場(chǎng)廣闊人形機(jī)器人技術(shù)升級(jí)，可方便操作各種工具機(jī)器人定義：機(jī)器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器，可以輔助甚至替代人類完成重復(fù)枯燥或者危險(xiǎn)繁瑣的工作，從而提高工作效率與質(zhì)量。機(jī)器人分類：國際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）將機(jī)器人按應(yīng)用場(chǎng)景分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。而國內(nèi)一般把機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人三大類。人形機(jī)器人：人形機(jī)器人通常是指外表和運(yùn)動(dòng)方式接近人類的智能機(jī)器人，相比非人形機(jī)器人，人形機(jī)器人可以更加方便地操作為人設(shè)計(jì)的各種工具和儀器。迎來重要機(jī)遇期，人形機(jī)器人有望加速產(chǎn)業(yè)化機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集機(jī)電、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器等多門學(xué)科于一體，人形機(jī)器人是衡量國家科技實(shí)力和高端制造業(yè)水平的一個(gè)重要標(biāo)志。近年來，中國作為世界最大機(jī)器人市場(chǎng)之一，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段。隨著全球數(shù)字化進(jìn)程發(fā)展，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正迎來重要機(jī)遇期?！吨袊鴻C(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2022年）》中提到預(yù)計(jì)到2024年，全球服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將有望突破290億美元，中國服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將有望突破100億美元。人形機(jī)器人有望加速產(chǎn)業(yè)化：在疫情防控、人口老齡化、和政策支持等因素的驅(qū)動(dòng)下，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，中國服務(wù)機(jī)器人的投資金額近年來增長迅速。人形機(jī)器人可看作現(xiàn)有服務(wù)機(jī)器人的進(jìn)一步技術(shù)升級(jí)，隨著服務(wù)機(jī)器人的投資金額迅速增長，人形機(jī)器人也有望加速產(chǎn)業(yè)化。人形機(jī)器人潛在市場(chǎng)預(yù)估，2035年或可達(dá)千億美元?jiǎng)趧?dòng)力短缺問題進(jìn)一步凸顯，人形機(jī)器人前景廣闊?，F(xiàn)在勞動(dòng)力短缺已成為世界性難題，中國的勞動(dòng)力數(shù)量也連年下降，人形機(jī)器人將來或可成為緩解勞動(dòng)力短缺問題的關(guān)鍵技術(shù)。中國人口老齡化問題嚴(yán)重，人形機(jī)器人在養(yǎng)老助殘領(lǐng)域大有可為。第七次全國人口普查的結(jié)果顯示：中國60歲及以上人口為264018766人，占比為18.70%，與2010年第六次全國人口普查相比上升5.44個(gè)百分點(diǎn)。人形機(jī)器人潛在市場(chǎng)大，高盛預(yù)測(cè)市場(chǎng)可達(dá)千億。高盛在2022年11月的一份報(bào)告中預(yù)估，在未來10到15年內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)至少60億美元的人形機(jī)器人市場(chǎng)，甚至在最理想的情景下（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、用例、技術(shù)、可負(fù)擔(dān)性和公共接受度等障礙被克服），2035年人形機(jī)器人市場(chǎng)或?qū)⑦_(dá)到1540億美元。另外，MarketsandMarkets也對(duì)人形機(jī)器人市場(chǎng)進(jìn)行了報(bào)告，預(yù)測(cè)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將從2023年的18億美元增長到2028年的138億美元，其復(fù)合年增長率可達(dá)50.2%。相關(guān)政策助推人形機(jī)器人發(fā)展機(jī)器人作為智能制造發(fā)展領(lǐng)域的重要一環(huán)，受到國家的高度重視。近年來，國家出臺(tái)多項(xiàng)政策，助推機(jī)器人的發(fā)展，各省市也結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，紛紛發(fā)布機(jī)器人利好政策。深圳市、上海市、北京市等地率先提出要推動(dòng)人工智能和機(jī)器人的結(jié)合，加強(qiáng)對(duì)智能機(jī)器人的扶持。政策支持助推人形機(jī)器人發(fā)展，科技企業(yè)進(jìn)軍機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已成為大勢(shì)所趨。2人形機(jī)器人相關(guān)技術(shù)解析人形機(jī)器人的進(jìn)化速度快，產(chǎn)業(yè)化有望加速人形機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速，以優(yōu)必選人形機(jī)器人Walker為例，五年時(shí)間就經(jīng)過了四次迭代，運(yùn)動(dòng)能力和AI都有了很大的提高。隨著AI、傳感器、數(shù)字化等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人形機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化有望加速。感知系統(tǒng)獲取信息，主要由傳感器組成人形機(jī)器人的感知系統(tǒng)就像是人的眼睛、耳朵等感覺器官，可以獲取人形機(jī)器人內(nèi)部和外部的環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)。感知系統(tǒng)主要是由具有不同功能的各種傳感器構(gòu)成，可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器是用來檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間的角度）的傳感器，外部傳感器是用來檢測(cè)外部環(huán)境及狀況的傳感器。控制系統(tǒng)核心為控制器，處理感知系統(tǒng)信息人形機(jī)器人的控制系統(tǒng)根據(jù)感知系統(tǒng)提供的信息來對(duì)機(jī)器人的行為和動(dòng)作進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，和感知系統(tǒng)相互配合，使機(jī)器人能夠根據(jù)感知到的環(huán)境信息做出相應(yīng)的響應(yīng)和動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)的核心是控制器，負(fù)責(zé)接收傳感器的反饋信號(hào)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法生成相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)所需的動(dòng)作和任務(wù)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為主流人形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，由各個(gè)關(guān)節(jié)的傳動(dòng)裝置組成，可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為三大類型：液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前大多數(shù)人形機(jī)器人使用的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)殡妱?dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制精度高，可以實(shí)現(xiàn)精確的關(guān)節(jié)位置和速度控制，適用于需要高精度運(yùn)動(dòng)的人形機(jī)器人。波士頓動(dòng)力的Atlas機(jī)器人使用的是液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：關(guān)節(jié)和靈巧手人形機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括關(guān)節(jié)、靈巧手、骨架等結(jié)構(gòu)。骨架起到支撐作用，而關(guān)節(jié)、靈巧手對(duì)人形機(jī)器人的靈活性有著非常重要的影響。關(guān)節(jié)：關(guān)節(jié)是機(jī)器人連桿接合部位形成的運(yùn)動(dòng)副，共同形成機(jī)器人肢體所需的運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)包括線性關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和球形關(guān)節(jié)。靈巧手：人形機(jī)器人的末端執(zhí)行器，用于抓取物品，要求能夠柔順抓取不同形狀，不同質(zhì)量的物體。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：關(guān)節(jié)和靈巧手靈巧手：人形機(jī)器人的靈巧手是一種末端執(zhí)行器，與工業(yè)機(jī)器人相比，人形機(jī)器人的靈巧手不是針對(duì)特定任務(wù)設(shè)計(jì)的，而要具備通用抓取能力。特斯拉的Optimus使用的是外置式靈巧手，有5個(gè)手指，6個(gè)執(zhí)行器，11個(gè)自由度。3核心零部件受益，關(guān)注投資機(jī)會(huì)核心零部件之一減速器：技術(shù)壁壘高，需求量大機(jī)器人相關(guān)零部件中的核心零部件是減速器，伺服電機(jī)和控制器，減速器是機(jī)器人生產(chǎn)中技術(shù)壁壘最高的零部件。人形機(jī)器人的發(fā)展，對(duì)減速器的產(chǎn)量及市場(chǎng)規(guī)模起到一個(gè)助推作用，2023年中國減速器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)?；?qū)⒋蠓鲩L。成本構(gòu)成分析：人形機(jī)器人的一個(gè)自由度對(duì)應(yīng)一個(gè)減速器，相比工業(yè)機(jī)器人需要的3-6個(gè)減速器，人形機(jī)器人的自由度明顯增多，需要大約三四十個(gè)減速器，所以在成本構(gòu)成中的比例也應(yīng)該高于工業(yè)機(jī)器人，預(yù)計(jì)占40%。而用于驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)的數(shù)目也需要相應(yīng)的增多，預(yù)計(jì)占23%。由于人形機(jī)器人的負(fù)載不需要像工業(yè)機(jī)器人那么大，所以對(duì)材料的要求較低，且3D打印技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用以降低成本，預(yù)計(jì)占10%。控制器大多由廠家自研，控制器及其他共占27%。核心零部件之一減速器：RV減速器原理RV減速器結(jié)構(gòu)：RV減速器為二級(jí)減速結(jié)構(gòu)，由一個(gè)行星齒輪減速器和一個(gè)擺線針輪減速器組成。行星齒輪減速器中的正齒輪為第一級(jí)減速，擺線針輪減速器的針齒輪為第二級(jí)減速。第一級(jí)減速:由輸入齒輪傳遞至正齒輪，按齒數(shù)比進(jìn)行減速，曲軸與正齒輪連接，帶動(dòng)RV齒輪進(jìn)行偏心運(yùn)動(dòng)。第二級(jí)減速:針齒比RV齒輪的齒數(shù)多1個(gè)，RV齒輪進(jìn)行1圈偏心運(yùn)動(dòng)就沿反方向旋轉(zhuǎn)1個(gè)齒數(shù)。核心零部件之二伺服系統(tǒng)：伺服電機(jī)精準(zhǔn)控制關(guān)節(jié)大多數(shù)人形機(jī)器人采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，通常使用的電機(jī)是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)是人形機(jī)器人電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心組件，通過與關(guān)節(jié)相連的機(jī)械結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)人形機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行精確控制。伺服電機(jī)的“伺服”不是指電機(jī)的結(jié)構(gòu)，而是指“服從”的意思。伺服電機(jī)是一種具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的電機(jī)，通常由直流電機(jī)或交流電機(jī)作為執(zhí)行器，并不斷將實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行反饋來調(diào)整控制，從而實(shí)現(xiàn)高度“服從”的精準(zhǔn)控制。核心零部件之三空心杯電機(jī)：空心杯電機(jī)潛在市場(chǎng)空心杯電機(jī)潛在市場(chǎng)：靈巧手對(duì)空心杯電機(jī)的需求量較大，參考特斯拉人形機(jī)器人Optimus，一個(gè)人形機(jī)器人需要12個(gè)空心杯電機(jī)。如果采用有刷空心杯電機(jī)，單價(jià)約為600元，那一個(gè)人形機(jī)器人的空心杯價(jià)值量為7200元。如果采用無刷空心杯電機(jī)，單價(jià)約為1000元，則為12000元。根據(jù)新思界的報(bào)告，2022年全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模為7.9億美元，機(jī)器人為空心杯電機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，人形機(jī)器人市場(chǎng)的增長將很大程度上帶動(dòng)空心杯電機(jī)市場(chǎng)增長。核心零部件之四傳感器：人形機(jī)器人對(duì)傳感器要求高傳感器的作用是獲取人形機(jī)器人內(nèi)部和外部的環(huán)境信息，并把這些信息反饋給控制系統(tǒng)，可分為位置傳感器、角度傳感器等內(nèi)部傳感器和視覺傳感器、接近覺傳感器、觸覺傳感器和力覺傳感器等外部傳感器。與工業(yè)機(jī)器人相比，人形機(jī)器人對(duì)交互、導(dǎo)航、避障等功能的要求更高，對(duì)傳感器的要求也更高。人形機(jī)器人的所用的傳感器種類繁多，以視覺傳感器為例，人形機(jī)器人的視覺傳感器就包括攝像頭、超聲波傳感器、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等類型，它們共同構(gòu)成人形機(jī)器人的視覺。4重點(diǎn)公司分析綠的諧波諧波減速器龍頭：綠的諧波主營業(yè)務(wù)為諧波減速器和機(jī)電一體化執(zhí)行器，研究諧波減速器多年以來已推出近百種諧波減速器，并不斷更新改進(jìn)產(chǎn)品，品牌受到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)同。諧波減速器業(yè)務(wù)占比高：2022年公司營業(yè)收入中諧波減速器業(yè)務(wù)占絕大部分，占比為93.4%。營收有望大幅增長：2020年諧波減速器營收為2.04億元，2021年增長至4.16億元，2022年穩(wěn)定維持在4.16億元。2022年公司諧波減速器的銷量接近26萬臺(tái)，人形機(jī)器人對(duì)諧波減速器的需求量非常大，2023年諧波減速器銷量預(yù)計(jì)會(huì)有很大提升，營收有望大幅增長。雙環(huán)傳動(dòng)布局RV減速器賽道：雙環(huán)傳動(dòng)主營業(yè)務(wù)為機(jī)械傳動(dòng)齒輪及相關(guān)零部件的研發(fā)，聚焦精密傳動(dòng)事業(yè)40多年，積極布局RV減速器賽道，2020年成立全資子公司環(huán)動(dòng)科技，專門從事