2024-05-22 17:29
人形机器人代表着一个国家的高科技发展水平。人形机器人，又称仿人机器人，涉及控制、规划、机电一体化技术、全方位的AI感知技术，移动能力和工作范围，人机交互等，是一个国家的高科技发展水平的最终体现。最早的“机器人”概念起源于亚里士多德的设想。1927年第一个电驱人形机器人Televox”诞生于美国西屋。随后美国、日本和欧洲在这一领域广泛布局，促进了人形机器人的快速发展。在2000年，我国也独立研制出具有语言功能的“先行者”号人型机器人。2023年随“擎天柱”的诞生，人形机器人或将走入日常生产生活。
群雄并起，逐鹿人形机器人。日韩在人形机器人研究领域表现活跃，日本本田代表产品Asimo身高1.3m，体重48kg，具有57个自由度，可完成上下楼和奔跑等动作。韩国KAIST代表产品HUBO+身高1.7m，体重80kg，具有32个自由度，在2015年“机器人挑战赛”中获得冠军。美国在人形机器人领域后来居上，波士顿动力研发的代表产品Atls身高1.8m，体重80kg，具有28个关节，可完成原地起跳转身一周等高难度动作。波士顿动力的人形机器人Atls主要聚焦在科研领域，商业价值低。在波士顿动力优秀的软硬件配置下，Atlas能够完成流畅、高难度的“跑酷”动作。硬件结构上，Atlas拥有轻量级结构件皮肤和足部力控传感器，雷达与深度相机形成视觉感知，28个液压关节驱动完成一系列其敏捷动作，本体搭载3台NUC工控机负责整体控制系统的运算。软件方面，波士顿动力运用行为库、实时感知和模型预测控制（MPC）技术将相机、雷达等传感器接收的数据进行分析并对决策制定和动作规划提供最有效的支持。
发展人口老龄化加剧，劳动力供给紧张。据国家统计局数据，我国65岁以上人口比例逐年增加，于2000年突破7％，进入老龄化社会。2021年65岁以上人口占比更是高达14.2％。从全球看，65岁以上人口从1960年的5％增长至2019年的9％，全面进入人口老龄化阶段，劳动力供给将进一步短缺。
人均工资逐年增加，用工成本高企。中美作为世界前两大经济体，用工成本逐年增加。根据华经产业研究院数据，2019 美国人均收入65910 美元，9 年复合增速3%。从国内看，据国家统计局数据，2021 我国就业人员平均工资达8.8 万元，2016-2021 年复合增速9%，高于美国6 个百分点，用工成本承压更重。
据麦肯锡数据，2030年此数值约15％，复合增速26％。若以此增速估计，中国被替代劳动力数将从2021年的0.15亿人增加到2025年的1.2亿人。根据中国电子学会数据，国内机器人2024年有望达251亿美元市场规模，2020-2024年CAGR约22％。从市场规模看，工业机器人是机器人的主要品类。根据下游不同应用场景，我国将机器人分为工业机器人，服务机器人和特种机器人三大类。根据中国电子学会数据，2021年全球工业机器人、服务机器人、特种机器人市场规模占比分别为41％、40％、19％；中国市场三者的占比为53％、35％、13％。
动力系统，智能AI系统和结构单元是特斯拉人形机器人的三大核心：动力系统：相当于人类的四肢，根据智能AI系统中决策层给出的指令做出相应动作，此系统中包括能源电池系统和执行机系统（减速器、伺服电机、控制器、丝杆等）。智能A系统：包括感知层、决策层和传输层三大层，感知层相当于人类的感觉器官，用于感知外界环境状态，此层级涉及传感器和压电元件等。决策层相当于人类的大脑，用于分析感知层收集的数据，并给出相应反馈动作指令，此层级涉及计算能力硬件和机器学习算法等。传输层相当于人体的神经元，负责将感知层收集的数据传导给决策层和将决策层指令传输给动力系统，此层级包括以太网、高速连接器等。结构单元：包括相当于人体骨骼，用以支撑机器人形体的轻量化铝合金、耐磨损碳纤维结构件；相当于人体皮肤，用以包覆和感知的有机工程塑料和树脂材料；相当于人体腹膜，用以保护缓冲内部器件的聚氨酯填充材料。其他：包括接插件、低压线束、面罩玻璃等，价值量不高。
受下游机器人行业高景气度带动，国内RV减速器行业市场规模快速增长。据前瞻产业研究院数据，机器人用RV减速器需求量从2014年的18万台增长至2020年的47.5万台。按照RV减速器均价6000测算，2020年RV减速器市场规模约29亿元。从竞争格局看，日系厂商占据主导地位。据华经产业研究院数据，2021年纳博特斯克（Nb）市场占有率约53％，位居第一。国内厂商双环传动市场占有率从2020年的9％增长至2021年的14％，提升明显。
谐波减速器由固定的内齿刚轮、柔轮、和波发生器组成。谐波减速机器利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动，从而达到减速的。当波发生器带动柔轮转动时，柔轮在长轴处与刚轮接触，在短轴位置与刚轮分离，导致柔轮上的齿依次与刚轮上的齿进行啮合，达到传递扭矩的目的。通常情况下，谐波减速器刚轮齿数比柔轮齿数多2齿。因此，当波发生器转动一周时，柔轮在相反方向上旋转了刚轮上2个齿所对应的角度，从而实现减速传动。
我国谐波减速器市场规模2021-2025年复合增速约25％。据华经产业研究院数据，我国谐波减速器市场规模2020年约15.7亿元，预计到2025年谐波减速器市场规模有望达47亿元，2021-2025年CAGR约25％，其中机器人用谐波减速器市场规模约30亿元，2021- 2025年CAGR约25％。从竞争格局看，日系厂商为谐波减速器主要玩家。2021哈默纳科市场占有率达36％。伴随关键技术的攻克，国内厂商竞争力显著增加，2021年绿的谐波市场占有率达25％，位居第二。
伺服电机广泛应用于机器人关节部位，直接影响机器人性能参数。伺服电机主要由定子、转子和编码器组成，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，具有体积小、质量小、机电时间常数小、线年伺服电机市场规模CAGR约14％。随机器人需求量上升，工业结构升级和电子制造设备等产业的迅速扩张，伺服电机行业充分受益。据工控网统计，2021年我国伺服电机市场规模为169亿元，2015-2021年复合增速11％。从下游应用领域看，据MIR DATABANK数据，2019年机器人市场占比伺服电机下游约8.7％。若维持此比例，我们预计2025年伺服电机市场规模可达287亿元，2021-2025年CAGR约14％.
国产伺服电机品牌市场竞争力逐步提升。据MIR DATABANK统计，2021年上半年，国产品牌汇川技术市场占有率从9.8％升至15.9％，反超安川等日系厂商，首次问鼎。排名第二第三的厂商为安川和台达，市场占有率分别为11.9％和8.9％。
报告摘自《浙商证券-机器人行业深度报告：人形机器人风起，核心零部件助力扬帆远航》