（报告出品方/作者：民生证券，李哲、赵璐）
1 人形机器人，产业趋势还是昙花一现？1.1 特斯拉发布 Bot，掀起人形机器人热潮
在 2021 年的 Tesla AI Day 上，马斯克公布了人形机器人 Tesla Bot（Optimus）的概念。 近期，马斯克又将原计划 8 月 19 日举办的特斯拉 AI 日，改为 9 月 30 日举办，因为届时将发 布 Optimus（“擎天柱”）原型机。 据官方描述，特斯拉 Optimus 机器人身高约 172CM、体重约 56KG，能够硬拉 68KG 左右，它的诞生是为了消除危险、重复和无聊的任务，以便人类可以专注于更加愉快的工作。 长期以来，马斯克对人工智能发展的危险性和缺乏监管的状态直言不讳，但他向外界保证 Optimus 是友好无害的，特斯拉机器人的速度被特意设计得很慢，最高时速约为 2 米/秒，并 且比人类更弱。
据称，该款人形机器人结合了特斯拉的 AI 技术，即基于视觉神经网络神经系统预测能力的 自动驾驶技术，具有极强算力的 DOJO D1 超级计算机芯片，Dojo 架构拥有一个大规模计算 平面，极高宽带和低延迟。作为 Dojo 架构的重要组成部分，D1 芯片采用 7 纳米制造工艺， 处理能力为每秒 1024 亿次。由于每个 D1 芯片之间都是无缝连接在一起，相邻芯片之间的延 迟极低，训练模块最大程度上实现了带宽的保留，配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器， 算力高达 9PFLOPs（9000 万亿次）。
1.2 人形机器人，各项用途的最大公约数
中国电子工业学会将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。 其中，1）工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工 过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复长时间作业；2）服务机器人是指在 非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人；3）特种机器人指代替人类 从事高危环境和特殊工况的机器人。 目前，全球机器人发展已有超过半个世纪，但据 IFR 数据，2019 年全球工业机器人保有量 仅 272 万台，按照世界人口网数据 2019 年全球 230 个国家 75 亿人口计算，工业机器人的人 均保有量仅为 3.63 台/万人。2019 年，工业机器人受全球贸易摩擦升级影响，新安装量出现下 滑，据 IFR 预计，到 2022-2023 年才可能恢复至疫情前水平。相比之下，服务机器人、特种机器人因疫情催化“非接触”使用场景增加，发展势头迅猛。
回顾过去几十年发展历史，工业机器人发展速度迟缓，除了受宏观经济影响外，还与其初 级的智能水平、难以迁移的应用环境有关。传统工业机器人主要是解决传统制造业的效率问题， 在静态、结构化、确定性的无人环境中完成重复性作业，其工作特点在于空间相对隔离、与人 非接触、预编程或示教再现控制、需要外部安全保障。伴随制造业本身的升级和转型，小批量、 多品种、短周期、个性化将成为新兴制造业的显著特点，因此工业机器人的趋势也将是可融入 人类生产与生活环境、与人优势互补、合作互助，进而成为具备可变作业能力的人类助手型机 器人。
机器人最终需要在人类所处的现实环境中工作。开发人形机器人比修改整个环境显得更经 济合理。现代社会的环境是为人类自身设计的，例如，走廊的宽度、阶梯的高度、扶手的位置 和门把的位置等数不胜数的事物都要适合人的尺寸和运动，这些是社会建造过程中的沉没成本。 因此，当机器人具有人的形状并能像人一样活动时，就不需要为机器人而改变人的环境。常见 的轮式机器人使用条件苛刻，需要在一个非常平的地面上来使用，没有任何的越障能力，这种 理想的工作环境其实是非常少的。如果要想满足它丰富功能的话，还是要做成一个有自主越障 能力，所以人形是一个好的选择。
1.3 下一代的商业入口
人形机器人较其他服务机器人更容易被人们接受。参照“恐怖谷效应”，在中等程度偏上的 逼真性以前，无论是静态仿真物还是动态仿真物，人们对它的好感程度是随逼真性的提高而增 加。也就是说，中等偏上程度的仿真时最受人们欢迎的，最能够赢得受众。而随着逼真性向较 高程度增强，人们的好感度会陡然下降。在“恐怖谷理论“第一段曲线上升部分，人类与人形 机器人更容易产生情感上的交流。人形机器人在外形和行为设计上模仿人类，具有手部、足部、 头部和躯干等，容易获得人类好感、亲近感并能满足情感认同。并且它们与人类接近程度越高， 被接受和认可的程度就越高，具有人的外形是机器人成为人类伙伴并为人们带来乐趣的非常重 要的因数。 人形机器人有望成为继手机、汽车后的又一入口，商业价值巨大。手机入口整合了通话、 地图、工作、娱乐等众多功能，是各功能依托的总入口。而人形机器人功能更加全面，与人互 动场景多元更加多元，有望成为新的商业入口。根据艾媒网、Statista 数据，2021 年我国人均 花费在手机上的时间达到 3.3 小时/天。此外，2021 年移动应用的用户支出达到 1700 亿美元 （约合 1.08 万亿人民币），与去年相比增长了 19%。下载量以同比 5% 的速度继续增长，达 到 2300 亿次。
展望人形机器人的未来发展速度，我们认为可以参考特斯拉电动车的放量节奏。回溯历史， Model-S 在 2012 年推出，2013 年特斯拉电动车销量达到 2.2 万辆，2014 年达到 3.2 万辆， 2015 年实现 5.1 万辆。随着 2017 年推出 Model-3 达到大规模生产，销量快速增长，从 2017 年的 10 万辆快速增长到 2021 年的近 100 万辆。我们认为，特斯拉汽车销量的绝对额增长是 从 Model-3 的推出开始加速，起初走的是高端概念型路线，往往是忠实粉丝开始应用，同时搜 集各种数据进行改进，然后逐步起量。我们认为人形机器人的发展过程可能也与此有相似之处。
不同的是，对于人形机器人，其他科技企业会更快地跟进，国内与国外科技企业都纷纷注 意到这个赛道，在做前瞻布局。一些领先企业在做准备，明年也将推出，因而真正放量时不仅 要考虑特斯拉，其他国内外企业也会放量。如果人形机器人的放量节奏类似于特斯拉汽车，那 么 2023-2024 年人形机器人可以大致对应特斯拉 2013-2014 年的销量，随着其他厂商原型机 推出后也逐步起量，2025 年开始人形机器人对标 2015 年全球纯电动车销量。 但对于 9 月 30 日发布的机器人，我们认为不应抱有过高的预期，原因在于人形机器人对 智能化水平、通信、执行、传感等方向的要求非常高，最终较为理想的人形机器人一定是经过 多次迭代，不断打磨后的产品。而特斯拉 bot 的到来，其最重要的意义在于开启了整个产业的 快速发展过程，未来一段时间，预计很多科技企业都会向人形机器人的方向努力，争夺赛道， 产业趋势可能会加速来到我们面前。
2 Optimus 的前辈们Tesla Bot 并非首款人形机器人，从 21 世纪初本田发布首款人形机器人 AISMO 原型机开 始，全球多家科技公司及高校先后发布人形机器人。从设计初衷来看，人形机器人定位多用于 生活服务，与人类交互，以及专门用于科研领域。其中，较为知名的不乏有波士顿动力的 Atlas 机器人、欧洲 iCUB、软银的 Pepper、Alderbran 公司的 Nao 机器人，以及优必选 Walker 系 列。研究他们的设计思路，对 Optimus 也会有所借鉴。
3 人形机器人的可能解决方案有哪些？3.1 人形机器人的成本构成与工业机器人有哪些区别？
从外形上看，人形机器人采用的是 L 型结构，每个关节紧密连接，其集成度要比传统的工 业机器人更加紧凑，也更加灵活。而从成本上构成上看，二者也有一定的差异。 传统的工业机器人产业链，包括上游零部件供应商、中游本体供应商、下游系统集成和服 务提供商，以及终端应用市场。其中有减速器、控制器、伺服系统分别占 31%、10%、20%。 本体占比在 24%，系统集成约占比 14%。 相比之下，根据我们的产业链调研，人形机器人的本体在成本中占比要低于工业机器人。 由于工业机器人对负载的要求更高，通常需要用到铸铁、高强度钢等金属材料制作，而人形机 器人通常采用密度更小的金属材料，或者复合材料制作，其本体在整个生产中的占比通常在 15% 左右，而工业机器人本体在生产成本中占比通常在 20%以上。在传感方面，人形机器人全身需 要多处传感器，因此在生产成本中也占有较高的比重。
3.2 驱动和执行：谐波减速器 空心杯型伺服电机
3.2.1 减速器：谐波减速器或为主要解决方案，数量或在 45-50 个
从外形上看，人形机器人采用的是 L 型结构，每个关节紧密连接，其集成度要比传统的工 业机器人更加紧凑，也更加灵活。而从成本上构成上看，二者也有一定的差异 减速器是常用作原动件与工作件之间的减速传动装置，在二者之间起到匹配转速、传递扭 矩的作用。其原理在于，把高速运转的动力通过减速机输入轴上齿数少的齿轮啮合输出轴上的 大齿轮，以此来达到减速的目的，原因在于绝大多数工作件负载大、转速低，不适宜用原动机 直接驱动，需通过减速机来降低转速、增加扭矩。常见的减速器有行星齿轮减速机、RV 减速机、 谐波减速机等。
工业机器人大多使用 RV 减速器，主要原因在于 RV 减速器具有疲劳强度大、刚度大，同时 可以保持高精度等特点，但其缺点是重量大、体积大。另外，部分末端会用到谐波减速器，谐 波减速器的负载能力略低于 RV 减速器，在力矩输出要求不是特别高的末端可以满足要求，其 优点是体积小、重量轻。 人形机器人关节处的减速器需要具有传动链短、体积小、功率大、质量轻、易于控制等特 点。根据我们的产业链调研，一般的谐波减速器 减速比在 85-160 之间，更大一些的可以达到 200，而减速比直接决定了输出力的大小，减速 比越高，电机相同转数下输出力越大。体积方面，手指部分可以使用直径 20mm 的减速器，放 置于手掌中，肘部可以使用 30-40mm 减速器，肩部可以使用 50-60mm 减速器。目前，国内 谐波减速器基本可以满足要求。
事实上，在机器人移动一个物体的过程中，真正需要输出力较大的地方主要在于肩部、肘 部、腕部等关节，手指等末端关节对力的要求有限，因此部分末端可以使用行星齿轮减速器替 代。根据我们的产业链调研，行星齿轮减速器的转速比通常在 15-20 之间，如果要实现更大的 力，只能将齿轮缩小，但齿轮过小时很容易损坏。因此，在体积很小的机器人中，通常可以使 用行星齿轮减速器，但要做到消费级机器人，仅可以在末端使用行星齿轮减速器替代谐波减速 器。体积方面，谐波减速器由于其结构通常是由三个行星齿轮，以及中间的一个太阳轮组成， 因此最小的也只能达到 30-40mm。 对消费级机器人而言，其负载通常不会过大。因为负载较高的情况下，其肩关节、肘关节 需要做到很大。另外，机器人本身也需要保持平衡，机器配重不足的情况下很容易倾倒，考虑 到其在运动过程中还要加上力和惯性，所以一般要保证机器人静态下的负重是动态负重的 2 倍 左右。 另外，在精度方面，消费级机器人的精度不会像工业机器人那么高，在加入编码器的情况 下可以达到 0.01mm，只要执行到位即可，相比之下，工业机器人，比如加工机床精度需要达 到 0.002-0.005mm。
3.2.2 伺服系统：电机驱动是主流解决方案
机器人自由度的运动，可能依靠舵机，电机，推杆，气或者液压的伸缩杆，控制器可以对 这些部件进行控制。 从过往人形机器人的伺服解决方案可以看出，Atlas 采用了液压驱动，其优点在于可以承 受高负载。例如在 Atlas 完成后空翻动作时，落地时冲击力会非常大，如果采用电机方案，可 能会导致爆炸，而液压结构更加稳定，除了油压自身的可压缩性，如果使用蓄能器，还能起到 减震作用，使肌体更有弹性。但液压肢体结构的问题在于可能会漏油。此外，Poppy 机器人则 选择了舵机驱动，实际上，舵机也相当于一个完整的伺服系统，里面包含了电机、传感器、伺 服控制器等部件，其优点是价格低廉、结构紧凑，但缺点是精度很低，位置镇定能力较差，只 能满足一些机器人的初级功能需求。因此除此之外，历史上对于负载没有过高要求的人形机器 人，大部分都采用了电机驱动方式。
机器人的伺服系统，包括伺服电机、伺服驱动器、指令机构三大部分。其中，伺服电机 （server motor）是执行机构，指在伺服系统中，控制机械元件运转的发动机，是一种补助马 达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准可以将电压信号转化为转矩和转速 以驱动控制对象。伺服驱动器(server drives)，又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来 控制伺服电机的控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，伺服驱动器主要用于高精 度的定位系统，一般通过位置、速度、力矩三种方式对伺服电机进行控制，属于传动技术的高 端产品。指令机构是发脉冲或者给速度用于配合驱动器正常工作的。
伺服驱动器向电机线圈供应电压、电流，然后通过监控反馈来闭环伺服环路，为伺服电机 供电。多数情况下，伺服驱动器含有三个嵌入式伺服环路：电流环（扭矩环、内部换）、速度环、 位置环，三个环路相互作用，实现精准的运动控制。
人形机器人的伺服系统解决方案是怎样的？ 从外观上看，工业机器人的伺服系统体积较大，有部分机器人伺服系统外置，因此其集成 度不比人形机器人。另外，工业机器人通常使用交流伺服电机，对精度要求更高、体积更大， 而人形使用的是直流无框力矩电机，可以在较小体积下输出较大的力，而且没有外框，只有一 个转子、定子。 从组成上看，人形机器人的伺服电机、驱动器、编码器、减速器等集成在一起，整体组成 一个“空心杯”形状的集合，整个杯形的集合体有输入端、输出端，通过一根总线、一根电源 线，跟控制器联系在一起。由于人的手臂、躯干都是圆形，因此做成杯形更利于本体的安装。 一般，人形机器人每个关节都要一个杯形的集合体，一个手指上面需要一个电机，手指上各关 节可以通过拉线的方式，利用杠杆原理实现弯曲。此外，人形机器人各伺服系统之间是采用串 联方式，工业机器人一般采用并联方式。
伺服系统的设计一般根据机器人应用场景而定，例如机器人的身高、体重、负载等。由于驱 动器是围绕关节设计，因此需要根据机器人的需要的力反过来进行推算。另外，电力系统的功 率输出最后决定了力的输出，因此执行电机的电流也要据此进行设计。 根据我们的产业链调研，一般驱动器和后端输出的力的比值应在 1.2-1.5 倍，之所以保证一 定的余量，主要是防止机器人的某个部位被卡住时，电机继续执行，电流达到最大可能会对电 机、驱动器造成的伤害。一般解决的方式可以采用逆反馈、电流的反馈，加入一些智能算法， 反馈给控制器，保证机器人某个部位被卡住是不会烧坏电机和驱动器。 伺服系统的难点主要在于，从驱动器上看，其上端需要对接控制器，下端需要对应电机，由 于各厂家控制器参数不同，且后端驱动功率、应用范畴、便长城、执行选项等参数较多，如何 能够实现通用性、兼容性，并通过让客户能够快速选项是一个挑战。另外，人性格机器人由于 对集成度的要求较高，刹车、编码器等都在电机中，是通过总成的形式插入到减速器中，进而 连接成一个本体。因此，数量庞大的部件中任何一个出现问题，或者母线出现问题，执行机构 就无法正常运转，进而影响整机的性能。
总体上看，采用微型电机进行控制精度更高，一般额定转速能达到 2000-3000mm 转，及时 性更好，加减速都较快，普遍在几十毫秒以下，且可承受三倍余额定转矩的负载，但电机没有 防油防水功能，无法在高适度和油侵严重环境下使用，相比之下，电缸的耐腐蚀性比较好，但 其精度不如电机。
3.3 控制系统：独立控制器位于头部或躯干，开源系统或为 多场景应用解决方案
运动控制器的作用，是对来自伺服回路的各种反馈信息进行处理，并据此对电机进行换向。 运动控制器与伺服驱动器是经常被混淆的两个概念，实际二者在自动化领域有着微妙的差异。 简言之，运动控制器相当于人的“大脑”，伺服驱动器相当于“神经”，而伺服电机相当于人的 “手”执行由大脑、神经传递过来的命令。 作为基于微处理器的设备，运动控制器具有生成脉冲宽度调制（PMW） 波形的复杂算法。 而伺服驱动器内的功率晶体管，通过传输电流和电压波形，来为伺服电机供电。因此，二者之 间的配合原理是，控制器是将特定命令应用于驱动器中位置、速度或电流环等元件，伺服驱动 器再根据控制器的命令向电机提供电压和电流。
此外，控制器通常具有编程的功能，可以存储和运行程序员提供的代码，其中有大量安全 元件，可用于组件发生故障时防止过载，或停止运动控制。相比之下，驱动器往往专注于接收 控制器输入的命令，并负责功率晶体管的开关，使产生的电流、电压满足命令的要求。 工业机器人的驱控一体在人形机器人中很难实现。原因在于人形机器人的伺服驱动器数量 高达数十个，因此，如果所有驱动器都配有一个控制器，整个机器人的体积将会非常大，很难 实现。因此，人形机器人一般有一个单独的控制器（独立于伺服电机、伺服控制器），也被称作 “上位”。通常人形机器人的控制器会被放在头部，如果视觉、激光雷达、听觉传感器等占用空 间过大，控制器也可能被放置在躯干中，因为躯干中除了电池之外，还有很大空间可以利用。
对于人形机器人的控制器而言，其关键主要在于了解客户的应用场景，以及对相关工艺的 要求。由于终端对精度要求，每向上一级叠加都需要留出一定的余量，因此驱动器对于最终精 度的实现有至关重要的作用。此外，工业机器人一般只有一个固定底座，只有末端有一些视觉 识别过程，相比之下，人形机器人的传感器众多，数据来源有多个口径，需要处理的数据也很 庞大和复杂，难度较大。另外，由于机器人对每个场景的学习和训练过程也需要一定时间，因 此，单独一家厂商还很难将人形机器人做到各个场景的通用。 一种可能的解决方案是，厂商主要负责生产本体，将控制部分做成开源系统，让不同的人 对应用场景进行二次开发，这样特斯拉人形机器人就有可能成为一个标准版的本体，在其能力 范围内，由后端的多样化算法来支持多个客户应用场景，例如 Poppy 机器人、Pepper 机器人。
3.4 本体 视觉控制等外围：本体材料轻量化，传感技术或 仍以视觉为主
3.4.1 本体：轻量化的复合材料、金属材料为首选，对触感要求高的 部位或采用硅胶
本体在整个机器人中属于辅助部分，主要起到支撑、连接各个关节的作用，在整个机器人 成本占比中也是最低的，原因在于相比内部的核心部件，外部的损伤是较易于修复的。 人形机器人本体在成本中比重要低于工业机器人。由于负载的要求，工业机器人的本体一 般需要由铸铁、高强度钢制成。相比之下，人形机器人的本体一般采用密度更小的复合材料， 或密度更小的金属材料，如铝硅、铝镁等，其密度比合金钢更小，但强度、支撑能力也能够满 足负载的要求，关键是材质相对更软，可塑性更好。除此之外，有些机器人的本体也会采用碳 纤维，在保证横端拉力的情况下，质量也较轻。而在手指等末端、对质感和触感要求较高的部位也会采用硅胶作为材料。
此外，一些机器人的关键零部件，可能会采用工业级 3D 打印技术。如历史上法国 INRIA Flowers 研发的 Poppy 机器人就是一种 3D 打印机器人，3D 打印可以降低机器人本体重量， 并减轻伺服电机等关键部件的压力，从而降低成本，并实现快速制作。另外，像波士顿动力的 Atlas 机器人关键结构件也是使用工业级 3D 打印制作，驱动器和液压管路是被嵌入结构当中， 所有的动态平衡、传感、过滤、排污阀、动力装置所需的一切零件，都集成在一个 3D 打印部 件中而非由单独的组件制成。
3.4.2 传感：仍以视觉传感为主，或引入工业级双目/多目相机
与人相同的是，人形机器人也需要很多传感器。根据检测对象的不同，可以分为内部传感 器、外部传感器。内部传感器一般用来检测机器人本身状态，多为检测位置和角度的传感器。 外部传感器一般用来检测机器人搜出环境装款，如物体识别传感器、物体探伤传感器、接 近觉传感器、距离传感器、力觉传感器、听觉传感器等。
从已经发布的几款人形机器人来看，视觉、语音、触觉、力觉、测距、姿态等需要基本都 需要配备相应的传感器，传感器的数量少则十数个，多则上百个（如 Nao 机器人）。一般视觉 传感多采用双目或多目的高清摄像头、立体摄像机，姿态传感器采用陀螺仪，探测器包括激光 雷达、声纳、超音波感应器等，语音识别多以麦克风形式。
由于人形机器人不仅需避障、路径规划，还需要准确识别目标，因此若要完成类似人手的 精密操作，机器人视觉系统定位精度需达毫米级，需引入工业级双目/多目相机，单机价值量相 对普通服务机器人较高。预计人形机器人的 3D 传感器成本将远高于普通的服务机器人，但要 略低于工业机器人。此外，激光雷达通常会作为视觉传感的辅助，因为在机器人工作过程中， 很多物体都是“眼见为虚”的，需要借用激光雷达对景深进行验证。 除视觉之外，人形机器人还需要加入力传感器，例如对于一个玻璃制成的物体输出的力， 不能等同于对一个气球输出的力，而力的大小最终由电流决定，因此加入力学传感和反馈也是 必要的。相同的，还有对温度、位置的感知。
3.5 散热：风冷、散热器散热、导热材料 新兴散热解决方 案
由于要面对大量信息，大量的动作，人形机器人运算量非常大，其所有的元件都在发热， 因此，散热也是研制人形机器人需要解决的最重要问题之一。 在设计机器人时，通常需要通过各种软件的模拟来实现，尽可能让其少发热，或发热相对 更集中、更易于散热，这就需要用到一些工程软件。此外，在散热方面，一般有风冷、液冷、 散热器、导热材料等方式。 以风冷为例，机器人的散热结构呆滞包括，表面的机器外壳、内部排气扇，外壳下部设置 有进气孔，外壳的上部设置有排气孔，排气扇用于使空气由进气孔进入外壳内部，并由排气孔 排出。由于进气孔接近散热结构的最低处，排气孔位于散热结构的最高处，热空气由排气孔排 至散热结构外。在此情况下，散热结构内形成低压，外部的空气经进气孔进入散热结构内。冷 空气接触设置于外壳内部的电路板组件，达到散热效果。
除了传统的散热方式之外，目前也有科研机构在不断探索更加类人的散热机制，比如“排 汗”。康奈尔大学的谢菲德研究团队开发了一种更利于柔性机器人的散热方式。由于柔性机器人 很多部件都是由复合材料制成，其散热性能不如金属，而风扇灯内部散热技术占空间较大，重 量也较大，因此，谢菲德发明了机器人的“排汗系统”。 研究团队通过多材料立体光刻技术，发明机器人“排汗”所必须的纳米聚合物材料，该技 术可以通过光将树脂类材料固化为设计好的形状。研究团队利用两种水凝胶材料开发制造了手 指形状的驱动器，这种水凝胶具有蓄水功能，而且可以根据温度来调节水分，相当于一个“智 能海绵”。当温度达到 30 摄氏度以上时，由水凝胶制成的驱动器底层会随着温度上升而收缩， 从而将水挤压到顶层，顶层由聚丙烯酰胺支撑，密布着微米级的小孔，与地层相同，当温度高 于 30 摄氏度时，为空会自动打开，开始“排汗”。该研究团队表示，该排汗系统可让驱动器表 面在 30 秒之内下降 21 度，散热效率毕人体排汗系统高三倍，若由风扇灯外置风冷设备，其散 热效率还可提升六倍。但该机器人也有一定的缺陷，即移动性较差，而且补水也是一个问题。
3.6 电池：三元锂电池或为主要解决方案
机器人的电池主要有镍氢电池、锂电池、铅酸蓄电池三类。其中，镍氢电池主要用于成本 控制严格，不需要大容量和大电流放电、安全性要求较高的玩具机器人、扫地机器人等领域。 铅酸蓄电池技术较锂电池更为成熟，但由于比较笨重，移动不方便，基本用于不需要移动的机 器人领域，由于污染较为严重，正在逐渐被锂电池取代。 锂电池主要应用于智能服务机器人、娱乐经纪机器人、探险排爆等特种用途机器人领域。 一般，对于成本不敏感的机器人，切要求电池较轻、可提供大电流放电、保障长使用寿命的机 器人一般会选择聚合物锂电池，如竞技机器人、特种机器人。 磷酸铁锂在不需要电池大电流放电、低温性能的 AI 服务机器人、工业较大型机器人领域应 用较多。三元锂电池相比聚合物电池成本更低，且能量密度较磷酸铁锂电池更大，在机器人领 域应用较为广泛，尤其是 18650 锂电池。
人形机器人电池的配重和续航市场如何？ 从发展历史上看，几款较为知名人形机器人主要经历了外部供电、电池供电两个发展阶段。 电池供电普遍采用锂电池组，其安装的位置最初普遍采用“背包”形式，后逐渐将电池内置。从 续航时间上看，大部分双足的人形机器人的连续工作时间都在 2 小时以内。然而，根据我们的 产业链调研，目前机器人的价格主要停留在展示和实验阶段，若实现大规模商业化，其续航时 间应达到 3-10 个小时不等。
除了最基本的供电功能之外，人形机器人还要考虑到电池的配重问题，保证身体的平衡。 以 48 千克的本田 ASIMO 机器人为例，其电池重量约为 6kg，约为体重的 1/8 左右，优必选 Walker X 机器人的电池重量约为 3.6kg，约为体重的 5.7%。 但前文提到，目前的几款知名人形机器人主要停留在展示和实验阶段，因此电池做到月清 凉越好。而根据我们的产业链调研，若要实现大规模商业化，其带电量和续航可能有更高的要 求，相对应地，一般电池重量应占到人形机器人重量的 1/3 左右。根据 OFweek 锂电网，目前 磷酸铁锂电池的能量密度一般为 150Wh/kg，三元电池的能密度约为 200Wh/kg。假设特斯拉 人形机器人体重 68kg，电池重量占比 1/3 计算，则其锂电池重量约为 22.7 千克，若采用三元 锂电池，则带电量约为 4.54kWh，续航时长在 3.54-9.08 小时，若采用磷酸铁锂电池，带电 量约为 3.41kWh，续航时间在 3.41-6.81 小时。
此外，由于目前所有的人形机器人都是直流驱动，用 48V、24V、12V 的总线 将电机、控制器串起来，通过电源分配器分配电流，因此，还要考虑电池的动态管 理问题。有些人形机器人由于没有刹车，在电量耗尽的时候会倒下，因此当电量快 要耗尽的时候需要预留一些余电在其中，以供机器人回到原位。
4 人形机器人市场空间有多大？对人形机器人销量的假设：关于人形机器人市场规模，我们认为可以参考特斯拉电动车的 放量节奏。回溯历史，Model-S 在 2012 年推出，2013 年特斯拉电动车销量达到 2.2 万辆， 2014 年达到 3.2 万辆，2015 年实现 5.1 万辆。随着 2017 年推出 Model-3 达到大规模生产， 同时达到平价水平，销量快速增长，从 2017 年的 10 万辆快速增长到 2021 年的近 100 万辆。 我们认为，特斯拉汽车销量的绝对额增长是从 Model-3 的推出开始加速，起初走的是高端概念 型路线，往往是忠实粉丝开始应用，同时搜集各种数据进行改进，然后逐步起量。我们认为人 形机器人的发展过程可能也与此有相似之处。 不同的是，其他科技企业跟进地会更快，国内与国外科技企业都纷纷注意到这个赛道，在 做前瞻布局。一些领先企业在做准备，明年也将推出，因而真正放量时不仅要考虑特斯拉，其 他国内外企业也会放量。
这里，我们假设 2023-2024 年人形机器人对应特斯拉 2013-2014 年的销量，随着其他厂 商原型机推出后也逐步起量，2025 年开始人形机器人对标 2015 年全球纯电动车销量。由于 2015 年全球纯电动车销量数据的确实，这里我们假设 2025 人形机器人的销量为 30 万台， 2026-2030 年对应 2016 年全球纯电动车销量。
对各个零部件市场规模的测算：按照前文提到的，减速器、伺服系统、控制器在人性机器 人中的占比计算，可以分别测算出三个对应的市场规模，预计到 2025 年人形机器人减速器、 伺服系统、控制器市场规模分别达到 126 亿元、95 亿元、63 亿元，到 2030 年，市场空间分 别达到 744 亿元、558 亿元、372 亿元。 对人形机器人电池市场规模的测算：根据我们的产业链调研，一般 1kWh 对应锂离子电池 成本约为 1800-2500 元，根据前文我们测算，预计在三元锂电池解决方案下，特斯拉机器人的 带电量约为 3.41kWh，假设以成本加成定价，起初毛利率在 100%，则预计 2023 年擎天柱对 应电池单价约为 1.47 万元，假设此后每年价格下降 10%。预计到 2025 年，人形机器人电池 市场规模约为 36 亿元，到 2030 年约为 153 亿元。
5.1 绿的谐波
公司是一家专业从精密传动装置研发、设计、生产和销售的高新技术企业，产 品主要包括谐波减速器、机电一体化执行器及精密零部件。公司的产品广泛用于工 业机器人、服务机器人、数控机床、医疗器械、半导体生产设备、新能源装备等高 端制造领域。 经过多年持续研发投入，公司在国内率先实现了谐波减速器的工业化生产和 规模化应用，打破了国际品牌在国内机器人谐波减速器领域的垄断。凭借多年来在 精密传动领域的积累，公司在行业内已经建立了较强的品牌知名度，成为国内领军 企业之一。我国谐波减速器行业处于成长期阶段，市场成长迅速，虽然我国已成为 全球最大的工业机器人市场，但以精密谐波减速器产品为代表的核心零部件总体 供给量存在较大缺口，随着行业内企业规模化生产的实现与下游工业机器人等产 业的快速发展，未来行业规模将持续扩大。
5.2 禾川科技
公司是一家技术驱动的工业自动化控制核心部件及整体解决方案提供商，主 要从事工业自动化产品的研发、生产、销售及应用集成。一家技术驱动的工业自动 化控制核心部件及整体解决方案提供商，主要从事工业自动化产品的研发、生产、 销售及应用集成。 工业控制自动化新星，深耕 OEM 市场多年，多领域市占率领先。公司多年来 深耕 OEM 市场，服务广大 OEM 客户厂商，获得了极佳的产品方案性能 口碑， 在光伏、3C、锂电与机器人等行业具备极高的占有率，通过多年来的高速发展， 禾川科技已赫然进入国产自动化一线品牌方阵。
伺服系统头部企业，国产替代领导者。伺服系统是当前禾川科技的核心产品， 产品包括伺服系统内的伺服驱动器、伺服电机和编码器，广泛应用于机器人及机械 手、3C、光伏、物流、包装、纺织等多个行业。2021 年伺服系统营收共计 6.59 亿 元，占禾川科技主营业务 89.72%。PLC 产品 2021 年营收 3996.28 万元，占主营 业务收入 5.44%。
5.3 双环传动
公司专注于齿轮传动产品制造，目前产品主要为为乘用车齿轮、商用车齿轮、 工程机械齿轮、减速器及其他产品。齿轮产品应用领域非常广泛，其市场规模主要 取决于下游应用领域的市场需求。 紧抓成长赛带，优化业务结构。随着新能源汽车渗透率的不断提升，相关齿轮 的需求迎来了快速增长。公司提前战略布局，产品已应用在下游多种新能源汽车中， 覆盖了纯电动汽车、混合动力汽车等。经过多年耕耘，公司已与全球领先电动车制 造企业、比亚迪、广汽集团、蔚然动力、日电产、舍弗勒、汇川、博格华纳等重点 新能源车企和电驱动制造厂商形成战略合作并实现批量出货。 机器人产业保持增长态势，中国芯引领国产替代。得益于久经市场检验、完善 的产品谱系、合理的市场策略以及及时的保障服务，公司子公司环动科技与国内主 流机器人企业保持稳定的战略合作关系，机器人高精密减速机业务获得高速发展。
环动科技密切地关注国内外重点新客户、新领域所需产品的开发与导入，全方位加 速新产品的验证速度。针对中大负载工业机器人所需，提前布局设备与产线以满足 多方客户所需，目前已逐步实现 6-1000KG 工业机器人所需精密减速器的全覆盖， 产品谱系得到进一步完善，获得了核心客户的认可并持续批产增量，从而实现减速 机产销连续两年创历史新高。
5.4 三花智控
公司是全球最大的制冷控制元器件和全球领先的汽车热管理系统控制部件制 造商。目前主要产品包括四通换向阀、电子膨胀阀、电磁阀、微通道换热器、Omega 泵、括热力膨胀阀、电子膨胀阀、电子水泵等，广泛应用于空调、冰箱、冷链物流、 新能源汽车等领域。 立足热管理产品，拓展业务边界。公司坚持“专注领先、创新超越”的经营战 略，以热泵技术和热管理系统产品的研究与应用为核心，专注于冷热转换、温度智 能控制的环境热管理解决方案开发。公司制冷电器零部件空调电子膨胀阀、四通换 向阀、电磁阀、微通道换热器等产品市场占有率全球第一。近年来，新能源车的发 展已成为确定的趋势，这对热管理产品提出了更高更多更新的需求。公司定位于新 能源汽车热管理系统领域，由零部件切入并逐渐向组件和子系统发展，已成为法雷 奥、大众、奔驰、宝马、沃尔沃、丰田、通用、吉利、比亚迪、上汽、蔚来等客户 的合作伙伴。
人形机器人即将来临，三花智控有望突破。特斯拉将于推出 9 月份推出人形 机器人，得益于公司在新能源汽车上同特斯拉的合作，公司有望突破人形机器人产 业。由于人形机器人需要大量重复的运动，因而其电机功率较高。而机器人工作电 压在 20-40V 之间，需要更高的电流以实现功率的增加。随着电流的增大，电机放 出的热量将成指数级上涨，如果不能进行良好的热管理，电池、电机、关节的寿命 都将受到极大的影响。公司三花汽零注入后，充分发挥与业务间协同效应，深耕汽 车新能源车热管理系统部件研发，并积极布局热管理组件和子系统在汽车领域更 深层次应用，车用电子膨胀阀、新能源车热管理集成组件、Omega 泵等产品市场 占有率全球第一。未来公司有望在人形机器人领域复刻公司在新能源汽车业务中 的发展，成为全球知名的人形机器人热管理系统供应商。
5.5 汇川技术
汇川技术是国内伺服电机的领军企业。主要为设备自动化/产线自动化/工厂自动化提供变频器、伺服系统、PLC/HMI、高性能电机、传感器、机器视觉等工业自 动化核心部件及其工业机器人产品，为新能源汽车行业提供电驱&电源系统，为轨 道交通行业提供牵引与控制系统。公司产品可应用于工业领域各行各业。根据睿工 业数据统计，2021 年公司通用伺服系统在中国市场份额达到 16.3%，首次超越外 资品牌，获得市场份额第一名（前四名厂商及市占率分别是：汇川，16.3%；安川， 10.5%；松下，9.6%；三菱，8.8%）。 根据公司 2021 年年报，公司在工业机器人领域产品包括 SCARA 机器人、六 关节机器人、视觉系统、高精密丝杠、控制系统等整机及零部件解决方案，下游行 业涵盖 3C 制造、锂电、硅晶、纺织等。SCARA 机器人是一种圆柱坐标型的特殊 类型的工业机器人，适用于平面定位、垂直方向装配等作业。六关节机器人是一种 六个关节都可以转动的机器人，适合用于诸多工业领域的自动装配、喷漆、搬运、 焊接等作业。
公司在 SCARA 机器人领域的主要竞争对手为 EPSON、YAMAHA 等，在六 关节机器人领域的主要对手为安川、ABB 等。公司的工业机器人核心部件除减速 机外，电控系统、伺服系统、丝杠、本体均已实现自制，具有较好的成本控制和定 制化能力。凭借对下游行业工艺的深刻理解以及“核心部件 整机 工艺”解决方 案的竞争优势，公司工业机器人产品在手机制造、锂电、硅晶等行业已实现大批量 销售，形成了较好的品牌影响力。根据睿工业统计数据，2021 年公司 SCARA 机 器人在中国市场的份额为 14%，排在第三名，且为内资品牌第一名。在机器替人 的大趋势下，公司工业机器人业务有望充分受益，目前公司该项业务已实现盈利， 属于成长型业务。
5.6 鸣志电器
公司专注于运动控制领域和 LED 智能照明控制领域核心技术及系统级解决 方案，生产产品主要包括传感器、步进电机、直流电机、仪动传感装置等。 深耕控制电机及驱动系统业务，布局新兴高附加值应用领域。根据国外市场研 究机构 IMARC Services Private Limited 的调研报告，全球工业自动化服务 2021 年的市场规模为 1,816 亿美元，预计 2027 年可达到 3,091 亿美元，期 间的年复合成长率约为 9.09％。2021 年我国工业自动化行业市场规模约为 1,920 亿元。公司的控制电机及其驱动控制系统在 3C 制造设备、半导体加工设 备、PCB/PCBA 制造设备、特种机床、工业机器人、激光设备及数字化制造等工 业自动化领域中运用广泛。
公司移动机器人（商用及消费）类应用领域业务进一步快速增长，全年营业 收入较上年同期增长约 99%。近年来，全球及我国的服务机器人市场规模高速增 长。根据国外市场研究机构 Interact Analysis 的统计数据，2020 年全球 AGV 销售额为 12.684 亿美元，AMR 销售额为 10.903 亿美元。公司及子公司安浦 鸣志、美国 AMP、美国 LIN、瑞士 T Motion、鸣志派博思均深度布局于移动机器人行业，业务覆盖商业移动机器人、AGV、AMR 等。 发布首款运动控制器产品，进一步完善产品线。公司通过增强对海外子公司的 一体化建设和赋能，发挥海外研发机构美国 AMP、瑞士 T Motion 的技术研发优 势，强化产品的研发及技术迭代，进一步完善了步进系统、步进伺服系统、伺服系 统和通用无刷驱动系统等平台化产品线。公司在 2021 年发布了公司的第一款运 动控制器产品，进一步拓展了公司在运动控制领域的产品平台的外延和夯实了公 司运动控制解决方案级供应商的实力。
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精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
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