人形机器人或开启智能应用新时代，国内产业链迎重要发展机遇

　　（报告出品方/分析师：中航证券研究所 邹润芳、卢正羽、唐保威）
　　马斯克表示特斯拉今年最重要的产品就是机器人，人形机器人的推出或开启智能应用新时代。＂机器人+应用＂将赋能千行百业，自动化生产线、智能化机器人等有望代替大量从事重复性、机械性工作的劳动者，或将人类从大量传统劳动密集型职业岗位上解放出来。人形机器人代表人类对机器人制造技术和应用的终局幻想，机器代人是未来大趋势，未来结合产业+场景应用具有广阔的发展前景。
　　1.特斯拉或于年内发布人形机器人，机器代人是未来大趋势
　　特斯拉将于年内发布人形机器人。 去年马斯克在人工智能大会上宣布将于2022年发布特斯拉机器人的原型产品，近日马斯克再度重申将在9月底推出人形机器人。这款机器人的身高大约为1.73米，重57公斤，负载20kg(手臂附加5kg)，行动速度最高可达8公里/小时。它将使用40个电子机械传动器来控制四肢，还能通过力反馈来实现平衡性和灵活性。
　　特斯拉可以把新能源汽车的一些人工智能设备使用于机器人本体，这款机器人将使用多摄像头视觉神经网络。 Autopilot摄像头将会为这台机器人提供视觉能力，而Full Self-Driving电脑则扮演了内部器官组织的角色，帮助机器人成为家庭生产力好帮手。马斯克表示，若未来两年内＂擎天柱＂能够量产，在规模效应下，其成本比汽车还要低，售价或许为2.5万美元（约合人民币16.74万元）。
　　马斯克表示特斯拉今年最重要的产品就是机器人，人形机器人的推出或打开机器人智能应用新时代。
　　＂机器人+应用＂可以赋能千行百业。 Tesla Bot旨在＂消除危险、重复、枯燥的任务＂。中国国际发展知识中心6月20日发布的《全球发展报告》指出，自动化生产线、智能化机器人等将代替大量从事重复性、机械性工作的劳动者，或引发大量传统劳动密集型职业岗位消失。
　　据估计，2020-2025年全球约8500万工作岗位将被机器替代。根据IEEE发布的《IEEE全球调研：科技在2022年及未来的影响》，超八成受访者相信未来5年内，全世界1/4的工作将由机器人替代完成。中国受访者对＂人机协作＂抱以更高期望：70%受访者认为未来10年内，机器人将协助人类完成一半以上的工作。受访者认为机器人应用能够在 制造和组装产业（33%）、医院和病人护理（26%）、地球和太空探索（13%） 为人类提供更多帮助。国内工业机器人已在 47个行业大类、129 个行业中广泛应用。服务机器人、特种机器人的新产品、新技术、新模式、新业态加速涌现，在医疗手术、教育服务、安防巡检、灾后救援等场景应用持续深化。
　　图表：＂机器人+应用＂赋能千行百业
　　人形机器人代表人类对机器人制造技术和应用的终局幻想，机器代人是未来大趋势。 人形机器人的研究起步于 1960 年代后期，不少公司和机构在该领域的研究和开发上展开了积极探索。Atlas、Asimo、Pepper、Sophia等知名人形机器人并未实现商业化量产及应用，其中本田已在几年前停止Asimo开发，软银公司的Pepper已于去年停产。
　　人形机器人需要融合控制技术、传感器技术、人工智能、仿生学、材料学等等，目前很多技术处于初期探索阶段，离商业化尚有不小的距离；未来或将经历三个发展阶段：人工躯体仿真，具有躯干、头部、两条手臂、两条腿，外形上仿人，甚至可能仅对身体的一部分建模；外观与人相似，拥有与人相似的功能，如双足直立行走；不仅外观像人，拥有与人相似的功能，还能像人一样思考，获得更多的感知与决策认知能力。
　　人形机器人代表人类对机器人制造技术和应用的终局幻想，机器代人是未来大趋势。人形机器人作为人工智能的实体化，目前已完成了初步的探索和技术积累，未来结合产业应用具有广阔的发展前景，有望成为继PC、手机、智能电动车之后的新一代移动智能设备。
　　2.国内机器人市场持续快速增长，＂AI+机器人＂打开市场应用新空间
　　机器人定义及基本分类。 国际标准化组织（ISO）对机器人的定义如下：机器人是具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在其环境内运动以执行预期任务的执行机构。根据国际机器人联合会（IFR）的分类，机器人可分为工业机器人和服务机器人。
　　国内机器人市场持续快速增长。 据《中国机器人产业发展报告（2021年）》，2016-2023年市场规模CAGR预计达18.3%。2021年我国机器人市场规模预计为839亿元，其中，工业机器人市场规模约为445.7亿元，占比53.1%；服务机器人市场规模约为393.3亿元，占比46.9%，具体来看，公共服务机器人及个人/家用服务机器人的市场规模约302.6亿元，占总市场规模的36.1%，特种机器人市场规模约90.7亿元，占总规模的10.8%。
　　＂AI+机器人＂打开市场应用新空间。 工业4.0刺激了协作机器人、人工智能机器人等机器人新技术的发展，传统行业能够使用机器人来简化各种流程，提高生产力并减少差错。德勤预测未来2025年世界人工智能市场将超过6万亿美元， 2017-2025年复合增长率达30%。制造业是人工智能应用场景最具潜力的领域，全球人工智能及相关技术的制造业应用市场2016年约为1200亿美元，2025年有望超过7200亿美元，复合年均增长率预计可超过25%。机器人技术和人工智能是在制造环境内部和周围实现任务自动化的有效组合，＂AI+机器人＂打开市场应用新空间。
　　工业机器人是实现智能制造的重要基础设备。 感知、计算和控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等数字技术在机器人领域的深入应用，对机器人行业产生了深远影响，加速了机器人行业智能化的发展。在各式机器人中，应用于生产过程与环境的工业机器人较早得到大规模应用，是实现智能制造最重要的基础设备，占据半数以上市场份额。
　　中国是全球工业机器人最大消费市场。 根据IFR，2021年全球工业机器人装机量达到 48.68万台，同比增长 26.77%。2013年以来，工业机器人装机量除2018-2020年外，其余年份均保持两位数增长。全球工业机器人 76%的销量集中在五个国家，中国自2013年以来一直是世界最大的工业机器人消费市场， 2020年中国市场销量占全球的44%。
　　中国依靠廉价劳动力获得经济快速发展已成过去式，迫切需要找到新的经济增长点，制造业智能化转型已是大势所趋。 我国人口自然增长率从2016 年至今呈现加速下滑趋势，随着人口总量停止增长、老龄化加速，我国劳动力人口占比从 2010 年的 74.50%下滑到 2020年的 68.60%。
　　对比东南亚地区，我国已经明显丧失了人力成本优势。随着我国人口老龄化及劳动力成本不断上涨，制造业向智能化转型趋势较为确定，作为智能制造领域中具有代表性的设备，我国工业机器人发展空间较大。
　　自动化生产带来的安全、稳定与效率提升是企业实现机器换人的主要动力。 与人力相比，工业机器人具有低成本、高效率以及24小时工作的特点。 从安全、稳定性角度看，  机器换人既能适应有毒、有害、高温等恶劣环境，也不会带任何情绪工作，稳定可靠性极高。 从工作效率与经济效益提升角度看，  工业机器人能大幅提高生产效率，改善企业经营效益。机器人可以随时、无限量加班，高强度工作，不需要承担额外加班工资。
　　国家政策引导，地方政策跟进。 近年来国家出台了一系列相关政策对高端智能产品、高新技术企业、先进装备制造业等进行规划与扶持， 从产品、企业和行业三个层面来鼓励工业机器人及其相关行业发展。 响应国家号召，各省市积极推动工业机器人行业发展，在战略新兴产业发展规划、科技创新规划、新兴产业发展规划、高端装备发展规划等规划中提及＂机器人＂，鼓励向智能制造转型升级。我国产业政策将长期支持相关行业，并推动产业技术变革及升级，从而促进我国机器人及智能制造行业迈上新的台阶。
　　从机器人的装机密度看，仍有提升较大空间。 根据IFR，2020年全球工业机器人装机密度为126台/万人，同比增12%。新加坡和韩国是装机密度最高，每万人机器人装机数量分别达到932台和605台，而在需求量最大的 中国市场这个数字仅246台，远落后于发达国家，仍有较大提升空间。
　　汽车制造是我国主要应用市场，电子占比或提高至第一大行业。 工业机器人应用行业已达37个国民经济行业大类，102个行业中类。从中国应用行业看，汽车制造业是国内产机器人的主要市场，随后是3C电子、金属制造、塑料及化学制品、食品烟草饮料。根据中国电子协会，2020年，汽车及零部件在中国工业机器人市场的行业应用占比为34.7%（汽车零部件17.2%，汽车整车11.7%，汽车电子5.8%）；电子占比为23.6%；金属制品占比12.5%；食品饮料占比5.6%。
　　其他领域占比均相对较低。未来几年，汽车及零部件占比或将不断降低，电子占比将逐步提高到第一大行业。另外随着制造业转型升级进程的不断加速， 金属加工、食品医药、锂电光伏、仓储物流、 日化等应用行业占比将不断提高， 长尾行业加速渗透，工业机器人和自动化行业的成长空间值得期待。
　　3.国内供应商有望切入特斯拉机器人零部件+本体制造环节
　　3.1 国内产业链有望快速切入特斯拉机器人零部件+本体制造环节
　　国内供应商有望快速切入特斯拉机器人零部件+本体制造的环节。 机器人综合了机械、电子、计算机、传感器、自动控制、人工智能等领域的最新成果。特斯拉之前透露，＂擎天柱＂头部将配备与特斯拉汽车相同的智能驾驶摄像头，并与汽车共用AI系统——特斯拉Dojo超级计算机系统；运动系统包括能量管理系统和运动执行系统(传动器、控制器、减速器、防震器等)等。
　　目前Tesla Bot产业供应链虽然格局未定，从披露的信息来看，AI芯片和底层算法或自研，考虑到＂擎天柱＂有严格的成本控制要求， 国内供应商有望凭借成本优势切入机器人零部件+本体制造的环节，或有望复制国内新能源汽车的发展路径 （根据人民网资讯，2021年底特斯拉上海超级工厂国产化率90%左右。除核心的芯片、集成电路部分，车身及零部件均可采用国产制造，在不断降本的趋势带动下我国具有了全球最全的新能源汽车产业链布局），加速关键技术国产替代进程，完善相关产业链布局。
　　图表：特斯拉汽车除核心的芯片、集成电路部分，车身及零部件均可采用国产制造
　　人形机器人产业或依托较为成熟的工业机器人产业链。 两足机器人行走过程中，通常只有单腿支撑身体，在技术上需要高精密执行结构、传感器以及高精度建模与控制等软硬件方面的支撑，以维持机身稳定。此外，机器人往往还要结合上肢手臂运动实现各类仿人运动和操作。人形机器人的双足平衡技术相对于履带式、轮式机器人更加复杂，现在机器人市场上占主流的是工业机器人。
　　工业机器人可以看做是人形机器人发展过程中的雏形阶段，工业机器人具有类似人体上肢动作技能及结构，是能完成特定的动作的自动机械，人形机器人结构构成或参考较为成熟的工业机器人。 未来人形机器人在实现形似和简单功能的基础上，基于生物机制进行结构设计、研发高智能和可解释性算法，实现机器人与人类或其他生物的＂神似＂，能通过感知机能决定行动。
　　3.2 上游三大核心零部件占工业机器人总体成本的60%，国产替代空间广阔
　　工业机器人行业上游三大核心零部件的成本占工业机器人总体成本的60%，国产替代空间广阔。 控制器、伺服电机和减速机是生产工业机器人的关键零部件，其中减速机开发难度最高。 三大核心零部件自主品牌国内市场份额偏低，国产替代空间广阔，目前仅部分企业具有一定的竞争力。
　　本体 ( 中游 ) 环节主要负责工业机器人的支柱、手臂、底座等部件与减速机等零部件的加工和组装，关节型工业机器人的功能最强大，用量也最多（根据埃夫特招股说明书，多关节型机器人在全球市场和中国市场均占 66%左右）。系统集成 ( 下游 ) 环节，主要负责工业机器人应用系统的开发和集成，即在各类工业机器人 ( 本体 ) 上安置不同的执行机构从而实现不同的应用功能。
　　上游核心零部件的毛利率更高。 成本占比最高的减速器的毛利率也最高，达40%，其次是伺服系统（35%）和控制器（25%）。
　　谐波减速器与RV减速器是高精密传动领域广泛使用的精密减设备： 减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。谐波减速器与RV减速器是高精密传动领域广泛使用的精密减速器。由于传动原理和结构等技术特点差异，二者在下游产品及应用领域各有所侧重、相辅相成。根据前瞻产业研究院，截至2020年，日本机器人减速器企业占据了全球80%以上的市场份额，其中纳博特斯克在全球的市占率高达60%。
　　我国谐波减速器已实现技术突破，绿的谐波、来福谐波等已实现规模化量产，可实现进口替代；但RV减速器由于传动精度、扭转刚度等性能差距仍然依赖进口。 根据前瞻产业研究院测算，2020年全球机器人减速机需求量为223.2万台，较上年同期小幅回升，其中谐波减速机需求量为110.2万台；RV减速机需求量为113万台。2017年以来全球机器人减速机市场规模维持在100亿元以上水平，其中2018年受机器人减速机需求大增的影响，市场规模更是突破120亿元。2020年，全球机器人减速机市场规模为106.5亿元，其中我国谐波减速机需求量为50.40万台、RV减速机需求量为47.50万台，对应市场规模分别为12.60亿元、28.50亿元。
　　谐波减速器主要应用在多关节机器人和协作机器人，市场拓展潜力较大： 目前谐波减速器主要应用在工业机器人行业，特别是多关节机器人和协作机器人。根据前瞻产业研究院的测算，2020年谐波减速器需求为50.4万台。每台六轴多关节机器人需要搭配 6 台精密减速器，其中负载 10kg以下机器人主要使用谐波减速器，协作机器人全部关节使用谐波减速器，一般使用 6-7 个谐波减速器。协作机器人与传统工业机器人相比，具有低成本、轻量化、安全性能高等突出优势，高度契合制造业企业对于人机协同、柔性化制造的转型需求，市场拓展潜力较大。协作机器人目前主要用在工业机器人领域，未来跳出工业应用场景，在商业服务领域的多元化应用或将打开协作机器人新的成长空间。
　　预计2025年全球工业机器人谐波减速器市场规模达50.32亿元。 假设我国工业机器人未来安装增速在15%-20%之间，未来多关节机器人占比下降、SCARA机器人占比略有提升、协作机器人占比逐年提升、DELTA机器人占比平稳，我国安装量占全球的50%，测算得出2025年全球工业机器人谐波减速器市场规模达50.32亿元。随着谐波减速器技术向高精度高刚度方向发展，其应用领域将拓展到更多领域。
　　谐波减速器因其体积小、重量轻的特点，有较高的集成性，且运动精度更高，或适用于人形机器人的大部分关节。 根据中国科学报，＂擎天柱＂内部或将放置 40 个电动马达提供动力。若其中50%需要配备减速器，其中80%采用谐波减速器，则单台人形机器人或需要16个谐波减速器，是单台协作机器人所需谐波减速器的2倍以上。
　　保守估计，参考特斯拉汽车2013-2020年的交付量，若＂擎天柱＂采用谐波减速器，长期或带来80亿的增量空间。 国产品牌绿的谐波、来福谐波等国产品牌已实现技术突破，国产替代正在进行时。截止 2021 年底绿的谐波产能达到了年产 30万台谐波减速器的水平，随着公司IPO募投的年产 50 万台精密谐波减速器项目逐步达产，看好公司市占率的提升。根据高工机器人网，2017年来福谐波的减速器发货量近10000套，来自机器人行业的订单占比约40%；大族激光下属子公司大族精密传动2017年实现批量生产，根据2019年5月31日公司表示谐波减速器目前已实现小规模量产，该业务暂未实现盈利。中技美克2021年收入2788.29万元，归母净利润200.65万元。
　　RV减速器与国外差距较大，2020年全国市场规模为28.50亿元： 相比于谐波减速器， RV 减速器技术很大程度上落后于国际水平。 RV 减速器具有刚度较高、传动平稳、工作效率高等特点，一般安装于机器人的肩部、大臂、机座等重负载的位置。日本纳博特斯克是全球最大的机器人精密减速器制造商，ＲV 减速器占国际市场的60%以上，特别是中/重负荷机器人上的ＲV减速器市场占有率高达90%。
　　我国对工业机器人用精密减速器的研究开始较晚，已完成减速机领域相关技术储备，目前包括秦川机床、双环传动、中大力德、南通振康等数家企业都在大力发展国产RV减速机产品，但在转动精度和传动效率上距离国外产品尚有一定差距。 我国机器人行业对RV减速机的需求量呈现持续增长的发展态势， 根据前瞻产业研究院测算，2020年全国RV减速机需求量为47.5万台，同比增长11.2%，对应市场规模为28.50亿元。
　　2025年全球工业机器人RV减速器市场或接近100亿，国内部分厂商已具备批量生产能力。 秦川机床是国内唯一提供全系列产品（5Kg-800Kg）的厂商。2021年公司的RV减速器产销量超过3万台，约占到国产RV品牌市场份额的20%-25%。2021年RV减速器具备年产6-9万套的生产能力，2022年计划产销不低于5万台。中大力德的减速器产品包含行星减速器、RV减速器和谐波减速器，其中RV减速器2018年开始批量供货，谐波减速器2020年开始批量供货。
　　双环传动2013年开始研制RV减速器，2015年募集3亿元用于RV减速器项目建设，预计产能6万套/年，计划在2020年建成10万套/年的产能，目前已逐步实现6-1000KG工业机器人所需精密减速器的全覆盖。中大力德减速器包含行星减速器、RV减速器和谐波减速器，其中RV减速器2018年开始批量供货，谐波减速器2020年开始小批量生产。
　　2021年国产品牌汇川技术在通用伺服系统中国市场中首次占比排名第一： 伺服系统是指以位置、速度、转矩为控制量，能够动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统，主要由伺服驱动器、伺服电机、编码器三部分组成。伺服电机是关键技术，是用于驱动机器人关节运动的电机设备。
　　我国伺服电机发展起步较晚，市场份额仍被外资占据半壁江山，但国产替代率逐年走高。2021年国产品牌汇川技术首次占比排名第一，通用伺服系统中国市场份额达到16.3%。受到下游工业机器人、电子制造设备等产业扩张的影响，伺服电机在新兴产业应用规模也不断增长。根据中商产业研究院，2019年中国伺服电机市场规模达142亿元，同比增长6.77%，中商产业研究院预计2022年市场规模将增长至181亿元。
　　控制器主要由各主流机器人厂商自主研发： 机器人的＂大脑＂，它能够接收机器人各个部分发出的指令，再通过控制系统中的编程进行处理，向各部分发出指令，从而达到控制机器人运动的目的。控制器与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发，各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配，国内企业控制器尚未形成市场竞争优势。
　　国内机器人控制器与国外产品存在的差距主要在软件部分，即控制算法和二次开发平台的易用性。根据中商产业研究院，工业机器人控制器国产率不足20%，外资厂商中日厂商发那科占国内市场份额18%。根据中商产业研究院，预计到2022年，中国工业机器人用控制器市场规模有望达到16.2亿元。
　　3.3 全产业链模式将是未来工业机器人厂商的重要发展趋势
　　全产业链模式将是未来工业机器人厂商的重要发展趋势。 纵观国际工业机器人＂四大家族＂和国内的优质制造商埃斯顿，都采用了＂重要零部件生产+本体生产+系统集成＂的全产业链模式，或是正在向上下游逐步渗透，实现全产业链模式的转型。我们预测，未来全产业链企业和本体+集成厂商将获得市场优势竞争地位，品牌溢价能力较强，在行业产业链中拥有更多话语权。
　　风险提示
　　人形机器人目前处于大规模应用前期，未来应用领域有较大不确定性，下游接受度不及预期的风险；目前人形机器人技术虽已完成早起探索和积累，未来仍存在关键技术研发推进低于预期导致人形机器人落地应用推迟的风险；人形机器人的设计等技术路线选择的不确定性导致部分技术及零部件未被采纳的风险；不同国家对人工智能等法律监管制度导致人形机器人推广受阻；众多相关产业链供应商切入赛道引发竞争加剧的风险
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