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以下為報(bào)告原文節(jié)選

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人形機(jī)器人：勞動(dòng)力替代空間廣闊

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來升級換代、跨越發(fā)展新窗口

機(jī)器人自動(dòng)化水平隨制造業(yè)發(fā)展持續(xù)提升

? 機(jī)器人的發(fā)展跟隨制造業(yè)自動(dòng)化程度不斷提升，從最早的單任務(wù)起重機(jī)式臂到機(jī)器人，再到能夠與人直接交互的協(xié)作機(jī)器人，再發(fā)展到與人工智能結(jié)合的人形機(jī)器人。在各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的巨大需求牽引下，機(jī)器人在汽車制造、電子制造、倉儲(chǔ)運(yùn)輸、醫(yī)療康復(fù)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入拓展，推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展。
工業(yè)類、服務(wù)類、特種類機(jī)器人同步蓬勃發(fā)展

? 機(jī)器人廣泛應(yīng)用于我國各行各業(yè)中，一般將其分為三類：工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人在汽車、電子、金屬制品、塑料及化工產(chǎn)品等行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；服務(wù)機(jī)器人在建筑、教育領(lǐng)域需求牽引下，不斷拓展應(yīng)用場景和服務(wù)模式；特種機(jī)器人在極端環(huán)境、危險(xiǎn)作業(yè)等場景下的操作能力大幅增強(qiáng)，在太空探測、深海探索、應(yīng)急救援等應(yīng)用領(lǐng)域有望快速發(fā)展。

人形機(jī)器人展現(xiàn)強(qiáng)大靈活性

工業(yè)機(jī)器人精度和穩(wěn)定性要求高，人形機(jī)器人有望達(dá)到人類的靈活水平

? 當(dāng)機(jī)器人的軸數(shù)增加，機(jī)器人就有更高的靈活性。四軸SCARA機(jī)器人是特別為高速取放作業(yè)而設(shè)計(jì)的，有4個(gè)自由度，而六軸機(jī)器人有6個(gè)自由度，提供了更高的生產(chǎn)靈活性，六軸機(jī)器人最初大規(guī)模應(yīng)用在汽車行業(yè)，多以負(fù)載>20kg型號(hào)為主，隨著六軸機(jī)器人逐漸向3C電子、金屬加工、食品飲料、新能源等行業(yè)擴(kuò)展，負(fù)載<20kg的小六軸出貨量逐漸提升。
? 人形機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人方案類似，傳動(dòng)部分有減速器、伺服電機(jī)、齒輪箱，控制部分為機(jī)器人的整機(jī)控制器，驅(qū)動(dòng)方式主要是電機(jī)驅(qū)動(dòng)。特斯拉機(jī)器人共有40個(gè)關(guān)節(jié)，包括28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元和12個(gè)高靈敏度要求的手部關(guān)節(jié)。

人形機(jī)器人入局玩家增多，產(chǎn)業(yè)化降本訴求強(qiáng)烈

2000年本田公司研發(fā)了第一代人形機(jī)器人ASIMO，隨后豐田、波士頓動(dòng)力、特斯拉等企業(yè)參與進(jìn)來，國內(nèi)廠商優(yōu)必選、小
米、傅利葉也紛紛入局，加大研發(fā)，不斷豐富應(yīng)用場景。但人形機(jī)器人的研發(fā)周期較長，需要持續(xù)不斷的、大量的資源和資
金投入，國內(nèi)走在前列的優(yōu)必選在其招股書中披露22Q1-Q3虧損7.78億元，對標(biāo)電動(dòng)車發(fā)展初期，降本成行業(yè)的首要問題。
另一方面，人形機(jī)器人的難點(diǎn)在于交互能力、通用人工智能的能力，對人體的仿生學(xué)和動(dòng)力學(xué)要求高。更擅長加工精度和重
負(fù)載的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人廠商（ABB、Kuka、Fanuc、安川），優(yōu)勢遷移存在一定難度，從人工智能控制算法這一角度，以特
斯拉為代表的軟件能力強(qiáng)的企業(yè)具備相當(dāng)大的優(yōu)勢，有希望復(fù)刻電車電池行業(yè)快速的降本曲線，帶動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

具身智能催化新一代人形機(jī)器人浪潮

人形機(jī)器人是通用人工智能“具身化”的載體

? “通用人工智能（AGI）”指的是在任何人類的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具備相當(dāng)于人類智慧程度的AI。2023年5月，在ITF World 2023半導(dǎo)體大會(huì)上，黃仁勛表示人工智能的下一個(gè)浪潮將是具身智能（embodied AI），即能理解、推理、并與物理世界互動(dòng)的智能系統(tǒng)。隨著技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，裝有AI大模型“大腦”、運(yùn)動(dòng)能力很強(qiáng)的人形機(jī)器人有望從事多種工作，包括家政服務(wù)、養(yǎng)老陪護(hù)、教育、醫(yī)療、設(shè)施巡檢、搶險(xiǎn)救災(zāi)等。
AI加持下，機(jī)器人訓(xùn)練速度和準(zhǔn)確性大幅提高

? 大模型和云端訓(xùn)練大幅地提升了軟件設(shè)計(jì)和模擬的生產(chǎn)力。將智能算法與機(jī)器人的感知、行動(dòng)和環(huán)境交互等能力結(jié)合，使機(jī)器人以更自然、更智能的方式與周邊環(huán)境進(jìn)行交互并完成各種任務(wù)。傅利葉智能在WAIC 2023上發(fā)布的通用人形機(jī)器人GR1全身40個(gè)自由度，具備敏捷避障、上下坡行走、與人協(xié)同等能力，它們可以理解各種自然語言指令，與人類很好地溝通；由于體型接近人類，它們視野開闊、能用工具，在很多場景下將成為人的替身。

全球勞動(dòng)力衰竭持續(xù)，人形機(jī)器人替代空間廣闊

政策催化機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，各地明確人形機(jī)器人的場景定位

? 我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)2020年?duì)I業(yè)收入突破1000億元，《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)，目標(biāo)到2025年機(jī)器人產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入年均增速超過20%。山東、深圳、北京等地陸續(xù)發(fā)布人形機(jī)器人相關(guān)行動(dòng)方案，面向3C電子制造、新能源汽車生產(chǎn)等典型場景，突破復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制、定位導(dǎo)航、視覺處理和精細(xì)操作等技術(shù)瓶頸，推動(dòng)人形機(jī)器人工程化和產(chǎn)業(yè)化。
潛在替代行業(yè)空間大，勞動(dòng)力缺口帶動(dòng)百億美元空間

? 特斯拉人形機(jī)器人的目標(biāo)是幫助人們完成枯燥重復(fù)或危險(xiǎn)的任務(wù)，集中在倉儲(chǔ)運(yùn)輸、采礦伐木、家庭服務(wù)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域。從潛在替代行業(yè)的角度看，根據(jù)美國勞工局統(tǒng)計(jì)的就業(yè)和平均薪水?dāng)?shù)據(jù)，針對不同行業(yè)在2030年的潛在替代空間，樂觀和悲觀市場空間預(yù)測分別為567/244億美元，在硬件成本下降后有望加速替代。從補(bǔ)充勞動(dòng)力缺口的角度看，假設(shè)按照2030年105萬臺(tái)空間的計(jì)算（替代美國210萬勞動(dòng)力缺口的50%），對標(biāo)特斯拉人形機(jī)器人遠(yuǎn)期價(jià)格降至約2萬美元，市場規(guī)模達(dá)210億美元。

特斯拉Optimus：核心傳動(dòng)產(chǎn)品解析

特斯拉Optimus迭代，加速人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

特斯拉人形機(jī)器人加速迭代

2021年8月第一屆Tesla AI Day上，特斯拉發(fā)布了首款人形機(jī)器人“擎天柱”（Optimus）的概念圖，該人形機(jī)器人身高5英尺8英寸，重125磅，具有45磅的承載能力和150磅的硬拉能力，其控制將通過類似于電動(dòng)汽車智能算法進(jìn)行。2022年2月推出原型機(jī)，在2022年10月AI Day亮相接近于完整體的新一代人形機(jī)器人，2023年7月亮相世界人工智能大會(huì)。

特斯拉Optimus執(zhí)行器解決方案

Optimus身體共計(jì)28個(gè)執(zhí)行器，包括三種旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和三種線性執(zhí)行器

根據(jù)圖示統(tǒng)計(jì)，特斯拉人形機(jī)器人全身的28個(gè)執(zhí)行器分布在肩部（6個(gè)）、肘部（2個(gè)）、腕部（6個(gè)）、軀干（2個(gè)）、髖部（6個(gè)）、膝部（2個(gè)）、踝部（4個(gè)）。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器各14個(gè)。

注：Yaw、Roll、Pitch用來區(qū)分繞y軸（垂直）、z軸（前后）、x軸（水平）旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器：全身14個(gè)

Tesla Optimus的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)方案：無框電機(jī)+諧波減速器+扭矩傳感器+位置傳感器+軸承（角接觸球軸承+交叉圓柱滾子軸承）+編碼器。特斯拉同步展示了其執(zhí)行器產(chǎn)品組合，包含了3個(gè)不同扭矩的旋轉(zhuǎn)減速器，分別為20Nm/110Nm/180Nm。
?全身分布：肩部6個(gè)，腕部2個(gè)，髖部4個(gè)，軀干2個(gè)。

線性關(guān)節(jié)執(zhí)行器：全身14個(gè)

Tesla Optimus的線性關(guān)節(jié)方案：無框電機(jī)+行星滾柱絲杠+力矩傳感器+位置傳感器+軸承（四點(diǎn)接觸球軸承+深溝球軸承）+編碼器。特斯拉同步展示了其執(zhí)行器產(chǎn)品組合，包含了3個(gè)不同力矩的線性執(zhí)行器，力矩分別為500N/3900N/8000N。
全身分布：肘部2個(gè)，腕部4個(gè)，髖部2個(gè)，膝部2個(gè)，踝部4個(gè)。

關(guān)節(jié)價(jià)值量高，無框電機(jī)打開需求空間

? 硬件層面，在特斯拉等大主機(jī)廠帶動(dòng)下，人形機(jī)器人有希望復(fù)刻電車電池行業(yè)快速的降本曲線。無框電機(jī)的單機(jī)價(jià)值量最高。執(zhí)行器方面，單臺(tái)機(jī)器人價(jià)值量分布集中在無框電機(jī)，按單個(gè)價(jià)值量約214美元假設(shè)，單臺(tái)機(jī)器人所需28個(gè)無框電機(jī)，合計(jì)價(jià)值量6,000美元，占總執(zhí)行器價(jià)值量的32.8%。
? 未來隨著硬件降本程度加大，假設(shè)2030年人形機(jī)器人需求量達(dá)105萬臺(tái)（替代美國210萬勞動(dòng)力缺口的50%），單臺(tái)人形機(jī)器人電機(jī)價(jià)值量按2,800美元（28個(gè)，單價(jià)100美元）計(jì)算，創(chuàng)造無框電機(jī)約30億美元需求空間。

核心零部件：電機(jī)解決方案有望受益

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：人形機(jī)器人的商業(yè)化解決方案

以電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的核心動(dòng)力單元：控制精度更高，具備大規(guī)模量產(chǎn)和能耗優(yōu)勢。
人形機(jī)器人一般采用關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，而驅(qū)動(dòng)方式主要有電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣體三種方式。1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)：具有簡單、驅(qū)動(dòng)控制成熟、技術(shù)成熟，比較常見，但由于電機(jī)負(fù)載能力的限制，其負(fù)載能力也較弱；2）液壓驅(qū)動(dòng)：成本略高，但具有很大的功率體積比，從而使機(jī)器人具備高動(dòng)態(tài)行走能力且負(fù)載能力強(qiáng)；3）氣體驅(qū)動(dòng)：具備壓縮性，能夠使機(jī)器人更柔順地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，但是其功率體積比最低，負(fù)載能力差。目前在全球頭部人形機(jī)器人廠商中，波士頓動(dòng)力在Atlas機(jī)器人上應(yīng)用液壓來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其余廠商大多以電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式為主。

電機(jī)分類：工業(yè)動(dòng)力之源，規(guī)模穩(wěn)定增長

電機(jī)種類多樣，應(yīng)用廣泛，帶動(dòng)全球市場規(guī)模穩(wěn)步提升。
電機(jī)以旋轉(zhuǎn)電機(jī)為主，根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換。伺服電機(jī)能將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，達(dá)到拖動(dòng)控制元件的目的；步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)㈦娒}沖轉(zhuǎn)化為角位移；力矩電機(jī)是一種扁平型多級永磁直流電動(dòng)機(jī)，能夠降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)。
電機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，大中型電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如冶金、電力、石化、煤炭、礦山、建材、造紙等。電機(jī)還應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域、軌道交通領(lǐng)域、家電領(lǐng)域以及新能源汽車領(lǐng)域等行業(yè)。根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，2019年我國電機(jī)市場規(guī)模達(dá)到了344億美元，預(yù)計(jì)2026年將增長至617億美元，年復(fù)合增長率8.83%。2016年全球電機(jī)市場規(guī)模為1097億美元，2021年達(dá)到了1313億美元，過去五年復(fù)合增長率為3.66%，預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到2072億美元，年復(fù)合增長率6.79%。

行業(yè)競爭：將趨向于多平臺(tái)技術(shù)的競爭

電機(jī)行業(yè)結(jié)合多門學(xué)科，要求企業(yè)具備多平臺(tái)能力

1）電機(jī)行業(yè)，綜合了電機(jī)理論、微電子、電力電子、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制工程理論、精密機(jī)械和新材料等多門學(xué)科，涉及電機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、 控制技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域，是典型的機(jī)電一 體化產(chǎn)品。2）國內(nèi)電機(jī)企業(yè)，要真正做好該領(lǐng)域，取決于是否三套團(tuán)隊(duì)齊備：電機(jī)電磁技術(shù)、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械加工（材料）。但國內(nèi)目前真正完整具備以上能力的企業(yè)較少，與發(fā)那科、安川等國際知名企業(yè)仍有較大距離。
中國是全球第一大電機(jī)生產(chǎn)國，日本、德國、美國等是研發(fā)主導(dǎo)力量，掌控著全球大部分高檔、精密、新型技術(shù)。從份額來看，中國電機(jī)行業(yè)規(guī)模占比30%，美國占和歐盟分別占比27%和20%。

發(fā)展趨勢：新興領(lǐng)域拉動(dòng)明顯，高質(zhì)量、高性能、智能化趨勢清晰

新興領(lǐng)域拉動(dòng)：醫(yī)療器械、協(xié)作/人形/工業(yè)機(jī)器人、無人機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能家居、新能源汽車等需求拉動(dòng)，且這些市場往往更高端

高質(zhì)量高性能升級需求：功能密度高、力矩大、體積小、 噪音小、溫升小、穩(wěn)定性可靠性好等，低劣低質(zhì)產(chǎn)品逐步退出市場

提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)：通過完善的售前定制化方案，售后快速響應(yīng)提升服務(wù)質(zhì)量，而非簡單的價(jià)格戰(zhàn)獲得用戶信任

智能化：通過PLC等高性能控制器實(shí)現(xiàn)位置控制數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、位置等精準(zhǔn)控制。
模組化趨勢：電機(jī)同編碼器、絲杠、變速器、傳感器高度集成為一個(gè)模組，實(shí)現(xiàn)精密運(yùn)動(dòng)組件。

伺服系統(tǒng)：高精度電機(jī)選擇，自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用增速快

伺服電機(jī)控制精度更高，廣泛用于半導(dǎo)體、新能源、機(jī)器人等高端領(lǐng)域

伺服系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)控制的核心。自動(dòng)控制系統(tǒng)中，伺服電機(jī)用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。
國產(chǎn)伺服系統(tǒng)廠商份額持續(xù)提升，國產(chǎn)替代加速。伺服系統(tǒng)市場中，外資品牌廠商憑借品牌與技術(shù)優(yōu)勢占據(jù)了我國60%-70%的市場份額。隨著國內(nèi)廠商自研能力逐步提升，內(nèi)資品牌伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平不斷提升，并逐漸在國內(nèi)市場中取得一定的份額，2021年內(nèi)資品牌的伺服系統(tǒng)市場份額達(dá)到35.79%，同比增長6.02pct，匯川技術(shù)、禾川科技、信捷電氣等廠商近年來市場份額提升明顯。

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