人形機器人產(chǎn)業(yè)萬億盛宴襲來

王東岳

近日，工信部印發(fā)《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》（下稱“《意見》”）提出，到2025年，人形機器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關鍵技術取得突破，確保核心部組件安全有效供給；到2027年，人形機器人技術創(chuàng)新能力顯著提升，形成安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈體系，構建具有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，綜合實力達到世界先進水平。

多家券商分析認為，國內(nèi)各公司進軍人形機器人行業(yè)，核心零部件國產(chǎn)替代有望迎來加速；硬件成本下降背景下，人形機器人產(chǎn)業(yè)將逐步實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，帶動產(chǎn)業(yè)鏈走向繁榮。

《意見》提出，人形機器人集成人工智能、高端制造、新材料等先進技術，有望成為繼計算機、智能手機、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，將深刻變革人類生產(chǎn)生活方式，重塑全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

上世紀80年代，日本本田公司發(fā)布了全球首個商業(yè)用途人形機器人ASIMO，但由于智能化程度不足以及造價成本高昂等因素，未能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)普及。

近幾年，隨著人工智能大模型的發(fā)展，人形機器人的三大瓶頸有望得到突破。

2021年8月，特斯拉在其首屆AIDay上公布人形機器人業(yè)務規(guī)劃，提出人形機器人的概念設計；2022年9月，特斯拉在提出概念設計一年后，即發(fā)布機器人硬件設計細節(jié)，并進行實物演示；2023年年初以來，特斯拉開始持續(xù)放出人形機器人Optimus軟件算法更新進展，產(chǎn)品落地再進一步。

國內(nèi)市場上，盡管對人形機器人的探索起步相對較晚但發(fā)展迅速。截至目前，小米、優(yōu)必選已分別推出CyberOne和WalkerX機器人，小鵬、利葉智能、宇樹科技、純米科技等多家廠商也已推出人形機器人原機。

工信部表示，當前，人形機器人技術加速演進，已成為科技競爭的新高地、未來產(chǎn)業(yè)的新賽道、經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。

《意見》提出，到2025年，人形機器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關鍵技術取得突破，整機產(chǎn)品達到國際先進水平，并實現(xiàn)批量生產(chǎn)，在特種、制造、民生服務等場景得到示范應用；產(chǎn)業(yè)加速實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，相關產(chǎn)品深度融入實體經(jīng)濟，成為重要的經(jīng)濟增長新引擎。

相比一般機器人，人形機器人擁有更高的感知能力、運動控制能力和交互能力，因此需要搭載更加復雜的結構、傳感、驅動和控制系統(tǒng)，被譽為人工智能的最終形態(tài)。

根據(jù)《意見》，未來五年，工信部將推動培育包括整機、基礎零部件、軟件創(chuàng)新在內(nèi)的重點產(chǎn)品。

在整機環(huán)節(jié)將推動打造基礎版整機，構筑人形機器人通用整機平臺，支持后續(xù)個性化功能開發(fā)；面向不同應用場景需求，開發(fā)低成本交互型、高精度型以及極端環(huán)境下高可靠型等人形機器人整機產(chǎn)品，持續(xù)提升整機產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

在基礎部組件環(huán)節(jié)，聚焦人形機器人專用傳感器，突破視、聽、力、嗅等高精度傳感關鍵技術，提升環(huán)境綜合感知能力；發(fā)展高功率密度執(zhí)行器，開發(fā)面向人形機器人的專用芯片，研發(fā)適用于人形機器人特點的高能效專用動力組件。

同時，構建人形機器人高實時、高可靠、高智能的專用操作系統(tǒng)，推動與通用大模型等技術深度融合；開發(fā)面向各類場景的應用軟件，建設完善人形機器人應用開發(fā)平臺和工具包；探索“機器人即服務”的新模式，加速人形機器人低成本、靈活部署應用。

中信證券指出，在end-to-end網(wǎng)絡的導入下，從緩慢行走到加速行走再到完成高難度瑜伽動作，機器人的運動控制能力大幅提升；兩年時間機器人從無到有，從硬件升級到軟件迭代，機器人的整體進展速度超市場預期。

西部證券認為，隨著機器人產(chǎn)業(yè)漸漸實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，成本將顯著下降；國內(nèi)各公司進軍人形機器人行業(yè)，核心部件國產(chǎn)替代加速，帶來機器人硬件成本的下降，促進人形機器人放量。

根據(jù)西部證券測算，綜合考慮到機器人降價等因素，至2030年國內(nèi)人形機器人新增市場空間有望達到5035億元；2023至2030年，人形機器人新增市場空間復合增長率預計達到96%；2030年，全球人形機器人新增市場空間約為1.02萬億元，2023-2030年的新增市場空間復合增長率預計超過80%。

財通證券認為，長期來看，人形機器人的銷量預計不低于現(xiàn)有汽車行業(yè)水平，如果按照人形機器人單價2萬美元（馬斯克在AIDay提出的價格）計算，人形機器人的總市場規(guī)模預計將超過11萬億元人民幣，潛在市場空間巨大。

此外，高盛曾在報告中預估在未來10到15年內(nèi)可以實現(xiàn)至少60億美元的人形機器人市場，甚至在最理想的情景下2035年人形機器人市場或將達到1540億美元。

MarketsandMarkets則預計，未來5年，人形機器人市場規(guī)模將從2023年的18億美元增長到2028年的138億美元，復合年增長率可達50.2%。

從成本構成來看，機器人的硬件成本占比目前仍較高。以特斯拉的Optimus為例，其人形機器人全身共包含28個關節(jié)，又可以分為旋轉關節(jié)（14個）和線性關節(jié)（14個）。其中旋轉關節(jié)由電機、諧波減速器、力矩傳感器、位置傳感器、交叉滾子軸承和向心止推滾珠軸承組成，線性關節(jié)由電機、行星滾柱絲杠、力矩傳感器、位置傳感器組成。

根據(jù)西部證券測算，目前機器人旋轉關節(jié)、線性關節(jié)、靈巧手和結構件的硬件成本合計占比高達84.83%，僅旋轉關節(jié)的成本占比就達到41.83%，線性關節(jié)占比16%，合計占比接近60%。

中信證券認為，人形機器人發(fā)展將帶動旋轉執(zhí)行器（旋轉關節(jié)）需求增長。

2024年起，人形機器人將進入放量期，預計將顯著拉動對旋轉執(zhí)行器的市場需求，預計旋轉執(zhí)行器需求年化復合增速將從2018-2023年間的7%提升到2023-2025年間的30%以上。

旋轉執(zhí)行器由電機、減速器、傳感器、控制器組成，是電氣化架構下機器人的基礎組成單元，廣泛應用于各類機器人。

旋轉執(zhí)行器以電機作為動力來源，經(jīng)過減速器調(diào)節(jié)到所需的力矩輸出范圍，最終通過傳感器以及控制器實現(xiàn)伺服控制。旋轉執(zhí)行器的作用是為機器人提供自由度，旋轉執(zhí)行器自身的性能直接影響機器人的承載力和精度等性能，用途復雜度越高所需旋轉執(zhí)行器數(shù)目越多。

從硬件所涉及的細分零部件來看，傳感器、電機、減速器三類產(chǎn)品的成本占比分別為34%、21%和7%，是人形機器人成本占比最高的三類零部件。其中，機器人傳感器根據(jù)檢測對象不同分為外部傳感器和內(nèi)部傳感器。內(nèi)部傳感器用來感受機器人自身狀態(tài)，比如位置、速度、加速度、力覺傳感器等；外部傳感器用來檢測機器人所處環(huán)境以及狀況，比如接近覺、聽覺、嗅覺、視覺、觸覺傳感器等。

西部證券在研究報告中指出，參照特斯拉Optimus的傳感器配備，力傳感器預計占人形機器人總成本的30%，到2030年傳感器總體市場空間有望達到2681億元，2023-2030年復合增長率達到86%。

電機是人形機器人關節(jié)驅動的核心零部件，包括應用于大關節(jié)的無框力矩電機和應用于手指的空心杯電機。西部證券預計，到2030年，無框力矩電機和空心杯電機的市場空間將分別突破2000億元和900億元，2023-2030年的年均增速將分別達到98%和97%，國產(chǎn)替代空間明顯。

此外，減速器也是旋轉執(zhí)行器（旋轉關節(jié)）的核心零部件之一。

目前，人形機器人廣泛采用三種主要類型的減速器，包括諧波減速器、RV減速器和行星齒輪減速器。

三種減速器因不同的特點而適用于不同部位。

其中，諧波減速器適用于人形機器人的肩關節(jié)和腕關節(jié)等需要精確控制的部位；行星齒輪減速器則主要適用于手指和其他末端關節(jié)部位。

西部證券在研究報告中指出，預計到2030年，應用于人形機器人的諧波減速全球市場規(guī)模將達到718億元，2023-2030年的年復合增長率預計為103%；行星減速器的市場規(guī)模預計將達到599億元，2023-2030年的復合增長率約為105%；到2030年，全球減速器的整體市場空間將達到1317億元。