特斯拉人形機器人市場簡析

特斯拉人形機器人市場簡析一、特斯拉optimus進化中：快速迭代，撥開產業(yè)迷霧1.1機器人發(fā)展回溯：已滲透多元場景，“深水區(qū)”尚待智能升維機器人是具有一定自主能力、可執(zhí)行預期任務的執(zhí)行機構。不同研究機構對機器人定義有所差異，整體而言，機器人應具有自主能力，是可在其環(huán)境內運動以執(zhí)行預期任務的可編程執(zhí)行機構。國際機器人聯(lián)盟將機器人分為工業(yè)機器人和服務機器人，中國的國家標準進一步將服務機器人分為個人/家用服務機器人、公共服務機器人和特種服務機器人。機器人持續(xù)發(fā)展升級，智能化程度提升?？傮w上，機器人經(jīng)歷從低級到高級的三代發(fā)展歷程。第一代機器人完全按照事先裝入到存儲器中的程序步驟進行工作；第二代機器人則配備傳感器，能夠隨環(huán)境變化來調整自身行為；第三代機器人具有感知交互和思維能力，能夠自主處理復雜問題。更高階、智能化功能更完備的機器人仍在研發(fā)之中。全球機器人市場規(guī)模突破500億美元，智能化大勢下將持續(xù)滲透各類場景。2022年全球機器人市場規(guī)模達513億美元，2017-2022年CAGR達14%，其中工業(yè)機器人195億美元，服務機器人217億美元，特種機器人超100億美元。智能化大勢下，機器人產品性能、豐富度提高，并滲透多元場景，市場規(guī)模將保持增長態(tài)勢。1.2特斯拉人形機器人問世，有望引領全新的開發(fā)熱潮從概念到實體，特斯拉人形機器人應用藍圖已展開。2021年AIDay上，馬斯克發(fā)布特斯拉的通用機器人計劃，當時的TeslaBot僅是概念。歷經(jīng)升級迭代，2022年2月完成開發(fā)平臺制造，在2022年AIDay人形機器人Optimus正式亮相，隨后至2023年5月股東大會，Optimus已能夠實現(xiàn)物品分類等更復雜的任務。在不到兩年時間內實現(xiàn)快速發(fā)展，人形機器人產業(yè)化或將呈現(xiàn)由點到面、某一階段提速滲透的演進趨勢。場景不局限，實現(xiàn)機器換人，市場空間廣闊。特斯拉人形機器人將兼具工業(yè)和家庭用途，能夠執(zhí)行工業(yè)生產中的復雜任務和家庭服務，最終實現(xiàn)勞動力替代。據(jù)高工機器人產業(yè)研究所，2026年全球人形機器人在服務機器人中的滲透率有望達到3.5%，市場規(guī)模超20億美元，到2030年，全球市場規(guī)模有望突破200億美元。隨人形機器人產品智能化程度不斷提升，遠期市場空間更為廣闊。人形機器人開發(fā)道路前赴后繼，發(fā)展不易但曙光已現(xiàn)。上世紀70年代，日本早稻田大學研發(fā)全球首個全尺寸人形“智能”機器人——WABOT-1。此后全球陸續(xù)推出不同品類、應用在不同場景的人形機器人，除特斯拉外，波士頓動力、豐田、本田、小米、優(yōu)必選等均有相關產品推出。但人形機器人產業(yè)化難度大，主要原因在于關鍵技術掣肘、成本仍高昂、應用場景有限等，本田、軟銀等公司已宣布停產有關人形機器人產品。特斯拉人形機器人快速迭代升級，未來目標售價不超過2萬美元，產業(yè)化核心痛點擊破后將帶動行業(yè)快速發(fā)展。二、解構optimus：智能機器人的2萬美元之路怎么走2.1凝結核心技術，創(chuàng)造“獨立生產力”的第一步特斯拉人形機器人：將核心技術凝結在一具類人結構中，劃時代產品的第一步。人形機器人的研發(fā)難度高，是一個復雜而龐大的工程系統(tǒng)，因此難以從單點突破實現(xiàn)真正的革命性創(chuàng)新。特斯拉人形機器人Optimus的問世與短時間內的升級，產生向上變化的原因在于其前期新能源汽車的核心技術積淀、以及智能化技術的不斷迭代。我們認為，“積跬步可至千里”，特斯拉已邁出產品劃時代的第一步。Optimus初具人形，擁有靈巧的機械設計與強大的內核。從基本參數(shù)配置看，Optimus包括裝載自研芯片的“大腦”、2.3kWh且內置電子器件的電池包、關節(jié)和靈巧手等硬件構造。Optimus全身擁有超200個自由度、手部27個自由度，動作更接近人類；依托自研芯片和FSD（全自動駕駛）等技術，表現(xiàn)更加智能化。盡管距離產業(yè)化仍需時日，背后的強大技術支撐正推動Optimus成為人形機器人產品的翹楚。2.2機械之美：靈活的關節(jié)演繹類人的動作靈活設計，分布28個執(zhí)行器優(yōu)化驅動性能。整體而言，Optimus采用大電池組+電機驅動+剛性金屬傳動+串并聯(lián)關節(jié)分布+視/力/位傳感器的設計。對于電機驅動的Optimus，機器人擁有28個身體執(zhí)行器，共有6種設計，包含3種不同負載的旋轉執(zhí)行器和3種不同負載的直線執(zhí)行器。拆解Optimus關節(jié)，旋轉關節(jié)與線性關節(jié)的零部件差異較大。我們認為Optimus的身體執(zhí)行器中，旋轉關節(jié)和線性關節(jié)的數(shù)量各占一半。上肢的關節(jié)模組是以無框力矩電機+諧波減速器為主，而下肢腿部則采用了無框電機+行星絲杠的線性執(zhí)行器。靈巧手是特斯拉人形機器人的重要設計亮點之一。從基本參數(shù)看，Optimus單手擁有6個執(zhí)行器，11個自由度，可抓起20磅重量。利用仿生學關節(jié)設計，在靈巧手結構上，特斯拉采用彈簧負載設計方案。從內部構成看，每個執(zhí)行器由空心杯電機+螺紋絲杠+精密行星齒輪箱+編碼器構成。靈巧手采用金屬肌腱，能夠帶動機器人精確抓住小而薄的物體。2.3站在電動化與智能化的浪潮之上，業(yè)務協(xié)同將加速推動機器人產業(yè)化人形機器人的產業(yè)化背后：業(yè)務協(xié)同發(fā)揮顯著成效，技術與供應鏈積淀將助其走得更遠。特斯拉的業(yè)務布局宏大，涵蓋電動汽車、清潔能源和人形機器人等，已成長為全球電動汽車龍頭。我們認為，特斯拉人形機器人的開發(fā)并非從無到有，而是站在“巨人肩膀上”的又一次拓展。技術和產品端，小至視覺傳感器、舵機、減速器、電池，大到整個系統(tǒng)集成均有相關產品，F(xiàn)SD和自研芯片同樣是基于前期迭代升級應用在機器人上；供應鏈上，基于成熟的電動汽車產業(yè)鏈，以及借鑒特斯拉在中國實現(xiàn)零部件本土化、快速降本的策略，“移植”到人形機器人產品開發(fā)中，實現(xiàn)汽車與機器人供應鏈的共享，將有助業(yè)務的更快發(fā)展。電氣系統(tǒng)集成化設計，降低功耗與元件數(shù)量。特斯拉借鑒電子與汽車產品的設計，將電池、傳感器、冷卻系統(tǒng)等集成到軀干部分，盡可能減少元件的數(shù)量與功耗。特斯拉Optimus重量73kg，靜坐時功率100W，快走時功率500W，其電池組容量為2.3kWh，工作電壓為52V，可維持機器人一整天的工作。以人形機器人電氣系統(tǒng)設計為例，特斯拉以汽車設計為基礎，將產品進行集成，融合在一起，優(yōu)化調參至機器人平臺，亦體現(xiàn)特斯拉流線型制造的高效。FSD增強人形機器人智能化，業(yè)務協(xié)同發(fā)揮價值的典范。特斯拉的全自動駕駛系統(tǒng)發(fā)展迅速，截至2023年5月，F(xiàn)SDBeta已累計行駛接近2億英里。FSD能夠應用在人形機器人，本質在于自動駕駛的模擬過程與機器人相同，即“輸入-計算機平臺-輸出”。通過視覺系統(tǒng)識別周圍環(huán)境，將數(shù)據(jù)傳輸至計算平臺，平臺將反饋傳輸給執(zhí)行器等環(huán)節(jié)，產生動作?；贔SD的技術和數(shù)據(jù)積淀，構建核心競爭力，特斯拉Optimus將擁有和其他機器人產品不同的智能化升級優(yōu)勢。FSD持續(xù)優(yōu)化升級，提升“大腦容量”。2022年AIDay展示的FSD架構顯示，由訓練基礎設施、AI編譯器&推理、訓練數(shù)據(jù)將信息輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡，經(jīng)處理分析后輸出結果，形成規(guī)劃決策。通過硬件和算法等的優(yōu)化升級，F(xiàn)SD能夠高效處理持續(xù)增加的數(shù)據(jù)。三、產業(yè)鏈梳理：精密制造+智能化的融合，國產供應鏈入局3.1機器人產業(yè)鏈全景：三大核心構件為基，智能化賦能廣闊應用場景機器人：制造業(yè)皇冠頂端明珠，三大核心構件成本占比70%。智能機器人產業(yè)鏈包括上游核心零部件、中游本體制造及系統(tǒng)集成和下游廣泛的應用場景。根據(jù)產業(yè)研究，工業(yè)機器人領域，減速器、伺服系統(tǒng)和控制器三大核心零部件的成本占比達到70%。智能機器人產業(yè)鏈中，智能技術與軟件系統(tǒng)的重要性提升。與傳統(tǒng)機器人產業(yè)鏈相比，智能機器人的核心部件增加體現(xiàn)算力水平的專用芯片。隨機器人感知、決策、控制、交互能力升級，軟件系統(tǒng)與配套技術支持在產業(yè)鏈中的占比將加大，亦是強壁壘環(huán)節(jié)。以優(yōu)必選Walker為例，人形機器人成本將明顯高于傳統(tǒng)機器人。優(yōu)必選開發(fā)出大型仿人服務機器人Walker，其具備36個高性能伺服關節(jié)以及力覺、視覺、聽覺、空間知覺等全方位的感知系統(tǒng)，可以實現(xiàn)平穩(wěn)快速的行走和靈活精準的操作，具有在常用家庭場景和辦公場景的自由活動和服務的能力。智能化程度的提升意味著硬件端零部件性能與數(shù)量的增加，以及軟件端先進算法等的應用，將顯著提高造價。未來人性機器人降本提效的關鍵在于，開發(fā)高性價比的核心部件、智能系統(tǒng)持續(xù)迭代升級。3.2精密減速器：高壁壘環(huán)節(jié)，優(yōu)質國產廠商持續(xù)開展進口替代諧波減速器與RV減速器是高精密傳動領域廣泛使用的精密減速器。減速器是連接動力源和執(zhí)行機構的中間機構，具有匹配轉速和傳遞轉矩的作用，可分為一般傳動減速器和精密減速器。精密減速器制造要求高、技術難度大，具有精度高、可靠穩(wěn)定等優(yōu)勢，應用于機器人、數(shù)控機床等高端領域。隨工業(yè)機器人、高端數(shù)控機床等快速發(fā)展，諧波減速器和RV減速器成為高精密傳動領域廣泛應用的精密減速器。兩種精密減速器適用領域不同，相輔相成。由于傳動原理和結構等技術特點差異，二者在下游應用領域各有側重、相輔相成。諧波減速器體積小、傳動比高、精密度高，主要應用于機器人小臂、腕部或手部；RV減速器則一般應用于多關節(jié)機器人中機座、大臂、肩部等重負載的位置。諧波減速器能夠廣泛應用于協(xié)作機器人、服務機器人等輕負載領域。工業(yè)機器人應用領域逐步拓展，帶動減速器需求不斷擴大。隨工業(yè)機器人需求提升，減速器作為工業(yè)機器人的核心部件之一，市場規(guī)模增加。2022年中國工業(yè)機器人用減速器約109.9萬臺，同比增長約18%，其中RV減速器與諧波減速器使用量分別為45.94萬臺與63.96萬臺。國產減速器廠商進步明顯，海外龍頭份額有所收縮。全球減速器市場中諧波減速器龍頭為哈默納科，RV減速器龍頭為納博特斯克，二者占據(jù)全球工業(yè)機器人減速器市場70%左右（2020年數(shù)據(jù)）。隨國產廠商技術進步、加大減速器投資，部分企業(yè)如綠的諧波、雙環(huán)傳動等實現(xiàn)對進口產品的替代。2022年減速器領域國產份額提升，納博特斯克、哈默納科等海外龍頭的份額進一步收縮。伺服系統(tǒng)是自動化運動控制環(huán)節(jié)的核心部件，工業(yè)自動化趨勢下市場規(guī)模持續(xù)增長。伺服系統(tǒng)是工業(yè)機器人核心的自動化運動控制部件，可實現(xiàn)對速度、轉矩與位置進行精確、快速、穩(wěn)定的控制，主要由伺服電機、伺服驅動器、編碼器組成。在“機器換人”和工廠自動化/智能化的大背景下，伺服系統(tǒng)市場規(guī)模持續(xù)提升且未來仍有較大成長空間。根據(jù)研究，2022年中國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模286億元，同比增長28%，作為伺服系統(tǒng)的核心構件，伺服電機市場規(guī)模181億元，同比增長7%。四、重點關注擁有核心部件積淀、具備進口替代能力的企業(yè)4.1匯川技術：工業(yè)自動化控制領域翹楚，伺服系統(tǒng)國內份額第一聚焦工業(yè)領域自動化、數(shù)字化、智能化，形成五大業(yè)務板塊。公司成立于2003年，專注于工業(yè)自動化控制產品的研發(fā)、生產和銷售，定位服務于高端設備制造商。公司自成立以來始終專注于電機驅動與控制、電力電子、工業(yè)網(wǎng)絡通信等核心技術。歷經(jīng)多年發(fā)展，公司已形成五大業(yè)務：通用自動化、智慧電梯、新能源汽車、工業(yè)機器人、軌道交通。業(yè)績穩(wěn)步提升，其中通用自動化業(yè)務收入占比在五成左右。公司產品廣泛應用于工業(yè)領域的各行各業(yè)，總體上與經(jīng)濟周期緊密相關，無明顯季節(jié)性特征。收入端公司保持多年穩(wěn)健增長，2022年營收突破200億元，達到230.1億元，同比增長28%；收入增長帶動盈利提升，2022年實現(xiàn)歸母凈利潤43.2億元，同比增長21%。收入結構層面，通用自動化占比在50%左右，2022年公司憑借“保供保交付、國產化率提升、多產品綜合解決方案”等優(yōu)勢，積極把握市場的結構性機會，保持相關業(yè)務較快增速；新能源汽車受益“滲透率提升、公司定點車型放量、保供保交付”等原因，收入快速提升；工業(yè)機器人則得益于“產品系列拓寬、品牌影響力提升”等因素，業(yè)務提速增長。中國通用伺服系統(tǒng)份額第一，自動化/智能化背景下仍將保持較快增長。在通用自動化領域，公司產品包括：變頻器、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（PLC/CNC）、工業(yè)視覺系統(tǒng)、傳感器、高性能電機、高精密絲杠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等核心部件及光機電液一體化解決方案等。2022年公司通用伺服系統(tǒng)的中國市場份額達21.5%，排名第一。機器換人和工廠自動化/智能化背景下，相關產品仍將保持較快增速。在工業(yè)機器人領域，公司實現(xiàn)從控制系統(tǒng)到伺服系統(tǒng)全部自制，保持較好盈利，行業(yè)成長趨勢疊加公司產品和技術積淀，將迎來較好的發(fā)展機遇。4.2鳴志電器：運動控制領域知名制造商，控制電機技術領先收入保持相對穩(wěn)健增長，控制電機及其驅動系統(tǒng)業(yè)務為主要業(yè)績來源。公司成立于1994年，歷經(jīng)近三十年發(fā)展，成長為運動控制領域知名制造商，專注于運動控制、智能LED照明控制和工業(yè)設備管理的關鍵部件制造，與全球30多家國際性公司合作。公司歷年收入保持相對穩(wěn)健向上，營收由2018年的18.9億元提升至2022年的29.6億元，其中控制電機及其驅動系統(tǒng)占收入比重已達78%。2022上半年階段性遭遇疫情影響，下半年明顯緩解，業(yè)績較具韌性，主要原因在于公司在新興、高附加值領域的業(yè)務取得較快成長，同時境外業(yè)務具有相對更高增速。擁有高性能多品類的運動控制產品線，混合式步進電機打破日企壟斷。公司產品線涵蓋三大領域：運動控制、智能照明、電子元器件?？刂齐姍C方面，公司目前擁有步進電機、直流無刷電機、交流伺服電機、空心杯電機等控制電機類產品，其中混合式步進電機打破日企壟斷，全球份額10%以上穩(wěn)居全球前三；公司的直流無刷電機、交流伺服電機、空心杯電機技術亦在全球居于前列水平。專注發(fā)展系統(tǒng)級的驅動控制系統(tǒng)，聚焦戰(zhàn)略新興行業(yè)和戰(zhàn)略客戶。公司通過增強對海外子公司的一體化建設和賦能，發(fā)揮海外研發(fā)運營機構的技術研發(fā)優(yōu)勢，強化驅動控制類產品的迭代。業(yè)務相對聚焦，重點布局局光伏/鋰電/半導體自動化、移動服務機器人、3C非標自動化、激光設備及醫(yī)療器械和生化分析應用領域，取得較快速增長，其中移動服務機器人2022全年營收同比增長103%，未來有望保持高速成長。4.3鼎智科技：微特電機領跑者，形成立體化精密運動控制解決方案矩陣線性執(zhí)行器行業(yè)領先，近年來業(yè)績保持高增。公司成立于2008年，從絲桿、螺母等傳動組件起步，已成為線性執(zhí)行器國內第一、世界第二，并逐步成長為以微特電機為主要構成的定制化精密運動控制解決方案提供商。2020年以來公司收入及利潤保持高增，2022年營收約3.2億元，同比增長64%，歸母凈利潤約1.0億元，同比增長103%，盈利水平相比2021年有明顯提升。近年來加速成長，部分原因在于疫情之下核酸