隨著當(dāng)前人工智能浪潮的爆發(fā)，以及全球“機(jī)器換人”進(jìn)程加速，人形機(jī)器人有望深入各細(xì)分消費(fèi)端場景。

從智慧城市到智能駕駛AI浪潮的變化，人形機(jī)器人有望成為人工智能的下一落地應(yīng)用場景。

人工智能浪潮的發(fā)展變化：

2021年，馬斯克首次透露人形機(jī)器人“擎天柱”概念圖和相關(guān)視頻，2022年6月21日，馬斯克宣布將于9月30日推出Tesla Bot“Optimus（擎天柱）”原型機(jī)，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)注度提升。

值得注意的是，特斯拉發(fā)布的人形機(jī)器人擎天柱Optimus承接自動(dòng)駕駛技術(shù)，而人工智能的核心Transformer架構(gòu)是NLP領(lǐng)域的標(biāo)志性研究成果。

據(jù)馬斯克，未來十年特斯拉人形機(jī)規(guī)劃500萬臺(tái)產(chǎn)能，其中2023-2024年規(guī)劃幾十萬產(chǎn)能。按量產(chǎn)后的2.5萬美元單價(jià)計(jì)算，未來3-5年市場空間超百億美元，十年后市場空間超千億美元。#人工智能##人形機(jī)器人##機(jī)器人#

資料來源：特斯拉官網(wǎng)

人形機(jī)器人行業(yè)概覽

人形機(jī)器人，是指擁有與人類似的身體結(jié)構(gòu)，能夠使用雙足行走，具備一定的人工智能功能的機(jī)器人，經(jīng)過長期發(fā)展已實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、交互等基本功能。

縱觀人形機(jī)器人發(fā)展歷史，2000年-2015年是人形機(jī)器人基本功能完善階段。在此期間人形機(jī)的基本功能得到完善，實(shí)現(xiàn)了跑步、人機(jī)交互、簡單的與人溝通、協(xié)助人類完成體力勞動(dòng)及科研工作。

2015年至今是人形機(jī)器人下游應(yīng)用探索階段。根據(jù)2015年至今人形機(jī)器人的應(yīng)用市場，目前人形機(jī)器人主要應(yīng)用于協(xié)助科學(xué)研究、個(gè)人護(hù)理、教育、社交等領(lǐng)域，部分機(jī)型已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

當(dāng)前業(yè)內(nèi)公司已經(jīng)積累了包括運(yùn)動(dòng)控制、智能語音對話及交互的先進(jìn)技術(shù)，形成了一批功能各有所長的人形機(jī)器人，如擅長運(yùn)動(dòng)的阿特拉斯機(jī)器人、具有服務(wù)功能的阿西莫機(jī)器人以及高還原度呈現(xiàn)人類表情的Ameca仿生機(jī)器人等。

值得注意的是人工智能核心環(huán)節(jié)語音語義分析作為人機(jī)交互核心途徑，幫助機(jī)器人具備聽、說、理解和思考的能力。

2022年8月小米發(fā)布人形機(jī)器人CyberOne，搭載自研MiAI環(huán)境語義識(shí)別引擎和MiAI語音情緒識(shí)別引擎，能夠?qū)崿F(xiàn)85種環(huán)境音識(shí)別和6大類45種人類情緒識(shí)別。

語音識(shí)別：人工智能關(guān)鍵技術(shù)，龍頭強(qiáng)者恒強(qiáng)

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈

行行查 | 行業(yè)研究數(shù)據(jù)庫 資料顯示，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游核心軟硬件（硬件包括伺服電機(jī)、減速器、控制器、傳感器等；軟件包括機(jī)器視覺、人機(jī)交互、機(jī)器學(xué)習(xí)、系統(tǒng)控制等）；中游本體制造商和下游應(yīng)用（包括迎賓接待、高?？蒲械龋?/p>

技術(shù)方面來看，主要包含四大核心模塊：環(huán)境感知模塊、智能AI芯片模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、操作系統(tǒng)模塊。

環(huán)境感知模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與環(huán)境認(rèn)知（視覺、聲音、雷達(dá)、壓感、光感）等傳感器。

雖然人形機(jī)器人相比工業(yè)機(jī)器人擁有更高級(jí)的智能感知系統(tǒng)（包括環(huán)境感知+人機(jī)交互），但其運(yùn)動(dòng)控制層面成本占比與工業(yè)機(jī)器人類似。

智能AI芯片模塊包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和算力的存儲(chǔ)器和智能芯片。

運(yùn)動(dòng)控制模塊包括能量管理系統(tǒng)和動(dòng)作執(zhí)行系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)器、控制器、減速器等）等。

操作系統(tǒng)模塊包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動(dòng)程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序發(fā)行包管理等。

工業(yè)機(jī)器人核心零部件重要性十分突出。

一方面高性能的零部件是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人感知與運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)；另一方面核心零部件成本占比較高。

根據(jù)Ofweek數(shù)據(jù)，核心零部件占據(jù)了工業(yè)機(jī)器人整機(jī)70%以上的成本，減速器/伺服電機(jī)/控制器成本分別占比35%/15%/15%。

工業(yè)機(jī)器人成本：

資料來源：高工機(jī)器人、Ofweek

同時(shí)，人形機(jī)器人對于控制器、減速器、視覺系統(tǒng)、AI系統(tǒng)有更強(qiáng)的成本和性能優(yōu)化要求。

減速器

精密減速器是一種精密的動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，連接了伺服電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電機(jī)一般高轉(zhuǎn)速+低扭矩，因此減速器的核心作用是降低轉(zhuǎn)速+提升扭矩。

減速器壁壘大、成本高，是影響機(jī)器人利潤的核心因素。

可以分為諧波減速器和RV減速器。

根據(jù)高工機(jī)器人數(shù)據(jù)，工業(yè)機(jī)器人中RV和諧波減速器的使用量約為65%：35%。

人形機(jī)器人因形態(tài)類人相比工業(yè)機(jī)器人，有望帶來諧波減速機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈較大增量空間。

從競爭格局來看，全球機(jī)器人精密減速器市場一直呈現(xiàn)高度集中狀態(tài)，幾乎被哈默納科和納博特斯克壟斷。

日本納博特斯克是生產(chǎn)RV減速器的世界巨頭，約占60%的全球減速器市場份額。

哈默納科則是諧波減速器領(lǐng)域的龍頭，約占15%的全球精密減速器市場份額。

諧波減速機(jī)技術(shù)較RV 偏低，因此從技術(shù)上看對國產(chǎn)廠商而言更加易于突破。

目前國產(chǎn)諧波減速機(jī)廠商已經(jīng)開始進(jìn)行國產(chǎn)替代。從技術(shù)上看，減速比、輸出轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)精度已經(jīng)和國外差距收斂明顯，僅在傳導(dǎo)效率還需提升，2021 年綠的諧波國內(nèi)市占率超過20%，為內(nèi)資諧波減速器龍頭。

據(jù)MIR數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)RV減速器市場中，納博特斯克/日本住友占據(jù)53%/5%份額，雙環(huán)傳動(dòng)、珠海飛馬、中大力德等國產(chǎn)企業(yè)市場份額均位列前十名。

減速器主要品類結(jié)構(gòu)：

資料來源：OFweek

伺服電機(jī)

伺服是自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制核心部件，以位置、速度、轉(zhuǎn)矩為控制量，動(dòng)態(tài)跟蹤目標(biāo)變化從而實(shí)現(xiàn)控制。伺服系統(tǒng)主要由伺服電機(jī)（含編碼器）、伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成——驅(qū)動(dòng)器接受上層控制器（上位機(jī)）指令，控制伺服電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

資料來源：MIR

根據(jù)睿工業(yè)MIR數(shù)據(jù)，伺服系統(tǒng)國產(chǎn)化率從2017年的27.6%提升至2021年的43.4%，國產(chǎn)產(chǎn)品逐步替代安川、三菱等日韓企業(yè)的份額。

2021年中國伺服系統(tǒng)市場中，匯川技術(shù)占比16%，比肩西門子、松下、安川等國外品牌，占據(jù)國內(nèi)龍頭地位；禾川科技占比3%，為國內(nèi)品牌第二。

控制器

控制器本質(zhì)上就是一個(gè)數(shù)據(jù)處理器，包括硬件和軟件兩部分。

國內(nèi)企業(yè)對硬件部分領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)掌握；軟件部分主要包括控制算法、二次開發(fā)等，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品在其開發(fā)平臺(tái)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度與易用性等方面與國際先進(jìn)水平相比還存在一定差距。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的成熟，半導(dǎo)體芯片的性價(jià)比越來越高，因此控制器在硬件上并無太高門檻，其核心在于算法要與機(jī)器人本體相匹配。

美日韓等外資廠商以機(jī)器人控制器核心技術(shù)，占據(jù)國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人控制器市場的絕大部分份額。

全球行業(yè)龍頭日本發(fā)那科在中國市場份額為18%，穩(wěn)居第一寶座。

資料來源：OFweek機(jī)器人

國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人生廠商均自主研發(fā)了自家的控制系統(tǒng)，包括新松機(jī)器人、埃斯頓、華中數(shù)控、新時(shí)達(dá)、廣州數(shù)控、匯川技術(shù)等公司，也誕生了一批專業(yè)的控制系統(tǒng)服務(wù)商如固高科技、英威騰、卡諾普等；因而控制器的市場份額基本和機(jī)器人本體保持一致。

空心杯電機(jī)

人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)自由度提升，空心杯電機(jī)具備較強(qiáng)契合度。

人形機(jī)器人的重點(diǎn)在于替代人的部分工作場景，同時(shí)進(jìn)行更好的交互以輔助人進(jìn)行工作，因此其會(huì)面臨更加多樣化、更加復(fù)雜的應(yīng)用場景，故賦予其手指關(guān)節(jié)更高自由度使得其具備抓取、傳遞等基本功能是關(guān)鍵?？紤]到人形機(jī)器人的仿真性，其手指關(guān)節(jié)處需要配備體積小且能輸出較大力的電機(jī)。

特斯拉Optimus各關(guān)節(jié)電機(jī)構(gòu)成：

空心杯電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)的不同之處在于，空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子無鐵芯，轉(zhuǎn)子無鐵芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一是可以降低電機(jī)質(zhì)量，二是可以降低電機(jī)的機(jī)械損耗，便于延長電機(jī)壽命，提升效率。

由于空心杯電動(dòng)機(jī)克服了有鐵芯電動(dòng)機(jī)不可逾越的技術(shù)障礙，其在工業(yè)機(jī)器人、仿生義肢等能夠很好發(fā)揮作用。

競爭格局：海外品牌占據(jù)高端市場，國內(nèi)產(chǎn)品性價(jià)比優(yōu)勢明顯?？招谋姍C(jī)屬于微特電機(jī)的一種，而微特電機(jī)屬于技術(shù)密集行業(yè)，其興起于瑞士，發(fā)展于日本，因此我國的空心杯電機(jī)產(chǎn)品較國外還存在一定差距。

從微特電機(jī)的下游看，信息處理、家用電器和武器、航空等領(lǐng)域占據(jù)主要份額，空心杯電機(jī)作為電機(jī)的新的發(fā)展方向，國外廠商也紛紛加強(qiáng)產(chǎn)品布局，如Maxon（瑞士）、Faulhaber（德國）等著名微電機(jī)廠商都已經(jīng)大量申請空心杯電機(jī)相關(guān)的專利技術(shù)。

目前，國內(nèi)不斷加速國產(chǎn)替代，從價(jià)格上看，國內(nèi)廠商產(chǎn)品價(jià)格在幾百元不等，且性能上開始逐步收斂。

AI機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺是AI深度學(xué)習(xí)的一種應(yīng)用與技術(shù)方向，無論是人形機(jī)器人還是智能駕駛都是機(jī)器視覺的落地方向之一。

機(jī)器視覺的本質(zhì)是為機(jī)器植入“眼睛”，利用環(huán)境和物體對光的反射來獲取及感知信息。

通過機(jī)器視覺代替人眼可以在多種場景下實(shí)現(xiàn)多種功能，如讀取二維碼、確定零部件的裝配位置等。

但機(jī)器視覺的諸多應(yīng)用場景和功能，均可歸為四種基本功能——識(shí)別、測量、定位和檢測。

特斯拉最著名的AI算法是其機(jī)器視覺中的純視覺解決方案，該算法在人形機(jī)器人的制造中將其延續(xù)。

機(jī)器視覺迎爆發(fā)風(fēng)口！人工智能高成長賽道，龍頭全梳理

特斯拉機(jī)器視覺全流程示意圖：

人形機(jī)器人的視覺傳感器包括ToF深度相機(jī)、激光雷達(dá)、多目視覺等。

人工智能處理器&算法

人工智能的本質(zhì)及數(shù)據(jù)的海量運(yùn)算，相較于AI算法，數(shù)據(jù)是重中之重。

算力作為數(shù)據(jù)加速處理的動(dòng)力源泉，其重要性不言而喻。

AI處理器芯片可以支持深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和加速計(jì)算，相比于GPU和CPU擁有成倍的性能提升，和極低的耗電水平。

具備自研AI處理器的廠商可以為人形機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供算力支撐，代表廠商包括寒武紀(jì)、商湯科技、海光信息等。人形機(jī)器人的落地需要下游場景的數(shù)據(jù)融合，具備AI算法落地的廠商具有比較優(yōu)勢。代表廠商包括科大訊飛、?？低?、虹軟科技、云從科技等。

隨著特斯拉所處理的數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)的增長，由于耗電問題放棄Nvidia A100 GPU作為超級(jí)電腦的陣列去做訓(xùn)練，而是憑借自身強(qiáng)大的垂直整合能力，也研發(fā)出專注于深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的Dojo D1芯片。

此外，推斷環(huán)節(jié)相較于訓(xùn)練環(huán)節(jié)的計(jì)算量相對較小，但依然會(huì)涉及大量的矩陣運(yùn)算，因此，人工智能芯片將發(fā)揮大量作用。

ASIC：人工智能專用芯片

FPGA：人工智能高算力芯片

未來隨著人形機(jī)器人的落地，重復(fù)性的工作極易被人形機(jī)器人取代，這也將成為人工智能的下一波浪潮。

根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，隨著AI的不斷進(jìn)步，預(yù)計(jì)2030年全球約有3.75億人口由于AI的技術(shù)突破將重新就業(yè)，從數(shù)量上看，我國將有1200萬至1.02億人口需要重新就業(yè)。全球平均被取代的勞動(dòng)力比率為15%，我國作為人口大國基本與世界保持持平為16%。#4月財(cái)經(jīng)新勢力#

長期來看，到2030年全球人形機(jī)器人市場規(guī)?？蛇_(dá)萬億規(guī)模，是繼智能駕駛電動(dòng)車后又一AI的空前藍(lán)海，人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)有望迎來高速發(fā)展機(jī)遇。

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