（報(bào)告出品方/作者：民生證券，李哲、趙璐）
1 人形機(jī)器人，產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)還是曇花一現(xiàn)？
1.1 特斯拉發(fā)布 Bot，掀起人形機(jī)器人熱潮
在 2021 年的 Tesla AI Day 上，馬斯克公布了人形機(jī)器人 Tesla Bot（Optimus）的概念。 近期，馬斯克又將原計(jì)劃 8 月 19 日舉辦的特斯拉 AI 日，改為 9 月 30 日舉辦，因?yàn)閷脮r(shí)將發(fā) 布 Optimus（擎天柱）原型機(jī)。 據(jù)官方描述，特斯拉 Optimus 機(jī)器人身高約 172CM、體重約 56KG，能夠硬拉 68KG 左右，它的誕生是為了消除危險(xiǎn)、重復(fù)和無(wú)聊的任務(wù)，以便人類可以專注于更加愉快的工作。 長(zhǎng)期以來(lái)，馬斯克對(duì)人工智能發(fā)展的危險(xiǎn)性和缺乏監(jiān)管的狀態(tài)直言不諱，但他向外界保證 Optimus 是友好無(wú)害的，特斯拉機(jī)器人的速度被特意設(shè)計(jì)得很慢，最高時(shí)速約為 2 米/秒，并 且比人類更弱。
據(jù)稱，該款人形機(jī)器人結(jié)合了特斯拉的 AI 技術(shù)，即基于視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)能力的 自動(dòng)駕駛技術(shù)，具有極強(qiáng)算力的 DOJO D1 超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片，Dojo 架構(gòu)擁有一個(gè)大規(guī)模計(jì)算 平面，極高寬帶和低延遲。作為 Dojo 架構(gòu)的重要組成部分，D1 芯片采用 7 納米制造工藝， 處理能力為每秒 1024 億次。由于每個(gè) D1 芯片之間都是無(wú)縫連接在一起，相鄰芯片之間的延 遲極低，訓(xùn)練模塊最大程度上實(shí)現(xiàn)了帶寬的保留，配合特斯拉自創(chuàng)的高帶寬、低延遲的連接器， 算力高達(dá) 9PFLOPs（9000 萬(wàn)億次）。
1.2 人形機(jī)器人，各項(xiàng)用途的最大公約數(shù)
中國(guó)電子工業(yè)學(xué)會(huì)將機(jī)器人劃分為工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人三類。 其中，1）工業(yè)機(jī)器人指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，在工業(yè)生產(chǎn)加工 過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)代替人類執(zhí)行某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)；2）服務(wù)機(jī)器人是指在 非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的先進(jìn)機(jī)器人；3）特種機(jī)器人指代替人類 從事高危環(huán)境和特殊工況的機(jī)器人。 目前，全球機(jī)器人發(fā)展已有超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，但據(jù) IFR 數(shù)據(jù)，2019 年全球工業(yè)機(jī)器人保有量 僅 272 萬(wàn)臺(tái)，按照世界人口網(wǎng)數(shù)據(jù) 2019 年全球 230 個(gè)國(guó)家 75 億人口計(jì)算，工業(yè)機(jī)器人的人 均保有量?jī)H為 3.63 臺(tái)/萬(wàn)人。2019 年，工業(yè)機(jī)器人受全球貿(mào)易摩擦升級(jí)影響，新安裝量出現(xiàn)下 滑，據(jù) IFR 預(yù)計(jì)，到 2022-2023 年才可能恢復(fù)至疫情前水平。相比之下，服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人因疫情催化非接觸使用場(chǎng)景增加，發(fā)展勢(shì)頭迅猛。
回顧過(guò)去幾十年發(fā)展歷史，工業(yè)機(jī)器人發(fā)展速度遲緩，除了受宏觀經(jīng)濟(jì)影響外，還與其初 級(jí)的智能水平、難以遷移的應(yīng)用環(huán)境有關(guān)。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人主要是解決傳統(tǒng)制造業(yè)的效率問題， 在靜態(tài)、結(jié)構(gòu)化、確定性的無(wú)人環(huán)境中完成重復(fù)性作業(yè)，其工作特點(diǎn)在于空間相對(duì)隔離、與人 非接觸、預(yù)編程或示教再現(xiàn)控制、需要外部安全保障。伴隨制造業(yè)本身的升級(jí)和轉(zhuǎn)型，小批量、 多品種、短周期、個(gè)性化將成為新興制造業(yè)的顯著特點(diǎn)，因此工業(yè)機(jī)器人的趨勢(shì)也將是可融入 人類生產(chǎn)與生活環(huán)境、與人優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、合作互助，進(jìn)而成為具備可變作業(yè)能力的人類助手型機(jī) 器人。
機(jī)器人最終需要在人類所處的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中工作。開發(fā)人形機(jī)器人比修改整個(gè)環(huán)境顯得更經(jīng) 濟(jì)合理。現(xiàn)代社會(huì)的環(huán)境是為人類自身設(shè)計(jì)的，例如，走廊的寬度、階梯的高度、扶手的位置 和門把的位置等數(shù)不勝數(shù)的事物都要適合人的尺寸和運(yùn)動(dòng)，這些是社會(huì)建造過(guò)程中的沉沒成本。 因此，當(dāng)機(jī)器人具有人的形狀并能像人一樣活動(dòng)時(shí)，就不需要為機(jī)器人而改變?nèi)说沫h(huán)境。常見 的輪式機(jī)器人使用條件苛刻，需要在一個(gè)非常平的地面上來(lái)使用，沒有任何的越障能力，這種 理想的工作環(huán)境其實(shí)是非常少的。如果要想滿足它豐富功能的話，還是要做成一個(gè)有自主越障 能力，所以人形是一個(gè)好的選擇。
1.3 下一代的商業(yè)入口
人形機(jī)器人較其他服務(wù)機(jī)器人更容易被人們接受。參照恐怖谷效應(yīng)，在中等程度偏上的 逼真性以前，無(wú)論是靜態(tài)仿真物還是動(dòng)態(tài)仿真物，人們對(duì)它的好感程度是隨逼真性的提高而增 加。也就是說(shuō)，中等偏上程度的仿真時(shí)最受人們歡迎的，最能夠贏得受眾。而隨著逼真性向較 高程度增強(qiáng)，人們的好感度會(huì)陡然下降。在恐怖谷理論第一段曲線上升部分，人類與人形 機(jī)器人更容易產(chǎn)生情感上的交流。人形機(jī)器人在外形和行為設(shè)計(jì)上模仿人類，具有手部、足部、 頭部和軀干等，容易獲得人類好感、親近感并能滿足情感認(rèn)同。并且它們與人類接近程度越高， 被接受和認(rèn)可的程度就越高，具有人的外形是機(jī)器人成為人類伙伴并為人們帶來(lái)樂趣的非常重 要的因數(shù)。 人形機(jī)器人有望成為繼手機(jī)、汽車后的又一入口，商業(yè)價(jià)值巨大。手機(jī)入口整合了通話、 地圖、工作、娛樂等眾多功能，是各功能依托的總?cè)肟?。而人形機(jī)器人功能更加全面，與人互 動(dòng)場(chǎng)景多元更加多元，有望成為新的商業(yè)入口。根據(jù)艾媒網(wǎng)、Statista 數(shù)據(jù)，2021 年我國(guó)人均 花費(fèi)在手機(jī)上的時(shí)間達(dá)到 3.3 小時(shí)/天。此外，2021 年移動(dòng)應(yīng)用的用戶支出達(dá)到 1700 億美元 （約合 1.08 萬(wàn)億人民幣），與去年相比增長(zhǎng)了 19%。下載量以同比 5% 的速度繼續(xù)增長(zhǎng)，達(dá) 到 2300 億次。
展望人形機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展速度，我們認(rèn)為可以參考特斯拉電動(dòng)車的放量節(jié)奏?；厮輾v史， Model-S 在 2012 年推出，2013 年特斯拉電動(dòng)車銷量達(dá)到 2.2 萬(wàn)輛，2014 年達(dá)到 3.2 萬(wàn)輛， 2015 年實(shí)現(xiàn) 5.1 萬(wàn)輛。隨著 2017 年推出 Model-3 達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)，銷量快速增長(zhǎng)，從 2017 年的 10 萬(wàn)輛快速增長(zhǎng)到 2021 年的近 100 萬(wàn)輛。我們認(rèn)為，特斯拉汽車銷量的絕對(duì)額增長(zhǎng)是 從 Model-3 的推出開始加速，起初走的是高端概念型路線，往往是忠實(shí)粉絲開始應(yīng)用，同時(shí)搜 集各種數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，然后逐步起量。我們認(rèn)為人形機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程可能也與此有相似之處。
不同的是，對(duì)于人形機(jī)器人，其他科技企業(yè)會(huì)更快地跟進(jìn)，國(guó)內(nèi)與國(guó)外科技企業(yè)都紛紛注 意到這個(gè)賽道，在做前瞻布局。一些領(lǐng)先企業(yè)在做準(zhǔn)備，明年也將推出，因而真正放量時(shí)不僅 要考慮特斯拉，其他國(guó)內(nèi)外企業(yè)也會(huì)放量。如果人形機(jī)器人的放量節(jié)奏類似于特斯拉汽車，那 么 2023-2024 年人形機(jī)器人可以大致對(duì)應(yīng)特斯拉 2013-2014 年的銷量，隨著其他廠商原型機(jī) 推出后也逐步起量，2025 年開始人形機(jī)器人對(duì)標(biāo) 2015 年全球純電動(dòng)車銷量。 但對(duì)于 9 月 30 日發(fā)布的機(jī)器人，我們認(rèn)為不應(yīng)抱有過(guò)高的預(yù)期，原因在于人形機(jī)器人對(duì) 智能化水平、通信、執(zhí)行、傳感等方向的要求非常高，最終較為理想的人形機(jī)器人一定是經(jīng)過(guò) 多次迭代，不斷打磨后的產(chǎn)品。而特斯拉 bot 的到來(lái)，其最重要的意義在于開啟了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的 快速發(fā)展過(guò)程，未來(lái)一段時(shí)間，預(yù)計(jì)很多科技企業(yè)都會(huì)向人形機(jī)器人的方向努力，爭(zhēng)奪賽道， 產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)可能會(huì)加速來(lái)到我們面前。
2 Optimus 的前輩們
Tesla Bot 并非首款人形機(jī)器人，從 21 世紀(jì)初本田發(fā)布首款人形機(jī)器人 AISMO 原型機(jī)開 始，全球多家科技公司及高校先后發(fā)布人形機(jī)器人。從設(shè)計(jì)初衷來(lái)看，人形機(jī)器人定位多用于 生活服務(wù)，與人類交互，以及專門用于科研領(lǐng)域。其中，較為知名的不乏有波士頓動(dòng)力的 Atlas 機(jī)器人、歐洲 iCUB、軟銀的 Pepper、Alderbran 公司的 Nao 機(jī)器人，以及優(yōu)必選 Walker 系 列。研究他們的設(shè)計(jì)思路，對(duì) Optimus 也會(huì)有所借鑒。
3 人形機(jī)器人的可能解決方案有哪些？
3.1 人形機(jī)器人的成本構(gòu)成與工業(yè)機(jī)器人有哪些區(qū)別？
從外形上看，人形機(jī)器人采用的是 L 型結(jié)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)緊密連接，其集成度要比傳統(tǒng)的工 業(yè)機(jī)器人更加緊湊，也更加靈活。而從成本上構(gòu)成上看，二者也有一定的差異。 傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈，包括上游零部件供應(yīng)商、中游本體供應(yīng)商、下游系統(tǒng)集成和服 務(wù)提供商，以及終端應(yīng)用市場(chǎng)。其中有減速器、控制器、伺服系統(tǒng)分別占 31%、10%、20%。 本體占比在 24%，系統(tǒng)集成約占比 14%。 相比之下，根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，人形機(jī)器人的本體在成本中占比要低于工業(yè)機(jī)器人。 由于工業(yè)機(jī)器人對(duì)負(fù)載的要求更高，通常需要用到鑄鐵、高強(qiáng)度鋼等金屬材料制作，而人形機(jī) 器人通常采用密度更小的金屬材料，或者復(fù)合材料制作，其本體在整個(gè)生產(chǎn)中的占比通常在 15% 左右，而工業(yè)機(jī)器人本體在生產(chǎn)成本中占比通常在 20%以上。在傳感方面，人形機(jī)器人全身需 要多處傳感器，因此在生產(chǎn)成本中也占有較高的比重。
3.2 驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行：諧波減速器+空心杯型伺服電機(jī)
3.2.1 減速器：諧波減速器或?yàn)橹饕鉀Q方案，數(shù)量或在 45-50 個(gè)
從外形上看，人形機(jī)器人采用的是 L 型結(jié)構(gòu)，每個(gè)關(guān)節(jié)緊密連接，其集成度要比傳統(tǒng)的工 業(yè)機(jī)器人更加緊湊，也更加靈活。而從成本上構(gòu)成上看，二者也有一定的差異 減速器是常用作原動(dòng)件與工作件之間的減速傳動(dòng)裝置，在二者之間起到匹配轉(zhuǎn)速、傳遞扭 矩的作用。其原理在于，把高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過(guò)減速機(jī)輸入軸上齒數(shù)少的齒輪嚙合輸出軸上的 大齒輪，以此來(lái)達(dá)到減速的目的，原因在于絕大多數(shù)工作件負(fù)載大、轉(zhuǎn)速低，不適宜用原動(dòng)機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)，需通過(guò)減速機(jī)來(lái)降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩。常見的減速器有行星齒輪減速機(jī)、RV 減速機(jī)、 諧波減速機(jī)等。
工業(yè)機(jī)器人大多使用 RV 減速器，主要原因在于 RV 減速器具有疲勞強(qiáng)度大、剛度大，同時(shí) 可以保持高精度等特點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是重量大、體積大。另外，部分末端會(huì)用到諧波減速器，諧 波減速器的負(fù)載能力略低于 RV 減速器，在力矩輸出要求不是特別高的末端可以滿足要求，其 優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕。 人形機(jī)器人關(guān)節(jié)處的減速器需要具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕、易于控制等特 點(diǎn)。根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，一般的諧波減速器 減速比在 85-160 之間，更大一些的可以達(dá)到 200，而減速比直接決定了輸出力的大小，減速 比越高，電機(jī)相同轉(zhuǎn)數(shù)下輸出力越大。體積方面，手指部分可以使用直徑 20mm 的減速器，放 置于手掌中，肘部可以使用 30-40mm 減速器，肩部可以使用 50-60mm 減速器。目前，國(guó)內(nèi) 諧波減速器基本可以滿足要求。
事實(shí)上，在機(jī)器人移動(dòng)一個(gè)物體的過(guò)程中，真正需要輸出力較大的地方主要在于肩部、肘 部、腕部等關(guān)節(jié)，手指等末端關(guān)節(jié)對(duì)力的要求有限，因此部分末端可以使用行星齒輪減速器替 代。根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，行星齒輪減速器的轉(zhuǎn)速比通常在 15-20 之間，如果要實(shí)現(xiàn)更大的 力，只能將齒輪縮小，但齒輪過(guò)小時(shí)很容易損壞。因此，在體積很小的機(jī)器人中，通常可以使 用行星齒輪減速器，但要做到消費(fèi)級(jí)機(jī)器人，僅可以在末端使用行星齒輪減速器替代諧波減速 器。體積方面，諧波減速器由于其結(jié)構(gòu)通常是由三個(gè)行星齒輪，以及中間的一個(gè)太陽(yáng)輪組成， 因此最小的也只能達(dá)到 30-40mm。 對(duì)消費(fèi)級(jí)機(jī)器人而言，其負(fù)載通常不會(huì)過(guò)大。因?yàn)樨?fù)載較高的情況下，其肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié) 需要做到很大。另外，機(jī)器人本身也需要保持平衡，機(jī)器配重不足的情況下很容易傾倒，考慮 到其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還要加上力和慣性，所以一般要保證機(jī)器人靜態(tài)下的負(fù)重是動(dòng)態(tài)負(fù)重的 2 倍 左右。 另外，在精度方面，消費(fèi)級(jí)機(jī)器人的精度不會(huì)像工業(yè)機(jī)器人那么高，在加入編碼器的情況 下可以達(dá)到 0.01mm，只要執(zhí)行到位即可，相比之下，工業(yè)機(jī)器人，比如加工機(jī)床精度需要達(dá) 到 0.002-0.005mm。
3.2.2 伺服系統(tǒng)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)是主流解決方案
機(jī)器人自由度的運(yùn)動(dòng)，可能依靠舵機(jī)，電機(jī)，推桿，氣或者液壓的伸縮桿，控制器可以對(duì) 這些部件進(jìn)行控制。 從過(guò)往人形機(jī)器人的伺服解決方案可以看出，Atlas 采用了液壓驅(qū)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以承 受高負(fù)載。例如在 Atlas 完成后空翻動(dòng)作時(shí)，落地時(shí)沖擊力會(huì)非常大，如果采用電機(jī)方案，可 能會(huì)導(dǎo)致爆炸，而液壓結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，除了油壓自身的可壓縮性，如果使用蓄能器，還能起到 減震作用，使肌體更有彈性。但液壓肢體結(jié)構(gòu)的問題在于可能會(huì)漏油。此外，Poppy 機(jī)器人則 選擇了舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上，舵機(jī)也相當(dāng)于一個(gè)完整的伺服系統(tǒng)，里面包含了電機(jī)、傳感器、伺 服控制器等部件，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊，但缺點(diǎn)是精度很低，位置鎮(zhèn)定能力較差，只 能滿足一些機(jī)器人的初級(jí)功能需求。因此除此之外，歷史上對(duì)于負(fù)載沒有過(guò)高要求的人形機(jī)器 人，大部分都采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。
機(jī)器人的伺服系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、指令機(jī)構(gòu)三大部分。其中，伺服電機(jī) （server motor）是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，指在伺服系統(tǒng)中，控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬 達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服驅(qū)動(dòng)器(server drives)，又稱為伺服控制器、伺服放大器，是用來(lái) 控制伺服電機(jī)的控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，伺服驅(qū)動(dòng)器主要用于高精 度的定位系統(tǒng)，一般通過(guò)位置、速度、力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，屬于傳動(dòng)技術(shù)的高 端產(chǎn)品。指令機(jī)構(gòu)是發(fā)脈沖或者給速度用于配合驅(qū)動(dòng)器正常工作的。
伺服驅(qū)動(dòng)器向電機(jī)線圈供應(yīng)電壓、電流，然后通過(guò)監(jiān)控反饋來(lái)閉環(huán)伺服環(huán)路，為伺服電機(jī) 供電。多數(shù)情況下，伺服驅(qū)動(dòng)器含有三個(gè)嵌入式伺服環(huán)路：電流環(huán)（扭矩環(huán)、內(nèi)部換）、速度環(huán)、 位置環(huán)，三個(gè)環(huán)路相互作用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制。
人形機(jī)器人的伺服系統(tǒng)解決方案是怎樣的？ 從外觀上看，工業(yè)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)體積較大，有部分機(jī)器人伺服系統(tǒng)外置，因此其集成 度不比人形機(jī)器人。另外，工業(yè)機(jī)器人通常使用交流伺服電機(jī)，對(duì)精度要求更高、體積更大， 而人形使用的是直流無(wú)框力矩電機(jī)，可以在較小體積下輸出較大的力，而且沒有外框，只有一 個(gè)轉(zhuǎn)子、定子。 從組成上看，人形機(jī)器人的伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器、減速器等集成在一起，整體組成 一個(gè)空心杯形狀的集合，整個(gè)杯形的集合體有輸入端、輸出端，通過(guò)一根總線、一根電源 線，跟控制器聯(lián)系在一起。由于人的手臂、軀干都是圓形，因此做成杯形更利于本體的安裝。 一般，人形機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)都要一個(gè)杯形的集合體，一個(gè)手指上面需要一個(gè)電機(jī)，手指上各關(guān) 節(jié)可以通過(guò)拉線的方式，利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)彎曲。此外，人形機(jī)器人各伺服系統(tǒng)之間是采用串 聯(lián)方式，工業(yè)機(jī)器人一般采用并聯(lián)方式。
伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般根據(jù)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景而定，例如機(jī)器人的身高、體重、負(fù)載等。由于驅(qū) 動(dòng)器是圍繞關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，因此需要根據(jù)機(jī)器人的需要的力反過(guò)來(lái)進(jìn)行推算。另外，電力系統(tǒng)的功 率輸出最后決定了力的輸出，因此執(zhí)行電機(jī)的電流也要據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，一般驅(qū)動(dòng)器和后端輸出的力的比值應(yīng)在 1.2-1.5 倍，之所以保證一 定的余量，主要是防止機(jī)器人的某個(gè)部位被卡住時(shí)，電機(jī)繼續(xù)執(zhí)行，電流達(dá)到最大可能會(huì)對(duì)電 機(jī)、驅(qū)動(dòng)器造成的傷害。一般解決的方式可以采用逆反饋、電流的反饋，加入一些智能算法， 反饋給控制器，保證機(jī)器人某個(gè)部位被卡住是不會(huì)燒壞電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。 伺服系統(tǒng)的難點(diǎn)主要在于，從驅(qū)動(dòng)器上看，其上端需要對(duì)接控制器，下端需要對(duì)應(yīng)電機(jī)，由 于各廠家控制器參數(shù)不同，且后端驅(qū)動(dòng)功率、應(yīng)用范疇、便長(zhǎng)城、執(zhí)行選項(xiàng)等參數(shù)較多，如何 能夠?qū)崿F(xiàn)通用性、兼容性，并通過(guò)讓客戶能夠快速選項(xiàng)是一個(gè)挑戰(zhàn)。另外，人性格機(jī)器人由于 對(duì)集成度的要求較高，剎車、編碼器等都在電機(jī)中，是通過(guò)總成的形式插入到減速器中，進(jìn)而 連接成一個(gè)本體。因此，數(shù)量龐大的部件中任何一個(gè)出現(xiàn)問題，或者母線出現(xiàn)問題，執(zhí)行機(jī)構(gòu) 就無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響整機(jī)的性能。
總體上看，采用微型電機(jī)進(jìn)行控制精度更高，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 2000-3000mm 轉(zhuǎn)，及時(shí) 性更好，加減速都較快，普遍在幾十毫秒以下，且可承受三倍余額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，但電機(jī)沒有 防油防水功能，無(wú)法在高適度和油侵嚴(yán)重環(huán)境下使用，相比之下，電缸的耐腐蝕性比較好，但 其精度不如電機(jī)。
3.3 控制系統(tǒng)：獨(dú)立控制器位于頭部或軀干，開源系統(tǒng)或?yàn)?多場(chǎng)景應(yīng)用解決方案
運(yùn)動(dòng)控制器的作用，是對(duì)來(lái)自伺服回路的各種反饋信息進(jìn)行處理，并據(jù)此對(duì)電機(jī)進(jìn)行換向。 運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器是經(jīng)常被混淆的兩個(gè)概念，實(shí)際二者在自動(dòng)化領(lǐng)域有著微妙的差異。 簡(jiǎn)言之，運(yùn)動(dòng)控制器相當(dāng)于人的大腦，伺服驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于神經(jīng)，而伺服電機(jī)相當(dāng)于人的 手執(zhí)行由大腦、神經(jīng)傳遞過(guò)來(lái)的命令。 作為基于微處理器的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制器具有生成脈沖寬度調(diào)制（PMW） 波形的復(fù)雜算法。 而伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的功率晶體管，通過(guò)傳輸電流和電壓波形，來(lái)為伺服電機(jī)供電。因此，二者之 間的配合原理是，控制器是將特定命令應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)器中位置、速度或電流環(huán)等元件，伺服驅(qū)動(dòng) 器再根據(jù)控制器的命令向電機(jī)提供電壓和電流。
此外，控制器通常具有編程的功能，可以存儲(chǔ)和運(yùn)行程序員提供的代碼，其中有大量安全 元件，可用于組件發(fā)生故障時(shí)防止過(guò)載，或停止運(yùn)動(dòng)控制。相比之下，驅(qū)動(dòng)器往往專注于接收 控制器輸入的命令，并負(fù)責(zé)功率晶體管的開關(guān)，使產(chǎn)生的電流、電壓滿足命令的要求。 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)控一體在人形機(jī)器人中很難實(shí)現(xiàn)。原因在于人形機(jī)器人的伺服驅(qū)動(dòng)器數(shù)量 高達(dá)數(shù)十個(gè)，因此，如果所有驅(qū)動(dòng)器都配有一個(gè)控制器，整個(gè)機(jī)器人的體積將會(huì)非常大，很難 實(shí)現(xiàn)。因此，人形機(jī)器人一般有一個(gè)單獨(dú)的控制器（獨(dú)立于伺服電機(jī)、伺服控制器），也被稱作 上位。通常人形機(jī)器人的控制器會(huì)被放在頭部，如果視覺、激光雷達(dá)、聽覺傳感器等占用空 間過(guò)大，控制器也可能被放置在軀干中，因?yàn)檐|干中除了電池之外，還有很大空間可以利用。
對(duì)于人形機(jī)器人的控制器而言，其關(guān)鍵主要在于了解客戶的應(yīng)用場(chǎng)景，以及對(duì)相關(guān)工藝的 要求。由于終端對(duì)精度要求，每向上一級(jí)疊加都需要留出一定的余量，因此驅(qū)動(dòng)器對(duì)于最終精 度的實(shí)現(xiàn)有至關(guān)重要的作用。此外，工業(yè)機(jī)器人一般只有一個(gè)固定底座，只有末端有一些視覺 識(shí)別過(guò)程，相比之下，人形機(jī)器人的傳感器眾多，數(shù)據(jù)來(lái)源有多個(gè)口徑，需要處理的數(shù)據(jù)也很 龐大和復(fù)雜，難度較大。另外，由于機(jī)器人對(duì)每個(gè)場(chǎng)景的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過(guò)程也需要一定時(shí)間，因 此，單獨(dú)一家廠商還很難將人形機(jī)器人做到各個(gè)場(chǎng)景的通用。 一種可能的解決方案是，廠商主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)本體，將控制部分做成開源系統(tǒng)，讓不同的人 對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行二次開發(fā)，這樣特斯拉人形機(jī)器人就有可能成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版的本體，在其能力 范圍內(nèi)，由后端的多樣化算法來(lái)支持多個(gè)客戶應(yīng)用場(chǎng)景，例如 Poppy 機(jī)器人、Pepper 機(jī)器人。
3.4 本體+視覺控制等外圍：本體材料輕量化，傳感技術(shù)或 仍以視覺為主
3.4.1 本體：輕量化的復(fù)合材料、金屬材料為首選，對(duì)觸感要求高的 部位或采用硅膠
本體在整個(gè)機(jī)器人中屬于輔助部分，主要起到支撐、連接各個(gè)關(guān)節(jié)的作用，在整個(gè)機(jī)器人 成本占比中也是最低的，原因在于相比內(nèi)部的核心部件，外部的損傷是較易于修復(fù)的。 人形機(jī)器人本體在成本中比重要低于工業(yè)機(jī)器人。由于負(fù)載的要求，工業(yè)機(jī)器人的本體一 般需要由鑄鐵、高強(qiáng)度鋼制成。相比之下，人形機(jī)器人的本體一般采用密度更小的復(fù)合材料， 或密度更小的金屬材料，如鋁硅、鋁鎂等，其密度比合金鋼更小，但強(qiáng)度、支撐能力也能夠滿 足負(fù)載的要求，關(guān)鍵是材質(zhì)相對(duì)更軟，可塑性更好。除此之外，有些機(jī)器人的本體也會(huì)采用碳 纖維，在保證橫端拉力的情況下，質(zhì)量也較輕。而在手指等末端、對(duì)質(zhì)感和觸感要求較高的部位也會(huì)采用硅膠作為材料。
此外，一些機(jī)器人的關(guān)鍵零部件，可能會(huì)采用工業(yè)級(jí) 3D 打印技術(shù)。如歷史上法國(guó) INRIA Flowers 研發(fā)的 Poppy 機(jī)器人就是一種 3D 打印機(jī)器人，3D 打印可以降低機(jī)器人本體重量， 并減輕伺服電機(jī)等關(guān)鍵部件的壓力，從而降低成本，并實(shí)現(xiàn)快速制作。另外，像波士頓動(dòng)力的 Atlas 機(jī)器人關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件也是使用工業(yè)級(jí) 3D 打印制作，驅(qū)動(dòng)器和液壓管路是被嵌入結(jié)構(gòu)當(dāng)中， 所有的動(dòng)態(tài)平衡、傳感、過(guò)濾、排污閥、動(dòng)力裝置所需的一切零件，都集成在一個(gè) 3D 打印部 件中而非由單獨(dú)的組件制成。
3.4.2 傳感：仍以視覺傳感為主，或引入工業(yè)級(jí)雙目/多目相機(jī)
與人相同的是，人形機(jī)器人也需要很多傳感器。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同，可以分為內(nèi)部傳感 器、外部傳感器。內(nèi)部傳感器一般用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)，多為檢測(cè)位置和角度的傳感器。 外部傳感器一般用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人搜出環(huán)境裝款，如物體識(shí)別傳感器、物體探傷傳感器、接 近覺傳感器、距離傳感器、力覺傳感器、聽覺傳感器等。
從已經(jīng)發(fā)布的幾款人形機(jī)器人來(lái)看，視覺、語(yǔ)音、觸覺、力覺、測(cè)距、姿態(tài)等需要基本都 需要配備相應(yīng)的傳感器，傳感器的數(shù)量少則十?dāng)?shù)個(gè)，多則上百個(gè)（如 Nao 機(jī)器人）。一般視覺 傳感多采用雙目或多目的高清攝像頭、立體攝像機(jī)，姿態(tài)傳感器采用陀螺儀，探測(cè)器包括激光 雷達(dá)、聲納、超音波感應(yīng)器等，語(yǔ)音識(shí)別多以麥克風(fēng)形式。
由于人形機(jī)器人不僅需避障、路徑規(guī)劃，還需要準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)，因此若要完成類似人手的 精密操作，機(jī)器人視覺系統(tǒng)定位精度需達(dá)毫米級(jí)，需引入工業(yè)級(jí)雙目/多目相機(jī)，單機(jī)價(jià)值量相 對(duì)普通服務(wù)機(jī)器人較高。預(yù)計(jì)人形機(jī)器人的 3D 傳感器成本將遠(yuǎn)高于普通的服務(wù)機(jī)器人，但要 略低于工業(yè)機(jī)器人。此外，激光雷達(dá)通常會(huì)作為視覺傳感的輔助，因?yàn)樵跈C(jī)器人工作過(guò)程中， 很多物體都是眼見為虛的，需要借用激光雷達(dá)對(duì)景深進(jìn)行驗(yàn)證。 除視覺之外，人形機(jī)器人還需要加入力傳感器，例如對(duì)于一個(gè)玻璃制成的物體輸出的力， 不能等同于對(duì)一個(gè)氣球輸出的力，而力的大小最終由電流決定，因此加入力學(xué)傳感和反饋也是 必要的。相同的，還有對(duì)溫度、位置的感知。
3.5 散熱：風(fēng)冷、散熱器散熱、導(dǎo)熱材料+新興散熱解決方 案
由于要面對(duì)大量信息，大量的動(dòng)作，人形機(jī)器人運(yùn)算量非常大，其所有的元件都在發(fā)熱， 因此，散熱也是研制人形機(jī)器人需要解決的最重要問題之一。 在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，通常需要通過(guò)各種軟件的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)，盡可能讓其少發(fā)熱，或發(fā)熱相對(duì) 更集中、更易于散熱，這就需要用到一些工程軟件。此外，在散熱方面，一般有風(fēng)冷、液冷、 散熱器、導(dǎo)熱材料等方式。 以風(fēng)冷為例，機(jī)器人的散熱結(jié)構(gòu)呆滯包括，表面的機(jī)器外殼、內(nèi)部排氣扇，外殼下部設(shè)置 有進(jìn)氣孔，外殼的上部設(shè)置有排氣孔，排氣扇用于使空氣由進(jìn)氣孔進(jìn)入外殼內(nèi)部，并由排氣孔 排出。由于進(jìn)氣孔接近散熱結(jié)構(gòu)的最低處，排氣孔位于散熱結(jié)構(gòu)的最高處，熱空氣由排氣孔排 至散熱結(jié)構(gòu)外。在此情況下，散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)形成低壓，外部的空氣經(jīng)進(jìn)氣孔進(jìn)入散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)。冷 空氣接觸設(shè)置于外殼內(nèi)部的電路板組件，達(dá)到散熱效果。
除了傳統(tǒng)的散熱方式之外，目前也有科研機(jī)構(gòu)在不斷探索更加類人的散熱機(jī)制，比如排 汗。康奈爾大學(xué)的謝菲德研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種更利于柔性機(jī)器人的散熱方式。由于柔性機(jī)器人 很多部件都是由復(fù)合材料制成，其散熱性能不如金屬，而風(fēng)扇燈內(nèi)部散熱技術(shù)占空間較大，重 量也較大，因此，謝菲德發(fā)明了機(jī)器人的排汗系統(tǒng)。 研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多材料立體光刻技術(shù)，發(fā)明機(jī)器人排汗所必須的納米聚合物材料，該技 術(shù)可以通過(guò)光將樹脂類材料固化為設(shè)計(jì)好的形狀。研究團(tuán)隊(duì)利用兩種水凝膠材料開發(fā)制造了手 指形狀的驅(qū)動(dòng)器，這種水凝膠具有蓄水功能，而且可以根據(jù)溫度來(lái)調(diào)節(jié)水分，相當(dāng)于一個(gè)智 能海綿。當(dāng)溫度達(dá)到 30 攝氏度以上時(shí)，由水凝膠制成的驅(qū)動(dòng)器底層會(huì)隨著溫度上升而收縮， 從而將水?dāng)D壓到頂層，頂層由聚丙烯酰胺支撐，密布著微米級(jí)的小孔，與地層相同，當(dāng)溫度高 于 30 攝氏度時(shí)，為空會(huì)自動(dòng)打開，開始排汗。該研究團(tuán)隊(duì)表示，該排汗系統(tǒng)可讓驅(qū)動(dòng)器表 面在 30 秒之內(nèi)下降 21 度，散熱效率畢人體排汗系統(tǒng)高三倍，若由風(fēng)扇燈外置風(fēng)冷設(shè)備，其散 熱效率還可提升六倍。但該機(jī)器人也有一定的缺陷，即移動(dòng)性較差，而且補(bǔ)水也是一個(gè)問題。
3.6 電池：三元鋰電池或?yàn)橹饕鉀Q方案
機(jī)器人的電池主要有鎳氫電池、鋰電池、鉛酸蓄電池三類。其中，鎳氫電池主要用于成本 控制嚴(yán)格，不需要大容量和大電流放電、安全性要求較高的玩具機(jī)器人、掃地機(jī)器人等領(lǐng)域。 鉛酸蓄電池技術(shù)較鋰電池更為成熟，但由于比較笨重，移動(dòng)不方便，基本用于不需要移動(dòng)的機(jī) 器人領(lǐng)域，由于污染較為嚴(yán)重，正在逐漸被鋰電池取代。 鋰電池主要應(yīng)用于智能服務(wù)機(jī)器人、娛樂經(jīng)紀(jì)機(jī)器人、探險(xiǎn)排爆等特種用途機(jī)器人領(lǐng)域。 一般，對(duì)于成本不敏感的機(jī)器人，切要求電池較輕、可提供大電流放電、保障長(zhǎng)使用壽命的機(jī) 器人一般會(huì)選擇聚合物鋰電池，如競(jìng)技機(jī)器人、特種機(jī)器人。 磷酸鐵鋰在不需要電池大電流放電、低溫性能的 AI 服務(wù)機(jī)器人、工業(yè)較大型機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng) 用較多。三元鋰電池相比聚合物電池成本更低，且能量密度較磷酸鐵鋰電池更大，在機(jī)器人領(lǐng) 域應(yīng)用較為廣泛，尤其是 18650 鋰電池。
人形機(jī)器人電池的配重和續(xù)航市場(chǎng)如何？ 從發(fā)展歷史上看，幾款較為知名人形機(jī)器人主要經(jīng)歷了外部供電、電池供電兩個(gè)發(fā)展階段。 電池供電普遍采用鋰電池組，其安裝的位置最初普遍采用背包形式，后逐漸將電池內(nèi)置。從 續(xù)航時(shí)間上看，大部分雙足的人形機(jī)器人的連續(xù)工作時(shí)間都在 2 小時(shí)以內(nèi)。然而，根據(jù)我們的 產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，目前機(jī)器人的價(jià)格主要停留在展示和實(shí)驗(yàn)階段，若實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，其續(xù)航時(shí) 間應(yīng)達(dá)到 3-10 個(gè)小時(shí)不等。
除了最基本的供電功能之外，人形機(jī)器人還要考慮到電池的配重問題，保證身體的平衡。 以 48 千克的本田 ASIMO 機(jī)器人為例，其電池重量約為 6kg，約為體重的 1/8 左右，優(yōu)必選 Walker X 機(jī)器人的電池重量約為 3.6kg，約為體重的 5.7%。 但前文提到，目前的幾款知名人形機(jī)器人主要停留在展示和實(shí)驗(yàn)階段，因此電池做到月清 涼越好。而根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，若要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，其帶電量和續(xù)航可能有更高的要 求，相對(duì)應(yīng)地，一般電池重量應(yīng)占到人形機(jī)器人重量的 1/3 左右。根據(jù) OFweek 鋰電網(wǎng)，目前 磷酸鐵鋰電池的能量密度一般為 150Wh/kg，三元電池的能密度約為 200Wh/kg。假設(shè)特斯拉 人形機(jī)器人體重 68kg，電池重量占比 1/3 計(jì)算，則其鋰電池重量約為 22.7 千克，若采用三元 鋰電池，則帶電量約為 4.54kWh，續(xù)航時(shí)長(zhǎng)在 3.54-9.08 小時(shí)，若采用磷酸鐵鋰電池，帶電 量約為 3.41kWh，續(xù)航時(shí)間在 3.41-6.81 小時(shí)。
此外，由于目前所有的人形機(jī)器人都是直流驅(qū)動(dòng)，用 48V、24V、12V 的總線 將電機(jī)、控制器串起來(lái)，通過(guò)電源分配器分配電流，因此，還要考慮電池的動(dòng)態(tài)管 理問題。有些人形機(jī)器人由于沒有剎車，在電量耗盡的時(shí)候會(huì)倒下，因此當(dāng)電量快 要耗盡的時(shí)候需要預(yù)留一些余電在其中，以供機(jī)器人回到原位。
4 人形機(jī)器人市場(chǎng)空間有多大？
對(duì)人形機(jī)器人銷量的假設(shè)：關(guān)于人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模，我們認(rèn)為可以參考特斯拉電動(dòng)車的 放量節(jié)奏。回溯歷史，Model-S 在 2012 年推出，2013 年特斯拉電動(dòng)車銷量達(dá)到 2.2 萬(wàn)輛， 2014 年達(dá)到 3.2 萬(wàn)輛，2015 年實(shí)現(xiàn) 5.1 萬(wàn)輛。隨著 2017 年推出 Model-3 達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)， 同時(shí)達(dá)到平價(jià)水平，銷量快速增長(zhǎng)，從 2017 年的 10 萬(wàn)輛快速增長(zhǎng)到 2021 年的近 100 萬(wàn)輛。 我們認(rèn)為，特斯拉汽車銷量的絕對(duì)額增長(zhǎng)是從 Model-3 的推出開始加速，起初走的是高端概念 型路線，往往是忠實(shí)粉絲開始應(yīng)用，同時(shí)搜集各種數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，然后逐步起量。我們認(rèn)為人 形機(jī)器人的發(fā)展過(guò)程可能也與此有相似之處。 不同的是，其他科技企業(yè)跟進(jìn)地會(huì)更快，國(guó)內(nèi)與國(guó)外科技企業(yè)都紛紛注意到這個(gè)賽道，在 做前瞻布局。一些領(lǐng)先企業(yè)在做準(zhǔn)備，明年也將推出，因而真正放量時(shí)不僅要考慮特斯拉，其 他國(guó)內(nèi)外企業(yè)也會(huì)放量。
這里，我們假設(shè) 2023-2024 年人形機(jī)器人對(duì)應(yīng)特斯拉 2013-2014 年的銷量，隨著其他廠 商原型機(jī)推出后也逐步起量，2025 年開始人形機(jī)器人對(duì)標(biāo) 2015 年全球純電動(dòng)車銷量。由于 2015 年全球純電動(dòng)車銷量數(shù)據(jù)的確實(shí)，這里我們假設(shè) 2025 人形機(jī)器人的銷量為 30 萬(wàn)臺(tái)， 2026-2030 年對(duì)應(yīng) 2016 年全球純電動(dòng)車銷量。
對(duì)各個(gè)零部件市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算：按照前文提到的，減速器、伺服系統(tǒng)、控制器在人性機(jī)器 人中的占比計(jì)算，可以分別測(cè)算出三個(gè)對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模，預(yù)計(jì)到 2025 年人形機(jī)器人減速器、 伺服系統(tǒng)、控制器市場(chǎng)規(guī)模分別達(dá)到 126 億元、95 億元、63 億元，到 2030 年，市場(chǎng)空間分 別達(dá)到 744 億元、558 億元、372 億元。 對(duì)人形機(jī)器人電池市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算：根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，一般 1kWh 對(duì)應(yīng)鋰離子電池 成本約為 1800-2500 元，根據(jù)前文我們測(cè)算，預(yù)計(jì)在三元鋰電池解決方案下，特斯拉機(jī)器人的 帶電量約為 3.41kWh，假設(shè)以成本加成定價(jià)，起初毛利率在 100%，則預(yù)計(jì) 2023 年擎天柱對(duì) 應(yīng)電池單價(jià)約為 1.47 萬(wàn)元，假設(shè)此后每年價(jià)格下降 10%。預(yù)計(jì)到 2025 年，人形機(jī)器人電池 市場(chǎng)規(guī)模約為 36 億元，到 2030 年約為 153 億元。
5 重點(diǎn)公司分析
5.1 綠的諧波
公司是一家專業(yè)從精密傳動(dòng)裝置研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)，產(chǎn) 品主要包括諧波減速器、機(jī)電一體化執(zhí)行器及精密零部件。公司的產(chǎn)品廣泛用于工 業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備、新能源裝備等高 端制造領(lǐng)域。 經(jīng)過(guò)多年持續(xù)研發(fā)投入，公司在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了諧波減速器的工業(yè)化生產(chǎn)和 規(guī)?；瘧?yīng)用，打破了國(guó)際品牌在國(guó)內(nèi)機(jī)器人諧波減速器領(lǐng)域的壟斷。憑借多年來(lái)在 精密傳動(dòng)領(lǐng)域的積累，公司在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)建立了較強(qiáng)的品牌知名度，成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍 企業(yè)之一。我國(guó)諧波減速器行業(yè)處于成長(zhǎng)期階段，市場(chǎng)成長(zhǎng)迅速，雖然我國(guó)已成為 全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，但以精密諧波減速器產(chǎn)品為代表的核心零部件總體 供給量存在較大缺口，隨著行業(yè)內(nèi)企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的實(shí)現(xiàn)與下游工業(yè)機(jī)器人等產(chǎn) 業(yè)的快速發(fā)展，未來(lái)行業(yè)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。
5.2 禾川科技
公司是一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)自動(dòng)化控制核心部件及整體解決方案提供商，主 要從事工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及應(yīng)用集成。一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)自動(dòng) 化控制核心部件及整體解決方案提供商，主要從事工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、 銷售及應(yīng)用集成。 工業(yè)控制自動(dòng)化新星，深耕 OEM 市場(chǎng)多年，多領(lǐng)域市占率領(lǐng)先。公司多年來(lái) 深耕 OEM 市場(chǎng)，服務(wù)廣大 OEM 客戶廠商，獲得了極佳的產(chǎn)品方案性能 口碑， 在光伏、3C、鋰電與機(jī)器人等行業(yè)具備極高的占有率，通過(guò)多年來(lái)的高速發(fā)展， 禾川科技已赫然進(jìn)入國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化一線品牌方陣。
伺服系統(tǒng)頭部企業(yè)，國(guó)產(chǎn)替代領(lǐng)導(dǎo)者。伺服系統(tǒng)是當(dāng)前禾川科技的核心產(chǎn)品， 產(chǎn)品包括伺服系統(tǒng)內(nèi)的伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)和編碼器，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人及機(jī)械 手、3C、光伏、物流、包裝、紡織等多個(gè)行業(yè)。2021 年伺服系統(tǒng)營(yíng)收共計(jì) 6.59 億 元，占禾川科技主營(yíng)業(yè)務(wù) 89.72%。PLC 產(chǎn)品 2021 年?duì)I收 3996.28 萬(wàn)元，占主營(yíng) 業(yè)務(wù)收入 5.44%。
5.3 雙環(huán)傳動(dòng)
公司專注于齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品制造，目前產(chǎn)品主要為為乘用車齒輪、商用車齒輪、 工程機(jī)械齒輪、減速器及其他產(chǎn)品。齒輪產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，其市場(chǎng)規(guī)模主要 取決于下游應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)需求。 緊抓成長(zhǎng)賽帶，優(yōu)化業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)。隨著新能源汽車滲透率的不斷提升，相關(guān)齒輪 的需求迎來(lái)了快速增長(zhǎng)。公司提前戰(zhàn)略布局，產(chǎn)品已應(yīng)用在下游多種新能源汽車中， 覆蓋了純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等。經(jīng)過(guò)多年耕耘，公司已與全球領(lǐng)先電動(dòng)車制 造企業(yè)、比亞迪、廣汽集團(tuán)、蔚然動(dòng)力、日電產(chǎn)、舍弗勒、匯川、博格華納等重點(diǎn) 新能源車企和電驅(qū)動(dòng)制造廠商形成戰(zhàn)略合作并實(shí)現(xiàn)批量出貨。 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，中國(guó)芯引領(lǐng)國(guó)產(chǎn)替代。得益于久經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)、完善 的產(chǎn)品譜系、合理的市場(chǎng)策略以及及時(shí)的保障服務(wù)，公司子公司環(huán)動(dòng)科技與國(guó)內(nèi)主 流機(jī)器人企業(yè)保持穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系，機(jī)器人高精密減速機(jī)業(yè)務(wù)獲得高速發(fā)展。
環(huán)動(dòng)科技密切地關(guān)注國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)新客戶、新領(lǐng)域所需產(chǎn)品的開發(fā)與導(dǎo)入，全方位加 速新產(chǎn)品的驗(yàn)證速度。針對(duì)中大負(fù)載工業(yè)機(jī)器人所需，提前布局設(shè)備與產(chǎn)線以滿足 多方客戶所需，目前已逐步實(shí)現(xiàn) 6-1000KG 工業(yè)機(jī)器人所需精密減速器的全覆蓋， 產(chǎn)品譜系得到進(jìn)一步完善，獲得了核心客戶的認(rèn)可并持續(xù)批產(chǎn)增量，從而實(shí)現(xiàn)減速 機(jī)產(chǎn)銷連續(xù)兩年創(chuàng)歷史新高。
5.4 三花智控
公司是全球最大的制冷控制元器件和全球領(lǐng)先的汽車熱管理系統(tǒng)控制部件制 造商。目前主要產(chǎn)品包括四通換向閥、電子膨脹閥、電磁閥、微通道換熱器、Omega 泵、括熱力膨脹閥、電子膨脹閥、電子水泵等，廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冰箱、冷鏈物流、 新能源汽車等領(lǐng)域。 立足熱管理產(chǎn)品，拓展業(yè)務(wù)邊界。公司堅(jiān)持專注領(lǐng)先、創(chuàng)新超越的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn) 略，以熱泵技術(shù)和熱管理系統(tǒng)產(chǎn)品的研究與應(yīng)用為核心，專注于冷熱轉(zhuǎn)換、溫度智 能控制的環(huán)境熱管理解決方案開發(fā)。公司制冷電器零部件空調(diào)電子膨脹閥、四通換 向閥、電磁閥、微通道換熱器等產(chǎn)品市場(chǎng)占有率全球第一。近年來(lái)，新能源車的發(fā) 展已成為確定的趨勢(shì)，這對(duì)熱管理產(chǎn)品提出了更高更多更新的需求。公司定位于新 能源汽車熱管理系統(tǒng)領(lǐng)域，由零部件切入并逐漸向組件和子系統(tǒng)發(fā)展，已成為法雷 奧、大眾、奔馳、寶馬、沃爾沃、豐田、通用、吉利、比亞迪、上汽、蔚來(lái)等客戶 的合作伙伴。
人形機(jī)器人即將來(lái)臨，三花智控有望突破。特斯拉將于推出 9 月份推出人形 機(jī)器人，得益于公司在新能源汽車上同特斯拉的合作，公司有望突破人形機(jī)器人產(chǎn) 業(yè)。由于人形機(jī)器人需要大量重復(fù)的運(yùn)動(dòng)，因而其電機(jī)功率較高。而機(jī)器人工作電 壓在 20-40V 之間，需要更高的電流以實(shí)現(xiàn)功率的增加。隨著電流的增大，電機(jī)放 出的熱量將成指數(shù)級(jí)上漲，如果不能進(jìn)行良好的熱管理，電池、電機(jī)、關(guān)節(jié)的壽命 都將受到極大的影響。公司三花汽零注入后，充分發(fā)揮與業(yè)務(wù)間協(xié)同效應(yīng)，深耕汽 車新能源車熱管理系統(tǒng)部件研發(fā)，并積極布局熱管理組件和子系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域更 深層次應(yīng)用，車用電子膨脹閥、新能源車熱管理集成組件、Omega 泵等產(chǎn)品市場(chǎng) 占有率全球第一。未來(lái)公司有望在人形機(jī)器人領(lǐng)域復(fù)刻公司在新能源汽車業(yè)務(wù)中 的發(fā)展，成為全球知名的人形機(jī)器人熱管理系統(tǒng)供應(yīng)商。
5.5 匯川技術(shù)
匯川技術(shù)是國(guó)內(nèi)伺服電機(jī)的領(lǐng)軍企業(yè)。主要為設(shè)備自動(dòng)化/產(chǎn)線自動(dòng)化/工廠自動(dòng)化提供變頻器、伺服系統(tǒng)、PLC/HMI、高性能電機(jī)、傳感器、機(jī)器視覺等工業(yè)自 動(dòng)化核心部件及其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，為新能源汽車行業(yè)提供電驅(qū)&電源系統(tǒng)，為軌 道交通行業(yè)提供牽引與控制系統(tǒng)。公司產(chǎn)品可應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域各行各業(yè)。根據(jù)睿工 業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年公司通用伺服系統(tǒng)在中國(guó)市場(chǎng)份額達(dá)到 16.3%，首次超越外 資品牌，獲得市場(chǎng)份額第一名（前四名廠商及市占率分別是：匯川，16.3%；安川， 10.5%；松下，9.6%；三菱，8.8%）。 根據(jù)公司 2021 年年報(bào)，公司在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域產(chǎn)品包括 SCARA 機(jī)器人、六 關(guān)節(jié)機(jī)器人、視覺系統(tǒng)、高精密絲杠、控制系統(tǒng)等整機(jī)及零部件解決方案，下游行 業(yè)涵蓋 3C 制造、鋰電、硅晶、紡織等。SCARA 機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊 類型的工業(yè)機(jī)器人，適用于平面定位、垂直方向裝配等作業(yè)。六關(guān)節(jié)機(jī)器人是一種 六個(gè)關(guān)節(jié)都可以轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器人，適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)裝配、噴漆、搬運(yùn)、 焊接等作業(yè)。
公司在 SCARA 機(jī)器人領(lǐng)域的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為 EPSON、YAMAHA 等，在六 關(guān)節(jié)機(jī)器人領(lǐng)域的主要對(duì)手為安川、ABB 等。公司的工業(yè)機(jī)器人核心部件除減速 機(jī)外，電控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、絲杠、本體均已實(shí)現(xiàn)自制，具有較好的成本控制和定 制化能力。憑借對(duì)下游行業(yè)工藝的深刻理解以及核心部件+整機(jī)+工藝解決方 案的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，公司工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品在手機(jī)制造、鋰電、硅晶等行業(yè)已實(shí)現(xiàn)大批量 銷售，形成了較好的品牌影響力。根據(jù)睿工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021 年公司 SCARA 機(jī) 器人在中國(guó)市場(chǎng)的份額為 14%，排在第三名，且為內(nèi)資品牌第一名。在機(jī)器替人 的大趨勢(shì)下，公司工業(yè)機(jī)器人業(yè)務(wù)有望充分受益，目前公司該項(xiàng)業(yè)務(wù)已實(shí)現(xiàn)盈利， 屬于成長(zhǎng)型業(yè)務(wù)。
5.6 鳴志電器
公司專注于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域和 LED 智能照明控制領(lǐng)域核心技術(shù)及系統(tǒng)級(jí)解決 方案，生產(chǎn)產(chǎn)品主要包括傳感器、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、儀動(dòng)傳感裝置等。 深耕控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，布局新興高附加值應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)國(guó)外市場(chǎng)研 究機(jī)構(gòu) IMARC Services Private Limited 的調(diào)研報(bào)告，全球工業(yè)自動(dòng)化服務(wù) 2021 年的市場(chǎng)規(guī)模為 1,816 億美元，預(yù)計(jì) 2027 年可達(dá)到 3,091 億美元，期 間的年復(fù)合成長(zhǎng)率約為 9.09％。2021 年我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為 1,920 億元。公司的控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在 3C 制造設(shè)備、半導(dǎo)體加工設(shè) 備、PCB/PCBA 制造設(shè)備、特種機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、激光設(shè)備及數(shù)字化制造等工 業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中運(yùn)用廣泛。
公司移動(dòng)機(jī)器人（商用及消費(fèi)）類應(yīng)用領(lǐng)域業(yè)務(wù)進(jìn)一步快速增長(zhǎng)，全年?duì)I業(yè) 收入較上年同期增長(zhǎng)約 99%。近年來(lái)，全球及我國(guó)的服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模高速增 長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)外市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) Interact Analysis 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020 年全球 AGV 銷售額為 12.684 億美元，AMR 銷售額為 10.903 億美元。公司及子公司安浦 鳴志、美國(guó) AMP、美國(guó) LIN、瑞士 T Motion、鳴志派博思均深度布局于移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)，業(yè)務(wù)覆蓋商業(yè)移動(dòng)機(jī)器人、AGV、AMR 等。 發(fā)布首款運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品，進(jìn)一步完善產(chǎn)品線。公司通過(guò)增強(qiáng)對(duì)海外子公司的 一體化建設(shè)和賦能，發(fā)揮海外研發(fā)機(jī)構(gòu)美國(guó) AMP、瑞士 T Motion 的技術(shù)研發(fā)優(yōu) 勢(shì)，強(qiáng)化產(chǎn)品的研發(fā)及技術(shù)迭代，進(jìn)一步完善了步進(jìn)系統(tǒng)、步進(jìn)伺服系統(tǒng)、伺服系 統(tǒng)和通用無(wú)刷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等平臺(tái)化產(chǎn)品線。公司在 2021 年發(fā)布了公司的第一款運(yùn) 動(dòng)控制器產(chǎn)品，進(jìn)一步拓展了公司在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的產(chǎn)品平臺(tái)的外延和夯實(shí)了公 司運(yùn)動(dòng)控制解決方案級(jí)供應(yīng)商的實(shí)力。
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