人形机器人行业研究:风再起时,电机零部件充分受益
(报告出品:华福证券)
人形机器人:劳动力替代空间广阔
机器人产业迎来升级换代、跨越发展新窗口
机器人自动化水平随制造业发展持续提升。机器人的发展跟随制造业自动化程度不断提升,从最早的单任务起重机式臂到机器人,再到能够与人直接交互的协作机器人, 再发展到与人工智能结合的人形机器人。在各行各业数字化转型的巨大需求牵引下,机器人在汽车制造、电子制造、仓储运 输、医疗康复、应急救援等领域的应用不断深入拓展,推动机器人产业持续蓬勃发展。
工业类、服务类、特种类机器人同步蓬勃发展。机器人广泛应用于我国各行各业中,一般将其分为三类:工业机器人、服务机器人、特种机器人。工业机器人在汽车、电子、 金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用;服务机器人在建筑、教育领域需求牵引下,不断拓展应用场景和 服务模式;特种机器人在极端环境、危险作业等场景下的操作能力大幅增强,在太空探测、深海探索、应急救援等应用领域 有望快速发展。
人形机器人展现强大灵活性
工业机器人精度和稳定性要求高,人形机器人有望达到人类的灵活水平。当机器人的轴数增加,机器人就有更高的灵活性。四轴SCARA机器人是特别为高速取放作业而设计的,有4个自由度,而六 轴机器人有6个自由度,提供了更高的生产灵活性,六轴机器人最初大规模应用在汽车行业,多以负载>20kg型号为主,随 着六轴机器人逐渐向3C电子、金属加工、食品饮料、新能源等行业扩展,负载
人形机器人入局玩家增多,产业化降本诉求强烈
2000年本田公司研发了第一代人形机器人ASIMO,随后丰田、波士顿动力、特斯拉等企业参与进来,国内厂商优必选、小 米、傅利叶也纷纷入局,加大研发,不断丰富应用场景。但人形机器人的研发周期较长,需要持续不断的、大量的资源和资 金投入,国内走在前列的优必选在其招股书中披露22Q1-Q3亏损7.78亿元,对标电动车发展初期,降本成行业的首要问题。另一方面,人形机器人的难点在于交互能力、通用人工智能的能力,对人体的仿生学和动力学要求高。更擅长加工精度和重 负载的传统工业机器人厂商(ABB、Kuka、Fanuc、安川),优势迁移存在一定难度,从人工智能控制算法这一角度,以特 斯拉为代表的软件能力强的企业具备相当大的优势,有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线,带动人形机器人产业发展。
全球劳动力衰竭持续,人形机器人替代空间广阔
政策催化机器人产业发展,各地明确人形机器人的场景定位。我国机器人产业2020年营业收入突破1000亿元,《“十四五”机器人产业发展规划》提出产业向中高端迈进,目标到2025年 机器人产业营业收入年均增速超过20%。山东、深圳、北京等地陆续发布人形机器人相关行动方案,面向3C电子制造、新能源 汽车生产等典型场景,突破复杂运动控制、定位导航、视觉处理和精细操作等技术瓶颈,推动人形机器人工程化和产业化。
潜在替代行业空间大,劳动力缺口带动百亿美元空间。特斯拉人形机器人的目标是帮助人们完成枯燥重复或危险的任务,集中在仓储运输、采矿伐木、家庭服务、服务业等领域。从 潜在替代行业的角度看,根据美国劳工局统计的就业和平均薪水数据,针对不同行业在2030年的潜在替代空间,乐观和悲观市 场空间预测分别为567/244亿美元,在硬件成本下降后有望加速替代。从补充劳动力缺口的角度看,假设按照2030年105万台 空间的计算(替代美国210万劳动力缺口的50%),对标特斯拉人形机器人远期价格降至约2万美元,市场规模达210亿美元。
特斯拉Optimus:核心传动产品解析
特斯拉Optimus迭代,加速人形机器人产业化进程
特斯拉人形机器人加速迭代 。2021年8月第一届Tesla AI Day上,特斯拉发布了首款人形机器人“擎天柱”(Optimus)的概念图,该人形机器人身高5英 尺8英寸,重125磅,具有45磅的承载能力和150磅的硬拉能力,其控制将通过类似于电动汽车智能算法进行。2022年2月推 出原型机,在2022年10月AI Day亮相接近于完整体的新一代人形机器人,2023年7月亮相世界人工智能大会。
特斯拉Optimus全身共40个关节
新一代Optimus自由度提升,共40个关节 。特斯拉发布的最新一代Optimus在身体机械部分有28个关节(14个旋转执行器+14个线性执行器),2个灵巧手共有12个关 节(6个执行器*2)。特斯拉人形机器人的灵巧手在设计中模仿了人手,拥有自适应抓取能力。手部结构为五指多关节,拇指采用双电机驱动弯曲 和侧摆,其它四指各一个电机。共计6个执行器、11个自由度,负荷20磅,能够自适应抓取角度,具备工具使用能力、小物 件精准抓握能力。
特斯拉Optimus执行器解决方案
Optimus身体共计28个执行器,包括三种旋转执行器和三种线性执行器。根据图示统计,特斯拉人形机器人全身的28个执行器分布在肩部(6个)、肘部(2个)、腕部(6个)、躯干(2个)、髋部 (6个)、膝部(2个)、踝部(4个)。旋转执行器和线性执行器各14个。注:Yaw、Roll、Pitch用来区分绕y轴(垂直)、z轴(前后)、x轴(水平)旋转。
关节价值量高,无框电机打开需求空间
硬件层面,在特斯拉等大主机厂带动下,人形机器人有希望复刻 电车电池行业快速的降本曲线。无框电机的单机价值量最高。执 行器方面,单台机器人价值量分布集中在无框电机,按单个价值 量约214美元假设,单台机器人所需28个无框电机,合计价值量 6,000美元,占总执行器价值量的32.8%。未来随着硬件降本程度加大,假设2030年人形机器人需求量达 105万台(替代美国210万劳动力缺口的50%),单台人形机器 人电机价值量按2,800美元(28个,单价100美元)计算,创造 无框电机约30亿美元需求空间。
核心零部件:电机解决方案有望受益
电机驱动:人形机器人的商业化解决方案
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