原創(chuàng) | 文 BFT機器人

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人形機器人產(chǎn)業(yè)進展：AI賦能，人形機器人迭代有望加速

目前人形機器人產(chǎn)業(yè)所處從“0”到“1”的萌芽期，從現(xiàn)在到未來的時間里，人形機器人以其仿人外形、身體構(gòu)成及其智能大腦，能極大解放生產(chǎn)力、改善人類生活需求，以應(yīng)對全球人口老齡化現(xiàn)狀及智能生產(chǎn)環(huán)境。

過去100年以來國內(nèi)外多家企業(yè)已推出可實現(xiàn)基礎(chǔ)動作和交互的人形機器人，而特斯拉從2021年8月公布人形機器人項目到2022年9月展示原型機，再到2023年5月發(fā)布具備自然行走、電機扭矩控制、力度控制、環(huán)境識別及記憶等功能的Optimus，展現(xiàn)了極快的產(chǎn)品迭代能力，使得人形機器人關(guān)鍵技術(shù)迭代突破和降本有了更快的可能。

此外，以ChatGPT為代表的大AI模型，正在引領(lǐng)新一輪人工智能浪潮，其爆發(fā)使得人形機器人擁有思考能力成為可能且極大加速“大腦”和“小腦”能力的發(fā)展。5月16日，NVIDIA（英偉達）創(chuàng)始人黃仁勛表示，下一波人工智能浪潮是“具身人工智能（embodied AI）”。

具身人工智能是指有身體并支持物理交互的智能體，能與環(huán)境交互感知，自主規(guī)劃、決策、行動。此前人類依賴手寫代碼來控制機器人，而進入AIGC時代，GPT等AI大模型有望有效解決這一痛點。

目前已有不少研究者嘗試將多模態(tài)的大語言模型作為人類與機器人溝通的橋梁。2023年3月，谷歌和柏林工業(yè)大學(xué)推出的史上最大的視覺-語言模型：PaLM-E，既可理解圖像，也能理解并生成語言、執(zhí)行各種復(fù)雜的機器人指令而無需重新訓(xùn)練；2023年4月，微軟研究團隊展示了多個ChatGPT解決機器人難題的示例。

特斯拉的Optimus、波士頓動力的Atlas和Spot、優(yōu)必選的Walker X等作為“具身人工智能”的理想載體，有望充分受益“機器人+AI”趨勢帶來的發(fā)展機遇。

中短期內(nèi)，人形機器人商業(yè)化落地成為可能，當(dāng)前階段重點跟蹤AI技術(shù)進展對人形機器人的賦能、產(chǎn)業(yè)、技術(shù)的最新進展。在軟件端，AI發(fā)展跨國奇點，帶動人形機器人產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式發(fā)展；在硬件端，與工業(yè)機器人以及汽車等產(chǎn)業(yè)有重合的零部件產(chǎn)業(yè)鏈整合，有機會比新能源汽車更快實現(xiàn)降本提質(zhì)。

根據(jù)高盛最新預(yù)測，樂觀狀態(tài)下2025-2035年人形機器人銷量CAGR可達94%左右；如果參照全球電動汽車與智能手機發(fā)展歷程，中性預(yù)計2025-2035年人形機器人銷量CAGR為40%左右。

目前，人形機器人是有望超過新能源汽車以及智能手機市場規(guī)模的兆億級賽道，有極大解放生產(chǎn)力和改善人類生活的應(yīng)用潛力，正在持續(xù)得到國家政策更多的支持。

2023年以來，山東省、深圳市、上海市、北京市多地發(fā)布針對機器人的支持政策，特別是北京市政策系首個從全產(chǎn)業(yè)鏈全方位支持人形機器人加快發(fā)展的政策文件，這將進一步推動機器人行業(yè)發(fā)展。

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人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈整理梳理

人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈的上游為基礎(chǔ)原材料以及零部件，中游為機器人本體和系統(tǒng)集成，下游為不同應(yīng)用場景?！陡呔刃⌒突瘷C器人關(guān)節(jié)的研究》一文表示，參考工業(yè)機器人，核心零部件：伺服器、減速機、控制器占工業(yè)機器人成本超70％，其中伺服系統(tǒng)、減速器、控制器分別占比約36％、24％、12％?？紤]到人形機器人相較于傳統(tǒng)工業(yè)機器人自由度大幅提升，預(yù)計減速器、電機成本占比將會更高。

核心零部件之一：伺服系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈&市場競爭格局

伺服系統(tǒng)是運動控制的核心部件，每臺人形機器人都需要一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動器、伺服電機和編碼器組成，編碼器通常嵌入伺服電機。伺服系統(tǒng)工作原理為：伺服驅(qū)動器發(fā)出信號給伺服電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動，同時編碼器將伺服電機的運動參數(shù)反饋給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器再對信號進行匯總、分析、修正。整個工作過程通過閉環(huán)方式精確控制執(zhí)行機構(gòu)的位置、速度、轉(zhuǎn)矩等輸出變量。伺服系統(tǒng)可通過閉環(huán)方式實現(xiàn)精確、快速、穩(wěn)定的位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，主要應(yīng)用于對定位精度和運轉(zhuǎn)速度要求較高的工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。

我國伺服系統(tǒng)市場主要分為歐美、日韓和國產(chǎn)品牌三大陣營，歐美日系品牌長期占據(jù)中高端市場。國內(nèi)市場看，以德國西門子、倫茨、博世力士樂等為代表的歐系品牌產(chǎn)品過載能力強、動態(tài)響應(yīng)、驅(qū)動器開放性好，處于行業(yè)第一梯隊，但價格昂貴；以安川、三菱、松下等為代表的日系品牌產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性強，性價比更高，最適合國內(nèi)客戶需求；性能接近日系的臺系品牌憑借其低廉的價格在中低端發(fā)展較快。以匯川技術(shù)、禾川科技、雷賽智能為代表的廠商通過引進、消化吸收國際先進技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平不斷提升，已逐漸在國內(nèi)市場中取得一定份額，下一步有望憑借性價比優(yōu)勢和技術(shù)積累向中高端加速滲透。

核心零部件之二：減速器市場競爭格局

機器人關(guān)節(jié)減速器的工作原理是利用齒輪傳動的原理，將電機的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為機器人關(guān)節(jié)的低速高扭矩旋轉(zhuǎn)。具體來說，機器人關(guān)節(jié)減速器由輸入軸、輸出軸、齒輪組、殼體等部分組成。電機通過輸入軸帶動齒輪組旋轉(zhuǎn)，齒輪組中的輪逐級傳動，最終帶動輸出軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機器人關(guān)節(jié)的運動。

按照控制精度劃分，減速器可分為一般傳動減速器和精密減速器。一般傳動減速器控制精度低，可滿足機械設(shè)備基本的動力傳動需求。精密減速器回程間隙小、精度較高、使用壽命長，更加可靠穩(wěn)定，應(yīng)用于機器人、數(shù)控機床等高端領(lǐng)域。精密減速器主要有諧波減速器、RV減速器和精密行星減速器。

諧波減速器是輕負(fù)載的人形機器人更為理想的零部件。諧波減速器具有單級傳動比大、體積小、質(zhì)量輕、運動精度高的特點，并且能在密閉空間和介質(zhì)輻射的工況下正常工作，其技術(shù)特點決定其更適用于輕負(fù)載精密減速器領(lǐng)域。RV減速器重量重、外形尺寸較大，力矩負(fù)載更高，更適合在重負(fù)載精密減速器領(lǐng)域應(yīng)用。相比之下，諧波減速器在輕負(fù)載的人形機器人領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。

諧波減速器國內(nèi)廠商市占率不斷提升。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，全球市場方面，日本哈默納科一家獨大，市占率達82%；中國綠的諧波占比7%；其他廠商占比11%。國內(nèi)市場方面，2021年日本哈默納科和日本新寶合計占比超40%，綠的諧波占比近25%，相較于2020年國產(chǎn)廠商整體份額均有提升。

行星減速器適用于人形機器人的關(guān)節(jié)部位。行星減速器由行星輪、行星架、太陽輪、內(nèi)齒輪和外齒輪等組成。其工作原理與行星圍繞太陽運動相似，具有體積小、高剛性、高精度、高效率的特點。目前行星減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，降本是未來趨勢。

行星減速器德日企業(yè)主導(dǎo)市場。根據(jù)QY resaerch數(shù)據(jù)，2022年全球前五大行星減速器廠商分別為德國賽威傳動、德國紐卡特、德國威騰斯坦、精銳科技和紐氏達特。全球CR5市占率超50%。

RV減速器日本博納特斯克中國市場份額超50%，雙環(huán)傳動位居第二。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2021年國內(nèi)RV減速器市占率日本博納特斯克占比超50%，雙環(huán)傳動14%位列第二，中大力德、秦川機床分別占比4%/2%。

目前，人形機器人正處于從0到1的跨越階段，全球知名企業(yè)推出的人形機器人產(chǎn)品尚處于商業(yè)化初期；人形機器人需求依賴于下游行業(yè)應(yīng)用情況，作為一項新技術(shù)，滿足下游場景的實際應(yīng)用需求尚未得到確定性驗證。

人形機器人作為“具身智能”載體，其技術(shù)發(fā)展受AI等技術(shù)發(fā)展的影響…以上種種，都是我們目前在人形機器人發(fā)展路上的風(fēng)險與阻礙，作為有望超過新能源汽車以及智能手機市場規(guī)模的兆億級賽道的產(chǎn)業(yè)，未來人形機器人產(chǎn)業(yè)進程仍需努力突破與跨越。

作者 | 十三

排版 | 居居手

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