人形机器人:量产在即开启十年产业大周期

文摘   2025-01-20 21:44   四川  


一、人形机器人行业复盘与投资机会总结
人形机器人板块行情复盘
人形机器人行情复盘:复盘2021年以来的人形机器人指数走势,可以看出人形机器人行业一共迎来五次大 涨行情。第一次大涨发生于2021年马斯克在AI Day上公布人形机器人设计方案,累计涨幅约30%(21年3月 至8月)。第二次大涨发生于2022年5月至8月,主要系为特斯拉AI Day预热,累计涨幅约70%。2022年9月由 于Optimus首次亮相此前已有预期,且首次亮相产品低于市场预期,市场迎来较大幅度回调。第三次人形机 器人行情来自于AI催化,GPT、RT-1、PaLM-E等大模型发布打通人形机器人迈向智能的重要一步,23年初 至4月累计涨幅20%。第四次人形机器人行情主要来自于Optimus升级迭代,在行动能力和拟人化程度上的升 级带动相应板块上涨。第五次人形机器人行情主要来自于华为机器人入局,赛力斯发布机器人工程师招聘,叠加美国大选川普上台带动T链机器人困境反转,目前行情仍在发酵中。

硬件端:旋转/直线关节由于在人形机器人中配置数量多、价值量高,在行情早期阶段涨幅显著 。随着对人形机器人技术路线讨论的深入,谐波减速器和丝杠等兼具高价值量与高技术壁垒的零 部件获得较高涨幅,市场关注度持续向上游延伸至电机磁材、加工设备及轻量化材料等环节。
软件端:突破性进展晚于硬件,但后市潜力可期。人形机器人需要搭载具身AI模型方能实现通用 性,但是目前具身AI模型的发展尚处于起步阶段、国内算力算法正在加速发展。展望后市,具身 AI的突破性进展、国产芯片的推出有望成为机器人软件板块的积极催化。
2025年投资主线:行情收敛,主线在于确定性/预期差
板块行情逐步收敛,愈发看中量产确定性&预期差。人形机器人板块行情大致经历三个阶段的 发展,22H2特斯拉发布第一个版本样机,机械感强,市场首要关注的是价值量占比高的重要零 部件;23-24年在AI行情带动+市场无其他主线行情背景下开始发散式炒作,只看相关性;25年 人形机器人量产在即,市场行情开始收敛,看中确定性和预期差。投资逻辑上,我们认为一方 面需要关注量产确定性标的,其次预期差我们认为来自国产产业链的快速发展。

二、T链进展:确定性看Tier1和谐波减速器环节, 未来变化首推灵巧手环节:

人形机器人介绍
人形机器人是具备人类外形特征和行动能力的智能机器人,通过手臂和身体的协调完成功能, 基于通用型算法和生成式AI,具备语义理解、人机交互、自主决策等能力,并利用人机交互实 现任务理解与反馈,有强大的感知计算与运动控制能力。 
人形机器人相比工业机器人拥有更高级的感知交互系统,包括传感模块和软件方面(导航技术、 智能决策等)。与服务机器人相比拥有更强的通用性,每个关节受力更加复杂,对减速器负载 和电机响应速度要求更高。
人形机器人路线选择——轮式 or 足式?
轮式机器人短期更具落地价值,双足机器人聚焦未来高端潜力:人形机器人从产品技术形态上可分为双足机器人和轮式机器人。轮式机器人在短期满足低速场景 需求,效率与成本兼顾,适合初期市场切入,双足机器人中长期适配高端服务场景。对于创业公 司来说,宜优先发展轮式机器人在C端物流、零售等高频场景的功能落地,对双足机器人维持技术 研发投入,但不宜过快追求大规模商业化。
AI巨头入局,人形机器人即将迎来“ChatGPT”时刻
AI将赋予人形机器人通用属性,AI科技巨头入局加速商业化进程落地。人形机器人的运行由感 知、控制、执行三大模块构成,控制模块是人形机器人的“大脑”,是决定人形机器人是否可 以商业化落地的关键,算法和AI大模型则是控制模块的核心。不同于工业机器人在特定场景下 的应用,人形机器人商业化落地的关键在于其通用性,因此控制技术的复杂性就开始指数级倍 增,一方面需要强大的数据建模,另一方面需要对语言和指令有强大的理解力。AI大模型的突 破解决了人形机器人的控制难题,帮助人形机器人实现真正的具身智能。
在具身智能浪潮下,AI科技巨头纷纷入局人形机器人。如亚马逊创始人贝索斯、英伟达和其他 大型科技公司纷纷宣布投资人形机器人初创企业Figure,积极探索将“人形机器人”作为AI技 术落地的新机遇。
市场空间:汽车工厂为最先落地的应用场景
人形机器人将率先落地于汽车工厂:国内外主流人形机器人厂商的落地场景均为汽车工业,特斯拉的 人形机器人将首先放在特斯拉汽车工厂应用,优必选Walker S已经进入蔚来汽车工厂,英伟达投资的 Figure AI今年也会将产品放进宝马工厂进行实训。我们认为短期内人形机器人将首先在汽车工厂实现 商业化落地,一方面系汽车工厂同时具备规模大和标准化程度高的特点,赋予人形机器人实训的条件, 另一方面汽车产业的自动驾驶、传感器、机器视觉等方面的技术与人形机器人具有共通性,车厂和人 形机器人厂商的深度合作可以发挥二者的协同效应。
具体到汽车生产工序来看,人形机器人大概率应用于质检/汽车总装环节。在汽车生产的四大车间中, 冲压、焊接以及涂装的自动化率都已非常高,仅有质检返修等工作需要依赖人工,而总装环节需要完 成安装非标零部件、车辆点检、路试等工作,自动化率仅有10%左右,对人工的依赖程度较高。此外, 总装线布置密集度是所有车间中最高的,基本一条线隔着另一条线就两三米,所以想要布置更大、自 动化率更高的机器非常难,因此未来总装环节自动化率的提升只有依靠人形机器人的导入。
减速器:人形机器人旋转执行器核心部件
减速器是旋转执行器的核心部件,分为谐波、行星和RV:减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用。按照结构与传动 原理不同可将减速器分为谐波减速器、RV减速器及行星减速器。1)谐波减速器:特点包括负载小、精度高、结构紧凑,在工业机器人领域用于小负载六轴、小负 载SCARA及协作机器人;2)RV减速器:特点包括体积大、重量高、高负载能力、高刚度,主要用于重负载机器人;3)行星减速器:特点包括体积小、高刚度、抗冲击能力强等特点,广泛用于航空航天、机器人、 汽车、纺织等国民工业。
谐波减速器:人形机器人应用中谐波的难点
谐波在人形机器人应用中的难点:1)棘轮现象:当施加过大的扭矩时,可能导致钢轮和柔轮齿无法正确啮合,导致棘轮现象。这种 现象会导致过度振动、加速磨损,甚至可能损坏驱动器的其他部件。2)共振现象:谐波驱动器中的主要振动源来自于柔轮的连续变形。这种变形可能因安装误差和制 造缺陷等因素而加剧。人形机器人双手需同时运动,若产生共振现象,会导致两手抖动。3)减重任务:尽管相较于行星和RV减速机,谐波的重量已经非常轻,但对于人形机器人来讲,仍 然负担沉重,未来如何减重(潜在方案主要系更换轻量化材料)成为重要课题。4)量产难点:谐波柔轮和钢轮装配过程中无法实现完全自动化,此外钢轮和柔轮的选型若要做到 完美也需要经验丰富的老师傅。具体来看:第一步:先将钢轮和交叉滚子轴承装配好,这边完全靠机加工精度,对准锁紧即可。第二步:再将柔轮从下往上装入,这边需要手工操作,因为柔轮是不能直接插入钢轮的,因为此 时柔轮和钢轮都是圆形,柔轮的齿不能与钢轮啮合,需要用手或者工具将柔轮撑开变形为椭圆, 才能顺利安装。
人形机器人打开行星滚柱丝杠长期市场空间
特斯拉Optimus线性关节采用电机+行星滚柱丝杠方案。根据特斯拉AI Day发布会披露,特 斯拉Opitimus人形机器人共有28个运动关节,包括旋转执行器和线性执行器,其中旋转关节 的方案和传统仿人形机器人基本一致,采用电机+谐波减速机的形式;而线性执行器的分布 却与以Asimo为代表的传统电伺服机器人差异较大,采用力矩电机+行星滚柱丝杠方案,其 中行星滚柱丝杠成本占比可达56%。
特斯拉Optimus独创的线性关节方案,其优势在于能够自锁&提供更大的推力。1)具备自 锁能力:即下半身不动时可以自动锁定姿态,以减少能耗,能够形成一个低功耗且稳定的底 部支架。2)能够提供更大的推力:相较于传统的旋转执行器,线性执行器可以纵向分布, 最大限度利用腿部或肘部空间,以布置更大更长的电机,从而提供更大的推力。

三、国内产业链:华为领衔中国具身智能产业落地, 未来潜力巨大

海外科技巨头纷纷布局人形机器人
人形机器人市场目前科技巨头逐步进入,全球具身智能主机厂参与者众多,多数处于前期研发 阶段,仅有少数达到商业化阶段。受益于AI大模型的积累,海外机器人厂商在技术和产品进展 上较国内厂商进展要稍快。
国内外产业链共振,华为入局加速产业布局
国内人形机器人进展:人形机器人产业以美日企业牵头,国内企业顺势而上加速追赶,小米、 小鹏、傅里叶、埃斯顿等公司都在积极探索和布局人形机器人领域,产品方案各具特色。同时, 随着政策的不断出台和资本的持续涌入,人形机器人产业链也将不断完善和壮大,将加速人形 机器人在商业、家庭、工业等不同场景下的应用落地。



此为报告精编节选,报告原文:


《机械设备-人形机器人行业2025年度策略:人工智能的终极载体,量产在即开启十年产业大周期-东吴证券[周尔双,张良卫,钱尧天]-20250117【49页】》

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