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2023-01-31
巨頭爭相布局，人形機器人前景如何？
更新時間：2022-08-19 14:47:29作者：佚名
（原標(biāo)題：巨頭爭相布局，人形機器人前景如何？）
*網(wǎng)易上市公司研究院特稿，未經(jīng)同意禁止一切媒體轉(zhuǎn)載，包括友商，本文不構(gòu)成投資決策。
6月3日，馬斯克在推特上宣布，特斯拉的人形機器人Tesla Bot改名為擎天柱（Optimus）。并且，為了人形機器人的發(fā)布，將8月19日的特斯拉AI日推遲到9月30日。
但令人意想不到的是，特斯拉被小米搶了先。
8月11日，小米舉辦秋季新品發(fā)布會，除了傳統(tǒng)的數(shù)碼產(chǎn)品，小米MIX Fold 2折疊手機、小米Watch S1 Pro、Redmi K50至尊版等，發(fā)布會最大的亮點在于，繼小米仿生四足機器狗Cyberdog后，小米機器人Cyber家族迎來了新成員，小米首款全尺寸人形仿生機器人——“Cyberone”。
那么，人形機器人行業(yè)的未來將如何？
人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈可分為三大部分
上游零部件/原材料的成本占比最高，盈利水平最強。如金屬原材料鋁鎂合金，非金屬原材料碳纖維。以及核心零部件電機、控制器、減速器、編碼器、AI智能設(shè)備等。還有非核心零部件，如顯示屏、基體外殼、線束等。由于具備一定技術(shù)儲備，機器人關(guān)鍵核心零部件企業(yè)率先進入人形機器人產(chǎn)業(yè)鏈的機會更大。
據(jù)中信建投測算，動力總成系統(tǒng)成本占人形機器人總成本的35%，是價值量最高的部分；其次是智能感應(yīng)系統(tǒng)，占人形機器人總成本的25%。中信建投認(rèn)為，電機、減速器、結(jié)構(gòu)件等硬件環(huán)節(jié)具備產(chǎn)業(yè)鏈機會。
其中，伺服系統(tǒng)占總成本的20%，是運動控制的核心，日系廠商優(yōu)勢突出，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，主要面向中低端市場。2021年伺服系統(tǒng)國內(nèi)市場空間為233億元，2014-2021CAGR=16.09%，維持較高增速。
本土廠商伺服份額變化
2019-2021年安川/松下/三菱等日系占據(jù)近50%銷售額市占率，但交流伺服國產(chǎn)替代較為明顯。本土廠商占比從2017年的27.7%提升至2022Q1的45.4%（上升17.7pct）,主要替代日韓廠商份額。
根據(jù)睿工業(yè)數(shù)據(jù)，2021年中國通用伺服廠商占國內(nèi)市場比例達到42%，首次超過日韓廠商。睿工業(yè)認(rèn)為，國產(chǎn)廠商份額大幅增加的原因主要包括：供應(yīng)鏈管理良好、響應(yīng)速度高、性價比高。
內(nèi)資龍頭匯川技術(shù)銷售額市占率快速提升，從2018年6.2%提升至2022Q1的16.6%（+10.4pct）、超過安川、松下，位居第一。二線龍頭雷賽智能、信捷電氣、禾川科技等因鋰電、光伏等增量市場機會憑借產(chǎn)品高性價比及快速響應(yīng)能力奮起直追，從2018-2022Q1份額分別提升1.20%/1.42%/1.50%，實現(xiàn)突破。
國內(nèi)核心廠商伺服產(chǎn)品份額提升
而控制器已經(jīng)被日本、德國、美國等壟斷，占5%。傳感器占成本的5%，并逐漸向微型化、智能化、仿生化發(fā)展。減速器是連接動力源和執(zhí)行機構(gòu)的中間機構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，且占成本的30%。
2020年，全球機器人減速器市場規(guī)模為106.5億元。其中，日本的納博特斯克和哈默納科占據(jù)工業(yè)機器人減速器七成以上市場。其優(yōu)勢在于產(chǎn)品成熟且系列化，劣勢是交期較長和服務(wù)響應(yīng)較慢。綠的諧波是諧波減速器國內(nèi)龍頭，2021年市占約25%。
平安證券認(rèn)為，人形機器人未來對精密減速器市場規(guī)模的拉動作用將最為明顯，綠的諧波和雙環(huán)傳動作為國內(nèi)諧波、RV減速器龍頭，業(yè)績有望大幅受益。
中國機器人關(guān)節(jié)用高精密減速機研發(fā)起步較晚，再加上相關(guān)技術(shù)封鎖等原因，與精度、噪聲、壽命相關(guān)的核心技術(shù)成為“卡脖子”難題。但近期已經(jīng)實現(xiàn)了一些突破，從份額提升角度來看，諧波減速器中綠地諧波市占從2020年的21%提升至2021年的25%，來福市占也提升了2pct，突破明顯。
減速器相關(guān)廠商份額變化
東吳證券表示，諧波減速器相關(guān)國產(chǎn)廠商技術(shù)水平已基本過關(guān)，未來依靠較低的價格、較短的交付周期、較快的服務(wù)相應(yīng)，以及本土化定制化服務(wù)有望進一步加速國產(chǎn)替代。
人形機器人的這些部件，就像人類身體內(nèi)部的各個“器官”，在機器人的本體里分工合作，協(xié)助完成各項指令。
中游包括系統(tǒng)集成和本體制造。系統(tǒng)集成是連接生產(chǎn)企業(yè)和客戶的橋梁，通過面向具體用戶需求的定制化集成開發(fā)，實現(xiàn)機器人在特定場景中的實際布署。而機器人的本體在結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工制造的基礎(chǔ)上，通過集成上游零部件實現(xiàn)機器人整機的生產(chǎn)。
系統(tǒng)集成板塊，國內(nèi)外基本處于同一水平，但國內(nèi)有工程師成本低的紅利優(yōu)勢，2020年國內(nèi)市場達到2000億元。國內(nèi)生產(chǎn)機器人本體的企業(yè)較為成熟，國產(chǎn)機器人本體基本達到國際先進水平，且兩年后有望大規(guī)模進入高端市場。
所以系統(tǒng)集成和本體就像人類的 “大腦”及“肢體”，由“大腦”整理各項指令發(fā)送給各個“器官”，來達到“肢體”的行動運作。
下游是個人/企業(yè)相關(guān)應(yīng)用場景。包括個人/家庭使用如家務(wù)機器人、情感/陪伴機器人，商業(yè)服務(wù)應(yīng)用如醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、運輸、安保等，工業(yè)生產(chǎn)制造應(yīng)用如汽車制造、食品加工、采礦、機床等。就像人類的不同“職業(yè)”，術(shù)業(yè)有專攻。
人形機器人的核心產(chǎn)品
波士頓動力ATLAS
2013年，波士頓動力推出仿人機器人Atlas（第一代），采用液壓驅(qū)動+控制的電液混合模式，增強了運動能力。并配備視覺系統(tǒng)（激光測距儀和立體照相機），但需要電纜進行供電。這時的Atlas已經(jīng)能夠在碎石堆上行走，還要受到嚴(yán)重的“虐待”，它不僅要“金雞獨立”，還要承受大擺球的撞擊。
2016年推出第二代Atlas，它具有獨立的鋰電池組電源，脫離了電纜的束縛，同時頭部使用光學(xué)雷達和立體傳感器。但這時的Atlas仍是個“嬰兒”，尚在蹣跚學(xué)步階段，走路踉踉蹌蹌，動作也不連貫，像極了一個半夜里走在回家路上的“醉漢”。
2017年-2020年持續(xù)改進Atlas，首先使其可穩(wěn)定快速翻越障礙物，完成空中轉(zhuǎn)體、后空翻等動作，接著用模型預(yù)測控制器技術(shù)，使其對動作進行跟蹤以實現(xiàn)平滑交接，最終引入自主步伐規(guī)劃算法，在狹窄地形中自主導(dǎo)航和行動。
Atlas執(zhí)行的每個動作都源自其行為庫中的動作模板，它可以根據(jù)目標(biāo)情況自主從庫中選擇相應(yīng)的動作執(zhí)行。跑酷過程中，Atlas的模型預(yù)測控制器（MPC）會調(diào)整其發(fā)力、姿勢、動作發(fā)生時機等細(xì)節(jié)，來應(yīng)對環(huán)境、腳滑等各種可能實時出現(xiàn)的因素。
并且，MPC還允許Atlas跨行為邊界預(yù)測下一步的行動，比如它知道了這次跳躍后是一個后空翻后，就可以自動地創(chuàng)建從一個行為到下一個行為的過渡，使每一步動作都自然的連貫起來。
Atlas第一視角的路徑規(guī)劃
現(xiàn)在，Atlas可以利用頭部的RGB攝像頭和TOF深度傳感器獲取更加全面的環(huán)境信息。TOF深度傳感器以每秒15幀的速度生成環(huán)境的點云。點云是大量測距結(jié)果的集合，Atlas獲取到環(huán)境的點云后，它的感知軟件會利用一種稱作多平面分割的算法從中提取平面，并輸入到一個映射系統(tǒng)中，構(gòu)建出Atlas看到的不同對象的模型。
這就相當(dāng)于為Atlas構(gòu)建了一張3D地圖，Atlas跑酷過程中正是基于它構(gòu)建的這個模型來規(guī)劃路徑，計算每一步的落腳點。
這個站在機器人研究金字塔尖的神奇“物種”一路飛速進化，剛出場時其形象還人不人鬼不鬼，在滾動履帶上甩著兩條扭曲的大長腿，隨后不僅外觀越來越炫酷，而且新技能不斷刷新人類認(rèn)知。
2020年中旬，波士頓動力首款商用機器狗Spot正式開售，售價折合人民幣將近50萬元。顯然這個售價很難給波士頓動力帶來太多銷量。據(jù)彭博社報道，截至2020年底，Spot僅被賣出了大約400臺。Atlas單臺價值約200萬美金，因能耗較大、售價過高難以商業(yè)化，缺乏高級AI技術(shù)等原因，目前無商業(yè)化嘗試。
小米Cyberone vs Tesla Optimus
小米Cyberone身高177cm，體重52kg，與Tesla Optimus近似。感知和控制層，小米和特斯拉均采用視覺方案，但核心算法仍有差距。
小米Cyberone使用聽覺傳感器和Misense視覺空間系統(tǒng)進行感知，音頻算法可實現(xiàn)85種環(huán)境語義識別和45種人類語義情緒識別。而特斯拉Optimus移植汽車自動駕駛方案，使用Autopilot視覺攝像頭感知，F(xiàn)SD計算機提供強力算法控制。我們認(rèn)為小米CyberOne定位更側(cè)重于情感識別與交互，而特斯拉Optimus在路徑規(guī)劃、環(huán)境感知能力可能更為卓越，有望具備多場景多任務(wù)處理能力。
小米Cyberone形態(tài)及性能簡介
Tesla Optimus形態(tài)及性能配置
執(zhí)行層方面，CyberOne具備21個自由度，行走時速3.6km/h，Optimus采用40個機電執(zhí)行器，預(yù)計具備28-40個自由度，其中手部配備12個電機，手部更靈活，得益于高能算法控制，機器人行走時速最高可達8km/h。價格和產(chǎn)量層面，小米CyberOne造價60-70萬元，尚無法量產(chǎn)。但Tesla機器人預(yù)計2023年投產(chǎn)，量產(chǎn)后售價有望低至2.5萬美元。
中美科技龍頭紛紛入局
有望推動人形機器人商業(yè)化和大眾化發(fā)展
隨著Tesla、小米相繼入局人形機器人，亞馬遜近期收購掃地機器人公司，小鵬、OPPO發(fā)布自研四足機器人，具備創(chuàng)新基因和成功商業(yè)經(jīng)驗的科技龍頭入局有望為機器人產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展提供算法、算力、控制等新路徑，并注入商業(yè)化因子，推動機器人真正走向市場。
但當(dāng)前機器人商業(yè)化程度有限。當(dāng)前行業(yè)領(lǐng)先的人形機器人波士頓動力Atlas尚處于實驗室階段，具備仿真人類表情的Ameca成本超13.3萬美元且尚不能行走。往年代表性人形機器人本田Asimo、軟銀Pepper均已經(jīng)產(chǎn)。尚未成熟的技術(shù)和高昂的成本始終掣肘行業(yè)發(fā)展。
“人形機器人行業(yè)尚處于發(fā)展初期，目前面臨成本高、應(yīng)用場景不明確、技術(shù)實現(xiàn)的功能簡單等難題。”北京立德機器人平臺總經(jīng)理潘月稱。
雷軍在小米新品發(fā)布會上表示，在智能機器人領(lǐng)域，人形仿生機器人的技術(shù)集成度最高、難度也最大，小米還處于起步的第一階段，CyberOne每天都在學(xué)習(xí)新的技能，相信未來智能機器人一定會走進人們的生活。
人形機器人的巨大藍(lán)海市場能否兌現(xiàn)，核心還要看產(chǎn)品量產(chǎn)和成本控制。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制性能要求高，人形機器人成本非常昂貴。在保證性能的前提下，同時能實現(xiàn)量產(chǎn)降低成本，將成為打開市場的關(guān)鍵。
浙商證券表示，伴隨著人形機器人的落地和持續(xù)迭代，我國諧波減速器、伺服電機等產(chǎn)業(yè)能力有望快速成長至國際領(lǐng)先水平，擁有廣闊成長空間。同時，國產(chǎn)機器人供應(yīng)鏈的蝶變也將助力國內(nèi)機器人自主品牌的快速崛起。
涉及機器人領(lǐng)域的A股公司