人工智能行業(yè)：從前沿進展和技術路線看人形機器人產業(yè)投資機會

從前沿進展和技術路線看人形機器人產業(yè)投資I計勞動力短缺將驅動人形機器人市場規(guī)模在未來10-15年內達到60億美元，最樂觀情況下杯電機、無框力矩電機等。分析師及聯系人SACS060001SACS120001SACS10500012/2/20從前沿進展和技術路線看人形機器人產業(yè)投資從前沿進展和技術路線看人形機器人產業(yè)投資展如何？OpenAl公司1XTechnologies；3月底EngineeredArts展示了接入GPTesearch達到60億美元。在最樂觀情況下，如果產品設計、應用案例、成本可控性、公眾接受度等方人對家庭來說可能和汽車一樣重要。根據特斯拉2023投資者大會，馬斯克預計如果Optimus狀態(tài)，其數量可能將達到100-200億。驅動和電機驅動。波士頓動力Atlas采用液壓驅動，性能優(yōu)異(舊版膝關節(jié)扭矩已高達890Nm，髖關節(jié)扭矩達840Nm)的同時成本高昂(單臺造價高達200萬美金)，且存在噪音大、易漏液、電耗高、對污染敏感、對液壓元件的精度us此方案，其中小米“鐵大”的髖關節(jié)主要電機瞬時峰值扭矩可達到300Nm，優(yōu)必選WalkerX00Nm，兩者造價均在10萬美元量級，因此電驅更符合商業(yè)化路線。驅動器環(huán)節(jié)投資機會？斯拉Optimus的28個關節(jié)驅動器中包含兩類六種伺服驅動器(基于無框力矩電機+諧波減速器+機械離合器的旋轉驅動器，基于力矩電機+滾柱絲杠的線性驅動器)，關鍵部件為諧波減速杯電機和絲桿，均有望充分受益于人形機器人放量。后評級說明和重要聲明-04聯合研究|行業(yè)深度4/4/20 圖1：早期人形機器人的硬件成本拆分(美元，%) 5 進AI+機器人布局 7AmecaGen 7 圖11：全球智能服務機器人及解決方案的市場規(guī)模(十億美元，%) 11圖12：中國智能服務機器人及解決方案的市場規(guī)模(十億元，%) 11圖13：美國制造業(yè)勞動力過剩與短缺情況預測 12圖14：人形機器人滲透曲線將與純電動車相似 13 圖16：人形機器人電機驅動器發(fā)展歷程 15圖17：優(yōu)必選機器人伺服驅動器方案 16圖18：特斯拉人形機器人結構拆解圖 17特斯拉人形機器人的6種驅動器及其配置 17 表1：使用電機驅動和液壓驅動方案的人形機器人對比 14表2：各類伺服驅動器特性對比 15 5/5/20傳感器和芯片伺服電機和電機驅動器精密減速器慣性測量單元和扭矩傳感器電池和電池控制系傳感器和芯片伺服電機和電機驅動器精密減速器慣性測量單元和扭矩傳感器電池和電池控制系統其他部件(包括機身材料)2000,人形機器人前沿進展如何？體現；3)制造成本仍然是限制人形機器人推廣的關鍵掣肘。應用于工業(yè)機器人難以使用的領域，包括倉庫管理/物流管理領域以及簡單但人力負擔大得多。根據GoldmanSachsResearch，人形機器人有望分別于2025-2028、2030-型代表是波士頓動力的Atlas人形機器人。另一類則在生產成本方面，根據MacquarieResearch，早期人形機器人的硬件總成本約為4萬元、精密減速器8,000美元、電池和電池控制系統2,000美元系統、其他部件(包括機身材料)約5,000美元。圖1：早期人形機器人的硬件成本拆分(美元，%)5005000,10000,25%5000,12%10000,25%8000,20%%資料來源：MacquarieResearch，長江證券研究所的人形機器人售價甚至達到數百萬美元，比如ASIMO機器人的單s6/6/20。優(yōu)必選型號：Walker優(yōu)必選型號：WalkerX(2021)身高(cm)：130重量(kg)：63自由度：腿12、臂14、手12、頸3速度(km/h)：3力(kg/手)：伸展狀態(tài)單臂1.5kg本田型號：ASIMO(2005)身高(cm)：130體重(kg)：48波士頓動力型號：Valkyrie(2016)身型號：Valkyrie(2016)身高(cm)：188體重(kg)：136速度(km/h)：n/a力(kg/手)：n/a執(zhí)行器：電驅(旋轉+直線+手部執(zhí)行器)身高(cm)：150重量(kg)：89速度(km/h)：9.0力(kg/手)：可帶可不帶手指電源：電池執(zhí)行器：液壓速度(km/h)：9.0力(kg/手)：抓力0.5/手(五個手指)電源：51.8V鋰離子電池電源：54.6V/10Ah/3.6電源：51.8V鋰離子電池執(zhí)行器：電驅執(zhí)行器：電驅執(zhí)行器：電驅(伺服電機+諧波減速器+驅動單元)特斯拉型號：Optimus特斯拉型號：Optimus/TeslaBot(2022)高度(cm)：172重量(kg)：73速度(km/h)：8.0力(kg/手)：伸展狀態(tài)單臂4.5kg電源：2.3kWh/52V電池執(zhí)行器：電驅(旋轉+直線+手部執(zhí)行器)小米型號：CyberOne(2022)身高(cm)：177重量(kg)：52速度(km/h)：3.6力(kg/手)：n/a(兩根手指)電源：電池執(zhí)行器：電驅型號：AmecaGEN2(2023)身高(cm)：187體重(kg)：49速度(km/h)：不可移動力(kg/手)：n/a電源：2×24V/200W電池執(zhí)行器：電驅資料來源：MacquarieResearch，NASA，各公司官網，長江證券研究所2023年以來各企業(yè)相繼推進AI+機器人布局。2月，微軟團隊披露正在探索如何將ChatGPT研發(fā)公司OpenAl領投挪威人形機器人公司1XTechnologies(前稱為Halodi巧操作領域的成果，推出自研機器人靈巧手(TRX-Hand)和機械臂(TRX-Arm)；形機器人Optimus的全新型號。1XTechnologies披露其人形機器人EVE自今年4月(擔任保安)。7/7/20進AI+機器人布局微微軟?宣布正在探索如何將ChatGPT類用自然語言控制機器人等硬件平臺。騰訊、小米?騰訊RoboticsX實驗室推出自研機器人靈巧手(TRX-Hand)和機械臂 (TRX-Arm)；?北京小米機器人技術有限公司成立。OpenAlOpenAl、EngineeredArts?OpenAl領投挪威人形機器人公司?EngineeredArts展示接入GPT3.0ca?特斯拉2023股東大會上展示了接通FSD算法的Optimus最新進展。?1XTechnologies披露其人形機器人EVE自今年4月以來已投入工作。資料來源：財經網科技，高工機器人，YouTube，長江證券研究所英國公司EngineeredArts于2022年發(fā)布Ameca第一代產品，其身高1.87米，臂展第二代。Ameca結合了AI與AB(ArtificialBody)技術，底層系統是機器人操作系統Ameca。mecaGen資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所人類相8\8\S0資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所9/9/20meca資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所10/10/20資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所人形機器人未來發(fā)展空間如何？事的簡單工作均可由人形機器人代替，大致可分為工業(yè)場景和消費場景。以Ameca為資料來源：EngineeredArts，長江證券研究所11/11/20相對于C端客戶，航時傳感器以及其他傳感器；3)計算能力需要繼續(xù)提高，以保證人形機器人能夠避開障礙作成本需要進一步降低，以縮短投資回收期。其中全球人形機器人解決方案市場規(guī)模將于2026年達到80億美元，約占全球智能服8%。圖11：全球智能服務機器人及解決方案的市場規(guī)模(十億美元，%)000040020067.5 .443.233.725.58.1 22.1 15.318.145%40%35%30%25%20%15%10%5%0%201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E智能個人/家庭服務機器人合計增速(右)智能專業(yè)服務機器人資料來源：優(yōu)必選招股說明書，長江證券研究所0040200155.897.673.554.119.328.346.735.270%60%50%40%30%20%10%0%201720182019202020212022E2023E2024E2025E2026E智能個人/家庭服務機器人合計增速(右)智能專業(yè)服務機器人資料來源：優(yōu)必選招股說明書，長江證券研究所GoldmanSachsResearch，2022年美國制造業(yè)勞動力已有約50萬人的短缺，預計到2030年將擴大到200萬人，將驅動人形機器人的市場規(guī)模在未來的10-15年內達到60億美元，最初始的需求將來Research國制造業(yè)勞動力短缺，到2035年能夠填補全球2%的養(yǎng)老需求。在最樂觀情況下，如果產品設計、應用案例、成本可控性、公眾接受度等方面的問題均得到完全克服，GoldmanSachsResearch預計2035年人形機器人市場規(guī)模將高達1540億美元，并可替代48%-126%的勞動力缺口和53%的老年人護理缺口。12/12/20資料來源：GoldmanSachsResearch，長江證券研究所商業(yè)化。MacquarieResearch動車相似，預計到2050年，形機器人身上，并預測如果Optimus達到成熟可用狀態(tài)，其數量可能將達到100-20013/13/20與純電動車相似資料來源：MacquarieResearch，長江證券研究所從技術路線看人形機器人產業(yè)投資機會符合商業(yè)化路線強。波士頓舊版Atlas的膝關節(jié)扭矩已高達890N·m，髖關節(jié)扭矩達需確保不會因為發(fā)熱量太大而被燒壞或者因為猛烈撞擊而損毀；5)驅動系統需與控制?？傮w來說，人形機器人的驅動器必須做到體積小、重量輕、軸向尺寸短、高功率密度、化，才能保證其關節(jié)動作的高效執(zhí)行。這不僅是制約人形機器人更靈活、自由的關鍵，模型預測控制器(MPC)，根據運動情況調整其發(fā)力、姿勢、動作發(fā)生時機等細節(jié)。14/14/20帶帶集中冷卻功能的主管路腿腿關節(jié)處旋轉密封管接高高強度重量比的殼體結構 (截面圖)先進的復合先進的復合材料表面資料來源：靜液壓，長江證券研究所as件規(guī)整等優(yōu)勢。使用電機驅動和液壓驅動方案的人形機器人對比優(yōu)必選WalkerXCyberOneAtlas成本10萬美元以下10萬美元左右200萬美元動方式NmNm890Nm(舊版)資料來源：高工移動機器人，優(yōu)必選研究院，中國電子報，長江證券研究所壓驅動的Atlas在運動能力上表現迥異。盡管電機驅動方式在運動性能上略遜準直驅驅動器改成了高力矩密度電機+低傳動比減速器的組合，通過電機的電流大小間15/15/20展歷程資料來源：《國內外雙足人形機器人驅動器研究綜述》丁宏鈺，長江證券研究所TSA)最大輸出功率只有200-300W/kg，SEA入各類伺服驅動器特性對比SAA剛性力矩傳感器剛性力矩傳感+并聯彈性體合機構A或電流片原理或電流片原理片原理制特點低一般一般般點好好好好低一般高非常高非常高高統，如精密機器人人四足機器人量效的系統足機器人資料來源：《國內外雙足人形機器人驅動器研究綜述》丁宏鈺，長江證券研究所不同廠家在設計之初可根據需求選用不同的驅動器類型，并且常采用組合方案。以Valkyrie驅動器、線性驅動器與手指驅動器組合的方式，且不同部位rie動器配置軀干軀干含2個彈性旋轉驅動器(兩側的大臂關節(jié))+2個彈性線性驅動器協同工作。骨盆骨盆有3個彈性旋轉驅動器(腰部+2條大腿關節(jié))，另外包含2個IMU(慣性測量單元)。聯合研究|行業(yè)深度16/16/20大扭矩伺服驅動器諧波減速器方大扭矩伺服驅動器諧波減速器方案每個前臂包括1個旋轉驅動器(實現手腕滾動)，1對線性驅動器(實現手腕俯仰和偏轉)。個拇指，含6個手指和拇指驅動器。腿每個大腿包含5個彈性旋轉驅動器，踝關節(jié)使用2個彈性線性驅動器。資料來源：NASA，長江證券研究所對不高(用于教育)，目前優(yōu)必選WalkerX的伺服關節(jié)支持扭矩范圍為4.5-200Nm。方案行星減速器方案行星減速器方案小扭矩伺服驅動器 (齒輪減速器)資料來源：優(yōu)必選研究院，長江證券研究所Optimus類六種伺服關節(jié) (基于無框力矩電機+諧波減速器+機械離合器的旋轉關節(jié)，基于力矩電機+滾柱絲杠的性驅動器分布于膝肘等擺動角度較小的單自由度關節(jié)和腕踝兩個雙自由度但是體積相對聯合研究|行業(yè)深度17/17/20圖資料來源：特斯拉人工智能日，長江證券研究所(注：橙色部分是驅動器)琴重力約2000-4000N)，實際上Optimus采用的最大線性執(zhí)行器負載可達到8000N；3)線性執(zhí)行器的螺桿傳動機構在合理設計之后可以自鎖，從而形成一個低功耗、穩(wěn)定動器及其配置旋旋轉執(zhí)行器諧波減速器線性執(zhí)行線性執(zhí)行器資料來源：特斯拉人工智能日，長江證券研究所布局企業(yè)包括但不限于諧波減速器(綠的諧波等)、滾柱絲杠(鼎智科技等)、無框力矩電機(步科股份等)。的速度移動，擁有成千上萬的觸覺傳感器和21個主動自由度，是18/18/20的代表“機械臂”主要用于制造和組裝流水線，機器人2.0時代的代表具，也可以是氣動吸盤(如波士頓動力HandleLogistic機器人)，又或是模仿人手的夾timusOptimus于生物學，每只手擁有5個手指和11個自由度，由5根“經資料來源：特斯拉人工智能日，長江證券研究所資料來源：特斯拉人工智能日，長江證券研究所s投資建議或19/19/20風險提示AI但研發(fā)進展存在不確定性。業(yè)整體還需進一步降本方能推動滲透率提升。聯合研究|行業(yè)深度20/20/202個月內行業(yè)股票指數的漲跌幅相對同期相關證券市場代表性指數的漲跌幅為基準，投資建議的評平公司評級報告發(fā)布日后的12個月內公司的漲跌幅相對同期相關證券市場代表性指數的漲跌幅為基準，投資建議的評級標準為：相關證券市場代表性指數說明：A股市場以滬深300指數為基準；新三板市場以三板成指(針對協議轉讓標的)或三板做市指數 (針對做市轉讓標的)為基準；香港市場以恒生指數為基準。AddAdd區(qū)淮海路88號長江證券大廈37樓P.C/(430015)Add/深圳市福田區(qū)中心四路1號嘉里建設廣場3期36樓P.C/(518048)Add/浦東新區(qū)世紀大道1